标准与规定

物联网标准大战

字号+ 作者:infocom 来源:infocom 2017-04-24 10:01

IDC预测到2020年,全世界连网设备将超过2,120亿个,市值达8.9兆美元。届时所有设备都可以相互对话,这智能家居市场也随着苹果计算机的加入,相关商机正随之快速兴起,不过因企业间的合纵连横与标准各有所长的情况,使产业界十分关切此市场的发展。

 
IDC预测到2020年,全世界连网设备将超过2,120亿个,市值达8.9兆美元。届时所有设备,包括壁炉、电视、电灯等,都可以相互对话,这智能家居市场也随着苹果计算机的加入,相关商机正随之快速兴起,其中智能家电、居家照顾、影音娱乐等最受产业界瞩目,不过因企业间的合纵连横与标准各有所长的情况,使产业界十分关切此市场的发展。
 
谷歌 Thread阵营
 
谷歌除了推出 Google TV 外,在2014年也做了重大的投资,就是?购了Nest,正式投入智能家居的领域。Nest 的策略也是采取开放的方式,以吸引更多厂商推出与Nest兼容的产品,可说与谷歌的Android 平台策略如出一辙。Nest以规格、平台制定者为目标,当越多开发者与厂商加入,越有机会成为智能家居的领导者。
 
Google Now 也开始与Nest整合,用户可透过Android与iOS版的Google Now来启动Nest的室内冷暖器。此外,Google Now 的语音识别功能也派上了用场,便是可透过计算机、手机及平板来操控Nest家电,只要启动麦克风、插上麦克风,或说声”OK Google” 开始,就可以简单的指令以完成控制。
 
在今年七月也成立了 Thread Group,成员包括了三星、ARM、Freescale半导体,他们采取的是 mesh架构,以提供更大范围及稳定的网络。将利用根据在6VoWPAN个人网络技术,可提供连网的设备数将超过250个,并可以用网关来和其他厂商的设备相连接。6VoWPAN 是美国电气和电子工程师学会(IEEE)在2003年发布了802.15.4低功率无线个人局域网络(WPAN)标准,它是全球第一个低功率无线标准。正因为它是支持 IPv6,所以和Wi-Fi与蓝牙4.2版可以互通的!
 
微软加入AllSeen联盟
 

而微软的自动化家庭项目可追溯到2010年,当时微软提出了HomeOS和HomeStore的白皮书。HomeOS主要服务于家庭环境,将日光灯、电视机、冰箱及洗衣机等传统家电连至一台装载HomeOS的机器,各个家电无需作修改,就能够容易的接入HomeOS的机器。
 
而微软也宣布了加入由高通所主导的AllSeen联盟,共同致力于强化智能家居的标准化。Allseen联盟推出开放原始码的系统平台 AllJoyn,任何厂商只需要将 SDK 嵌入软件中即可实现互连。
 
英特尔主导的OIC联盟
 
另外不得不提的就是由英特尔所主导的 OIC(Open Interconnect Consortium;OIC),其追求目标在于定义互通的通讯架构,以无线的方式智能管理设备,不论其操作系统和服务提供商,他们的策略也是透过提供开放原始码的方式,并提供更好的讯息安全机制。
 
苹果计算机加入此市场
 
另外苹果计算机在2014年的WWDC开发者大会宣布进军智能家居市场,发表全新HomeKit 智能家居平台,未来可利用各种App,透过iPhone就可远程开启灯光、门锁与温度调控,当然也可以透过Siri的语音控制,来控制家中的智能设备。
 
甚至可利用Apple Watch 作为安全监控的终端设备,并搭配全新的健康管理App,以提供健康信息及追踪用户的身体状况数据,以达到完整的家居生活。


 
物联网网络标准大战
 
无所不在的Wi-Fi
 
智能家居网络要求愈趋严格,各个通讯阵营也升级标准规格以应对,像Wi-Fi Alliance,正全力推广Gbit/等级的802.11ac与新一代的 802.11ah,和专攻高画质的Miracast认证计划。此联盟亦投入500MHz带宽的802.11ac技术规格,进一步支持4K*2K影音的无线传输,与超高画质(UHD)电视的扩大商用脚步。
 
近来也推出了 Wi-Fi Direct 标准,这也表示踏入蓝牙传统的WPAN(无线个人局域网络),而Wi-Fi除了成为手机的标准规格,下一步就是进入家电市场。
 
低功率蓝牙极被看好
 
另一项在家庭自动化方面,极具看好的就是低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy)的技术,因为在众多连网设备的相互连接,低功耗的要求显得十分重要,而且它可以用移动设备直接连接,不像 ZigBee 和PLC网络(电力线通讯)需仰赖Wi-Fi或蓝牙网桥,此两者因为欠缺对外连结的能力,而使家庭网络形成封闭式架构。
 
而蓝牙则拥有广大的移动设备支持,对未来整个智能家居网络,或物联网环境的建立更具价值。
 
由英特尔发起、并由许多不同医疗技术与保健机构成立的Continua健康联盟,已决议将低功耗的蓝牙4.0纳入接下来的标准传输技术。目前已有许多采用蓝牙技术2.1+EDR规格的医疗产品,像是血压计、血压监测屏幕、和计步器等,通过Continua健康联盟的正式认证,接下来随着新技术的导入,预期将有机会逐渐出现更多蓝牙4.0规格的认证产品。
 
在目前蓝牙4.1推出的一年之后,Bluetooth Special Interest Group(SIG) 也在日前接受了蓝牙4.2的核心规格。在这4.2版所更新的部分是改善了隐私性,增快2.5倍的速度,重要的是和因特网相连接。蓝牙4.2所采用的IPSP 规格,是使用IPv6/LoWPAN的技术。这让开发商与OEM等产业界有新的机会,去使用蓝牙与因特网相连接,这也成为互联网不可或缺的一部分。
 
 组网能力强的Zigbee
 
 家庭网络的可扩展性是重要的考虑因素,ZigBee因采用网状架构,可轻松串连更多远离网络节点的设备,对多元且复杂的家电通讯网络建置是具有优势的,相较之下,蓝牙网络设备链接上限为七个,而无线网络连接限制为三十二个,若系统厂仅以蓝牙布建家庭网络将显得绑手绑脚,两者必须相辅相成。
 
Zigbee 主要适用于自动控制和远程控制领域,在LED近来的发展,发现 Zigbee适用于灯光照明系统,这种不需要传输速率很快的系统,近来也应用在无线定位方面。
 
随处可得的电力在线网
 
虽然电力线是属于有线网络,不过在家庭网络的发展,也占有一席之地。电力在线网则是利用家中的电源线路做为宽带上网工具,用户只需把电力线调制解调器(PLC modem)插上插座,就可直接以电力线宽带上网,解决家中电信网络布线施工的问题。至于电力在线网的带宽,包括由Intel和IBM等多家厂支持的HomePlug,传输速率可达14M bits/s。另一则是松下、新力和三菱等企业支持的DS2,传输速率则可达200M bits/s。
 
电力线的好处在于有电的地方就可以上网,如果以后普及后计算机或接口设备都内建 Powerline的芯片,透过电线来传输网络讯号,电线也变成了传输线。
 
事实上,应对家庭异质网络融合的发展,有线PLC技术也加速支持IEEE 1905.1有线/无线混合网络标准,以协助芯片商和系统厂在一个网关内整合以太网络(Ethernet)、Wi-Fi及其他网络标准。




 

开放是成功关键
 
一般认为对于蓝牙产品的接受度会高于Zigbee和NFC的产品,像电子窗帘、吸尘器机器人、抽油烟机、智能穿戴设备产品,低功耗的蓝牙4.2将有更大的应用市场。而且蓝牙凭借着体积小功耗低的特点,未来将受到小型化的穿戴设备青睐与采用。而Wi-Fi凭借着普及的优势,在家庭网络上将成为接受度最高、应用最广的方案。
 
智能家居大战正要开始,虽时有众多厂商都在发展其标准,但市场的接受度与成效都不若理想。因为根据物联网最基本精神就是跨厂商及品牌的互操作性,单一厂商是无法承担如此广泛的技术实作任务。因此只有开放与共享,以便各自发展加值服务,以加速推动业界发展。
 

M2M –制造产业链的利器
 
M2M 是物联网络架构的一环! MTC 的发展:

 
 
机器通讯MTC(Machine Type Communication)应用,主要定义为实现在不经由或在有限度的人机互动情境下,透过有线、无线或移动通信技术来串连机器(或终端),达到不同设备╱机器与机器之间互联沟通,并由云端平台实现终端互联的智慧化运用。
 
从上图可以看出机器对机器(Machine to Machine, M2M)是整体物联网网络的一环,M2M 是促进4G、5G移动宽带技术成长的主要动力。除了3G外,更高速、更稳定的长程演进计划LTE、LTE-A,将成为未来M2M内建无线通信技术的主流。



 
 

中国市场备受瞩目
 
自中国移动董事长王建宙提出物联网(Internet of Things)的概念后,中国十一五与十二五计划纷纷提出“感知中国”的口号,希冀透过无线通信技术与传感器网络,打造更便利的人与人、人与物,以及物与物之间的物联网环境。
 
根据中国移动提出的物联网三个特征,第一是要全面感知,也就是将物品信息进行识别,并通过网络传输至后台,进行信息共享和管理;第二个特征是可靠传递,即透过现有的2G、3G及未来4G通讯网络可靠传输信息;第三个特征则是智能处理,通过后台的庞大系统进行智能分析和管理。
 
M2M 的应用架构
 
根据 RCG网站针对M2M技术的应用系统可分成三大块:分别是针对人们方便管理信息的“企业及管理软件平台”;针对人传递讯息给机器的“无线通信解决方案”;与针对未知环境搜集数据及监控管理的“现场数据收集和监控设备”。





 

M2M 的应用
 
M2M应用范围涵盖相当广,2001年M2M概念兴起时,主要用于车队管理,随着M2M的概念逐渐扩大,再加上万物联网的潮流兴起,移动运算、安全监控与能源相关等应用逐渐被开发,更促使M2M市场的欣欣向荣。另一方面,各国政府的政策推动下,也让M2M市场益发壮大,其中,以中国一连串的国家计划最为积极。
 
M2M在移动设备的最典型应用就是手机从远程或云端服务器传输用户所需的服务。若嫌手机屏幕过小,用户可透过无线通信技术将影音文件传输至笔记本电脑或电视机等。除了移动宽带技术本身外,电信企业或内容服务供货商的服务质量更稳定并更快速,也是相当重要。
 
要如何有效处理这些爆炸性的信息,变得非常重要。例如田里的湿度传感器侦测出土地干到一个程度而发出一个事件,农场监控系统接收到讯息做判断,即可启动自动洒水系统提供足够的水灌溉农作物;或是鱼塭的温度传感器侦测到温度如低于10℃,就触发一个事件讯息,透过无线通信系统传送到农场监控系统做判断,并结合气象预报信息进行判断,若可能会有寒害,就须覆盖塑料布或加热器进行鱼池的保温处理。这种利用一个设备去获取来自传感器的事件,经由网络传送给应用系统,将获取的事件转换成有意义的信息就是M2M的应用范畴。
 
工业制造的应用
 
过去绝大部分都是以条形码标签进行生产管理,条形码很容易打印,但是印出来的内容不能改,绝大部分都只做商品码批次式的群体管理;而条形码必须让光线直接正面扫描,再加上很容易沾污磨损,限制了自动化系统的正确有效控制率。
 
近10年来无线射频识别系统(RFID)技术成熟,RFID卷标具备有较大内存容量,较新的RFID卷标芯片都提供96位以上的内存,供电子商品码(EPC)和产品序号使用,让产品的每一个实体都可以有各自唯一的编号,于是商品从生产、运送、销售到售后服务,甚至于资源回收,整个商品生命周期都可以一路管理下去。
 
若靠人工输入,就无法避免人为的疏忽,也易于产生弊端,对数据的准确性也都存在着许多疑虑。虽然产品外包纸箱上都有贴条形码标签,也用条形码机扫描读取,但刷过条形码的产品是否都正确地放到栈板上真正运出去?没人能保证,货物错放或者遗失的问题屡见不鲜。现在有RFID系统把关,从个别产品、产品外包纸箱、到栈板都用RFID标签做管理,可以穿透纸张全面侦测,这些问题已经可以有效解决。
 
网络架构
 
可以提供较高数据速率的无线通信技术包括无线局域网络(Wi-Fi)、WiMax、长期演进计划(LTE)、LTE-A四种,当中Wi-Fi可以提供的数据速率最高可达600Mbit/s,但是通讯范围最小约200公尺范围内;而LTE的通讯涵盖范围最广。
 
Wi-Fi:
 
规范来自来于网络通讯。Wi-Fi的尖峰数据速率没有上链和下链的区别。可连接无线上网的设备包括个人计算机、打印机、数字相机、智能手机或游戏机。除了IEEE 802.11以外,还包括简易保护设定通讯协议和点对点连结等技术。原来在有线网络用网络协议地址第四版(简称IPv4)只有四个字节,紧接着,将会用IP第六版(简称IPv6)以十六个字节定义网络地址。
 
WiMAX和LTE、LTE-Advanced:
 
对于高速移动者提供的无线通信尖峰数据速率达到100Mbit/s,而且对低速移动者更可达1Gbit/s的传输数据速率。
 
另外,Wimax目前升级至 Wimax 2.0,以朝向 TDD-LTE 来演进,TDD-ITE主要是中国利用产业政策保护发展。和最普遍的FDD-LTE可以运用软件整合,以定义无线电(SDR)达到一机支持多种通讯协议的功能。
 
FRID 是M2M的要角
 
常用的被动式RFID通讯标准,依频率可分为低频、高频和超高频等款式,各主要功能特性随着通讯协议和操作频率设计差异,各有不同的应用。当然,RFID仍有其物理特性限制,许多人性面的问题仍须要搭配各种监控系统包括摄录像机、各种温度、湿度、压力、可见光与不可见光、特殊气体及放射性的传感器和其他的有线和无线电通讯系统,以建构完整的解决方案。
 
依照RFID标签和读取器的设计,被动式的RFID标签的读取距离,从约几公分到7-`8公尺都有,在室内可以搭配无线局域网络(WLAN)、蓝牙(Bluetooth)通讯或ZigBee通讯,在室外可以搭配4G-LTE通讯,将相关对象数据上传到系统控制中心处理。
 
蓝牙通讯
 
属于无线个人局域网络(WPAN),初期希望藉以取代RS-232电缆线,可连接数个蓝牙设备。蓝牙设备在第一次联机时须花较长的时间建立连结关系,而且可同时链接的设备个数最多七个。蓝牙主要应用在手机和耳机的无线语音联机、计算机周边(如打印机、鼠标)控制、游戏机、GPS地图导览、数字相机。蓝牙4.2 的推出。现在蓝牙主流是4.0版,而Bluetooth Special Interest Group(SIG)去年也接受了蓝牙4.2的核心规格。在这4.2版所更新的部分是改善了隐私性,增快2.5倍的速度,重要的是和因特网相连接。蓝牙4.2所采用的IPSP 规格,是使用IPv6/LoWPAN的技术。这让开发商与OEM等产业界有新的机会,去使用蓝牙与因特网相连接,这也成为互联网不可或缺的一部分。
 
近距离无线通信(NFC)为短距离无线通信技术,利用线圈电磁耦合的方式进行讯号沟通。近年来手机企业极力推展NFC,可以模拟非接触智能卡做身分识别、具备高频(HF)RFID读取器功能、可以进行电子票购买与使用、方便做电子货币包和旅游卡使用及搭配手机功能进行各种移动商务服务。两个NFC设备可以在0.1秒以内建立沟通模式进行数据交换,很方便实现移动付费机制,蓝牙设备一般需要约3~6秒才能达成沟通协议进行数据交换,2010年底已有低功率蓝牙芯片也可缩短开始沟通的时间在0.1秒以内。
 
ZigBee
 
为ZigBee联盟的注册商标,是以IEEE 802.15.4标准为基础的低功率无线通信,提供低速率无线个人局域网络(LR-WPAN),其目的在提供比其他WPAN简易便宜的技术,具备电池寿命长且安全的网络功能。
 
ZigBee RF4CE提供优于红外线(IR)加密双向通讯的遥控功能,可双向通讯的好处是,能够知道目前产品设备的状态数据;另外也可以由产品设备去呼唤遥控器发出“哔”声,就不会有找不到遥控器的困扰;可一对一、一对多及多对多的控制,也就是可以用单一遥控器控制多个产品设备,或是一个产品设备可用一个以上的遥控器控制,方便居家自动化系统、照明遥控系统、工厂感应监控系统及医疗照护系统等进行各种控制。
 
 M2M通讯加持物联网延伸应用触角
 
利用物联网整合各种感应设备的范例,包括生产线和仓储用被动式RFID射频识别系统做工厂产线管理、由温度、湿度、气体等感应设备进行环境监控、结合主动式RFID和全球卫星定位系统,达到室内外皆做到实时确认产品位置的功能、仓储的进货储位与出货的自动管控,货架服饰试穿与提货率分析、产销储的商品调配管理、食物定温监控与递送管理等,生产者、顾客到消费者都可以透过网络查询各自所需要的信息,让物品管理信息透明化是物联网最重要的功能之一。
 
提升节能效益
 
能源危机已是挥之不去的问题,节能减碳也就变得更为重要。不论是居家用电管理、办公室冷气控制及工厂尖峰离峰用电调控,都可以利用温度与光等传感器结合像ZigBee无线网络监控系统及最新的智能型电表,可传送讯息到用户手机上用仪表板方式提示用电状态,并能够立刻调配遥控相关用电设备的工作条件,以达到积极有效的能源管理,并可获得较低的用电费率。
 
建立实时防灾机制
 
也可应用在灾变的处理上。物联网有M2M的技术支持,可以全自动化进行传感器数据的收集与处理,无线网络技术与系统的进步使更多的监控与管理变成可实际自动控制,采用SOA设计更有弹性的系统,并结合云端运算,使更多的信息可以充分的分析处理并发挥控制功能。而维护地球环境,维持道路交通顺畅,以及发挥人性群体合作的信念与责任,则是一切顺利成功的最后防线
 
连网汽车的发展关键



 

语音识别与声控是连网汽车的一大关键! 连网汽车有那些重要关键应用?
 
根据GfK与美国消费电子协会(CEA)的共同研究发现,有14%的美国驾驶开车时会“偶尔”或“经常”使用平板,而开车分心则为一大疑虑,因此,安全性考虑是连网汽车必备要件!
 
连网汽车将成为物联网架构下重要一环,连网汽车应用包含停车信息、导航定位、路线规划、实时交通信息等,可涵盖紧急救援、失窃追踪、车辆安全检测、安全控制等,进一步可延伸到车载娱乐和移动设备多媒体应用等。
 
应对连网汽车整合交通与旅游信息的需求,欧洲、美国、澳洲已陆续开始提供TPEG标准服务(Transport Protocol Experts Group),车厂与导航企业也积极支持TPEG标准,布局传送交通及旅运信息多媒体服务。
 
资策会表示,联网车将成为台湾通讯与移动应用服务产业成长动能,今年美国消费电子展(CES),众多厂商争相竞逐联网汽车相关最新科技。Gartner预测,高级车种联网汽车可望出线,至2020年底,成熟汽车市场销售的新车中,将有逾8成的车种配备联网功能
 
移动医疗(Mobile Health, mHealth)产业兴起。
 
mHealth 分为三个等级:

一是健康族群使用的消费级产品,通常是手表或是手环,提供的功能可能是计步器、卡路里计算、睡眠质量监测等自我健康管理的项目;

二是针对需要协助的患者做到远程监控的功能,例如防走失手环;

三则是提供给居家病患照护使用的医疗等级产品,大多内建精准的检测量计,达成居家自我疗养或是远距医疗的愿景。
 
有关无线通信技术在医疗或医疗器材上新的产品应用中,其一是手持式超音波产品,其应用用途如下:
 
超音波医学影像仪: 以疾病为类别的专业超音波计算机辅助应用软件(CAD)与超音波影像仪器配合,以提高超音波的诊断分辨率。超音波从医学影像诊断扩大朝向治疗及医美应用领域,发展新的应用高能超音波于抚平皱纹,以及腹部及四肢的消除脂肪医美应用愈来愈多。
 
结合无线手持式超音波影像导引的精密定位功能例如3D超音波,发展精密手术器械产品。
 
应用无线手持式3D扫描打印技术,以提供牙科或骨科订制化生医模型等。







 

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