物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

　　一、定義

　　物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things， 簡稱IoT)一詞也有人稱作 IoE(Internet of Everything)，最早在 1999 年由麻省理工學院自動化識別系統(tǒng)中心(MIT Auto ID Center)創(chuàng)辦人之一　Kevin Ashton 介紹相關概念時提到：物聯(lián)網(wǎng)有改變世界的潛能，就像互聯(lián)網(wǎng)一樣，甚至更深遠。

　　二、發(fā)展

　　1997年，負責P&G〈Procter & Gamble〉保養(yǎng)品營銷的Kevin Ashton在幾次的巡視中，注意到英國零售商在榛果油唇膏總是缺貨，他嘗試找尋方法解決，并嘗試引入無線識別系統(tǒng)〈RFID〉管理P&G供應鏈，雖然當時RFID單價成本頗高，但他知道在量產(chǎn)之后，可以有效壓低成本，也就是說只要P&G大量購入就可以搭到成本攤平，最后也成功改善供應鏈相關問題。一年之后，Ashton出任麻省理工學院自動化識別系統(tǒng)中心的執(zhí)行官〈Executive Director〉，并在來年提出物聯(lián)網(wǎng)一詞;至今僅經(jīng)過十多年，物聯(lián)網(wǎng)算是起步不久，同時面臨許多挑戰(zhàn)的應用。

　　三、架構

　　物聯(lián)網(wǎng)中，資料由底層的感測節(jié)點收集，并交給感測匯聚節(jié)點以提供上層運算設備，或是進一步傳送至云端網(wǎng)絡作為分享、儲存或再運算使用，整個系統(tǒng)架構可能有許多種形式，不僅限于圖一所示?！　?/p>

　　圖一、感測網(wǎng)絡階層圖

　　不過常見物聯(lián)網(wǎng)架構為歐洲電信標準組織 (European Telecommunications Standards Institute， ESTI) 所整理之三層式體系結構，如圖二所示。其中包含最底層感知層、中間層、網(wǎng)絡層以及最上層“應用層”。感知層為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎，其中包含各種感測與通訊能力的設備，借助感知和監(jiān)測環(huán)境信息，如聲音、溫度、濕度、亮度、速度等等，并使相關信息能傳達至網(wǎng)絡層;而網(wǎng)絡層扮演搜集所有節(jié)點裝置，包含各種有線與無線網(wǎng)絡技術，必要時整合異質網(wǎng)絡，將信息匯流到物聯(lián)網(wǎng)專屬的運算中心進行處理;應用層以客戶需求分析感知數(shù)據(jù)，用來提供各領域各種應用?！　?/p>

　　圖二、物聯(lián)網(wǎng)ESTI三層式體系結構

　　(一)感知層

　　此層多以傳感器為基礎，一般的傳感器為物理設備，能夠探測外界的信號，其原理為通過感應組件監(jiān)測到可被測量的化學變量、物理變量等等信息，然后經(jīng)由轉換組件將相關信號變?yōu)殡娮佑嵦?，也就是將一種能量轉換為另一種能量的形式。

　　常見傳感器類型有聲音傳感器、車用傳感器、化學物品傳感器、電磁傳感器、流體傳感器、粒子傳感器、導航傳感器、電子羅盤、加速度傳感器、光感測組件、壓力傳感器、力學傳感器、密度傳感器、溫度傳感器等等。

　　可以看見傳感器多為特定敏感組件，根據(jù)目的選擇適合的傳感器，則我們可以針對場景偵測、儲存收集到感興趣的許多信息，再透過網(wǎng)絡層傳播至用戶或供應用系統(tǒng)運算使用。

　　(二)網(wǎng)絡層

　　為了彼此分享信息，必須使各組件能夠存取因特網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)中的通訊技術是構筑在大家所熟悉的網(wǎng)絡為基礎，且由于環(huán)境關系，多是以各種無線網(wǎng)絡進行通訊，如短距離無線技術(范圍約數(shù)公尺至數(shù)百公尺)的藍牙Bluetooth、無線射頻識別系統(tǒng)RFID、近場通訊NFC、超寬帶UWB、WiFi、ZigBee或是紅外線傳輸?shù)鹊?長距離無線技術(范圍以公里等級起跳)的3G、WiMax、LTE等等。

　　由以上無線技術可知，各感測組件有多種通訊方式可供彼此共享信息，雖然，各無線通信的協(xié)議不盡相同，但只要以異質無線網(wǎng)絡網(wǎng)關設計整合，則可讓各不同網(wǎng)絡協(xié)議進行溝通，藉此連通感知層與應用層。

　　(三)應用層

　　依據(jù)西班牙傳感器科技公司所列世界前50項傳感器應用，其中包括：

　　1、智慧城市

　　(1)智能停車：監(jiān)測可服務的停車位

　　(2)建筑結構狀態(tài)：監(jiān)測建筑、橋墩、紀念碑的結構狀態(tài)

　　(3)都市噪音地圖：實時監(jiān)測都會鬧區(qū)噪音

　　(4)智能手機監(jiān)測：檢測手機通訊接口為Wifi還是藍牙

　　(5)電磁場強度：檢測基地臺或Wifi路由器的強弱

　　(6)交通堵塞：監(jiān)測車輛與行人狀況進行優(yōu)化

　　(7)智能照明：根據(jù)天候狀況自動調整照明情況

　　(8)廢棄物管理：監(jiān)測垃圾桶狀況，優(yōu)化垃圾車回收路線

　　(9)智能道路：根據(jù)氣候與路況，提供高速公路警報與改道信息

　　2、智慧環(huán)境

　　(1)森林火災：監(jiān)測燃燒氣體與火災情形，以確定警示區(qū)域

　　(2)空氣污染：控制工廠二氧化碳、汽車廢氣或農(nóng)場有毒氣體排放

　　(3)積雪程度：實時監(jiān)測雪道狀況，通知相關人員預防雪崩

　　(4)山崩：監(jiān)控土壤水分、震動和地表密度，預防地表的危險情況發(fā)生

　　(5)地震提前偵測：根據(jù)地震分布區(qū)域進行控制

　　3、智慧水力

　　(1)自然水監(jiān)測：監(jiān)控城市自來水質量狀況

　　(2)河川污染：監(jiān)測河流里是否有工廠廢水

　　(3)泳池狀態(tài)：遠程監(jiān)控游泳池水質狀況

　　(4)海洋污染：監(jiān)測海水是否遭污染

　　(5)管線泄漏：監(jiān)測是否漏液與管線壓力變化

　　(6)洪水狀態(tài)：監(jiān)測河流、水庫的水流變化

　　4、智能電表

　　(1)智能電網(wǎng)：監(jiān)控與管理能源消耗

　　(2)儲罐監(jiān)控：監(jiān)測儲水罐水壓或油氣罐的油氣狀況

　　(3)太陽能設備部署：監(jiān)測太陽能板安裝效果

　　(4)倉儲計算：測量供貨壓力狀況

　　5、安全與應變

　　(1)邊界出入控制：控制受限區(qū)域，防止未經(jīng)授權的用戶訪問

　　(2)濕度控制：監(jiān)測重要建筑場地的漏水情況，避免斷裂和腐蝕發(fā)生

　　(3)輻射程度：分布式監(jiān)測核電廠周圍的輻射狀況，實時發(fā)出泄漏警報

　　(4)易燃物和有害氣體：監(jiān)測工廠或礦山周圍的危險氣體程度

　　6、零售通路

　　(1)供應鏈控制：監(jiān)測供應鏈的生產(chǎn)狀況，提供產(chǎn)品追蹤的能力

　　(2)電子付費NFC：提供各種營業(yè)場所的付費服務

　　(3)智能購物：根據(jù)顧客的習慣、愛好等等個人狀況，提供購買建議

　　(4)智能倉儲管理：控制商品在貨架與倉庫的變動，自動化管理進貨

　　7、物流

　　(1)貨運狀態(tài)：監(jiān)測貨品是否遇到震動、拍打、開封或冷藏等等

　　(2)貨物定位：從庫房、港口大面積貨物中尋找貨物

　　(3)危險物品偵測：當易燃易爆物品接近則發(fā)出警報

　　(4)航線追蹤：對特殊物品，像是藥品、珠寶或危險物品進行航線管理

　　8、工業(yè)控制

　　(1)M2M應用：設備的自動診斷與資產(chǎn)管理

　　(2)室內空氣質量：監(jiān)測化工廠的氣體水平，保障工人和物品安全

　　(3)溫度監(jiān)控：控制敏感商品的工業(yè)或醫(yī)藥用冰箱的溫度

　　(4)臭氧偵測：監(jiān)測肉類加工過程中排放的臭氧狀況

　　(5)室內定位：以主動式Zigbee或被動式RFID/NFC來定位資產(chǎn)

　　(6)車輛自動診斷：通過CanBus搜集信息，給司機發(fā)送警報或建議

　　9、智慧農(nóng)業(yè)

　　(1)葡萄酒質量改進：監(jiān)測葡萄園土壤水分和樹干直徑，控制葡萄健康

　　(2)溫室監(jiān)控：控制溫室內氣候，最大化作物的產(chǎn)出和質量

　　(3)高爾夫球場：對干燥地域進行澆灌，以節(jié)省用水

　　(4)氣象網(wǎng)絡：研究地區(qū)的天氣，預報各種氣象的變化情形

　　(5)混合肥料：控制堆肥的濕度和溫度，避免真菌和微生物污染

　　10、智慧畜牧

　　(1)水質栽培：控制水中植物的狀況，提高收獲

　　(2)家畜監(jiān)測：監(jiān)控牧場里家畜的生長情形，以確保存活率和健康

　　(3)動物追蹤：定位開放牧場或大范圍放牧的動物

　　(4)有毒氣體監(jiān)測：監(jiān)測牧場通風情形，預防糞便堆積產(chǎn)生有害氣體

　　11、智能家居

　　(1)水電使用：監(jiān)控家庭的水電使用狀況，以獲取建議節(jié)省開銷

　　(2)遠程控制：遠程遙控開關，避免事故或節(jié)省能源

　　(3)入侵檢測系統(tǒng)：監(jiān)測是否有強行入侵的狀況

　　(4)重要物品監(jiān)測：監(jiān)測博物館和美術館的情形

　　12、電子化照護

　　(1)老年人照護：幫助獨自居住的老年人或殘障人士

　　(2)醫(yī)藥冰箱：控制需冷凍保存的疫苗、藥品的存放情形

　　(3)運動員照護：進行運動中心生命特征監(jiān)控

　　(4)病患監(jiān)控：監(jiān)測病人或養(yǎng)老院的狀況

　　(5)紫外線監(jiān)控：監(jiān)測太陽紫外線，避免長期暴露在外面

　　另外根據(jù)Progress(為一間國際性軟件公司， NASDAQ： PRGS)于2015發(fā)布一份針對美國、英國、法國、德國、瑞典、荷蘭等國作了678項調查，并分析結果，目前物聯(lián)網(wǎng)市場主流為智能家庭(約占19%)，其次為穿戴設備(約占13%)，接著為自動化汽車設備(約占11%)，以及運動照護(約占11%)。

　　而同時回顧過去三至五年的時間，健康照護為其主流(約占14%)，其次為智慧城市(約占13%)以及自動化汽車設備(約占12%)，此三者為目前主流項目?！　?/p>

　　圖三、 物聯(lián)網(wǎng)應用趨勢圖

　　四、挑戰(zhàn)

　　IBM于2015年提出五項物聯(lián)網(wǎng)所面臨的困境，只有提出相關解決方案，才可能讓大眾盡享物聯(lián)網(wǎng)帶來的安全與便利，其中包含：

　　(一)連網(wǎng)成本過高

　　由于目前物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模還未達市場預期，各種云端與大型服務器的基礎設施和維護成本高昂，除硬件設施外，再加上中間提供軟件廠商的服務費用，造成物聯(lián)網(wǎng)連網(wǎng)費用十分高昂。

　　(二)互聯(lián)網(wǎng)的信賴度低

　　此處所說的網(wǎng)絡信賴度，即是指網(wǎng)絡安全性與隱私問題，“當生活周圍的對象跟設備鏈接成一個大型的智能網(wǎng)絡，它們的數(shù)據(jù)提供生活上的便利，卻也可能成為個人隱私外泄的媒介，這些外泄的對象感測數(shù)據(jù)很可能成為網(wǎng)絡犯罪的重要工具。”

　　如果個人資料，如家用水電的使用紀錄外泄、監(jiān)視器遭遠程侵入，外人便可以輕易地知道一切的生活習性，也無所謂的居家安全可言;另一方面，國家單位的數(shù)據(jù)庫若被有心人士為了樂趣或成就感盜取，也是國家安全的隱憂;但若要使相關設備加入安全機制，一般傳感器因為硬件限制，很難負擔相關的加密程序;如何實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)安全，降低風險讓使用者信服，是物聯(lián)網(wǎng)的重要課題之一。

　　(三)無法應對未來

　　消費者通常在短時間內即會汰換手機，然而物聯(lián)網(wǎng)基礎設施的壽命可能長達數(shù)年，因此，后續(xù)的軟件更新與修正成本將對企業(yè)財務造成巨大的壓力。

　　(四)缺乏功能價值

　　現(xiàn)今有許多物聯(lián)網(wǎng)解決方案，但大部分僅強調聯(lián)機，缺乏具有意義的價值，無法給用戶獲得更好的使用經(jīng)驗。

　　(五)不完整的商業(yè)模式

　　現(xiàn)金物聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)模式大多為販賣用戶數(shù)據(jù)或廣告，實際營收將屬于相關整合業(yè)者，在不明朗的商業(yè)模式下，市場是否能夠反應大量應用程序成本，可能會過度樂觀。

　　五、結論

　　現(xiàn)今許多信息皆可以通過微信、微博之類的社交平臺分享信息，當物聯(lián)網(wǎng)進入現(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng)，則信息將不再只是由人們輸入相關信息分享，而是由智能型對象對環(huán)境變化反應與識別，再通過網(wǎng)絡自動將信息傳遞給用戶或應用程序，我們可以看見物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展可能帶來的便利性，我們可以實時了解可掌握的所有物品信息，也簡化處理事情的程序，為我們提升一定的生活質量，產(chǎn)生新的生活方式。