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物联网支付技术架构和发展趋势

字号+ 作者:翁世吉 来源:物联之家 2017-09-06 09:14

当为推动物联网所发展出的创新技术与应用越来越多时,将对我们的生活型态产生怎样的影响?又会带来哪种新型态商业模式?尤其对于支付服务,将有何冲击与契机?⋯⋯种种未知与想象令人忐忑;对此,本文拟从技术演进角度,探讨物联网目前应用与发展情形,并借以

 

翁世吉 / 财金信息公司研发部网络设计组组长


一、前言
 
物联网一词最早源自美国微软公司创办人比尔盖兹 (Bill Gates) 在 1995 年所著的《未来之路》(The Road Ahead) 一书中,一段描述智能化居家生活的想象。由于当时信息技术发展未臻成熟,物联网并未引起世人太多关注。1998 年,美国麻省理工学院提出电子产品代码 (Electronic Product Code,EPC) 系统的“物联网”构想,1999 年该校 Auto-ID中心主任凯文·艾什顿 (Kevin Ashton,后来被称为“物联网”之父 ) 以无线射频识别技术 (RadioFrequency  IDentification,RFID) 为研究基础,提出感测设备透过无线射频识别技术连结互联网进行信息传输与交换,达成具有智能化识别与作业管理的物联网信息网络构想。
 
近几年,随着相关信息科技发展日趋成熟,全球物联网网络基础设施架构逐步成型,透过各种设备之数字通讯数据撷取、沟通,并链接实体对象与数字信息数据,提供自动控管、侦测、识别及服务等加值功能;如何构筑物联网世界仍处于现在进行式,然诚如台集电张董事长忠谋所言:“物联网是个很大的构想,但还没有公司可以真正地管理整个生态系统”。
 
那么,当为推动物联网所发展出的创新技术与应用越来越多时,将对我们的生活型态产生怎样的影响?又会带来哪种新型态商业模式?尤其对于支付服务,将有何冲击与契机?⋯⋯种种未知与想象令人忐忑;对此,本文拟从技术演进角度,探讨物联网目前应用与发展情形,并借以分析未来在物联网架构下,支付产业可能的趋势走向,提供参考。
 
二、物联网
 
(一) 、物联网定义

 
凯文·艾什顿最早对于物联网的憧憬为:“当今的信息技术如此依赖于人所产生的信息,以至于我们的计算机更了解思想而不是物质。如果计算机能不借助我们的帮助,就获知物质世界中各种可被获取的信息,我们将能跟踪及计量那些物质,大幅减少浪费、损失与消耗。我们将知晓物品何时需要更换、维修或召回,他们是新的还是过了有效期。物联网有改变世界的潜能,就像互联网一样,甚至更深远。”( 数据源:百科网站 ),换句话说,物联网的理想境界是:无须透过人的介入便能达到计算机 ( 物 ) 与计算机 ( 物 ) 的沟通,提供人们更为便捷、舒适与安全的服务与生活。因此,欧盟无线射频识别技术标准 (CASAGRAS,Coordination and Support Action for Global RFID-related Activities and Standardization)提出实务的定义:“物联网”就是一项全球化的网络基础建设,透过通讯数据撷取与沟通机制,链接实体或虚拟对象,并可进一步透过特定机制与互联网设施,将所有对象链接在一起,提供控制、侦测、识别及信息交换服务。
 
(二)、 物联网环境
 
为达到物联网的理想境界,国际电信联盟于 2005 年发表物联网报告《ITU InternetReports 2005:The Internet of Things》中,提出信息技术实践方案,将未来物联网环境描绘为“普适网络社会”(Ubiquitous Network Societies,请参阅图 1、2),预告所有对象设备均可随时随地透过卷标识别技术 ( 如 RFID)或信息设备链接网络 ( 称为智能居家生活,请参阅图 3);同时为建构前述普适网络社会生活、开创物联网价值,国际电信联盟构思以无线射频识别技术标示及传感器为基础的物联网环境,针对物联网创意发想、产品开发、制造到上市服务的发展过程,提供完整的方法论与基础模型,供各产业快速扩展应用,以建构更符所谓的智慧居家生活环境,同时透过高效率运作可提升产能、资源利用率,以及改善人类与自然环境之互动关系。


 
图1 未来物联网环境通讯沟通方面
数据源:国际电信联盟 Internet Reports 2005:The Internet of Things





图 3 智慧居家生活
 
 
(三) 、物联网架构标准
 
为达成物联网环境之普适网络社会的理想目标,势须建构普适的终端设备与网络环境,包括具备信息处理能力的传感器、移动式终端设备、家庭智能设备、监控系统设备等;无信息处理能力的静态信息对象 ( 如无线射频识别技术 RFID)、个人无线或车辆智能通讯设备等,透过各种 ( 长 / 短距 ) 无线或有线通讯网络,达到物物沟通应用 (Machine to Machine“M2M”、Machine to machine Application Integration“MAI”) 及物物沟通服务“MaaS”(Machine to machine As A Service) 的功能,实现高效率、节能的生产制造机制与便捷、安全、环保的智能生活目标;而发展普适物联网的基础,在于构思可行的体系架构(Architecture) 及其衍生的完整产业生态系,在物联网运行世界,没有单独一种无线或有线技术能够有效服务整体架构,也没有任何单位可以完全不透过其他单位的协助,便掌握所有知识技术或提供产品服务。因此,物联网的架构下,协同运作模式 (Collaboration) 会越趋重要,唯有透过生态系内各单位的协同运作,方能提供稳定可靠的产品或具体可行的服务。以下先从物联网体系结构切入,简单说明如何形塑物联网架构,进而具体布建物联网环境基础设施。
 
1、 Networked Auto-ID 体系结构






图 4 Networked Auto-ID 架构模式
 

Networked Auto-ID Architecture 是 1999年美国麻省理工学院 Auto-ID 实验室所提出的构想,其概念是将对象透过射频识别 (RFID)、条形码等讯息感测设备与互联网串连,达到智能化识别与管理目标。此种体系结构由标识卷标 ( 如磁条、条形码、二维条形码、射频标识等 )、标示标签阅读设备 ( 包括磁条读卡器、条形码扫描仪、光学识读器、射频读写器等 )、信息传输网络 (Internet、Intranet)、标识解析服务器及信息服务器组成。
 
2、uIDIoT 体系结构





图 5 uIDIoT 体系结构
 
uIDIoT (Ubiquitous ID:Standard for Ubiquitous computing and the Internet of things,物联网普适网络物联识别 ) Architecture 是日本非营利标准化组织 uID (Ubiquitous ID) 所规划制订的物联网体系结构,其目标是“透过射频标识与二维条形码标识物体,由网络传感器采集周围情境 (Context),并根据采集的环境信息调整信息服务”。在 uIDIoT 体系架构下,每个对象均被赋予一个唯一的对象标识符 Ucode ( 由 128bits 的数据组成 ),除透过 Ucode 查询取得对象相关信息服务器的地址外,也可透过网络传感器与对象标识符关联(Ucode Relation,ucR) 指令,向对象标识符关系数据库 (ucR DB) 查询,获得与所查询对象相关的其他信息服务器的地址。
 
 3、USN 体系结构






图 6 USN 体系结构

 
USN (Ubiquitous Sensor Network 普适感应网络 ) Architecture 是 2007 年,韩国电子与通信技术研究所 (Electronics & Telecommunications Research Institute,ETRI) 在瑞士日内瓦国际电信联盟召开的“下一代网络全球标准举措会议”(Next Generation Network Global Standards Initiative,NGN GSI) 上提出构想;该体系结构采用分层概念,将物联网由下而上分为五层:传感器网络层 ( 采集与传输环境信息 )、接入网络层 (感知网与外部的通信)、网络基础设施 (下一代互联网 )、中间件 / 中介软件层 ( 数据存取处理软件 ) 及应用平台层 ( 各产业应用 )。USN 体系结构目前在中国工业与学术界应用较多,但因各分层间之沟通接口欠缺统一定义,体系结构完整性较不足。
 
4、Physical Net 体系结构
 
美国维吉尼亚大学 Vicaire 等人针对较复杂的物联网环境,提出改良式分层 Physical Net 体系结构,由下而上分别为服务提供层( 感知设备直接提供服务 )、网关层 ( 服务的收集、分发、动态移动管理及实时应用配置 )、协调层及应用层 ( 应用程序资源或跨网管理 );Physical Net 定义各层间之沟通接口标准-远程方法调用 (Remote Method Invocation,RMI),Physical Net Architecture 对实现物联网系统设计而言,更为可行。
 
 5. M2M 体系结构
 
M2M 体系结构是欧洲电信标准组织(European Telecommunications Standards Institute,ETSI) 制订的机器与机器 (Machine to Machine,M2M Architecture) 间沟通运作标准,提供非智能终端设备透过移动通讯网络与其他智能终端设备 (Intellectual Terminal,IT) 或系统间通讯沟通标准,包括服务需求、功能架构及协议定义 3 部分。M2M 的功能架构概述如下:
 
(1) 在具有存储模块的设备、网关与网域中部署 M2M 服务能力层 (Service Capacity Layer,SCL);
 
(2) 设备与网关中的应用程序透过dIa (Deviceapplication interface) 设备应用系统接口与 SCL 沟通;
 
(3) 网域中的应用程序透过 mIa (M2M application interface) M2M 应用系统接口与 SCL 沟通;
 
(4) 设备或网关透过 mId (M2M to device interface) 接口与 SCL 沟通。
 
 6、IoT  A 体系结构
 
此系欧盟研究技术发展第七架构计划 (7th Framework Programme for Research and Technological Development,FP7) 之研究结果,IoT A 主要解决物联网环境中大规模、异质平台无线与移动通信所带来的复杂问题,为树状物联网结构参考模型 (Architectural Reference Model,ARM),以物与物通信接口(M2M API) 进行不同无线通信协议整合,透过互联网 IP 串联异质平台 ,以“往复式”概念将逻辑参考模型透过架构规划为结构体系,再据以设计实际系统,并透过实际系统营运状况回馈至结构体系,据以为下一轮参考模型设计的重要基础。
 
(四)、 物联网环境发展进程


 


表 1
 
欧洲智能系统整合技术平台-射频识别工作小组 (European Technology Platform on Smart Systems Integration (EPoSS) - RFID Working Group) 于 2008 年“Internet of Things in 2020”研究报告中,将物联网发展期分为四阶段,并分析规划每个阶段的发展进程,包括技术发展愿景、标准、设备 / 设备、能源功耗与应用范畴 ( 请参阅表 1)。
 
(五) 物联网相关应用技术
 
物联网应用领域广泛,择要将其与支付较相关的技术,简单汇整说明如下:
 
1、感知层使用技术
 
(1) 、条形码辨识 (Barcode、QRCode)借助条形码或二维条形码标示对象相关信息,提供扫描传感器读取对象的本身信息(Barcode),或进一步串联至互联网读取对象有关信息,目前此类技术发展相当成熟,成本也最低廉,各行各业均广泛使用。
 
(2) 、无线射频识别 (RFID)
 
本项辨识技术主要由传感器 (Reader) 及标签 (Tag) 所组成,利用传感器发出无线电波,启动有效感应范围内的 RFID 标签,并由传感器电波启动卷标之芯片运作,并将讯息响应给传感器。目前国内 RFID 应用广泛,如金融卡、公交卡、高速 ETC 等。
 
(3) 、近场通讯 (NFC)
 
NFC 主要为移动式装备 ( 如手机 ) 与其他设备或移动式装备间之沟通辨识功能,提供点对点、卡片仿真或读取器等不同感应运作模式,目前国内主要应用在移动手机金融卡、信用卡等领域。
 
(4) 、无线网络感测 (Wireless Sensor Network)
 
此技术主要提供对象感测环境变化或物体移动等能力,透过红外线、超音波、亮度、温度、湿度、压力等感测组件,以及各种网络协议,传送相关感测信息。
 
(5) 、嵌入式 (Embedded) 设备
 
各类型终端设备,包括移动电话、游乐器、数字家电等,透过嵌入式技术将软件结合硬件设备的应用,使其具备接收网络讯息与处理信息的能力,或是附加软件运算功能的智能设备,使其具备接受、传递与处理信息的能力。
 
2、网络层通讯技术
 
(1) 区 域 网 路: 如 RFID、Bluetooth、Beacon、红外线传输、Zigbee、WiFi 等技术。
 
(2) 外部网络:如 3G/4G 无线通信、WiMAX等技术。
 
3、应用层发展
 
涵盖各种创新应用整合服务,如穿戴式设备、智能家居、智能低碳、智能商务、智能电网、智能交通等,以及物联网环境带来的大量信息所衍生的各种大数据应用技术。网络系统服务大厂如 Google、Apple、Samsung 皆看好物联网带来的庞大商机,分别推出物联网操作系统,如 Google 推出以 Android 平台为基础的Brillo;Apple 推 出 iOS 的 HomeKit; 微软 Windows 的 Windows 10 IoT Core 系统等,甚至连处理器硅智财 (IP) 大厂ARM 也结合 Cortex-M 设备控制器设备,推出物联网操作系统 mbed OS,提供各产业应用物联网技术开发各类产品平台 ( 如智能家居产品 Nest、智能手表Pebble)。另,Google、Apple 等各大系统厂家,也正借助营造物联网架构,逐步建立起自有的物联网产业生态系。
 

三、物联网支付应用发展趋势


随着物联网架构兴起,大量信息透过网络快速传输,预期将对既有的商业营运模式带来重大冲击,尤其透过实体对象感知互动模式,完整融合网络虚拟服务与实体商业营运流程机制,将使传统电子商务金流、物流、信息流之交互应用更为紧密,谨就物联网于支付服务之应用情形,简单分析未来发展趋势供参。
 
(一) 、消费与支付整合服务模式
 
以往,金融支付模式主要为被动服务模式,不论提款、汇款、转账等单向式资金移转,或是消费者完成消费行为后,发动支付交易请求,由金融机构依其请求,续行相关处理服务,凡此种种,消费者因消费或资金移转行为与支付服务之偶合性较少。在物联网的环境下,透过实体对象感知互动服务模式,消费或商业行为与支付服务信息将紧密结合,譬如以 QR Code提供网络支付服务功能模式,消费者透过智能手机 App 扫瞄拟购买商品之 QR Code,直接联机至商店后端系统完成相关支付程序,很快便可在家收到所购买之商品,整体金流、物流、信息流自动串联;另外,QR Code 也应用于付款人之身份辨识,如车票、电影票、自动贩卖机等,当消费者利用商家提供的 QR Code 连结至服务网站,于消费者完成付款后,商家信息系统即回传买受人购买凭证 ( 即提供另一 QR Code),作为消费者兑现所购买之标的凭证。
 
(二)、 情境化支付服务模式
 
物联网环境借助 RFID 及 NFC 等感知设备,并透过手机 APP 网络感测结合 LBS (Location Based Service) 技术,实时确认消费者 ( 付款人与收款人 ) 所在位置、周边环境及其自身状态,可确保支付者的资金流向、人身安全,降低损失或风险。在消费服务方面,手机营运商 ( 如 Apple或 PayPal) 运用低耗电蓝牙设备 Beacon 技术( 如 iBeacons 或 PayPal Beacon) 与客户手机沟通,当客户进入与营运商 ( 如 PayPal、Apple) 合作的 ( 实体 ) 商店时,Beacon 会主动与顾客预先自营运商下载之手机 App 进行联机,并透过手机通知用户已联机讯息,当客户准备购买物品时,只须提示店员使用营运商支付工具进行付款,系统即自动启动支付交易进行处理。此种支付模式服务可带给客户不同之便利体验与个人化服务。此外,商家布建 Beacon 设备成本低廉,且客户可得到最新的商店优惠信息,享受更简单、更快速的支付服务。依据消费信息的大数据运算技术,金融机构进行消费者交易历史纪录分析,并借助物联网感知环境确认消费者即时状态,推估消费者之需求并据以及时营销,可有效增进金融机构之营收。
 
(三) 、生物辨识支付模式
 
传统式使用卡片支付工具、密码等认证方式,将因物联网环境之兴起,逐步转向以生物特征辨识技术为基础的支付服务模式。“生物辨识”主要是依靠生物识别技术,根据人体的生理器官 ( 如脸部、眼部、指纹等 ) 及行为特征确定客户身份,当使用者通过生物辨识机制验证后,再透过信息设备与金融机构帐户联机进行支付授权作业,这种透过用户生物特征控管机制,无需其他 (如支付卡片) 交易凭证,就可完成支付服务的模式,称为“生物支付”。
 
目前,部分商业银行及中国第三方支付机构支付宝已推出此类服务,这项新兴支付模式未来势将逐步扩大其应用领域。
 
(四) 、物联网 (智慧) 银行的支付服务
 
金融机构为支付业务的核心,在物联网的发展趋势下,金融机构须从传统之静态金融服务转型为动态的科技金融服务模式,方能主动掌握消费者之动向需求,借助物联网感知功能确认消费者所在位置、周边环境等,再透过传统金融服务依据消费者往来信用、服务生命周期及物联网环境的大数据等智能分析,实时提供消费者必要、感兴趣的商品服务,创造新的支付商机。例如传统金融机构对于消费信用贷款,往往依据消费者与其往来及相关信用调查情形,决定是否给予贷款或利率水平,因此,从消费者申请贷款,经审核后准予支付款项,这过程可能耗费可观的时间,目前已有纯网络银行利用物联网环境感知功能及大数据技术,针对消费者在网络上之行为、身份、职业、人脉关系、信用历史、履约能力等进行智慧分析,实时核贷并支付消费者款项。另,有金融机构将企业之抵押/担保或产品等动产信息,透过应用物联网感知功能与企业放贷系统整合,实时掌握贷放企业之抵押 / 担保品或出货状况,更可进一步结合企业生产制造或营运活动流程,迅速完成在线融资作业,支付企业融资款项,并达到实时监控抵押债权状况,降低放贷风险。
 
(五) 、分享经济模式所衍生的支付服务需求
 
未来学大师杰里米.里夫金 (Jeremy Rifkin)在《物联网革命》一书中描述:“物联网即将带来一切都是免费的社会?除现行的出版、通讯及娱乐产业,未来,制造业、能源业、教育业及更多产业的商品与服务,也都将步入『免费』的境地,届时企业的营运、民众的工作、市场的经济将面临怎样的巨变?市场经济逐渐式微,共享经济跃为主流⋯⋯『取用』胜过『拥有』、『合作』凌驾『竞争』、『分享』彻底取代『交易』,一向用以衡量经济表现的 GDP 也因此不断降低,既有的市场经济规则与典范,将全面遭到颠覆。”预期“分享经济”在产品服务及市场再流通模式上,将创造巨大的商业价值;另,依据普华永道咨询机构(PricewaterhouseCoopers,PWC) 以 Uber、Airbnb 等汽车或住房之分享模式经济规模统计显示,2014 年创造的产值约为 150 亿美元,十年内将成长到 3,350 亿美元,可见未来分享经济商业模式及其衍生的支付服务需求不容小觑。
 
四、应用物联网支付所面临的问题
 
虽然物联网可为我们带来更便捷、舒适的服务与生活,同时促进产业创新变革,但由于相关配套措施与管理机制尚未完善,势将成为物联网未来发展所须面临的重大挑战,谨简单说明如下:
 
(一) 技术应用发展多元然标准未统一

由于物联网体系相关技术应用相当广泛,且存有异质信息设备或网络环境,技术标准较难统一,易肇致信息作业效率不佳。另,以物联网架构提供金融支付服务,对于交易讯息之实时性、准确性及跨机构 / 产业讯息数据交换规格等,似未有较具体成形的统一标准,这将是后续推动物联网支付等服务所要克服的首要问题。
 
(二) 应用未达经济规模无法降低营运成本

物联网技术应用的最大特色是对象的电子化、数字化,建构物联网支付环境须投入包括对象卷标、感应接收设备、应用整合设备、通讯网络、后端业务信息处理平台等成本,由于物联网体系多属试营运性质,未达全面应用阶段,占有比率及交易量仍不显著,须仰赖时间逐步扩大服务范围,以达经济规模,因此,短期内无法有效降低相关营运成本,将影响物联网体系之推动。
 
(三) 信息安全有待强化
 
在物联网环境下,信息设备紧密串联,然现行各设备间之数据传输或信息处理机制,仍未有较完善的信息安全防护措施,譬如未经授权的机构 / 个人或对象对 RFID 卷标进行读写,所引发的个人资料防护、隐私安全等问题,甚至进而非法追踪、盗取货物或机密信息,以谋求不当利益或蓄意破坏等情形,皆为安全防范须考虑之要项。此外,物联网感应设备透过互联网与后端信息系统串联,也会面临遭病毒与黑客攻击,导致系统无法运作的疑虑;因此,强化信息安全将成为推动物联网支付服务的重要目标。
 
(四) 管理机制尚待完善
 
在物联网运作环境中,对象与对象沟通将成为常态,如何强化对象资源之使用或控管、个人资料的防护、物联网信息的有效整合与跨机构信任机制等重要管理议题,将逐渐面临挑战,成为未来物联网支付业务能否成功拓展的重要关键。
 
五、结语
 
目前,各产业正如火如荼展开物联网应用发展移动,预期将可为支付产业开创崭新格局,随着各项技术与营运问题陆续被克服,将有越来越成熟的物联网支付应用模式逐一推出,面对未来物联网支付业务的兴起,谨就观察心得简单说明之。
 
(一) 完善互联网基础建设为必要前提

物联网支付模式较传统支付服务生态体系复杂,绝非单一机构可独力完成,依据美国信息科技研究与咨询机构 Gartner 之物联网预测报告显示,2015 年全球所使用的物联网设备数量将达 49 亿个,比 2014 年成长 30%,至 2020 年则将成长至 250 亿个。为因应未来庞大物联网设备数量所新增的互联网辨识码 (IP) 需求,各单位互联网通讯协议升级乃为刻不容缓之议题。
 
(二) “交易安全”为物联网支付的最重要支柱

交易安全为帮助支付业务之要项,物联网技术虽持续精进发展,但如何兼顾交易安全与使用方便性,将是能否成功推展物联网支付服务之关键。因此,随时保有完备的风险管理机制、持续提升技术水准、避免事务数据不当储存或传输,有效降低营运作业风险,以强化交易安全性,进而提高客户的信任度与忠诚度,为物联网支付的长远发展奠定基础。
 
 (三) 物与物沟通模式扩大支付业务发展空间

物联网的最大特色在于成功促进计算机( 物 ) 与计算机 ( 物 ) 自动运作机制,成功实现不透过人的介入能达到物与物的沟通模式,为人们提供更为便捷、舒适与安全的服务与生活,未来因物联网物与物自动运作机制兴起,将促使支付产业延伸服务领域,透过物联网提供感知功能,搜集客户信息与状况,并透过大数据分析模式,快速响应或提供客户服务,将可进一步获得更多客户服务机会,带动支付新需求与业务成长,更扩大支付服务范畴与想象空间。
 
 (四) 新兴支付服务与传统支付业务的互补性

由于新兴科技发展带动新思维与营运模式,对于传统金融机构带来前所未有的冲击,近来,“科技金融”一词在国际间越来越受到瞩目,促使金融机构加快革新脚步,国内金融机构也将快速朝向数字科技金融领域发展。预期未来物联网支付将成为金融机构为客户服务之新模式,在新种支付业务发展推动阶段,短期内传统支付工具仍为大宗,鉴于消费者需求的多变与复杂,金融机构持续提供多样、高效、安全的支付服务选择,以竞争优势区隔同业的差异化策略,吸引消费者青睐。在发展新兴支付服务的同时,对传统的支付工具仍可以互补的原则共存,加强客群交易习性、优惠方式、商店销售行为等分析,发挥物联网技术优势、提供消费者订制化服务,创造更高附加价值。
 
 
 
 
 
 
 
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