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Hightech  2017-10-03 08:00  A20171003001 
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由於各種有線與無線通訊技術的進步,不同的通訊距離,不同的資料傳輸率,都有相對應的通訊協定與成熟產品可以使用,因此造就了「萬物聯網」的環境,配合雲端伺服器的演進,提供了大數據與人工智慧發展的有的條件。

 

❒ 無線通訊技術的特性
各種無線通訊技術的通訊距離與資料傳輸率如<圖一>所示,由於無線通訊技術的進步,我們現在可以無線通訊的距離由數十公分到數十公里,資料傳輸率由100Kbps到1Gbps,該是時候把我們身邊所有的裝置連結起來了。知識力www.ansforce.com。

 

圖一 無線通訊技術的特性。

 

❒ 物聯網的定義
基於無線或有線的網際網路實體將所有裝置或設備進行網路定址,實現互聯互通的網路稱為「物聯網(IoT:Internet of Things)」,我們可以說物聯網就是「物物相聯的網際網路」,包括下列三個特徵:
➤互聯網路:是架構在無線或有線的網際網路實體之上,由用戶端延伸擴展到任何物與物(裝置或設備)之間進行通訊,實現互聯互通的互聯網路。
➤識別與通訊:物聯網所說的「物(Things)」必須具備自動識別(Identification)的功能,同時具有物對物(T2T:Thing to Thing或M2M:Machine to Machine)通訊的功能,使用不同的通訊技術,使機器之間與人機之間能夠互相通訊。
➤智慧功能:物聯網所討論的物(裝置或設備)必須具備「智慧型(Intelligent)」的功能,包括自動反應、自我回饋、智慧控制等特性,要讓物具備智慧功能,最簡單的就是使用各種「感測器(Sensor)」對外界的光、電、磁、聲、化學等訊號有所反應,達成全面感知、可靠傳遞、智慧處理三大特性,同時結合感測器與無線通訊可以形成「無線感測網路(WSN:Wireless Sensor Network)」。

 

❒ 物聯網的架構
物聯網的架構如<圖二(a)>所示,包括下列三個不同的層次(Layer):
感知層(Perception layer):也就是物聯網裡的「物(Things)」,是由可以感測訊號的裝置組成,可以監控所在位置的物理或環境狀況,例如:溫度、濕度、速度等,如<圖二(b)>所示,並且接受遠端的設定、操作、控制、管理,而且必須滿足低耗電、低成本、支援大量網路節點的特性。
➤網路層(Network layer):包含無線或有線的網際網路與雲端技術,提供可靠的網路傳輸功能,使每一個物(裝置或設備)都具有IP位址,這也是IP第六版(IPv6)制定這麼多IP位址的原因,可以將裝置或設備蒐集的資訊整合到物聯網的資料管理中心,因此網路層的通訊協定必須相容,同時支援「服務品質(QoS:Quality of Service)」與設備移動管理等機制,提供一個安全而穩定的網路環境。
➤應用層(Application layer):為發展物聯網服務的核心,當我們將物與物聯結起來以後,就可以思考各種不同領域的應用了,例如:智能電網(Smart grid)、智慧城市(Smart city)、智慧家庭(Smart home)、電子健康(eHealth)、智慧交通、環境監控等,使用者可以在任何時間、任何地點取得各項服務,甚至連結雲端服務平台,利用物聯網大量資訊處理與不同服務協同運作的需求,建構一個開放式的水平服務平台,收集來自每一個物(裝置或設備)感測器的數據資料,進行業務邏輯分類與分析判斷,並且提供相關的服務。

 

圖二 物聯網的架構示意圖。

 

❒ 物聯網的技術挑戰
➤感知層的技術挑戰:物聯網上有為數眾多而且性質相異的裝置或設備,通常不同的設備有不同的感測器與資訊處理方式,產生大量格式不同的資料,必須制定相關的標準才能避免這些不同格式的資料造成物聯網效率低落。知識力www.ansforce.com。
➤網路層的技術挑戰:物聯網可以經由無線或有線的方式通訊,但是一般裝置或設備使用有線通訊的限制很多,因此無線通訊技術的進步與普及是物聯網成功的關鍵,但是各種無線通訊設備可能因為通訊頻率接近而互相干擾,因此必須具有頻道動態性,讓設備選擇較佳的頻道傳輸資料,使資料傳輸更具適應性;而且必須支援服務品質(QoS)使資料傳輸效率更高;同時必須做好資訊安全來確保資料在傳輸時不被竊取或盜用,避免駭客入侵造成安全問題。
➤應用層的技術挑戰:物聯網上所傳送資訊的價值是隨著資訊的正確性、被使用次數、訊息組合來源愈高而增加,但是卻會隨著資訊產生的時間越久而貶值,因此如何對這些訊息進行智慧管理,在最短的時間內利用這些資訊是很重要的,必須妥善分配所有裝置與資源,使智慧裝置做到自我組織、自我配置、自我管理、自我修復,同時在自動化應用與人類的隱私之間要有明確的定義,才能避免個人隱私遭到侵犯。

 

❒ 物聯網與雲端運算
物聯網的特性包括:隨時連線(Any time)、隨地連線(Any place)、任何裝置連線(Any object);而雲端運算的特性則包括:隨時使用(Anytime)、隨地使用(Anywhere)、使用任何裝置(Any devices)、存取各種服務(Any services),大家有沒有看出兩者之間的關係其實非常密切呢?物聯網是要將我們身邊所有的物(裝置或設備)連結起來,而且每一個物都經由感測器(Sensor)偵測到許多資訊,這麼多的資訊顯然需要一個運算能力強大的系統來處理,而雲端運算平台提供的設備即服務(IaaS)、平台即服務(PaaS)、軟體即服務(SaaS)恰好符合這個需求,由於雲端運算是將所有資料存放在雲端的資料中心裡,然後經由網路存取使用,適合大量資料存取與應用,同時能夠處理大規模資料的平行運算工作,可以提供不同產業或同一產業不同客戶共享資源,提高資源利用效率同時降低營運成本,因此雲端運算是實現物聯網最重要的關鍵,唯有雲端運算技術夠成熟,物聯網所談萬物在網路相連的理想才能實。 

 

【請注意】上述內容經過適當簡化以適合大眾閱讀,與產業現狀可能會有差異,若您是這個領域的專家想要提供意見,請自行聯絡作者;若有產業與技術問題請參與社群討論。
 

【延伸閱讀】其他詳細內容請參考「雲端通訊與多媒體產業,全華圖書公司」。<我要買書

 

我的評分
Missy   2018-01-14
物聯網似乎是無法擋的趨勢,可是個人隱私與資訊安全似乎被各大企業漠視,駭客可能更容易盜取個資,甚至政府可任意監控每一個人,請問如何在迎接未來更便利生活的同時,物聯網的發展能與何種技術連結來提升個資安全?一般使用者如何自保?#405185033
知識力管理員   2018-01-21
這個很難三言兩語說明,我想專業的資安公司協助是必要的。
林鳳儀   2018-01-15
與樓上同感,有關物聯網與工業4.0,我們知道隨著物聯網的興起,很多家電產品皆可連上Internet,便於人類隨時隨地可與家中設備溝通,例如家庭遠端監控系統,可隨時關心家中長者或孩童的安全。但伴隨而來是物聯網設備的資安漏洞問題,有關孩童綁架議題「kidnapping」,駭客入侵了被害人家中嬰兒房的網路攝影機,上網兜售嬰兒後,再派車手去被害人家中偷抱走嬰兒。面對物聯網的資安漏洞問題,資訊業者及民眾該如何因應?#405185083
知識力管理員   2018-01-21
的確許多人沒留意安全,讓駭客入侵家庭遠端監控系統,我想專業的資安公司協助是必要的。
shin   2018-01-19
感知層與網路層都是現有的技術延伸,似乎應用層才是物聯網的精髓,可以收集資料、整合資料、分析資料,最後再去應用資料,是否這可以與AI的發展連結甚至是推展有著密切關係呢?#05753012
知識力管理員   2018-01-21
是的,應用層是重點,而且與人工智慧必然有密切的關係。