第五章 高齡社會智慧環境科技需求
第二節 ICT 關鍵科技的發展與應用
壹、互聯網技術發展與應用
4互聯網(Internet)是一個聯結全球許多網絡在一起的大型網絡，並以協作形式運 作：每個網絡提供伺服器、通訊設備和接線等，並控制數據的流動；全球超過一百個國 家及數以百萬計的用戶已經把他們的電腦連接在這個全球性的網絡，形成一個網際社 區，互相交換數據、新聞和任何訊息。
一、互聯網的發展
1969 年美國國防部高級研究計劃署 (ARPA) 把部分軍事研究所和大學的電腦連接 起來，建造了一個實驗性的電腦網絡，稱為 ARPANET，並有下列的功能：
1.允許地理上分隔的電腦共用數據。
2.允許人員透過電子郵件互相通訊。
3.抵禦戰爭時可能受到的破壞，例如炸彈的攻擊：若受到破壞，數據可繞過網絡受損的 部分，繼續傳送。
4.連接不同型號、不同操作系統、不同數據格式的電腦，實現相互通訊及資源共用。
最初 ARPANET 只有四部主要的電腦。到了 1984 年 ARPANET 已經擁有超過 1000 部電 腦。1986 年美國國家科學基金會(NSF)把超級電腦網絡連接到 ARPANET，自此以後 ARPANET 便易名為「互聯網」(Internet)，用以描述這個大型的網絡。由於 NSF 允許任 何人士自行把電腦連接上互聯網，於是互聯網便成為平民化的網絡，連繫數以百萬計的 商業機構、政府機關、學校以至個人。
二、萬維網的發展
互聯網的流行有賴於其發展迅速稱為萬維網(WWW, Web)或稱全球資訊網的部分。萬 維網是 1991 年由瑞士日內瓦物理實驗室 CERN 的研究員 Dr.Tim Berners-Lee 所發明 的，而首個廣泛地使用的瀏覽器是 1993 年由 Marc Andreessen 開發的 Mosaic。Mosaic 可算是今天流行的 Netscape® 和 Internet Explorer® 等瀏覽器的始祖。
4 陳榮凱，電腦與資訊科技科課程教材-互聯網技術，2017/07。
1.互聯網服務供應商
互聯網的運行並不是由某單一組織負責，而是集合許多網絡一起的，這些網絡由 UUNET® 和 NASA® 等大型公司及組織提供稱為主幹(Backbone)的高速通訊渠道連接起 來。個人、公司及組織，若要接達互聯網(俗稱上網)，便需要互聯網服務供應商 (ISP) 所提供的服務。ISP 和主幹有永久性的連接。ISP 的收費形式可能以每小時的連接來 計算，亦可能收取固定的月費並提供沒有時間限制的連接，所謂「無限上網」。 2.家庭用戶的互聯網接達
SP 向家庭用戶提供的接達服務有兩類型：撥號接達和寬頻接達。
表 5-3 撥號接達和寬頻接達的比較
撥號接達 寬頻接達
數據轉移的速度 慢 / 56Kbps 快 / 1.5 to Mbps
費用 低 / 但包括 PNETS 高的快 / 但是沒有 PNETS
撥號 必需 不需
連接 可能不成功和緩慢 連接成功機會高及快速
硬件需求 一般調解器 特別調解器 / 網絡界面卡
傳輸媒介 電話線 電話線或有線電視網絡
安裝的容易度 容易-用戶自行安裝 由技術人員安裝
資料來源：陳榮凱，2017/07，本研究彙整。
3.網絡用戶的互聯網接達
路由器 (Router) 是局域網連接到互聯網所需的通訊設備。路由器連接多個網絡，並 指揮數據的流動。若局域網安裝了無線接達點，用戶便可通過無線網絡界面卡，輕易 地接達互聯網。
圖 5-1 網絡用戶的互聯網接達
資料來源：陳榮凱，2017/07。
4.流動用戶的互聯網接達
部分 ISP 利用無線電波，為使用無線設備(例如掌上型電腦和流動電話等)的用戶提供 互聯網接達服務。這些 ISP 亦稱為無線服務供應商(WSP)。
圖 5-2 互聯網技術的摘要
資料來源：陳榮凱，2017/07。
三、互聯網的運作
5 鄭逸寧，物聯網技術大剖析，http://www.ithome.com.tw/news/90461， 2011/12/16。
圖 5-3 物聯網的運作架構 資料來源：中華電信，iThome 整理，2011 年 12 月
二、物聯網雲端服務營運架構6
物聯網雲端服務營運管理平台（IoT PaaS）為物聯網生態體系中重要角色。透過 IoT PaaS，企業可遠端監控、操作設備，並能透過設備使用行為數據的收集與分析，作為設 備維運及驅動創新服務之參考。物聯網應用支持平台主要由連線管理、裝置管理及裝置 雲等單元組成：
1.連線管理
由於物聯網感知設備種類繁多，不同設備所產出的數據訊息格式和形式不一致，會有 分析處理困難的問題。藉由 IoT PaaS 連線管理模組，企業可以理解不同設備產出之 不 同 訊 息 格 式 及 形 式 的 數 據 ， 進 而 確 保 設 備 互 通 性 。 目 前 ， 包 含 REST
（Representational State Transfer；表述性狀態轉移）、MQTT（formerly Message Queue Telemetry Transport； 訊息序列遙測傳輸）、CoAP（Constrained Application Protocol）、HTTP 等，都是目前物聯網裝置和雲端之間常見的訊息協議。
6 葉恆芬、鍾銘輝、蘇明勇等，五大關鍵核心技術-打造台灣物聯網產業的堅實骨幹~基礎建設之技術 性議題，工研院 IEK，2015/05
2.裝置管理
裝置管理主要是能進行遠端的監測、診斷連網設備，藉此掌握設備的壽命或即時運行 狀況（如工廠中機台或感測器之電池壽命、連線／離線狀態、fireware ／ software 更新狀態等），以便作出預防性的決策，達到改善設備效能等效益。
3.裝置雲端
裝置雲端是由設備或是連網端點收集來的數據（Machine Data）儲存的地方，同時系 統必須具備將時間序列的數據轉換為可以被行動應用存取的數據型態，藉此連接 Web APP，提供企業進行商業分析。
三、物聯網的技術發展 1.物聯網的技術層
(1)感測層技術：主流技術為被動 RFID、ZigBee、藍芽 4.0 與 Wi-Fi 等；電子晶片的製 程、單價與耗電量等不斷降低，感測裝置能夠依附於更細微的物品之上，以更精準 的方式感測微量資訊，而各類無線感測網路的通訊模組則朝著低單價、低功耗、高 可靠傳輸的目標邁進，使感測網路的涵蓋範圍擴大與精準度提升。
圖 5-4 多樣的感測元件種類 資料來源：工研院 IEK， 2015/05。
(2)網路層技術：主流技術為 Wi-Fi、3G、TCP/IP 網路；隨著電信網路、網際網路與電 視網路的分界逐漸消弭，在三網上的應用開始匯流整合後，使物聯網可以同時傳遞 與呈現更多異質性的資訊。另一方面，網路層不斷擴大的網路頻寬能夠承載更多資
訊量的同時，QoS 頻寬分流管理的政策必須更加複雜，而企業的網路管理平臺也確實 朝著這個方向邁進。
表 5-5 物聯網主流短距離無線通訊技術比較表
RFID Bluetooth ZigBee 傳輸標準 ISO 18000/EPC global IEEE 802.15.1 IEEE 802.15.4
使用頻率
LF：125 或 134.2 KHz HF：13.56 MHz
UHF：433 或 868~956 MHz MW：2.45 GHz
2.4 GHz 2.4 GHz、868 MHz、
915 MHz
網路連線方式 P2P P2P、Star、Ad-hoc P2P 、 Star 、 Mesh 、 Hybrid 傳輸速度 4~42 Kbps 356~723 Kbps 250 Kbps
最大網路節點數 >256 9 256
傳輸距離 LF<0.5m、HF<0.5m、
UHF<15m、MW<100m <10m <300m
資料來源：台北科技大學，iThome 整理，2011/12。
圖 5-5 IoT 裝置要支援各種無線連網協定
7資料來源：台北科技大學，iThome 整理，2011/12。
7 IoT 無線＆行動通訊技術與應用，DIGITIMES 企劃，2015/04/02。
表 5-6 短距離無線通訊與新興通訊技術比較表
資料來源：台北科技大學，iThome 整理，2011/12。
圖 5-6 異質網路閘道器示意圖 資料來源：台北科技大學，iThome 整理，2011/12。
(3)應用層技術：主流技術為雲端運算、巨量資料分析、資料探勘、BI；雲端運算的 種種技術成為物聯網擴大規模的助力，同時也促成物聯網五花八門的應用服務，
當物聯網規模擴大，更加需要採取雲端運算的運作體系。
圖 5-7 健康照護應用系統 資料來源：台北科技大學，iThome 整理，2011/12。
圖 5-8 智慧藥盒提供正確用藥的架構圖 資料來源：台北科技大學，iThome 整理，2011/12。
2.物聯網的技術標準
因應物聯網飛快發展，國際標準組織不斷進行新的技術標準研究，如國際標準組織 ITU-T 成立 IoT-GSI 與 FG M2M， 針對國際網路通訊標準協定在物聯網的特殊應用進 行 優 化 ； ISO （ International Organization for Standardization ） ／ IEC
（International Electrotechnical Commission）則成立 JTC1 WG7，專注於制定感知 網路架構和需求標準；IEEE、3GPP（3rd Generation Partnership Project）亦啟動相 關研究。此外，國際大廠亦成立產業聯盟，以掌握物聯網技術規範與應用介面規範，如 Intel 主導的 Open Interconnect Consortium（OIC）旨在定義一互通性框架，以讓應 用程式、作業系統、通訊協定和裝置等各層間互連互通。OneM2M 則在處理不同物聯網
垂直應用在異質網路互通、裝置互通管理、資料交換及資安等議題，目標在定義出不同 垂直應用之介面標準規範及資料標準格式，以促使跨設備與跨應用之開放與互聯互通。
圖 5-9 物聯網的技術標準 資料來源：台北科技大學，iThome 整理，2011/12。
由於物聯網應用領域十分多元，各領域均有出自於特殊應用需求的專業技術介面規 範，台灣產業若能積極參與國際產業聯盟，以掌握各垂直應用之統一資料格式與介面規 範，將有助於台廠掌握不同應用場域需求與系統需求，並能藉此切入物聯網各領域創新 垂直應用。
資料來源：台北科技大學，iThome 整理，2011/12。
參、雲端運算
8 術，並以服務的形式（provided as a service）提供給外部的使用者。IDC 雲端運算是一個具有高度彈性及延展性的運算中心，可以提供使用者所需要
Source: IBM；IDC；Forrester；Google；Gartner；IEK (2010/01) 廣義來說，任 何網際網路上提供的運算資源和隨選服務都是雲端運算服務的涵蓋範圍，只要滿足彈性
圖 5-10 美國國家標準與技術研究院雲架構 資料來源：美國國家標準與技術研究院，Mell and
Grance(2009),Effectively and Securely Using the Cloud Computing Paradigm, NIST.。
二、重點特徵
依據 NIST(National Institute of Standards and Technology, 美國國家技術標 準局)所定義的內容，雲端運算有五大重點特徵：
1.隨需應變自助服務(On-demand Self-service)
消費者可依據使用需求狀況自行使用雲端服務，不需再透過雲端供應者與之互動。
2.網路使用無所不在(Broad Network Access)
網路使用無所不在，亦即雲端供應者服務可隨時在網路取用，且使用者端無論大小，
均可透過標準機制使用網路。
3.共享資源池(Resouce Pooling)
資源彙整讓雲端供應者透過多租戶模式(Multi-tenancy)服務消費者，依據消費者要 求，來指派或重新指派實體及虛擬資源，在所在地獨立性的概念下，消費者通常不知 道所有資源確切位置，只可能掌握國家、州或資料中心等大範圍區域地點。其中資源 包括儲存、處理、記憶、網路頻寬和虛擬機等。
4.快速重新佈署靈活度(Rapid Elasticity)
彈性亦即能因應需求彈性且快速調整資源規模大小，對消費者而言，所提供的這種能 力似乎是無限的，可以在任何時間被購買任何數量。
5.服務可計算(Measured Service)
計算服務量測中，雲端服務各層次均由雲端供應者掌控與監管，這對於計費、存取控 制、資源優化、處理能力規劃及其他工作相當重要，確保資源使用可被監測、被控制 和被報告，為供應者和消費者雙方提供透明化服務使用資訊。
三、服務模式
根據 NIST 定義，雲端服務架構可依服務類型指標劃分為基礎架構、平台以及應用 三大層次，分別為基礎架構即服務（IaaS）、平台即服務（PaaS）以及軟體即服務（SaaS）。 所謂服務類型是指雲端運算能為使用者提供什麼樣的服務，而透過這樣的服務能讓使用 者獲得哪些資源，以及用戶如何運用這樣的服務。分別介紹如下：
資料來源：財團法人資訊工業策進會創研所，2017/07。
1.基礎架構層（IaaS），即「基礎架構即服務」，是虛擬化後的硬體資源和相關管理功能 的集合，透過虛擬化技術將運算、儲存和網路等資源抽象化，實現內部流程自動化和
1.基礎架構層（IaaS），即「基礎架構即服務」，是虛擬化後的硬體資源和相關管理功能 的集合，透過虛擬化技術將運算、儲存和網路等資源抽象化，實現內部流程自動化和