物联网现状与发展趋势

　　一、定义

　　物联网(Internet of Things， 简称IoT)一词也有人称作 IoE(Internet of Everything)，最早在 1999 年由麻省理工学院自动化识别系统中心(MIT Auto ID Center)创办人之一　Kevin Ashton 介绍相关概念时提到：物联网有改变世界的潜能，就像互联网一样，甚至更深远。

　　二、发展

　　1997年，负责P&G〈Procter & Gamble〉保养品营销的Kevin Ashton在几次的巡视中，注意到英国零售商在榛果油唇膏总是缺货，他尝试找寻方法解决，并尝试引入无线识别系统〈RFID〉管理P&G供应链，虽然当时RFID单价成本颇高，但他知道在量产之后，可以有效压低成本，也就是说只要P&G大量购入就可以搭到成本摊平，最后也成功改善供应链相关问题。一年之后，Ashton出任麻省理工学院自动化识别系统中心的执行官〈Executive Director〉，并在来年提出物联网一词;至今仅经过十多年，物联网算是起步不久，同时面临许多挑战的应用。

　　三、架构

　　物联网中，资料由底层的感测节点收集，并交给感测汇聚节点以提供上层运算设备，或是进一步传送至云端网络作为分享、储存或再运算使用，整个系统架构可能有许多种形式，不仅限于图一所示。　　

　　图一、感测网络阶层图

　　不过常见物联网架构为欧洲电信标准组织 (European Telecommunications Standards Institute， ESTI) 所整理之三层式体系结构，如图二所示。其中包含最底层感知层、中间层、网络层以及最上层“应用层”。感知层为物联网发展的基础，其中包含各种感测与通讯能力的设备，借助感知和监测环境信息，如声音、温度、湿度、亮度、速度等等，并使相关信息能传达至网络层;而网络层扮演搜集所有节点装置，包含各种有线与无线网络技术，必要时整合异质网络，将信息汇流到物联网专属的运算中心进行处理;应用层以客户需求分析感知数据，用来提供各领域各种应用。　　

　　图二、物联网ESTI三层式体系结构

　　(一)感知层

　　此层多以传感器为基础，一般的传感器为物理设备，能够探测外界的信号，其原理为通过感应组件监测到可被测量的化学变量、物理变量等等信息，然后经由转换组件将相关信号变为电子讯号，也就是将一种能量转换为另一种能量的形式。

　　常见传感器类型有声音传感器、车用传感器、化学物品传感器、电磁传感器、流体传感器、粒子传感器、导航传感器、电子罗盘、加速度传感器、光感测组件、压力传感器、力学传感器、密度传感器、温度传感器等等。

　　可以看见传感器多为特定敏感组件，根据目的选择适合的传感器，则我们可以针对场景侦测、储存收集到感兴趣的许多信息，再透过网络层传播至用户或供应用系统运算使用。

　　(二)网络层

　　为了彼此分享信息，必须使各组件能够存取因特网，物联网中的通讯技术是构筑在大家所熟悉的网络为基础，且由于环境关系，多是以各种无线网络进行通讯，如短距离无线技术(范围约数公尺至数百公尺)的蓝牙Bluetooth、无线射频识别系统RFID、近场通讯NFC、超宽带UWB、WiFi、ZigBee或是红外线传输等等;长距离无线技术(范围以公里等级起跳)的3G、WiMax、LTE等等。

　　由以上无线技术可知，各感测组件有多种通讯方式可供彼此共享信息，虽然，各无线通信的协议不尽相同，但只要以异质无线网络网关设计整合，则可让各不同网络协议进行沟通，藉此连通感知层与应用层。

　　(三)应用层

　　依据西班牙传感器科技公司所列世界前50项传感器应用，其中包括：

　　1、智慧城市

　　(1)智能停车：监测可服务的停车位

　　(2)建筑结构状态：监测建筑、桥墩、纪念碑的结构状态

　　(3)都市噪音地图：实时监测都会闹区噪音

　　(4)智能手机监测：检测手机通讯接口为Wifi还是蓝牙

　　(5)电磁场强度：检测基地台或Wifi路由器的强弱

　　(6)交通堵塞：监测车辆与行人状况进行优化

　　(7)智能照明：根据天候状况自动调整照明情况

　　(8)废弃物管理：监测垃圾桶状况，优化垃圾车回收路线

　　(9)智能道路：根据气候与路况，提供高速公路警报与改道信息

　　2、智慧环境

　　(1)森林火灾：监测燃烧气体与火灾情形，以确定警示区域

　　(2)空气污染：控制工厂二氧化碳、汽车废气或农场有毒气体排放

　　(3)积雪程度：实时监测雪道状况，通知相关人员预防雪崩

　　(4)山崩：监控土壤水分、震动和地表密度，预防地表的危险情况发生

　　(5)地震提前侦测：根据地震分布区域进行控制

　　3、智慧水力

　　(1)自然水监测：监控城市自来水质量状况

　　(2)河川污染：监测河流里是否有工厂废水

　　(3)泳池状态：远程监控游泳池水质状况

　　(4)海洋污染：监测海水是否遭污染

　　(5)管线泄漏：监测是否漏液与管线压力变化

　　(6)洪水状态：监测河流、水库的水流变化

　　4、智能电表

　　(1)智能电网：监控与管理能源消耗

　　(2)储罐监控：监测储水罐水压或油气罐的油气状况

　　(3)太阳能设备部署：监测太阳能板安装效果

　　(4)仓储计算：测量供货压力状况

　　5、安全与应变

　　(1)边界出入控制：控制受限区域，防止未经授权的用户访问

　　(2)湿度控制：监测重要建筑场地的漏水情况，避免断裂和腐蚀发生

　　(3)辐射程度：分布式监测核电厂周围的辐射状况，实时发出泄漏警报

　　(4)易燃物和有害气体：监测工厂或矿山周围的危险气体程度

　　6、零售通路

　　(1)供应链控制：监测供应链的生产状况，提供产品追踪的能力

　　(2)电子付费NFC：提供各种营业场所的付费服务

　　(3)智能购物：根据顾客的习惯、爱好等等个人状况，提供购买建议

　　(4)智能仓储管理：控制商品在货架与仓库的变动，自动化管理进货

　　7、物流

　　(1)货运状态：监测货品是否遇到震动、拍打、开封或冷藏等等

　　(2)货物定位：从库房、港口大面积货物中寻找货物

　　(3)危险物品侦测：当易燃易爆物品接近则发出警报

　　(4)航线追踪：对特殊物品，像是药品、珠宝或危险物品进行航线管理

　　8、工业控制

　　(1)M2M应用：设备的自动诊断与资产管理

　　(2)室内空气质量：监测化工厂的气体水平，保障工人和物品安全

　　(3)温度监控：控制敏感商品的工业或医药用冰箱的温度

　　(4)臭氧侦测：监测肉类加工过程中排放的臭氧状况

　　(5)室内定位：以主动式Zigbee或被动式RFID/NFC来定位资产

　　(6)车辆自动诊断：通过CanBus搜集信息，给司机发送警报或建议

　　9、智慧农业

　　(1)葡萄酒质量改进：监测葡萄园土壤水分和树干直径，控制葡萄健康

　　(2)温室监控：控制温室内气候，最大化作物的产出和质量

　　(3)高尔夫球场：对干燥地域进行浇灌，以节省用水

　　(4)气象网络：研究地区的天气，预报各种气象的变化情形

　　(5)混合肥料：控制堆肥的湿度和温度，避免真菌和微生物污染

　　10、智慧畜牧

　　(1)水质栽培：控制水中植物的状况，提高收获

　　(2)家畜监测：监控牧场里家畜的生长情形，以确保存活率和健康

　　(3)动物追踪：定位开放牧场或大范围放牧的动物

　　(4)有毒气体监测：监测牧场通风情形，预防粪便堆积产生有害气体

　　11、智能家居

　　(1)水电使用：监控家庭的水电使用状况，以获取建议节省开销

　　(2)远程控制：远程遥控开关，避免事故或节省能源

　　(3)入侵检测系统：监测是否有强行入侵的状况

　　(4)重要物品监测：监测博物馆和美术馆的情形

　　12、电子化照护

　　(1)老年人照护：帮助独自居住的老年人或残障人士

　　(2)医药冰箱：控制需冷冻保存的疫苗、药品的存放情形

　　(3)运动员照护：进行运动中心生命特征监控

　　(4)病患监控：监测病人或养老院的状况

　　(5)紫外线监控：监测太阳紫外线，避免长期暴露在外面

　　另外根据Progress(为一间国际性软件公司， NASDAQ： PRGS)于2015发布一份针对美国、英国、法国、德国、瑞典、荷兰等国作了678项调查，并分析结果，目前物联网市场主流为智能家庭(约占19%)，其次为穿戴设备(约占13%)，接着为自动化汽车设备(约占11%)，以及运动照护(约占11%)。

　　而同时回顾过去三至五年的时间，健康照护为其主流(约占14%)，其次为智慧城市(约占13%)以及自动化汽车设备(约占12%)，此三者为目前主流项目。　　

　　图三、 物联网应用趋势图

　　四、挑战

　　IBM于2015年提出五项物联网所面临的困境，只有提出相关解决方案，才可能让大众尽享物联网带来的安全与便利，其中包含：

　　(一)连网成本过高

　　由于目前物联网的规模还未达市场预期，各种云端与大型服务器的基础设施和维护成本高昂，除硬件设施外，再加上中间提供软件厂商的服务费用，造成物联网连网费用十分高昂。

　　(二)互联网的信赖度低

　　此处所说的网络信赖度，即是指网络安全性与隐私问题，“当生活周围的对象跟设备链接成一个大型的智能网络，它们的数据提供生活上的便利，却也可能成为个人隐私外泄的媒介，这些外泄的对象感测数据很可能成为网络犯罪的重要工具。”

　　如果个人资料，如家用水电的使用纪录外泄、监视器遭远程侵入，外人便可以轻易地知道一切的生活习性，也无所谓的居家安全可言;另一方面，国家单位的数据库若被有心人士为了乐趣或成就感盗取，也是国家安全的隐忧;但若要使相关设备加入安全机制，一般传感器因为硬件限制，很难负担相关的加密程序;如何实现物联网安全，降低风险让使用者信服，是物联网的重要课题之一。

　　(三)无法应对未来

　　消费者通常在短时间内即会汰换手机，然而物联网基础设施的寿命可能长达数年，因此，后续的软件更新与修正成本将对企业财务造成巨大的压力。

　　(四)缺乏功能价值

　　现今有许多物联网解决方案，但大部分仅强调联机，缺乏具有意义的价值，无法给用户获得更好的使用经验。

　　(五)不完整的商业模式

　　现金物联网的商业模式大多为贩卖用户数据或广告，实际营收将属于相关整合业者，在不明朗的商业模式下，市场是否能够反应大量应用程序成本，可能会过度乐观。

　　五、结论

　　现今许多信息皆可以通过微信、微博之类的社交平台分享信息，当物联网进入现今互联网，则信息将不再只是由人们输入相关信息分享，而是由智能型对象对环境变化反应与识别，再通过网络自动将信息传递给用户或应用程序，我们可以看见物联网发展可能带来的便利性，我们可以实时了解可掌握的所有物品信息，也简化处理事情的程序，为我们提升一定的生活质量，产生新的生活方式。