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2016-02-04

【DIGITIMES】連接技術多頭馬車 物聯網起飛卡關

產業物聯網服務提供者-微程式前言:何謂物聯網(Internet of Things;IoT)?綜合各方認知與解釋,就是萬物相連,其整合各種傳感裝置設備並與網路結合,讓被定位的物件互連互通。在未來,所有使用的物品皆能透過物聯網對人們的行為進行感知預測,應用領域相當廣泛。

物聯網的概念早在10多年前即被提出,近年隨著新一代網路的演化,物聯網驅動了各種不同類型與功能的終端裝置相互連接,應用領域相當廣泛,最常被提及的就是智慧家庭與智慧城市等。

然而,物聯網看似將帶來美麗新世界,但進一步剖析,目前的物聯網應用,其實仍未能掌握與實現物聯網關鍵核心概念。所有應用裝置在冠上「智慧」二字後,卻仍是以各式無線控制技術達到互連使用目的,也就是人與物之間的互動還是停留在人為操控,而非物件裝置主動感測人。

無線控制並不等於智慧,並未落實「全面感知」、準確預測人們行為,人們生活目前勉強只能算是較省時便利而已,用戶並未感受到智慧裝置串連所帶來的革命性改變,此也成為物聯網應用迄今仍難全面起飛的原因之一。

智慧家庭不智慧 智慧遙控器只是大遙控器

繼PC、智慧型手機後,物聯網已成為下世代新戰場,國際大廠紛加速物聯網生態鏈整合與應用開拓,但觀察眾廠所端出的物聯網戰略與發展現況,似乎與「智慧」真正的定義有所落差。

以智慧家庭發展來看,由於訴求高度便利性,冷氣、電視、冰箱與窗簾等家電裝置設備都有遙控,近年更強打將家中所有遙控器整合,以平板電腦或智慧型手機就可操控,甚至是遠端遙控家中一切電子設備。

只要與隨身攜帶的智慧手機與平板串連,一般人就會認為這是行動化世界的展現,但其實這是長久以來的迷思。家電設備可以整合進行動裝置進行遙控,但這些設備個別拆開都還是有遙控器,簡言之,目前的智慧家庭發展只是各式無線控制的串連,將數個遙控器集合成一個大遙控器,當中看不到智慧在哪裡?無線控制並不是智慧!

現有智慧家庭、智慧辦公室等應用都感受不到真正的智慧,只是人以無線控制來掌控各式裝置設備,人與物之間還是處於人為操控階段,並未落實「意在念先,先發先至」的基本感知應用,因此叫好不叫座。

人為操控即失去物聯網意義 物與物須能彼此溝通運算

最基本物聯網的應用概況,必須刪除人為的操控介入,由先前所設定的物件裝置,彼此之間進行互動運算,進一步執行對應的指令動作。舉例而言,當有人進入辦公室,辨識系統即可按先前所排定人數、座位區等規則,主動感測溫度、光線調節,或是家中溫度系統感測環境變化,按所設定指令來開關窗戶、窗簾與冷暖氣,而不是人們拿起平板或手機操控設備。

又譬如人們一早起床,所配戴的智慧穿戴裝置偵測到已起床,可依據所設定的指令,調節房內溫度、開啟燈光、關閉家中保全系統,咖啡機也開始煮咖啡。也就是進入家中或辦公室,是物件裝置認識我,讓我感到舒適便利,而不是我去認識、操控物件裝置。

讓物件裝置變得智慧,藉由感知元件去感知周遭變化,執行所排定的指令,這是物聯網欲全面發展最基本的條件,結合了人與人、人與物及物和物之間的聯繫,從而為人類生活帶來革命性改變。

進一步來看,設備透過感測元件、識別技術等與網路串連,實現萬物相連的物聯網,應主動對人的行為與環境進行偵測及預測,方能讓物聯網應用更為廣泛。除了日常生活,也涵蓋智慧城市、工業監測與智慧醫療等。

例如在工廠裡,藉由排定的規則限制,可對機器、設備、人員進行智慧化識別和管理。其中,準確定位員工與環境變化可掌控工作流程內容,提升工作效率,並可強化產品技術的保安等,而所累積的監測數據分析,也是相當具有價值的巨量資料。

定位連接技術多頭馬車 物聯網應用瓶頸待突破

物聯網串連各種終端設備裝置,當中嵌有各式感知元件,再透過各種通訊傳輸網路連接,達到互通整合目的。也就是物聯網最底層為感知層,但欲準確偵測辨識,進而進行資料搜集分析與監控,連接技術方式相當重要,但目前仍面臨技術瓶頸待突破,以及標準多頭馬車的狀況。

目前主要的室內定位技術有Wi-Fi、藍牙低功耗(Bluetooth Low Energy;BLE)、ZigBee及RFID等,其各有優勢與缺點。目前在物聯網產業中尚未有統一標準,仍呈現各自發展態勢。

Wi-Fi係採用國際通用ISM 2.4GHz頻段,實現了網路傳輸的標準化,普及率最高,支援設備數量最多,資料傳輸速率高,傳送距離遠,室內空間可達數十公尺,但難以達成準確定位,且耗電量高,不適和用於電池供電的產品。

而BLE則採用國際通用ISM 2.4GHz頻段及標準通訊協定802.15.1,布建成本較其他技術低,無線通訊傳輸安全性高,但傳輸距離相較其他技術屬中等。近年的行動裝置設備均有支援,且有iBeacon推廣,普及率陸續成長。其適合區域性推播促銷產品,或穿戴式體適能管理應用情境,但因訊號飄移嚴重,不適合進行人員定位。

ZigBee是採用國際通用ISM頻段(868MHz/915MHz/2.4GHz)及標準通訊協定802.15.4,技術發展時間久,多應用於工業控制、環境監控等情境,網路節點數最大可達6.5萬個,設備擴充能力佳,支援AES-128 CCM加密演算法,但無自動偵測跳頻功能。其發展時間早,市面已有完整無線感測與控制應用產品線。

Wi-Fi、BLE與ZigBee技術目前在定位市場上佔有一席之地,但仍有諸多技術限制待改善。其中,因標籤電力和無線射頻的環境干擾因素(金屬、液態物質)所導致的訊號強弱分布不均,或是案場環境裡ISM 2.4GHz同頻應用設備多,所產生的互相干擾,都是訊號飄移的元兇。

除上述3種技術外,近年來RFID技術快速發展,雖仍有上述因素所造成的訊號飄移問題,卻也快速改善中。就定位市場而言,RFID可採用UHF被動及主動式解決方案。

大部分主動式RFID所採用的基本元件包括Reader(讀取器)及Tag(標籤),仍有干擾屏蔽及電池功耗大等問題,無法與Wi-Fi、BLE與ZigBee定位技術進行區隔,因此一種稱為PEPS(Passive Entry, Passive Start)的RFID技術,逐漸受到各方關注。

PEPS源自車用Keyless技術,係採用被動式觸發喚醒,並以主動式回傳儲存於Tag內部之識別碼及感知資訊於Reader的RFID技術。採行此技術可大幅延長電子標籤的電池壽命,更因低頻訊號穿透力強大,能有效克服液態物質及金屬環境等屏蔽干擾,且保有長距離偵測之功能。

PEPS的優點包括廠商可自主研發,每秒可接收達80個目標(Tag),但缺點就是無自動偵測跳頻功能,亦非開放通訊協訂標準,第三方軟體資源較缺乏。

市面上採用此類技術的產品,因需觸發喚醒,因此架構上除了傳統RFID所具備的Reader、Tag外,通常會將觸發喚醒器獨立,隨案場範圍大小進行觸發喚醒器的布建,而案場裡每個觸發喚醒器即代表定位點,Tag回傳給Reader的資訊裡即包含此定位點。目前已有封閉型場域之人員監控應用、訪客追蹤、資產設備及醫療機構護送追蹤等實例。

PEPS適合封閉場域內大量目標監控情境,適用於一般安全要求的人員門禁、監控應用,給予通行便利性,也可透過Weigand協定與既門禁設備整合,擴充性高。不過PEPS雖採用LF、UHF雙頻段技術,與藍牙、Wi-Fi等技術頻段錯開,仍可能受環境中的背景雜訊干擾而影響感應效能。

物聯網應用欲起飛,感知、傳輸與分析必須全面落實,是物件裝置去適應人們的生活軌跡,而非人為控制物件的智慧假象,能夠讓人們對於生活型態轉變有感,才是真正的物聯網世代來臨,然真正時程何時到來,恐怕還需要幾年時間。(本文由王信隆口述,記者陳玉娟整理)

王信隆現為微程式資訊股份有限公司資深協理。微程式資訊公司核心技術為運用RFID建置感應支付功能與整合系統,近年因奪下悠遊卡和YouBike系統大單而聲名大噪,除巨大機械(捷安特)、遊戲橘子注資成為大股東,英特爾投資部(Intel Capital)亦於2015年底宣布入股。
 

引用來源:http://www.digitimes.com.tw/tw/dt/n/shwnws.asp?id=0000459717_HDS6CDJ22HH4Y06E29Y64