結合無數(shù)具有IP功能的裝置、RFID電子標簽、無線傳感網(wǎng)絡、機器對機器(M2M)通信、iPhone手機應用程序、空白電視頻段及云端運算,便能夠具體實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)(IoT, Internet of Things)。
市調機構Gartner公司最近已將物聯(lián)網(wǎng)納入其炒作周期(Hype Cycle)報告,這表示該項技術成為大眾媒體的熱門話題且呈現(xiàn)上升趨勢。撇開炒作的部分,物聯(lián)網(wǎng)技術在許多情況下都已具備商業(yè)上的可行性,使數(shù)百萬計的人們生活更輕松、更安全,也更環(huán)保。
從2012年起,物聯(lián)網(wǎng)將深入嵌入式裝置、數(shù)據(jù)、帶寬及服務中并成為重要趨勢。我們將在各式各樣不同的創(chuàng)新中,目睹物聯(lián)網(wǎng)的第一波浪潮,可能就在我們家中,也可能在辦公室、工廠、倉庫及醫(yī)院里,甚至可能在城市公共建設、交通建設及農業(yè)中實現(xiàn)。
現(xiàn)在,我們已擁有能連接因特網(wǎng)的智能手機、計算機、平板計算機、電視、機頂盒、游戲機、家電、安全系統(tǒng)、智能型電表、個人醫(yī)療器件,還有自動販賣機;等等。無數(shù)消費類商品內嵌有方便庫存管理用的RFID電子標簽。在即將到來的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)浪潮中,我們將看見這些網(wǎng)絡連接裝置彼此鏈接,成為真正的智能型居家、智能型工廠、智能型電網(wǎng)與智能型城市。物聯(lián)網(wǎng)專家表示,因特網(wǎng)在2020年之前將可支持約500億個裝置節(jié)點。
物聯(lián)網(wǎng)這個構想,早在因特網(wǎng)初期就已存在。而物聯(lián)網(wǎng)一詞,則是進入本世紀時才首次出現(xiàn),當時定義為-裝有RFID之物體所形成的網(wǎng)絡,目的是為了方便識別及追蹤。多年來,物聯(lián)網(wǎng)幾經(jīng)演化,所有能以無線方式連結上網(wǎng)的裝置,都被納入其范疇。這些連結可以是裝置與人(或人與裝置)之間的,也可以是M2M。因此時至今日,物聯(lián)網(wǎng)與無線傳感網(wǎng)絡幾乎已成為同義詞。
無可否認,某些物聯(lián)網(wǎng)應用的確存在著一種酷元素。想想看,有一大堆Apple iPhone應用程序都能讓用戶以觸摸方式,從遠程監(jiān)視并控制安全、空調及照明系統(tǒng)。Verizon、Cisco與Google也都各自提出了自己的無線家庭網(wǎng)絡計劃,而IBM也著手發(fā)展多種物聯(lián)網(wǎng)解決方案。Google去年的Android@Home技術展示獲得了不少媒體關注,該技術是利用Android智能手機,來控制以Synapse的SNAP網(wǎng)狀網(wǎng)絡協(xié)議為基礎所構建而成的無線LED照明網(wǎng)絡。
一般來說,無線傳感網(wǎng)絡的應用可依傳輸范圍及傳輸速率來分類:
家庭局域網(wǎng)的傳輸范圍相對較小,但支持中至高傳輸速率。而其應用包括安全系統(tǒng)、照明及空調控制及居家多用途監(jiān)控系統(tǒng)等。
工業(yè)控制與工廠自動化部分,則使用距離約數(shù)公里的中等無線傳輸范圍,以及低至中的傳輸速率。
城域網(wǎng)和公共建設方面的應用,比如橋梁監(jiān)控、鐵路及交通燈等,都需要大范圍的無線網(wǎng)絡,通常超過數(shù)十公里,并搭配低傳輸速率。廣域傳感器網(wǎng)絡也可應用在某些特殊地方,例如追蹤牲畜和感應森林火災等。
Wi-Fi具有高傳輸速率,雖然在居家環(huán)境中已無所不在,但他是相對較昂貴且耗電的傳輸協(xié)議。Sub-GHz和ZigBee協(xié)議其實更適合家庭自動化。另外業(yè)界對于以6LoWPAN(IPv6低功率無線個人區(qū)域網(wǎng)絡)類型的IP為基礎的協(xié)議棧來處理家庭局域網(wǎng)絡的方式,也越來越受歡迎。
在中等傳輸范圍的工業(yè)市場中,我們將看到WirelessHART技術在傳感器網(wǎng)絡用的2.4 GHz帶寬被持續(xù)運用。WirelessHART對工業(yè)控制來說極具魅力,因為他具有自我修復網(wǎng)狀網(wǎng)絡架構,可支持五個九可靠性標準。
大范圍的無線傳感網(wǎng)絡則帶來了一個有趣的挑戰(zhàn),而這個挑戰(zhàn)將由一種突破性技術來克服,這種技術就叫電視空白頻段(TV white space)-在某些地區(qū),模擬電視頻段已不再使用,故可做為空頻段讓無線傳輸服務使用。電視空白頻段提供了絕佳的傳輸范圍和傳輸速率,速率可達16Mbps,距離可至10公里,以至于有些人將之稱為專為農村寬帶設計的超級Wi-Fi(Wi-Fi on steroid)。由于電視空白頻段是免費頻段,所以對主要服務供應商和物聯(lián)網(wǎng)技術創(chuàng)業(yè)者來說,都極具吸引力。
位于英國的新公司Neul(法文的云)是個值得注意的電視空白頻段技術先驅。Neul極富遠見的解決方案,是利用鄰近數(shù)字廣播的空白頻段(亦即在400至800MHz范圍內的無執(zhí)照無線電頻段)來進行M2M通信。目標應用包括智能型電表、資產追蹤、銷售點終端(POS)及家庭自動化等。電視空白頻段網(wǎng)絡確實可施行,他是進行中的技術,而歐洲和美國都已進入試驗階段。
沒有一種無線技術能提供萬靈丹給物聯(lián)網(wǎng)。每種技術都將依據(jù)不同的傳輸范圍、傳輸速率和成本需求,分別服務不同的應用。令人振奮的好消息是,物聯(lián)網(wǎng)所用的基礎元素已經(jīng)上市:納安電流等級(nano-amp)省電型單片機和無線MCU、低功耗RF器件,以及MEMS和以CMOS為基礎的傳感裝置,可用來檢測壓力、移動、溫度、濕度和燃氣。若無線傳感器無法由電力線供電,又不可能使用電池時(通常發(fā)生在大范圍的公共建設應用上),能量收集技術便能派上用場,以提供持續(xù)性的電力來源。
無線傳感網(wǎng)絡的急劇成長和物聯(lián)網(wǎng)解決方案,將驅動網(wǎng)絡上的大量數(shù)據(jù)流通,因此需要更大的帶寬,并擴展云端運算。無線傳感網(wǎng)絡是我們生活中不可或缺的一部分。各式各樣IP功能的傳感器,正開始通過無線技術,以一種有意義的方式彼此連結。迅速崛起的無線、傳感及信號處理技術的匯聚,終將使物聯(lián)網(wǎng)成真。