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(xué)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(guān)概念時(shí)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(yuǎn)。

　　二、發(fā)展

　　1997年，負(fù)責(zé)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(yīng)鏈，雖然當(dāng)時(shí)RFID單價(jià)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(yīng)鏈相關(guān)問題。一年之后，Ashton出任麻省理工學(xué)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(shí)面臨許多挑戰(zhàn)的應(yīng)用。

　　三、架構(gòu)

　　物聯(lián)網(wǎng)中，資料由底層的感測節(jié)點(diǎn)收集，并交給感測匯聚節(jié)點(diǎn)以提供上層運(yùn)算設(shè)備，或是進(jìn)一步傳送至云端網(wǎng)絡(luò)作為分享、儲存或再運(yùn)算使用，整個系統(tǒng)架構(gòu)可能有許多種形式，不僅限于圖一所示。　　

　　圖一、感測網(wǎng)絡(luò)階層圖

　　不過常見物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)為歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織 (European Telecommunications Standards Institute， ESTI) 所整理之三層式體系結(jié)構(gòu)，如圖二所示。其中包含最底層感知層、中間層、網(wǎng)絡(luò)層以及最上層“應(yīng)用層”。感知層為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)，其中包含各種感測與通訊能力的設(shè)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(guān)信息能傳達(dá)至網(wǎng)絡(luò)層;而網(wǎng)絡(luò)層扮演搜集所有節(jié)點(diǎn)裝置，包含各種有線與無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，必要時(shí)整合異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，將信息匯流到物聯(lián)網(wǎng)專屬的運(yùn)算中心進(jìn)行處理;應(yīng)用層以客戶需求分析感知數(shù)據(jù)，用來提供各領(lǐng)域各種應(yīng)用?！　?/p>

　　圖二、物聯(lián)網(wǎng)ESTI三層式體系結(jié)構(gòu)

　　(一)感知層

　　此層多以傳感器為基礎(chǔ)，一般的傳感器為物理設(shè)備，能夠探測外界的信號，其原理為通過感應(yīng)組件監(jiān)測到可被測量的化學(xué)變量、物理變量等等信息，然后經(jīng)由轉(zhuǎn)換組件將相關(guān)信號變?yōu)殡娮佑嵦?，也就是將一種能量轉(zhuǎn)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(xué)物品傳感器、電磁傳感器、流體傳感器、粒子傳感器、導(dǎo)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(xué)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(luò)層傳播至用戶或供應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)算使用。

　　(二)網(wǎng)絡(luò)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(shù)是構(gòu)筑在大家所熟悉的網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，且由于環(huán)境關(guān)系，多是以各種無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，如短距離無線技術(shù)(范圍約數(shù)公尺至數(shù)百公尺)的藍(lán)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(shù)(范圍以公里等級起跳)的3G、WiMax、LTE等等。

　　由以上無線技術(shù)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(zhì)無線網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)整合，則可讓各不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行溝通，藉此連通感知層與應(yīng)用層。

　　(三)應(yīng)用層

　　依據(jù)西班牙傳感器科技公司所列世界前50項(xiàng)傳感器應(yīng)用，其中包括：

　　1、智慧城市

　　(1)智能停車：監(jiān)測可服務(wù)的停車位

　　(2)建筑結(jié)構(gòu)狀態(tài)：監(jiān)測建筑、橋墩、紀(jì)念碑的結(jié)構(gòu)狀態(tài)

　　(3)都市噪音地圖：實(shí)時(shí)監(jiān)測都會鬧區(qū)噪音

　　(4)智能手機(jī)監(jiān)測：檢測手機(jī)通訊接口為Wifi還是藍(lán)牙

　　(5)電磁場強(qiáng)度：檢測基地臺或Wifi路由器的強(qiáng)弱

　　(6)交通堵塞：監(jiān)測車輛與行人狀況進(jìn)行優(yōu)化

　　(7)智能照明：根據(jù)天候狀況自動調(diào)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(bào)與改道信息

　　2、智慧環(huán)境

　　(1)森林火災(zāi)：監(jiān)測燃燒氣體與火災(zāi)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(shí)時(shí)監(jiān)測雪道狀況，通知相關(guān)人員預(yù)防雪崩

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

　　(5)地震提前偵測：根據(jù)地震分布區(qū)域進(jìn)行控制

　　3、智慧水力

　　(1)自然水監(jiān)測：監(jiān)控城市自來水質(zhì)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(yuǎn)程監(jiān)控游泳池水質(zhì)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(shè)備部署：監(jiān)測太陽能板安裝效果

　　(4)倉儲計(jì)算：測量供貨壓力狀況

　　5、安全與應(yīng)變

　　(1)邊界出入控制：控制受限區(qū)域，防止未經(jīng)授權(quán)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(shí)時(shí)發(fā)出泄漏警報(bào)

　　(4)易燃物和有害氣體：監(jiān)測工廠或礦山周圍的危險(xiǎn)氣體程度

　　6、零售通路

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

　　(2)電子付費(fèi)NFC：提供各種營業(yè)場所的付費(fèi)服務(wù)

　　(3)智能購物：根據(jù)顧客的習(xí)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(jìn)貨

　　7、物流

　　(1)貨運(yùn)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(xiǎn)物品偵測：當(dāng)易燃易爆物品接近則發(fā)出警報(bào)

　　(4)航線追蹤：對特殊物品，像是藥品、珠寶或危險(xiǎn)物品進(jìn)行航線管理

　　8、工業(yè)控制

　　(1)M2M應(yīng)用：設(shè)備的自動診斷與資產(chǎn)管理

　　(2)室內(nèi)空氣質(zhì)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(nèi)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(jī)發(fā)送警報(bào)或建議

　　9、智慧農(nóng)業(yè)

　　(1)葡萄酒質(zhì)量改進(jìn)：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(nèi)氣候，最大化作物的產(chǎn)出和質(zhì)量

　　(3)高爾夫球場：對干燥地域進(jìn)行澆灌，以節(jié)省用水

　　(4)氣象網(wǎng)絡(luò)：研究地區(qū)的天氣，預(yù)報(bào)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(zhì)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(fēng)情形，預(yù)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(yuǎn)程控制：遠(yuǎn)程遙控開關(guān)，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(qiáng)行入侵的狀況

　　(4)重要物品監(jiān)測：監(jiān)測博物館和美術(shù)館的情形

　　12、電子化照護(hù)

　　(1)老年人照護(hù)：幫助獨(dú)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(yùn)動員照護(hù)：進(jìn)行運(yùn)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(xiàng)調(diào)查，并分析結(jié)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(shè)備(約占13%)，接著為自動化汽車設(shè)備(約占11%)，以及運(yùn)動照護(hù)(約占11%)。

　　而同時(shí)回顧過去三至五年的時(shí)間，健康照護(hù)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(shè)備(約占12%)，此三者為目前主流項(xiàng)目?！　?/p>

　　圖三、 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用趨勢圖

　　四、挑戰(zhàn)

　　IBM于2015年提出五項(xiàng)物聯(lián)網(wǎng)所面臨的困境，只有提出相關(guān)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(dá)市場預(yù)期，各種云端與大型服務(wù)器的基礎(chǔ)設(shè)施和維護(hù)成本高昂，除硬件設(shè)施外，再加上中間提供軟件廠商的服務(wù)費(fèi)用，造成物聯(lián)網(wǎng)連網(wǎng)費(fèi)用十分高昂。

　　(二)互聯(lián)網(wǎng)的信賴度低

　　此處所說的網(wǎng)絡(luò)信賴度，即是指網(wǎng)絡(luò)安全性與隱私問題，“當(dāng)生活周圍的對象跟設(shè)備鏈接成一個大型的智能網(wǎng)絡(luò)，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(luò)犯罪的重要工具?！?/p>

　　如果個人資料，如家用水電的使用紀(jì)錄外泄、監(jiān)視器遭遠(yuǎn)程侵入，外人便可以輕易地知道一切的生活習(xí)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(guān)設(shè)備加入安全機(jī)制，一般傳感器因?yàn)橛布拗?，很難負(fù)擔(dān)相關(guān)的加密程序;如何實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)安全，降低風(fēng)險(xiǎn)讓使用者信服，是物聯(lián)網(wǎng)的重要課題之一。

　　(三)無法應(yīng)對未來

　　消費(fèi)者通常在短時(shí)間內(nèi)即會汰換手機(jī)，然而物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的壽命可能長達(dá)數(shù)年，因此，后續(xù)的軟件更新與修正成本將對企業(yè)財(cái)務(wù)造成巨大的壓力。

　　(四)缺乏功能價(jià)值

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

　　(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(shí)際營收將屬于相關(guān)整合業(yè)者，在不明朗的商業(yè)模式下，市場是否能夠反應(yīng)大量應(yīng)用程序成本，可能會過度樂觀。

　　五、結(jié)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(dāng)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入現(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng)，則信息將不再只是由人們輸入相關(guān)信息分享，而是由智能型對象對環(huán)境變化反應(yīng)與識別，再通過網(wǎng)絡(luò)自動將信息傳遞給用戶或應(yīng)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(shí)時(shí)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(zhì)量，產(chǎn)生新的生活方式。