1. 物聯網簡介

Submitted by mei on 二, 2012-02-14 18:16

物聯網的定義 

物聯網(Internet of Things, IoT)，是個物物相連的網際網路，需要在特定物體上貼上微型感測晶片：包含無線射頻辨識(RFID)、感測器、無線通訊晶片，賦予物體智能將無處不在的設備和設施，透過各種無線和有線通訊網連結 實現溝通和對話(物與物的交流、物與人對話、人與人的對話)，以提供管理和服務功能，基於Semantic Web技術 實現對「萬物」、「高效、節能、安全、環保」、「管、控、營」一體化服務。

 

IBM認為「智慧的地球」最關鍵的技術 (3I)

  • 透徹的感知 (Instrumented)
  • 全面的互聯互通 (Interconnected)
  • 深入的智能化 (Intelligent)
  • 藉由感知、聯網技術，達到智慧化生活與服務的目的

 

物聯網的需求以及特性 

物件依其自身能力而有不同的參與程度

  • 具有獨一無二的識別身分
  • 感測及儲存環境資訊的能力
  • 具有向外分享資訊的能力
  • 與其他物件互相溝通的能力
  • 與其他物件一同打造網路環境的能力
  • 支援IP 或透過閘道器連網的能力

 

物聯網設備具有以下特點

  • 小型與便宜
  • 有一些限制
    • 能源限制 ( Energy)
    • 運算限制 (Computation)
    • 儲存限制 (Storage)
    • 頻寬限制 (Bandwidth)

 

物聯網可視為一種動態的全球網路基礎設備

  • 必須具備自我組織 (Configuring) 的能力
  • 標準協定的支援 (standards)
  • 具互通性的通訊協定支援
  • 實體世界與虛擬世界的物體需要無縫整合
  • 物體要有獨一無二的身分ID (identities)
  • 物體本身保有原先的物理特性 (physical attributes)
  • 物體在虛擬世界中存有另一種虛擬的特性 (virtual personalities)
  • 物體及虛擬特性必需能以數位方式表達及交換

 

物聯網的架構 

物聯網架構主要可以分為三層：

  • 感知層
  • 網路層
  • 應用層

感知層 

各種感測器(Sensor)將擷取到的信號透過 TCP/IP、RS485、RS232、USB、RFID、ZigBee、Bluetooth等傳輸協定轉送給網路層

最關鍵的技術 

  • 無線感測技術 
    • 加速度感測器 濕度感測器 壓力感測器 位移感測器 氣壓感測器 紅外線感測器 超音波感測器 微波感測器
  • 辨識技術 
    • RFID辨識
    •  一維條碼
    • QR碼

網路層 

主要任務是處理下層傳來的資訊，判斷是要送往雲端，或者直接採取適當的動作， 或提供進入雲端後、大眾經常會用到的服務，例如：搜索引擎、網路硬碟、Web Mail、Web Office、GS 等等。

 

網路層關鍵技術

  • 有線網路技術
    • 電信網
    • 有線電視網
    • 電腦網路
  • 無線網路技術
  • Body Area Networks
    • 以人為中心，服務範圍不超過兩公尺 
    • 標準協定：IEEE 802.15.6
  • Personal Areas Networks
    • 短距離應用在家庭環境中，服務範圍不超過10公尺
    • IEEE標準協定： Zigbee, Bluetooth, UWB
  • Wireless Local Areas Networks
    • 介於子網路及外部網路之間
    • 標準協定：IEEE 802.11
  •   Metropolitan Area Network
    • 是介於LAN和WAN之間能傳輸語音與資料的公用網路，服務範圍2到4公里
    • 標準協定：IEEE 802.16
  • 3G(3rd-generation)
    • 是指支持高速數據傳輸的細胞移動通訊技術。3G服務能夠同時傳送聲音（通話）及數據資訊（電子郵件、即時通訊等）。3G的  代表特徵是 提供高速數據業務，速率一般在幾百kpbs以上
  • LTE(Long Term Evolution)

 

  • 資料互通性


  • 雲端處理技術

 

※異質網路必須經過Getway連結網路


應用層 

  • 從家庭及個人的食、衣、住、行、育、樂需求，乃至於工業、農業、醫療、學習，及企業/政府治理所需的環境監控、交通管理、資源管理等，舉凡能想到的項目或是還沒想到的應用，都能與物聯網產生關係
  • 將網路層收集到的資訊做後製處理

 

 

物聯網架構下的資料處理

物件資料的處理主要可分為五個階段

  • 資料收集
    • 獲得物理資料
  • 資料傳輸
    • 將收集到的資料從內部網路傳到外部伺服器
  • 資料處理
    • 資料處理及分析
  • 資料交換(不同平台或系統)
  • 資料分享

物聯網應用案例

  • 案例1 : 智慧電網
    • 定義
      • 電量的生產、分配及使用都能夠有智慧的運用提高使用的 效率終端設備(End devices)
    • 好處
      • 提高電力使用的效率
      • 增強服務品質
      • 節省成本
    • 感知層
      • 用電量即時偵測
      • 電力自行產生
        • 太陽能
        • 風力發電
    • 網路層
      • 家庭區域網路 (Home Area network)
      • 面臨問題
        •  大量訊息傳輸
        • 通訊延遲
    • 應用層
      • 遠端查看家電耗電情況
      • 遠端控制家電開關
  • 案例2 : 物流系統
    • RFID + 二維條碼 建立完整流通履歷
    • 貨物透過RFID或 Sensors 蒐集並提供資訊給平台管理
    • 產生的挑戰
      • 物流服務之間的資料互通性
      • 資料相容性
  • 案例3 : 歐盟汽車警報系統
    • 一旦發生交通事故時，當車中的緊急呼叫按鍵被啟動，
    • 或是安全氣囊、車輛撞擊翻覆感測器等偵測到氣囊爆開或車輛受到撞擊，
    • 系統即會透過GPS導航模組及GSM/GPRS網路，
    • 將事故發生時間、車輛所在位置、車輛號碼等相關資訊，傳輸至緊急呼叫中心，
    • 通知醫療急救人員與警察等相關單位，立即前往進行救援與事故處理。
  • 案例4 : 智慧水利系統 - 感知太湖
    • 此系統是透過佈建於湖中的感測器，蒐集太湖的水質、水量等水文資訊，
    • 幫助研究人員瞭解太湖的水文及水汙染等情況，以及藍藻打撈的地點與情形。
    • 透過此系統，亦可在需要時，即時調度管理人員進行協助。
    • 而所有的監控資訊，均能夠透過網路傳輸至中央控管系統，讓研究人員進行全面性的分析，
    • 並進一步做出應變決策。透過自動監控與資訊傳輸系統，
    • 使研究、管理人員對於太湖的水文變化能夠即時性的掌控，更利於水汙染的預防與水文環境的治理。

物聯網困難與挑戰

  • 通訊距離
  • 安全性
  • 環境影響因素大
  • 通訊標準不統一
  • 能源限制

參考資料