《物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢展示內(nèi)容》研究報(bào)告：（二）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

　　第一節(jié) 介紹

　　物聯(lián)網(wǎng)描述網(wǎng)絡(luò)的成長狀態(tài)，能夠讓物體(例如：對象、環(huán)境、交通工具或衣服……等)相互傳達(dá)之間的相關(guān)信息。例如設(shè)備(M2M：機(jī)器對機(jī)器)就是整合網(wǎng)絡(luò)的一部分。

　　圖 2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和通信

　　第二節(jié) 邁向更聰明的網(wǎng)絡(luò)

　　想象一下在一個(gè)世界里，數(shù)十億個(gè)對象可以感覺、溝通和分享訊息，它們都可以在公共或私有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(IP)網(wǎng)絡(luò)相互連接。 這些相互關(guān)聯(lián)的對象經(jīng)常地將數(shù)據(jù)收集、分析和使用，以采取移動并提供豐富智能的規(guī)劃、管理和決策。 這是物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的世界。 物聯(lián)網(wǎng)的概念是在 1999 年被射頻識別(RFID)開發(fā)團(tuán)體中的一員所創(chuàng)造的，它最近因?yàn)橐苿釉O(shè)備的成長、嵌入式和無遠(yuǎn)弗屆的溝通、云端運(yùn)算及數(shù)據(jù)分析而變得更切合現(xiàn)實(shí)世界。

　　此后，許多有遠(yuǎn)見的人抓住了物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)詞，認(rèn)為它是一個(gè)很普遍的概念，尤其是日常生活中的物體，它們不論溝通方法(不論是否通過 RFID、無線網(wǎng)絡(luò)、廣域網(wǎng)或其他方式)通過網(wǎng)絡(luò)而變得可讀的、可識別的、可定位的、可尋址的和/或控制。日常的物體不僅包括電子設(shè)備、高技術(shù)開發(fā)的產(chǎn)品，如車輛和設(shè)備，但是我們并不只局限在電子設(shè)備，如食品和衣物。 舉例說明物聯(lián)網(wǎng)里面的對象包括：人、 位置(對象的)、 時(shí)間訊息(對象的)、 條件(對象的)?，F(xiàn)實(shí)世界中的這些對象應(yīng)無縫地整合到虛擬世界中，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的連接。 在2010，連接到網(wǎng)絡(luò)的對象和設(shè)備的數(shù)量約為 125 億。 思科預(yù)測，因?yàn)槊恳粋€(gè)人擁有更多的智能設(shè)備，在 2015 年物聯(lián)網(wǎng)的對象數(shù)量將倍增至 250 億，更進(jìn)一步地，在 2020 年預(yù)計(jì)數(shù)量將會到達(dá) 500 億(見圖 2.2)。

　　圖 2.2，在 2020 年連接設(shè)備的數(shù)量 (來源：Cisco IBSG, April 2011)

　　第三節(jié) 技術(shù)的發(fā)展趨勢

　　一些技術(shù)的發(fā)展趨勢將有助于讓物聯(lián)網(wǎng)成形。 這里有七個(gè)確定的宏觀趨勢：RFID設(shè)備的小型化技術(shù)的進(jìn)步、第六版的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(IPv6)、改善溝通的吞吐量和延遲、實(shí)時(shí)分析、采用云端技術(shù)和安全性。

　　第四節(jié) 可穿戴技術(shù)及設(shè)備

　　可穿戴設(shè)備特別指的是被戴在身上、附著于或嵌入在衣服或配件上的移動電子設(shè)備。 這些微電腦和傳感器可以顯示、處理或收集訊息，并具有無線通信能力。 這是過去計(jì)算周期的邏輯延伸，從桌面計(jì)算機(jī)到筆記本電腦再到最近平板計(jì)算機(jī)和智能手機(jī)，每個(gè)設(shè)備變得個(gè)性化及攜帶方便。 可穿戴設(shè)備是物聯(lián)網(wǎng)一個(gè)很好的例子。

　　分析傳感器是物聯(lián)網(wǎng)(IoT)計(jì)算周期的延伸：想象你的手腕上有一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)庫，來做以下的邏輯延伸：

　　一、 個(gè)人資料收集：穿戴式設(shè)備收集個(gè)人生理數(shù)據(jù)-活動、健康和地點(diǎn)-關(guān)于一個(gè)能影響行為而且被產(chǎn)業(yè)使用來帶出商務(wù)價(jià)值的個(gè)體。

　　二、 基于行為的零售促銷：零售商可以更好地了解顧客如何花費(fèi)時(shí)間在他們的商店，并提供有針對性的優(yōu)惠券或有關(guān)產(chǎn)品的信息。

　　三、 訂制化汽車保險(xiǎn)：汽車保險(xiǎn)公司可以根據(jù)影響顧客安全的消費(fèi)行為來訂定保費(fèi)。

　　四、 藥物監(jiān)測：制藥公司能改善處方填充率并且醫(yī)生可以更好地監(jiān)視藥丸的攝取。

　　五、 工廠程序和效率監(jiān)視：制造業(yè)可以監(jiān)控員工的工作效率，并改善流程。

　　六、 信用卡安全性和效率：信用卡發(fā)卡機(jī)構(gòu)可以減少欺詐行為，同時(shí)也增加使用量、客戶滿意度。

　　穿戴式設(shè)備讓付款變得更有趣，它可以明顯地減少交易時(shí)間，不必再從口袋拿出皮夾來付款而是用智能手機(jī)，而且不需要用簽名來完成交易手續(xù)。 我們認(rèn)為這是一個(gè)在手機(jī)上更方便的體驗(yàn)與技術(shù)。 重要的是，易用性提高了使用比例，這意味著商家、卡的網(wǎng)絡(luò)、發(fā)卡機(jī)構(gòu)和像 Apple Pay 的支付平臺可能全部獲利。

　　下圖是 2012 - 2017 年穿戴式設(shè)備的銷售市場。

　　圖2.4 穿戴式設(shè)備市場 

　　全球電子穿戴式設(shè)備市場可以劃分為五個(gè)類別。頭戴式：包括頭盔產(chǎn)品和視覺輔助。頸部設(shè)備：具有環(huán)和項(xiàng)鏈的產(chǎn)品，用珠寶等裝飾掩蓋電子設(shè)備。手臂穿戴類：最蓬勃發(fā)展的類別，擁有多樣化的產(chǎn)品，腕帶、智能手表、戒指、臂章……等。身體佩戴設(shè)備：包括智能服飾及監(jiān)控背部或脊椎的設(shè)備。 而最后一類是關(guān)于腳部穿戴設(shè)備。

　　第五節(jié) MEMS 技術(shù)

　　微機(jī)電系統(tǒng)，簡稱 MEMS，其最一般的形式可以定義為利用微細(xì)加工技術(shù)制造小型化的機(jī)械和機(jī)電組件(即設(shè)備和結(jié)構(gòu))的一種技術(shù)。 MEMS 設(shè)備的臨界實(shí)物尺寸可以從遠(yuǎn)低于一微米光譜的下端一路變化到幾個(gè)毫米。 同樣地，MEMS 設(shè)備的類型可以在集成微電子控制之下從相對簡單具有非移動式組件的結(jié)構(gòu)，到復(fù)雜具有多種移動式組件的機(jī)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變化。MEMS 其中一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是，不論這些組件是否能夠移動，它們至少一些組件具有機(jī)械工能。 用于定義 MEMS 的術(shù)語因所處地區(qū)而有所不同。 在美國它們稱為“微機(jī)電系統(tǒng)”，而在其他地區(qū)被稱為“微系統(tǒng)技術(shù)”或“微機(jī)械加工設(shè)備”。

　　而 MEMS 的功能組件是微型化結(jié)構(gòu)、傳感器、致動器，以及微電子，最顯著的(也許是最有趣的)組件是微傳感器和微致動器。 微傳感器和微致動器被適當(dāng)?shù)胤诸悶?ldquo;換能器”，它被定義為轉(zhuǎn)換能量的設(shè)備。在微傳感器的情況下，該設(shè)備典型地將一個(gè)測量的機(jī)械信號轉(zhuǎn)換成電子信號。

　　圖 2.6MEMS 組件

　　在過去的幾十年中，MEMS 研究人員和開發(fā)者已經(jīng)證實(shí)非常多微傳感器的幾乎每一個(gè)可能感測模式，包括溫度、壓力、慣性力、化學(xué)物種、磁場、輻射……等，值得注意的是，許多這些微機(jī)械加工的傳感器的性能已證明超過那些他們的宏觀同行，也就是微機(jī)械版本，例如，一個(gè)壓力傳感器，通常優(yōu)于采用最精確的宏觀級加工技術(shù)制成的壓力傳感器。 不僅是 MEMS 設(shè)備性能優(yōu)秀，而且它們的生產(chǎn)的方法是利用在集成電路工業(yè)中使用的同一批制造技術(shù) –它可以降低單位設(shè)備的生產(chǎn)成本，以及許多其他的益處。 因此，就有可能在相對較低的成本水平下，達(dá)到恒星設(shè)備的性能。 不意外地，以硅為基底的離散微傳感器很快地被商業(yè)開發(fā)并且這些設(shè)備將在市場上持續(xù)快速增長。

　　最近，微機(jī)電系統(tǒng)的研究和開發(fā)團(tuán)體已經(jīng)發(fā)表了一些微致動器，包括：微型閥的氣體和液體流量控制;光學(xué)開關(guān)和鏡像復(fù)位向或調(diào)節(jié)光束;用于顯示器獨(dú)立控制微型鏡數(shù)組。微共振器的許多不同的應(yīng)用，微型泵浦開發(fā)正流體壓力、微翼在翼型件上調(diào)節(jié)氣流，以及許多其他的應(yīng)用。 出人意料的是，盡管這些微驅(qū)動器非常小，它們經(jīng)常會導(dǎo)致在大層面的影響;也就是說，這些微小的致動器可以執(zhí)行的機(jī)械能力遠(yuǎn)大于它們的大小。 舉例來說，研究人員在飛機(jī)的機(jī)翼前緣放置小的微致動器，他們已經(jīng)能夠僅使用這些微型化的設(shè)備來操縱飛機(jī)。

　　圖 2.7MEMS 組件

　　以下是應(yīng)用于智能手機(jī)的 MEMS 組件。

　　圖 2.8MEMS 組件

　　第六節(jié) 基于 MEMS 傳感器的小型化技術(shù)

　　微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)上的無線感測網(wǎng)絡(luò)感測節(jié)點(diǎn)微型化技術(shù)在近幾年有卓越的進(jìn)步。MEMS 的核心技術(shù)是實(shí)現(xiàn)微電子技術(shù)、微型加工技術(shù)和包裝技術(shù)的結(jié)合。 基于微電子和微型加工技術(shù)，可以生產(chǎn)不同二維或三維層級的敏感性結(jié)構(gòu)，例如微型感應(yīng)組件。這些和電源供給和訊號調(diào)節(jié)電路的微型傳感器可以整合并封裝成為一個(gè)微型 MEMS 傳感器。

　　圖 2.9 硬件無線感測網(wǎng)絡(luò)感測結(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)

　　目前，在市場已經(jīng)有許多微型 MEMS 傳感器的類型，可以用于測量各種物理、化學(xué)和生物量訊號，包括位移、速度、加速度、壓力、張力、拉力、聲音、光、電、磁、熱、pH 值……等。在 2003 年，美國加州大學(xué)伯克利分校(UCB)的研究人員開發(fā)了一個(gè)配有微傳感器的 WSN 傳感器節(jié)點(diǎn)(mote)。該MEMS 感應(yīng)模塊的實(shí)際長寬只有 2.8 毫米、2.1 毫米。

　　圖 2.10 設(shè)備下的 MEMS 半導(dǎo)體市場成長 2 倍，2006 年至 2017 年

　　第七節(jié) 設(shè)備小型化

　　物聯(lián)網(wǎng)利用科技將實(shí)體物品連接到網(wǎng)絡(luò)。電子組件的大小(和費(fèi)用)需要支持其功能性，例如感應(yīng)、追蹤和控制機(jī)制，在廣泛采用 物聯(lián)網(wǎng)的各種行業(yè)應(yīng)用中扮演了重要的角色。在半導(dǎo)體行業(yè)的進(jìn)展一直很激烈，業(yè)界一直保持每兩年加倍摩爾定律的晶體管密度。

　　于 2000 年，技術(shù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)是 1000 納米(nm)，但 2010 至 2011 年，該工業(yè)轉(zhuǎn)移到商用系統(tǒng)級芯片(SoC)芯片解決方案，利用 28 至 45 納米光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)了 2-3 芯片組件，可以整合能處理數(shù)字訊號的無線電收發(fā)器、基頻微芯片或圖形加速器。這里有許多應(yīng)用，例如遠(yuǎn)程醫(yī)療和環(huán)境監(jiān)測需要這些合成芯片組，不僅是因?yàn)轶w積小，并且可隱藏和充當(dāng)”小型”計(jì)算機(jī)來感應(yīng)實(shí)體物品。 幸運(yùn)的是，多年來設(shè)備小型化已快速實(shí)現(xiàn)，且每個(gè)芯片的晶體管數(shù)量也呈倍數(shù)增加。

　　現(xiàn)今，晶元芯片制造技術(shù)是由平面金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體(MOSFET)技術(shù)主要在推動。 在芯片設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域的進(jìn)展，已經(jīng)允許半導(dǎo)體工業(yè)降低生產(chǎn)晶體管的尺寸、密度和成本。像光刻、度量衡學(xué)和納米技術(shù)被使用(和探索)來大幅提高單芯片上晶體管的數(shù)量。 例如，半導(dǎo)體制造過程也從 2010 年的 32納米節(jié)點(diǎn)提升到 2011 年的 22 納米節(jié)點(diǎn)，2013 的 16 納米到 2015 年邁向 11 納米(見圖 2.3)。 Intel9 在 2012 年 4 月正式推出，是全球第一款商用微處理器-以 22 納米與 3D 三柵極晶體管制程制造的版本。這種 22 納米芯片比之前的晶體管還能夠適應(yīng)超過 29 億個(gè)晶體管，能提升 37%性能、降低超過 50%的功耗。

　　圖 2.12 半導(dǎo)體設(shè)備制造的發(fā)展趨勢

　　正如芯片的尺寸越來越小，感應(yīng)組件的成本也下降到變得更實(shí)惠。 Gartner公司預(yù)測，大多數(shù)科技組件，如收音機(jī)、無線網(wǎng)絡(luò)、傳感器和全球定位系統(tǒng)(GPS)，將在 2010 年至 2015 年，成本下降 15%至 45%(見圖 2.5)。為了說明這一點(diǎn)，我們用較便宜的溫度傳感器舉例，由于易腐產(chǎn)品橫跨了供應(yīng)鏈，冷鏈零售商會考慮部署多個(gè)溫度傳感器來監(jiān)測他們的易腐產(chǎn)品。

　　隨著尺寸的縮小和技術(shù)組件成本的下降，企業(yè)未來一到三年將在推行物聯(lián)網(wǎng)中，看到更小的成本以及更大的機(jī)會。

　　一、無線射頻識別(RFID)

　　無線射頻識別(RFID)技術(shù)對 物聯(lián)網(wǎng)特別的重要，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng) 在產(chǎn)業(yè)中第一個(gè)實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用是使用 RFID 技術(shù)來追蹤與監(jiān)控在物流和供應(yīng)鏈行業(yè)中的商品。 RFID頻段范圍從 125 千赫(低頻/ LF)到高達(dá) 5.8 GHz 的/超高頻(SHF)，此標(biāo)簽至少有三個(gè)基本組件：

　　(一) 芯片包含有關(guān)對象的信息并經(jīng)由無線空中媒介將數(shù)據(jù)傳送到讀取器。

　　(二) 天線允許訊息從讀取器傳輸。

　　(三) 包裝包住芯片和天線，并允許卷標(biāo)附著到物體進(jìn)行識別。

　　現(xiàn)今，一維(ID)條形碼在供應(yīng)鏈和其他行業(yè)有明顯的貢獻(xiàn)，如資產(chǎn)管理。 二維(2D)條形碼提供了更豐富的數(shù)據(jù)來源，但是打印技術(shù)卻沒有跟上時(shí)代。 RFID能在其環(huán)境中永久地搜集和處理數(shù)據(jù)，證明為產(chǎn)品鑒定的下一個(gè)技術(shù)。 許多垂直行業(yè)，特別是在物流和供應(yīng)鏈，持續(xù)使用 RFID 作為標(biāo)簽解決方案，以提高他們的追蹤和監(jiān)測過程。

　　放眼未來，RFID 在提供數(shù)據(jù)流具有潛力，能實(shí)時(shí)提供特定項(xiàng)目的數(shù)據(jù)給信息系統(tǒng)，并且具有靈活性來放置在極小的空間和位置上，例如線圈芯片(coil-on-chip)的技術(shù)。 隨著技術(shù)的發(fā)展，像是芯片設(shè)計(jì)、能源使用和保存、射頻技術(shù)和制造、RFID 新的使用方式應(yīng)用將會出現(xiàn)，如自動抄表，遠(yuǎn)程家庭自動化和實(shí)時(shí)車輛追蹤。

　　二、互聯(lián)網(wǎng)通訊協(xié)議第 6 版(IPv6)

　　IPv4 地址有效地按照業(yè)界公認(rèn)的指標(biāo)釋出，在現(xiàn)有框架下的最后地址分配已經(jīng)完成，引發(fā)網(wǎng)絡(luò)地址指派機(jī)構(gòu)(IANA)分配最后五個(gè) IPv4/8 區(qū)段。 隨著 IANA的 IPv4 地址用盡，沒有其余的 IPv4 地址能被分配到提供地址給組織的區(qū)域注冊機(jī)構(gòu)。

　　IPv6 是用來取代 IPv4 的下一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)地址協(xié)議。在 IPv6 中，大約有 3.4×1038(340 trillion trilliontrillion)個(gè)獨(dú)立的 IPv6 地址，讓網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)發(fā)展及創(chuàng)新。 由于連接的設(shè)備(500 億)的數(shù)量龐大，IPv6 可能會被用來代表所有這些設(shè)備(和系統(tǒng))，消除網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(NAT)的需要和促進(jìn)終端到終端的連接與控制。 這些功能提供實(shí)體對象無縫整合到網(wǎng)絡(luò)世界。

　　三、增加訊息吞吐量和降低延遲

　　物聯(lián)網(wǎng)仰賴一個(gè)普遍的通訊網(wǎng)絡(luò)讓“任何東西，任何地點(diǎn)”連接發(fā)生。 多年來，網(wǎng)絡(luò)經(jīng)營者為了現(xiàn)有的基地臺、收發(fā)器和互連設(shè)施，提高了他們的基礎(chǔ)設(shè)備來支持?jǐn)?shù)據(jù)的容量和加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。 借助加入通用封包無線服務(wù)技術(shù)(GPRS)，全球移動通訊通話系統(tǒng)(GSM) 經(jīng)營者已經(jīng)為了 GSM 增強(qiáng)數(shù)據(jù)率演進(jìn)(EDGE)大幅度地提高數(shù)據(jù)服務(wù)。現(xiàn)今，全球大多數(shù)的營運(yùn)商正在部屬高速封包存取(HSPA)技術(shù)的通用移動通訊系統(tǒng)(UMTS)來提高吞吐量和降低延遲。HSPA 一班被稱作”3G”，顯示出我們的力量和永遠(yuǎn)在線的潛力，任何地點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)連接已經(jīng)引發(fā)一波大規(guī)?？缭皆O(shè)備和應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。

　　隨著科技趨勢轉(zhuǎn)移導(dǎo)向提供更快的數(shù)據(jù)傳輸率和更低的延遲連接，第三代合作伙伴計(jì)劃(3GPP)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)制訂了一系列的改進(jìn)來強(qiáng)化 HSPA 演進(jìn)，也被稱作“HSPA+”。 HSPA 演進(jìn)代表寬帶分碼多重存取(WCDMA)的一個(gè)合理的發(fā)展，并且躍升到稱為 3GPP 長期演進(jìn)技術(shù)(LTE)的全新 3GPP 無線電平臺。 LTE 提供了許多明顯的優(yōu)點(diǎn)，例如增加的性能屬性、高峰值數(shù)據(jù)率，低延遲和利用無線頻譜的效率。

　　四、云端運(yùn)算

　　物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)十億個(gè)設(shè)備和傳感器來創(chuàng)造新的創(chuàng)新應(yīng)用。為了支持這些應(yīng)用，一個(gè)可靠的、有彈性的且靈敏的平臺是必要的。云端運(yùn)算是支持物聯(lián)網(wǎng)中的一個(gè)有利的平臺。云端運(yùn)算是一種能協(xié)調(diào)多種技術(shù)能力，例如多租戶、自動化配置和使用運(yùn)算，同時(shí)依賴網(wǎng)絡(luò)和其他連接技術(shù)，像是更豐富的網(wǎng)頁瀏覽器實(shí)現(xiàn)運(yùn)算效用愿景的架構(gòu)。 云端運(yùn)算可以看到逐漸被采用，而云端運(yùn)算有三種常見云端服務(wù)模式，即軟件即服務(wù)(SaaS)、平臺即服務(wù)(PaaS)和提供基礎(chǔ)架構(gòu)的云端服務(wù)(IaaS)。 舉例來說，在 IaaS 硬件的使用，像是傳感器和致動器，可以提供給客戶云端資源，客戶可以經(jīng)由云端資源來設(shè)置任意的服務(wù)和管理硬件。 PaaS可以提供一個(gè)存取物聯(lián)網(wǎng) 數(shù)據(jù)和制定物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序(或主機(jī)獲取的物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用程序)的平臺。 SaaS 可以在 PaaS 方案上供應(yīng)提供者擁有自己的 SaaS 平臺給特定的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。 像 Axeda18、ThingWorx19、DeviceWise20 這些公司已經(jīng)提供了軟件開發(fā)平臺建造創(chuàng)新的 M2M 和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。

　　第八節(jié) 技術(shù)展望

　　物聯(lián)網(wǎng) 是層級架構(gòu)，這些技術(shù)已被分為三組。第一組的技術(shù)影響設(shè)備、微處理器芯片：

　　一、 低功耗傳感器電源和能源持續(xù)性;

　　二、 在領(lǐng)域上傳感器的智能化;

　　三、 芯片組的小型化;

　　四、 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器連接。

　　第二組包含支持網(wǎng)絡(luò)共享、處理能力和延遲問題的技術(shù)：

　　一、 網(wǎng)絡(luò)共享技術(shù)，像是軟件定義的無線電和認(rèn)知網(wǎng)絡(luò);

　　二、 解決能力和延遲問題的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，像是 LTE 和 LTE-A。

　　第三組技術(shù)影響支持物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的管理服務(wù)：

　　一、 智能市場決策技術(shù)，如上下文感知運(yùn)算服務(wù)、預(yù)測分析、復(fù)雜事件處理和行為分析;

　　二、 高速數(shù)據(jù)處理技術(shù)，如內(nèi)存內(nèi)運(yùn)算和使用分析。

　　第九節(jié) 傳感器連接和網(wǎng)絡(luò)

　　一、三年內(nèi)：

　　(一)線圈芯片技術(shù)

　　線圈芯片讓天線線圈制造在硅芯片的表面，可以借助無線射頻讀取器感應(yīng)與互動。這樣的芯片通常測量近似為 2.5x2.5 毫米，可用在微小物體或在具有非常小的空間區(qū)域使用。芯片的制造是光刻技術(shù)，它因?yàn)橛懈叨鹊木珳?zhǔn)度和可重復(fù)性能夠制造出非常小的結(jié)構(gòu)。

　　現(xiàn)今，線圈芯片已經(jīng)在某些 RFID 卷標(biāo)和專門的應(yīng)用程序中實(shí)現(xiàn)，如磁振造影。當(dāng)與傳統(tǒng)的和天線線圈的比較，線圈芯片的RFID 卷標(biāo)實(shí)現(xiàn)了更小的空間且很少發(fā)生故障，因?yàn)槿狈μ炀€線圈和 IC 芯片之間的外部焊接連接點(diǎn)的劣化。 RFID 線圈芯片有基本的存儲量，從 128 bytes 到 4 kilobytes 且無位移的部分，因此它可以承受惡劣的環(huán)境包括在濕和干的條件下。

　　在物聯(lián)網(wǎng)上，線圈芯片的技術(shù)是特別有用的，因?yàn)樗軌蛴眯【€圈芯片上傳感器對小型的實(shí)物進(jìn)行標(biāo)記并使用應(yīng)用程序進(jìn)行監(jiān)控。其中一些實(shí)物可能是活的東西，如鳥類或昆蟲，可以透過氣候來監(jiān)測牠們的遷徙模式。 Maxell–在全球擁有記憶和存儲技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)地位，已經(jīng)發(fā)展線圈芯片具有 1kbit 存儲容量的讀寫功能(的 RFID 標(biāo)簽。這種微小的 2.5x2.5 毫米 RFID 芯片允許數(shù)據(jù)被記錄、刪除并重新紀(jì)錄以及添加新的數(shù)據(jù)直到存儲容量填滿。這使得線圈芯片在項(xiàng)目生命周期進(jìn)行長期數(shù)據(jù)管理的時(shí)候?yàn)橐粋€(gè)不錯(cuò)的選擇。芯片上的數(shù)據(jù)可以被刪除和重新使用，或處理后保存歸檔。

　　(二)低功耗設(shè)備和電池

　　功耗為傳感器的最大挑戰(zhàn)。現(xiàn)今傳感器需要能夠維持較長的電池壽命，以減少硬件維護(hù)和防止通訊失敗，特別像在室外。在許多部署的情況下，為了延長在戶外的傳感器的可用性，大型電池必須連接到傳感器，而這樣使得該傳感器設(shè)備變得龐大且笨重。

　　物聯(lián)網(wǎng)支持傳感器普遍地連接和需要它們彼此互動，即同時(shí)充當(dāng)標(biāo)簽和讀取器。為了支持這樣的連接和通訊，低功耗芯片組的設(shè)計(jì)和使用將會為未來傳感器的功耗產(chǎn)生顯著的影響和思考。超低功耗設(shè)計(jì)的芯片組電路是現(xiàn)正持續(xù)研究的領(lǐng)域，具有從單閘板移動到多柵極晶體管和碳納米管設(shè)計(jì)的技術(shù)。

　　(三)ZigBee(無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的情況下使用)

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)或無處不在的傳感器網(wǎng)絡(luò)(USN)由傳感器直接互相通訊，以形成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的能力(通常稱為節(jié)點(diǎn))定義。在網(wǎng)絡(luò)中的傳感器可以充當(dāng)讀取器且經(jīng)常移動。如果它們無意中移動時(shí)，它們可以電子化彌補(bǔ)，無需人工干預(yù)，即它們是“自動校準(zhǔn)”。一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以由大量的電子硬件所組成，一個(gè)傳感器、一個(gè)致動器、一個(gè)微處理器、一個(gè)無線電和電源，有些可能來自不同的給定系統(tǒng)中，形成了“異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)”。

　　IEEE 802.15.4 無線技術(shù)是為了提供無線感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)吞吐量和延遲需求的應(yīng)用的短程通訊息統(tǒng)。802.15.4 無線技術(shù)的主要特點(diǎn)是透過設(shè)備的支持，短距離傳輸、低功耗和低成本?；?IEEE 802.15.4，大多數(shù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)使用無線網(wǎng)狀技術(shù)，有時(shí)被稱為 ZigBee。ZigBee 是一種規(guī)范，是一套對個(gè)人局域網(wǎng)絡(luò)(PAN)基于 IEEE 802 標(biāo)準(zhǔn)的小型、低功率數(shù)字無線電的高階通訊協(xié)議。使用 ZigBee協(xié)議，傳感器能夠以低功率、2.4GHz 頻段 250kbps 可靠的比特率傳輸相互溝通和安全的數(shù)據(jù)傳輸，即 128AES+安全。 ZigBee 無線電設(shè)計(jì)對低成本生產(chǎn)和小于 100 微米的傳輸范圍進(jìn)行了優(yōu)化。

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在支持多種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上扮演了關(guān)鍵的角色。許多智能的物體，具有不同的通訊、訊息和處理能力，一個(gè)可靠的網(wǎng)絡(luò)在當(dāng)中提供無縫的互動為當(dāng)務(wù)之急。由于需要無縫連接物體和人溝通的大范圍，可擴(kuò)展性是 IoT 的另一項(xiàng)議題。最后，當(dāng)對電池供電的智能物體進(jìn)行處理，低功率通訊成為一個(gè)重要的面向，以確保這些對象持續(xù)連接。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特性，支持這些網(wǎng)絡(luò)的要求。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署的一些例子，是在醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測和智能建筑。

　　二、三至五年：

　　(一)適性化學(xué)習(xí)分析

　　適性化學(xué)習(xí)分析是一系列的分析算法，它是由傳感器和移動設(shè)備執(zhí)行使實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)智能化分析。 該算法根據(jù)出現(xiàn)的情況和可用的計(jì)算資源調(diào)整數(shù)據(jù)流處理參數(shù)，例如電池的電量和可用的內(nèi)存，來做出最佳決策或建議。例如，在智慧型房間的情況下，信息可以被用來解釋狀況，而不是從光、噪音和動作單獨(dú)的感應(yīng)監(jiān)測環(huán)境，諸如“開會中”、”展示“或”研究”，能夠更好的了解環(huán)境。它還提供了環(huán)境的一個(gè)更抽象的視野，而不是把重心集中在個(gè)別環(huán)境區(qū)塊。 根據(jù)感測設(shè)備的計(jì)算資源的優(yōu)化，這樣的訊息輸出被定制，且減少了需要被發(fā)送到后端系統(tǒng)用于分析處理的數(shù)據(jù)量。

　　(二)IPv6 和 6LoWPAN

　　IPv6 是用于取代其正式在 2011 年 2 月釋出(亞太網(wǎng)絡(luò)訊息中心，APNIC)IPv4 地址 128-bit 的互聯(lián)網(wǎng)地址方案。 在 IPv6 中，大約有 3.4×1038 獨(dú)立的 IPv6地址，在可預(yù)見的未來有足夠的地址空間來容納云端化的設(shè)備。IPv6 允許網(wǎng)絡(luò)自動配置，讓設(shè)備容易進(jìn)行管理且一旦他們在網(wǎng)絡(luò)上將自動的配置。 IPv6 的可以借助一個(gè)分級的方式分配地址空間，帶來地址有效的分配和管理。 例如，分配一個(gè) IPv6 地址給組織，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)拓?fù)溥M(jìn)一步分配。另外，IPv6 地址可以根據(jù)一個(gè)國家的地理位置指派，即東、西、南、北，以及更進(jìn)一步基于街道和建筑層級來分配。借助 IPv6 地址有效的分配，它能夠有更好的可管理性、對設(shè)備是別的可用性和易用性。

　　6LoWPAN 是“IPv6 低功率無線個(gè)人局域網(wǎng)絡(luò)”的英文縮寫。這是一個(gè)通訊標(biāo)準(zhǔn)，它允許低功耗設(shè)備借助 IPv6 進(jìn)行溝通和交換數(shù)據(jù)。使用基于 IP 連接形成感應(yīng)存取網(wǎng)絡(luò)有許多好處：

　　1. IP 容易連接到其它 IP 網(wǎng)絡(luò)而不需要轉(zhuǎn)譯網(wǎng)關(guān)或代理服務(wù)器。

　　2. IP 網(wǎng)絡(luò)允許現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的使用。

　　3. IP 被證明可用且有范圍，SocketAPI 是廣為人知且被廣泛使用的。

　　4. IP 是公開且自由的，借助標(biāo)準(zhǔn)，處理流程和提供給任何人的文件。 它鼓勵(lì)創(chuàng)新且很好理解。

　　5. 6LoWPAN 在 IPv6 協(xié)議的工作原理是基于 IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)。 因此，它具有低成本、低速率和低功率的部署特性。底層采 IEEE802.15.4 的物理(PHY)和媒體訪問控制(MAC)層標(biāo)準(zhǔn)，并使用 IPv6 作為聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。該協(xié)議的參考模型迭層如下。

　　物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需要雙向、低功率的通訊網(wǎng)絡(luò)，從使用 6LoWPAN 受益。例如，在智能電網(wǎng)系統(tǒng)，發(fā)電廠可以傳輸電力和訊息到客戶端， 另一方面，通過雙向通訊，用戶還可以將訊息發(fā)送到電廠。透過雙向通訊，功率利用可以以更有效的方式來調(diào)整。 憑借其經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，6LoWPAN 展現(xiàn)了市場的顯著機(jī)會。

　　三、五年以上：

　　(一)納米技術(shù)

　　納米技術(shù)是能夠從一發(fā)展到幾百納米設(shè)備的開發(fā)。在這個(gè)規(guī)模，納米機(jī)器被定義為最基本的功能單元，并整合成納米組件來執(zhí)行簡單的任務(wù)，例如感應(yīng)或致動。在數(shù)個(gè)納米機(jī)器的協(xié)調(diào)和訊息共享，都將在復(fù)雜性和經(jīng)營范圍方面擴(kuò)大個(gè)別設(shè)備的潛在應(yīng)用。

　　美國國家納米技術(shù)計(jì)劃用第一代納米結(jié)構(gòu)來描述納米技術(shù)的四代發(fā)展，第一代是設(shè)計(jì)用來執(zhí)行一項(xiàng)任務(wù)的材料。第二階段看到多任務(wù)活性納米結(jié)構(gòu)的介紹，例如，致動器和傳感器。第三代，在 2010 年左右出現(xiàn)的，有成千上萬相互作用組件的功能納米系統(tǒng)。從現(xiàn)在到 2015 年會出現(xiàn)綜合納米系統(tǒng)，與系統(tǒng)內(nèi)的分層系統(tǒng)功能來執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)。

　　隨著納米技術(shù)，未來傳感器的設(shè)計(jì)可以更小、耗電更少，并且比電流傳感器更靈敏。因此感應(yīng)應(yīng)用將享受的好處遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出現(xiàn)有技術(shù)提供，例如 MEMS。在發(fā)電和存儲的區(qū)域，納米技術(shù)使用的納米材料，可以明顯降低能量存儲設(shè)備的大小，并增加了相同的設(shè)備能量密度。