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長/短距無線技術相輔相成 物聯網M2M裝置無縫互連

文.Herbert Blaser/Carl Fenger

 

所有電子裝置皆可彼此互連的時代即將到來。在高速、低延遲且覆蓋範圍大的蜂巢網路與支援IPv6標準的短距離無線通訊技術相互搭配下,原本分立的機器裝置不僅已可互相分享訊息,更可與雲端連結,實現智慧化的物聯網應用。

 

受惠於多項技術的成熟發展,現在正是邁向物聯網(IoT)時代的絕佳時刻。這些技術包括高速蜂巢式網路、藍牙(Bluetooth)Wi-Fi等無線通訊技術的快速成長,以及IPv6標準的導入,可為全球各種裝置提供足夠的IP位址。

除此之外,幾乎可提供無限運算與儲存容量的雲端運算技術,讓即使是最低階的終端裝置也能支援功能非常強大的應用程式。

 

這些趨勢的匯集,建構了促成物聯網興起的完美生態系統。在物聯網的世界中,所有的車輛、電話、感測器、電表、機器、銷售終端機、看板、玩具、相機以及醫療設備等各類裝置,都能透過高速傳輸技術與網際網路無線相連。

 

若再加上全球定位接收器,便能打造出尺寸精巧、隨時連線、具位置感知的網際網路「裝置」,它們擁有伺服器群組(Server Farm)的運算功能,但卻同時具備低功耗、小尺寸及完整的行動自由度。

 

物聯網裝置將高達500億台

 

一直到最近,網際網路主要都是用來做為人與人以及人與機器之間的通訊。目前市場上有智慧型手機、平板電腦和遊戲機等各式各樣的裝置,可提供通訊、資訊、商業以及娛樂等多樣化的可能性。

 

但是,即使現在每個人都擁有多台電子裝置,然而,人聯網(Internet of Humans)的成長必定會受限於地球上的所有人口數。雖然此市場會持續以線性方式成長,但聯網裝置的指數型成長將來自於機器與感測器這些裝置,因為它們的成長速度遠比人口的成長快得多。根據思科(Cisco)的估計,到2020年,物聯網的規模將達到500億台。也就是說,到2020年,聯網的機器數量將超過全球的上網人口。

 

而這500億台裝置將涵蓋哪些東西?要回答這個問題之前,應該先問問「有哪些裝置無法享有智慧控制的好處?」

 

當然,所有的節能裝置都能受惠於待機模式的低功耗狀態。在家庭應用中,家電產品能透過網際網路提供的智慧功能,根據家中哪位成員何時到家來降低暖氣、冷氣和照明的成本,或是在離峰時間開啟電器、依據臉部或指紋辨識來管制門禁,或甚至根據搭乘火車的確實離站時間來啟動咖啡機。

 

企業已獲益於自動化供應鏈管理、智慧能源使用、安全和行動銷售終端點。就如同筆記型電腦和智慧型手機等人類操作的裝置一樣,所有能因網際網路提供的智慧功能而獲益的機器裝置,最終都將連結在一起(1)

 

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1 所有能夠因為網際網路提供的智慧功能而獲益的機器裝置,最終都將連結在一起。

 

物聯網將帶來全新應用

物聯網將包含數十億台資料擷取裝置。這些裝置有可能是車輛感測器、醫療監測裝置、遠端攝影機、入侵偵測系統、電力和瓦斯表、家用電器、交通流量感測器或是路燈等等。所有這些裝置都會以無線方式與「雲端」相連(2)

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2 物聯網的所有裝置都將以無線方式與「雲端」相連

在物聯網中,數百萬台終端裝置將會收集大量的資訊,這就是所謂的「巨量資料」,並利用幾乎是無限制的運算設備和儲存資源來處理,因此可打造出深具吸引力的全新服務,或是可協助企業降低成本與提升效率。

由於小尺寸、低成本的全球定位技術,以及高速蜂巢式和短距離無線通訊裝置的成熟,今天,這些硬體技術已經全部到位,可實現全新類型的高價值服務,以降低商業流程的成本並提升效率,並為消費者提供更完善的醫療、安全、資訊、導航、購物服務以及便利性。

這些深具吸引力的全新應用,將帶來龐大的發展潛力。以下是其中的三個例子:

n  遠端監控、安全及智慧量表

物聯網將實現具成本效益,且隱密的聯網裝置安裝,這些裝置可無線回報寵物或個人的位置資訊,傳輸電、水和瓦斯的使用度數,並為家庭、車輛、倉庫、商店和公共設施提供全年無休的視訊監測。家庭、銀行、學校、機場、賣場、辦公大樓和醫院的監控將變得無所不在。雲端運算可用來儲存視訊串流,並提供車輛和臉部辨識等功能強大的服務。

n  預測式車輛導航

現在的汽車導航系統能根據實際的交通條件計算最佳路線。很快地,在未來,透過低延遲長程演進計畫(LTE)與物聯網相連的「智慧型」導航系統將能根據實際和預測的交通條件來提供更好的路線,而這些訊息都是收集自數千輛汽車並在雲端中處理的資料。其他的雲端應用也將提供深具吸引力的服務,包括自動防撞與抬頭顯示等,可根據周遭車輛的位置和速度,建議適當的駕駛車道。

n  自動化工業流程

供應鏈管理、及時送貨以及貨物和元件的最佳化存放都將因物聯網而獲得極大的效益。今天,大部分的消費性和工業產品都包含採購自全世界各地的許多零組件,以消費性電子、車輛和機器為例,它們的零組件數量更是高達數千個以上。

這是一個絕佳的範例,顯示出業者將會面臨須要追蹤數百萬個元件位置的複雜流程(感謝IPv6標準的就緒),再加上長距離與短距離無線通訊,以及雲端運算和儲存容量的神速進展,能夠真正解決最佳化供應鏈流程問題的三個基本問題:多少?哪裡?以及何時?有多少庫存元件?庫存元件存放在哪裡?這些元件何時才能運送到工廠?

 

M2M應用翻新 物聯網未來可期

現今的機器對機器(M2M)應用還不能稱為物聯網,因為它們只能鎖定垂直應用,而且無法彼此交換資訊。這就好像歐盟(EU)不能代表「歐洲每個國家」一樣,因為每個國家都擁有自己的語言、法律以及企業營運的方式。

今日M2M應用的特性包括:專屬的協定與技術、分立式(Silo)垂直應用、低頻寬且分散式的運算與儲存、對網路延遲並不敏感、以2G/3G網路為主、以無線方式連接最後一哩、以固定線路方式連接最後幾百公尺等。

這些應用都常都依賴專屬的技術與協定、低頻寬連接、分散式運算和儲存,而且並未延伸到網際網路的邊緣(Edge)。的確,今天使用的大部分電子裝置都沒有連上網路,包括家電、汽車、電子看板、交通號誌、電表、自動販賣機、安全、空調系統、燃料幫浦、路燈,以及其他許許多多的裝置。

反觀下一代的物聯網M2M應用將採用高速、低延遲蜂巢式通訊、已廣泛被採用的短距離無線電來完成最後幾百公尺的網路連接。而且因為IPv6標準的導入,可為全球數以億計的各式裝置提供足夠的IP位址。雲端運算和開放標準將為網際網路邊緣提供強大的運算能力,並讓不同平台之間能共享資料。

下一代物聯網應用的特性將包含:開放協定及標準技術、利用雲端運算來處理「巨量資料」、低網路延遲以確保服務品質、以高頻寬蜂巢式連接技術連結最後一哩(如長程演進計畫、HSPA+)、以短距離通訊來完成最後數百公尺的連接性(如藍牙、Wi-Fi)

目前看來,物聯網的硬體層級技術基本上已經就緒,能夠滿足非常多樣化的應用需求,以便能通訊、監控和控制每一台電子裝置。所以,下一步就是要讓「裝置彼此互連」。

加速網網相連 開發套件紛紛出籠

為了協助工程師快速投入物聯網應用的設計,眾家廠商莫不投注全部的心力開發新產品。例如,u-blox與安謀國際(ARM)就共同開發了支援mbed計畫的C027 ARM物聯網入門套件,以尺寸精巧的2G3GCDMA蜂巢式數據機模組(長程演進計畫即將就緒)為基礎,再加上全球定位模組,可提供創新的蜂巢式網路連接技術。

除此之外,該公司還推出了ODN-W160,這是可立即支援mbed專案的物聯網短距離無線模組,是專為工業、汽車、醫療和其他要求嚴苛的應用所設計的產品。此模組可提供橫跨藍牙v2.1+EDR、藍牙v4.0Wi-Fi 802.11a/b/g/n的多重無線電功能,以提供最後幾百公尺的無線連結性。

(本文作者為u-blox行銷副總裁及通訊經理)


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