第三章 GIS、BIM 與 IoT 的現狀與發展趨勢分析
第三節 IoT (Internet of Things) 物聯網系統分析
一、 系統基本理論
IoT 把現實世界數位化, 透過裝置在物體上的射頻識別(RFID)、感測器、二維 碼、QR、NFC 等各種不同的識別、感應、技術，經過介面與無線網路相連和資料 的分析，從而給物體賦予「智慧」。不但實現人與物體的溝通和對話，同時也實現 物體與物體互相間的溝通和對話，這種將物體聯接起來的系統被稱為 IoT (Internet
of Things,中文稱為「物聯網」。其應用範圍十分廣泛，包括：交通、運輸、物流、
保全、健康醫療、氣象探測、智慧環境（家庭、辦公、學校、工廠）、個人和社會 等各種領域；根據統計，一個普通人周圍所接觸到的設備大約從一千個至五千個 左右，所以物聯網可能要包含 500 萬億至一千萬億個物體。在物聯網上，每個真 實的物體都能夠在網上相互聯結，從一瓶乳奶，到一輛汽車，到一棟房子，在物 聯網上都可以透過系統查詢出它們的即時狀態。(2013,維琪百科: 物聯網)
圖 (3-11) IoT 發展藍圖 資料來源: Wikipedia，2013
二、 系統根源
英國人 Kevin Ashton，在 1999 年首先提出這個概念:
“今日的電腦-自然的也包含網路，幾乎是完全依賴人類來提供資訊。幾乎所 有近 50 petabytes (一個 petabytes 是 1,024 terabytes (TB)) 在網路上的資訊都是經由 人工截取和創造的-透過人工打字、手按啟動答錄機、或經由數位攝影或掃描二維 條碼而成。傳統的網路系統圖包含：主機、路由器等等種種機件，但往往遺漏最 普及和關鍵要的原件：人類。問題在於，人類的時間、精神和準確度都是有限的–
換而言之人類並不善於截取世間實體的資訊。這變成一個很大的問題，因為我們 和我們的周遭環境都是實體具象的。我們的經濟、社會和本身的存在並不是仰賴 概念或資訊，而是實體。電腦的“數碼”無法食用、無法燃燒保暖也無法替代汽油。
雖然概念和資訊都很重要，但是實體的東西對於人類的基本需求是更加來的重要 許多。 然而，今日的資訊技術完全依靠人類所提供的不可靠（相較於電腦）訊息。
如果我們的電腦系統，在不依賴人類輸入的情況下，能收集到所有關於實體的訊 息，那麼我們便能夠追蹤、計量所有的實體（包含人、物），減少浪費、疏失、或 陳本。那麼我們便可以知道當東西需要被更換、修理或回收，同時知道是否仍維 持在最佳的狀態。就如網路一般，物聯網具有改變世界的潛力，甚至更超越前者。”
Ashton 特別強調，雖然今天有許多國家及公司對於 IoT 的定義有不同的見 解，但絕對不是僅僅所謂"bar code on steroids" （服用了類固醇的二維條碼）(2009, Ashton)
三、 新科技的效應
自從 Kevin Ashton 在 1999 年提出之後，IoT 技術的發展已經遠遠超過當時為 主的二維條碼及 RFID，而新技術的寵兒便是數碼感測器：根據紐約時報的報導這 些感測器“不但可以量測和傳送位置、動態、溫度、濕度等訊息，甚至還可以感應 空氣中化學成分的變化。（2012，Olson）
從今年的 CES 報導中便可以見到，幾年前還僅僅是平凡穿戴的手環帶、皮帶、
內衣等貼身對象，現在已經開始演變成為與手機對話的智慧產品；歷時超過百年 的計步器，現在光是一個猶如手環的鏈帶，不但能計算步數，同時還能分別記錄 所爬過的樓梯、所消耗的熱量、就連睡眠的常態（pattern）也都能一一的分析出來。
的攝取。（2012，Kelly）
圖 (3-12) Fitbit 健康智能手環 資料來源: Kelly，2013 四、 IoT 平臺
(1) 作業面的整合與提升
IoT-A
是 IoT Architecture 的縮寫，與架構（Framework）的概念相似。
Protocols
無論是硬體對硬體；軟體對軟體；或硬體與軟體之間資訊交換,protocol 是 建立溝通模式規則的基礎。按照 Open Systems Interconnection (OSI)所建立 的平臺標準，每組訊息訊號都有 7 層，而每一層包含 1 組或多組 protocols 來進行點對點的信號傳輸。每層之間的對應都要相符才成完整的達成訊號 的傳輸，光是 OSI 的 protocol 本身的種類就十分的繁雜，而採用這個標準 的更是無以數計。
Layer (3.5) HIP
(7) Application
(6) Presentation
(5) Session
(4) Transport
(3) Network
(2) Data Link
(1) Physical
(7) 應用層 (7)- protocol
(6)- protocol
(5)- protocol
(4)- protocol
(3)- protocol
(2)- protocol
(1)- protocol
1 2
Data
Data
Data
Segments
Packet / Datagram 羅斯的 Skolkov；印度的 GIFT 及 Nano City；阿聯酋的 Masdar；沙國阿拉伯的 King Abdullah Economic City；賽普勒斯的 Neapolis；南韓的 Incheon；葡萄牙的 Living PlanIT Valley 等。 而近根據 Anzelmo 的研究，區域性的發展著重點也有顯著的不 同：
中國：整合型 （Integrated Approach）
據報告，中國有包括：科學技術部、工業和資訊部等 15 個部會投入在這方
中央設立框架指標、各地方推動的開發策略（bottom-up approach）,不但能集中 發展方向，同時也能夠滿足各地區的需求。(2012,Voigt)
歐盟：關係人型 （Stakeholder Approach）
歐盟的關係人型是結合公共-個人的合作及垂直投資的關係的四年計畫。為 了維持、平衡個人、企業、公眾、私人等的多方權益，甚至在組織內推廣相互 競爭的開發計畫。廣泛的研究包含了節能網、智慧屋、交通、健康醫療等領域。
由於所開發的技術都有涉及隱私、安全和成本的潛在權益考慮，為了維護這些 權益被侵犯，由各權益代方建立的的防範評估流程（Privacy Impact Assessment for RFID, Internet of Things Impact Assessment for IoT）。(2011,Anzelmo)
美國：投資機會型 （Opportunity Investment Approach）
投資機會型的美國，沒有全國性的產業開發策略，而是以市場競爭機制為 主要技術開發的自然整合及塞選流程。科技技術的結合是由每個公司因為自身 發展的需求來選擇性的並購其他公司和技術，好比 Facebook 購買 Nextstop；
LogMeIn 購買 Pachube；Google 購買 Motorola。(2011, Anzelmo)
五、 IoT 面臨的障礙
由於 IoT 的應用是直接與每一個人接觸，它的發展所牽涉到的障礙，從社會 和經濟的層面所產生的問題要比技術的層面來的更加的多：
(1) 技術上
目前雖然技術上的障礙相較社會和經濟層面來得少，但是還是具有相當的 複雜性。與 GIS 或 BIM 系統相同，技術上最主要的問題還是技術和系統之間相 容性(Interpolation)的問題。對於 IoT 來說，更麻煩的是，除了技術本身的根 源差異性更大（從紅外線、Radio、二維條碼、RFID、NFC 到智慧型手機）之外、
現有的每一種末端（始用端）技術的智慧化程度是不同的，（等同一位老師要同 時教導小學生、中學生與大學生呢的複雜）。
(2) 安全上
電腦的快速計算能力及大量資訊的處理，可以協助我們做許多不同的計畫 與安排，但是當如果過度依賴，是否足夠的安全機制來防範人身和資產的安全？
比方 2012 年底剛推出 iphone5 的新地圖系統，因為資訊不夠完善，在澳洲找尋
位址時竟然把人帶到荒涼的沙漠之中。又如即將在美國加州開放的無人駕駛 車，緊急狀況時，如果因為電子傳輸失誤或中斷造成刹車沒有啟動那後果更是 難以想像。
(3) 隱私上
IoT 在背景（background）收集資訊的同時，是否在被完全告知的情況下
（包括所收集的資訊、以及收集後的應用方式等）收集？當所有的資料都無縫 的被連接在一起時，固然有他的便利性，但個人的隱私或公司的機密，是否反 而變得讓競爭對手或駭客有機會截取？
在做資料庫分析時，實際上便是一種刪選的過程；沒有被個人化
(personalized) 篩選過的資訊，選擇和判斷在操作者;當系統自動替我們篩選 時，同時也等框定了人們的趨向（profiling），因而限制了人們的選擇。 比方 說一個還在學習成長階段的孩子，在研究一個他/她先前完全沒有接觸過的領 域，如果系統依照他/她先前的喜好來提供有限的資料，那麼他/她就無法開拓 本身的視野。
(4) 效率上
儘管現在一個 RFID 的價格已經低於 1 毛美金，對於許多事物的追蹤，即使 有能力做也不一定有做的價值或效率。比方說從書店買回家一份報紙或一本雜 誌，持續的追蹤份報紙或雜誌的位置或流向的功能，對於購買者來不具備任何 意義；為了達到這個目的所花費的軟硬體成本，包括資訊的管理本身，反而是 沒有效率。
(5) 機會平等
以目前 IoT 技術來說，物件之之所以能互聯，相互溝通，是因為每一個物 件都具備獨特的“位址”，也就是常聽到的 IP;編輯、管理、發放 IP 位址（等 同門牌號碼）的權利是是掌握在那裡是一個時常被遺漏，但影響機會平等的一 個關鍵因數。當然，今日設置的成功條件，無論是技術或是法規的整合，有時 也可能變成明日的絆腳石，所以在做這些規劃時，必須同時考慮策略的長久性。
六、 IoT 產業發展趨勢
IoT 已經達到猶如知名作家 Malcolm Gladwell 在他的著作 The Tipping Point 中所提到的“轉捩點”，也就是一個構想被一個群體中累積到 10%的支援時，經由
而無法辨識它的存在；邁向所謂的 new era of ubiquity。(Anzelmo, 2011)
七、 IoT 軟硬體
表 (3-04) IoT 實體介面採用的 Protocols
實體介面 類型 Protocols OSI 層 應用技術
802.15.X Series
無線 NWK/APS/API Network/Transport/upper ZigBee, Bluetooth, RFID WiFi 無線 IP/TCP-UDP Network/Transport/upper
UWB 無線 Baseband/
LinkManager/2CAP Serial 固網 至 Data Link Data Link
USB 固網/無
線
至 Data Link Data Link DeviceNet 固網 Device Network &
Transport
Network/Transport/upper Control Net 固網 ControlNet
Network &
Transport
Network/Transport/upper
Ethernet/IP 固網 IP/TCP-UDP Network/Transport/upper Power line 固網 Net Network &
Transport
Network/Transport KNX, Lon Works 資料來源：Anzelmo, 2011
表 (3-05) 各層介面採用的 Protocols 格式案例
層 OSI protocols TCP/IP
protocols
Signalin g System
Apple
FTAM, X.400, X.500, DAP, ROSE, RTSE, ACSE, CMIP
NNTP, SIP, SSI, DNS, FTP, Gopher, HTTP, NFS, NTP, DHCP, SMPP, SMTP, SNMP, Telnet, RIP, BGP
APPC HL7, Modbus
6 展現
Presentation
ISO/IEC 8823, X.226, ISO/IEC 9576-1 , X.236
MIME, SSL, TLS, XDR
AFP TDI, ASCII,
EBCDIC,MIDI, MPEG
5 會話
Session
ISO/IEC 8327, X.225, ISO/IEC 9548-1 , X.235
Sockets.
Session establishment in TCP, RTP
ASP, ADSP, PAP
NWLin k
DLC Named pipes,
NetBIOS, SAP, half duplex, full duplex, simplex, RPC, SOCKS
4 傳輸
Transport
ISO/IEC 8073, TP0, TP1, TP2, TP3, TP4 (X.224), ISO/IEC 8602, X.234
TCP, UDP,
SCTP, DCCP DDP,
SPX NBF
3 網路
Network
ISO/IEC 8208, X.25(PLP), ISO/IEC 8878, X.223, ISO/IEC 8473-1 , CLNP X.233.
IP, IPsec, ICMP, IGMP, OSPF
SCCP, MTP
ATP (Token Talk or Ether Talk)
IPX RRC,
BMC
NBF, Q.931, NDP ARP (maps layer 3 to layer 2 address), IS-IS
2 資料連結
Data Link
ISO/IEC 7666, X.25 (LAPB), Token Bus, X.222, ISO/IEC 8802-2 LLC Type 1 and 2
PPP, SBTV SLIP, PPTP
MTP,
SDLC PDCP, LLC, MAC
802.3 (Ethernet), 802.11a/b/g/n MAC/LLC, 802.1Q (VLAN), ATM, HDP, FDDI, Fibre Channel, Frame Relay, HDLC, ISL, PPP, Q.921, Token Ring, CDP, ITU-T G.hn DLL, CRC, Bit stuffing, ARQ, Data Over Cable Service Interface Specification (DOCSIS), interface bonding
1 實體
Physical
X.25 (X.21bis, EIA/TIA-232, EIA/TIA-449, EIA-530, G.703)
X.25 (X.21bis, EIA/TIA-232,
Twinax UMTS Physic al layer or L1
RS-232, Full duplex, RJ45, V.35, V.34, I.430, I.431, T1, E1, 10BASE-T, 100BASE-TX, 1000BASE-T,
RS-232, Full duplex, RJ45, V.35, V.34, I.430, I.431, T1, E1, 10BASE-T, 100BASE-TX, 1000BASE-T,