RFID為主的物聯網之研究－以N博物館文創基金商品為例 - 政大學術集成

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(1)國立政治大學資訊管理學系. 碩士學位論文指導教授：姜國輝博士. 立. 政治大. ‧ 國. 學. RFID 為主的物聯網之研究. ‧. n. al. er. io. sit. y. Nat. －以 N 博物館文創基金商品為例. Ch. engchi. i n U. v. 研究生：翁瑞聲中華民國一○二年七月.

(2) 致. 謝. 這碩士念的十分辛苦，感謝教授的時間與耐心指導，讓本研究得以完成順利畢業。感謝一路上鼓勵與陪伴我的朋友，沒有你們在這有如嚴酷馬拉松的挑戰中，我若自己一個人恐怕連終點都看不到。最後感謝家人的關愛與支持，尤其是爹和娘，謝謝您們給兒子的肯定，讓我有自信能完成學業。雖然是簡單幾句話，但心. 政治大. 中感激之情，有如滔滔江水連綿不絕，生命中有你們相伴真是莫大的幸福，以後. 立. 也請多多指教，我愛你們。. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i. i n U. v.

(3) 摘. 要. IoT 被各國視為未來發展的目標，RFID 被視為實現 IoT 應用與願景的關鍵技術之一且被企業廣泛應用，而目前 IoT 缺乏一系統化架構服務架構，設計 IoT 的相關應用。本研究藉由探討 IoT 和 RFID 系統組成，將給予 IoT 一個清楚的定義並且結合 RFID，以資訊服務觀點建立 IoT 服務架構。本研究以博物館為案例，. 政治大. 利用 IoT 服務架構設計解決文創基金商品銷售的問題，並期盼 IoT 服務架構在設. 立. 計 IoT 應用上，能提供該領域不同的觀點。. ‧ 國. 學. 關鍵字：無線射頻辨識系統、物聯網、智慧聯網。. ‧. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. ii. i n U. v.

(4) 目. 錄. 第一章緒論 ................................................................................................................. 1 第一節研究背景與動機 .................................................................................... 1 第二節研究目的 ................................................................................................ 3 第三節研究流程 ................................................................................................ 4 第二章文獻探討 ......................................................................................................... 5 第一節無線射頻辨識 ........................................................................................ 5 壹、起源與發展.......................................................................................... 5 貳、運作頻率.............................................................................................. 6 參、系統組成.............................................................................................. 8 肆、近場通訊............................................................................................ 15 伍、管理控制特性.................................................................................... 17 陸、 RFID 應用 ......................................................................................... 19 第二節物聯網 .................................................................................................. 23 壹、起源與定義........................................................................................ 23 貳、 IoT 中的物件 ..................................................................................... 26 參、智慧設備............................................................................................ 27 肆、 RFID 與 IoT ....................................................................................... 29 伍、物件名稱服務.................................................................................... 31 第三節服務類型 .............................................................................................. 35 壹、人啟動服務........................................................................................ 37 貳、設備啟動服務.................................................................................... 38 參、物件啟動服務.................................................................................... 39 第四節 N 博物館現況 ...................................................................................... 40 壹、數位計劃............................................................................................ 42 貳、 U 計劃 ................................................................................................ 46 第五節文獻小結 .............................................................................................. 51 第三章研究設計 ....................................................................................................... 53. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 第一節研究方法 .............................................................................................. 53 第二節 IoT 案例設計 ....................................................................................... 53 壹、物件啟動服務案例............................................................................ 53 貳、人啟動服務案例................................................................................ 55 參、設備啟動服務案例............................................................................ 57 第四章雛型系統設計與建置 ................................................................................... 60 iii.

(5) 第一節軟硬體選擇與介紹 .............................................................................. 60 壹、硬體.................................................................................................... 60 貳、軟體與工具........................................................................................ 64 第二節系統設計 .............................................................................................. 67 壹、標籤編碼............................................................................................ 67 貳、 ONS 查詢格式................................................................................... 70 參、資料庫設計........................................................................................ 70 肆、移動設備使用者介面........................................................................ 73 伍、基金商品介紹網頁............................................................................ 74 陸、標籤管理系統使用者介面................................................................ 76 柒、服務網址格式.................................................................................... 77 第三節雛形系統建置與畫面呈現 .................................................................. 83 壹、後端伺服器........................................................................................ 83 貳、 ONS 上的資料部屬........................................................................... 84 參、標籤管理系統.................................................................................... 87 肆、 Shell Script ......................................................................................... 90 伍、標籤.................................................................................................... 92 陸、移動設備上的程式............................................................................ 94 柒、資料庫.............................................................................................. 100 第五章總結與建議 ................................................................................................. 103 第一節研究結論 ............................................................................................ 103 第二節未來研究方向與建議 ........................................................................ 104 參考文獻.................................................................................................................... 106. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. iv. i n U. v.

(6) 圖. 次. 圖 1-1：研究流程圖 ..................................................................................................... 4 圖 2-1：RFID 發展過程 ............................................................................................... 6 圖 2-2：RFID 系統組成 ............................................................................................... 9 圖 2-3：中介系統模型 ............................................................................................... 13 圖 2-4：NFC 技術架構元件 ...................................................................................... 16 圖 2-5：IoT 發展的三個維度 .................................................................................... 24 圖 2-6：智慧設備元件 ............................................................................................... 28 圖 2-7：從 Intranet of Things 至未來 IoT 願景的階段區分..................................... 30 圖 2-8：ONS 與 DNS 組成架構圖 ............................................................................ 32 圖 2-9：人啟動服務 ................................................................................................... 37 圖 2-10：設備啟動服務 ............................................................................................. 38 圖 2-11：物件啟動服務 ............................................................................................. 39 圖 2-12：N 博物館組織架構圖 ................................................................................. 41 圖 2-13：文物底片庫管理系統資料庫實體關係圖 ................................................. 48 圖 2-14：基金商品管理系統資料庫實體關係圖 ..................................................... 50 圖 2-15：IoT 服務架構 .............................................................................................. 52 圖 3-1：IoT 服務架構－TIS ...................................................................................... 54 圖 3-2：IoT 服務架構－HIS ...................................................................................... 56 圖 3-3：IoT 服務架構－DIS ...................................................................................... 57 圖 4-1：Nexus7 ........................................................................................................... 62 圖 4-2：RFID 標籤 ..................................................................................................... 63 圖 4-3：伺服器 ........................................................................................................... 64 圖 4-4：實體關係圖 ................................................................................................... 71 圖 4-5：移動設備使用者介面 1 ................................................................................ 73 圖 4-6：移動設備使用者介面 2 ................................................................................ 74 圖 4-7：基金商品介紹網頁 1 .................................................................................... 75 圖 4-8：基金商品介紹網頁 2 .................................................................................... 76 圖 4-9：標籤管理系統使用者介面 ........................................................................... 77 圖 4-10：後端伺服器軟體部屬 ................................................................................. 84 圖 4-11：檔案 name.config.local 設定畫面 ............................................................... 85 圖 4-12：檔案 db.gid.id 設定畫面 ............................................................................. 86 圖 4-13：管理主分類畫面 ......................................................................................... 87 圖 4-14：管理子分類畫面 ......................................................................................... 88. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. v. i n U. v.

(7) 圖 4-15：管理產品分類畫面 ..................................................................................... 88 圖 4-16：管理產品規格畫面 ..................................................................................... 89 圖 4-17：管理實體產品編碼畫面 ............................................................................. 90 圖 4-18：Shell Script 檔案 ddns_update.sh ................................................................ 91 圖 4-19：Shell Script 檔案 ddns_delete.sh ................................................................. 92 圖 4-20：標籤編碼資料寫入 ..................................................................................... 93 圖 4-21：第三方 NFC 讀取程式 ............................................................................... 94 圖 4-22：移動設備程式畫面 1 .................................................................................. 95 圖 4-23：基金商品與典藏說明 ................................................................................. 95 圖 4-24：連接相關數位資源 ..................................................................................... 96 圖 4-25：移動設備程式畫面 2 .................................................................................. 97 圖 4-26：程式請求活動清單 ..................................................................................... 98 圖 4-27：購買商品畫面 ............................................................................................. 99 圖 4-28：活動清單畫面 ........................................................................................... 100 圖 4-29：Product 物件中部分程式碼 ...................................................................... 101 圖 5-1：未來應用願景圖 ......................................................................................... 105. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. vi. i n U. v.

(8) 表. 次. 表 2-1：RFID 使用頻率比較 ....................................................................................... 8 表 2-2：EPCglobal 規範各類型 RFID 標籤 .............................................................. 11 表 2-3：GID 編碼格式 ............................................................................................... 12 表 2-4：RFID 管理控制特性 ..................................................................................... 18 表 2-5：RFID 庫存管理應用 ..................................................................................... 20 表 2-6：RFID 的購物應用 ......................................................................................... 21 表 2-7：IoT 相關定義 ................................................................................................ 25 表 2-8：NAPTR 記錄表示方式 ................................................................................. 34 表 2-9：服務分類 ....................................................................................................... 35 表 2-10：N 博物館各藏品分類數量 ......................................................................... 41 表 2-11：文物底片借調子系統相關功能說明 ......................................................... 46 表 2-12：文物底片借出入子系統相關功能說明 ..................................................... 47 表 2-13：基金商品管理系統相關功能說明 ............................................................. 49 表 4-1：硬體選擇 ....................................................................................................... 60 表 4-2：候選無線射頻技術辨識距離和傳輸速率比較 ........................................... 61 表 4-3：實驗設備桌上型電腦規格 ........................................................................... 64 表 4-4：軟體選擇 ....................................................................................................... 65 表 4-5：GID 的邏輯區塊與位元數 ........................................................................... 68 表 4-6：物件類別編碼 ............................................................................................... 69 表 4-7：序列號編碼 ................................................................................................... 70 表 4-8：標籤管理系統的服務網址 1 ........................................................................ 78 表 4-9：標籤管理系統的服務網址 2 ........................................................................ 79 表 4-10：標籤管理系統的服務網址 3 ...................................................................... 80 表 4-11：標籤管理系統的服務網址 4 ...................................................................... 81 表 4-12：標籤管理系統的服務網址 5 ...................................................................... 82 表 4-13：移動式設備所用之服務網址 ..................................................................... 83. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. vii. i n U. v.

(9) 第一章緒論第一節研究背景與動機無線射頻辨識(Radio Frequency Identification，RFID)技術起源於二次世界大戰，戰機的敵我識別(Identification Friend or Foe，IFF)系統用來偵測並確認飛向機場的飛機是否為己方所有，避免誤擊己方戰機，為最早的 RFID 技術運用 Banks et al.[2007]。. 立. 政治大. 到了 1999 年 MIT Auto-ID Center (2003 年後稱 Auto-ID Lab)，利用 RFID 技. ‧ 國. 學. 術欲達成「每個產品都能擁有唯一的標識」，並進行 RFID 相關標準與架構發展. ‧. [Chaouchi，2010]。隨著資訊科技的進步使得 RFID 硬體製作成本下降，國際標. y. Nat. er. io. sit. 準的發展使得各廠商間的開發出來的硬體設備能夠相互作用，促使 RFID 除了企業應用外也漸漸走入日常生活，在 2008 年 RFID UHF 標籤價格降至 5 美分，使. n. al. Ch. engchi. i n U. v. 得 RFID 技術被大量導入企業的相關應用領域[高志中，2009]。另一方面，隨著 Ubiquitous Network 概念的發展，在 2005 年國際電信聯盟 (International Telecommunication Union，ITU)將物件的概念加入 Ubiquitous Network 中，也就是在網路化的時代下，在任何時間與地點，讓人跟人之間透過網路相互聯繫、人透過網路取得物件的資訊，以及物件和物件之間相互通訊的網路環境，形成一個未來網際網路的新概念，物聯網(Internet of Things，. 1.

(10) IoT)[Chaouchi，2010]。看準未來任何時間、地點，和物件都能連接網路，將造成大量的網路流量和商機[高佑嘉，2010]，各國為占 IoT 技術戰略的制高點，以計畫和政策驅動產業發展，或透過跨國的組織及聯盟合作；美國主要由系統整合商或營運商主導推動 IoT 發展；歐盟地區以 Europe2020 與 FP7 等研究計畫推動 IoT 發展；亞洲地區像中日韓，透過政府以政策驅動 IoT 發展，例如：中國以十二五計畫作為發展 IoT. 政治大. 的戰略目標，使得從中央到地方各級政府都將 IoT 視為未來發展的目標。[鍾曉. 立. 君，2011]。. ‧ 國. 學. RFID 可以建立實體和虛擬世界之間的聯繫成為 IoT 應用，透過將 RFID 標. ‧. 籤附加在實體物件上使物件能被 RFID 系統識別，進而在後端的資訊系統能夠對. Nat. io. sit. y. 應出物件的相關資訊例如：屬性、來源、擁有者、歷史資料…等[Welbourne et al.，. n. al. er. 2009]，RFID 技術被視為實現 IoT 應用與願景的關鍵技術之一[Chiang et al.，2007；高佑嘉，2010]。. Ch. engchi. i n U. v. IoT 領域研究尚在起步中，且實現 IoT 的技術有許多種，使得目前對於 IoT 的定義在研究上缺乏一致的看法或共識；RFID 為實踐 IoT 的關鍵技術之一，目前缺乏一系統化架構服務架構，設計 IoT 的相關應用。. 2.

(11) 第二節研究目的綜合前面所敘述，本研究之目的可分為以下四點：一、設計一 IoT 服務架構二、利用資訊服務觀點三種服務啟動方式，設計相關 IoT 服務三、建立一整合 IoT 應用系統方案架構四、依 IoT 服務架構與設計的 IoT 服務，以 N 博物館文創基金商品為案例，製作雛型系統. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 3. i n U. v.

(12) 第三節研究流程研究流程圖如圖 1-1 所示。. 了解研究背景對目前IoT與RFID的發展做初步了解，選定研究個案的領域確立研究動機與目的對個案領域存在的問題進行初步研究，最後確立研究動機與目的. 政治大收集分析與歸納相關主題之文獻資料立. 學. ‧ 國. 文獻探討與研究設計. 設計IoT應用. 以N博物館為案例，和服務觀點三種服務啟動方式設計IoT應用. ‧. 系統雛形實做. 結論與建議. n. er. io. al. sit. y. Nat. 建立雛形系統驗證概念正確性與可行性. i n U. v. 根據雛形系統結果提出本研究的結論與建議. Ch. engchi. 圖 1-1：研究流程圖資料來源：本研究整理. 4.

(13) 第二章文獻探討第一節無線射頻辨識壹、起源與發展無線射頻辨識(Radio Frequency Identification，RFID)技術起源於二次世界大戰，戰機的敵我識別(Identification Friend or Foe，IFF)系統用來偵測並確認飛向. 政治大. 機場的飛機是否為己方所有，避免誤擊己方戰機，為最早的 RFID 技術運用[Banks. 立. et al.，2007]。. ‧ 國. 學. RFID 商業應用出現在 1960 年代，由 Checkpoint 和 Sensormatic 等公司開發. ‧. 電子防竊商品監視標籤(Electronic Article Surveillance，EAS)，標籤裡只有 1 位元. sit. y. Nat. 記憶體記錄兩種狀態，分別是開啟(On)與關閉(Off)，消費者將產品結帳後，會由. er. io. 收銀員負責將 EAS 標籤消磁(把狀態改成關閉)，店鋪門口設有門型感應器，負責. al. n. v i n Ch 偵測 EAS 是否被消磁，若未被消磁則會觸動警報器；1970 年代在美國許多機構 engchi U 開始投入 RFID 研究，這時期主要的發展為記憶體可被讀寫的主動 RFID 專利、可用來開鎖的被動 RFID 專利，以及將 RFID 標籤植入乳牛皮膚，辨識乳牛與監控其乳牛體溫；1980 年代 RFID 進入商業用途，在挪威出現第一個公路電子收費 (Electronic Toll Collection，ETC)系統[Landt，2005]；到了 1999 年 MIT Auto-ID Center (2003 年後稱 Auto-ID Lab)，利用 RFID 技術欲達成「每個產品都能擁有唯一的標識」，並進行 RFID 相關標準與架構發展[Chaouchi，2010]。隨著資訊科技 5.

(14) 的進步使得 RFID 硬體製作成本下降，國際標準的發展使得各廠商間的開發出來的硬體設備能夠相互作用，促使 RFID 除了企業應用外也漸漸走入日常生活，在 2008 年 RFID UHF 標籤價格降至 5 美分，使得 RFID 技術被大量導入企業的相關應用領域[高志中，2009]，RFID 起源與發展歷史可參考圖 2-1。.  二次大戰  RFID 理論發展雷達發展  EAS 1 位元防盜標籤  1948 年 RFID 理論. 1940s. 政治 1980s 大 1970s. 1960s.  Auto-ID Center  RFID 進入日常生活. 圖 2-1：RFID 發展過程. Nat. er. io. sit. 資料來源：高志中[2009]. ‧. ‧ 國.  第一個 RFID 專利  植入乳牛標籤. 學.  提出被動式 RFID  英國空軍戰鬥機敵我辨識. 2000s 1990s. y. 立. 1950s. 貳、運作頻率.  RFID 進入  2003 年 Wal-Mart 需求商業用途  2003 年 EPCglobal  第一個 ETC  2005 年 EPC Gen2 標準. al. n. v i n Ch RFID 其運作頻率可以分為低頻(Low ，LF)、高頻(High Frequency， e n gFrequency chi U. HF)、超高頻(Ultra High Frequency，UHF)，與微波(Microwave)等[NEC，2012；陳瑞順，2009]，以下分述：一、低頻依照 ISO18000-2 標準目前運作在 125KHz 和 134.2KH 兩個頻率，採用被動式 RFID 標籤[ISO/IEC，2012]，感應距離短(約 10 公分)傳輸速率慢(約 1 kbps)，常應用於畜牧動物監控、寵物辨識、野生動物生態追蹤…等[陳瑞 6.

(15) 順，2009]。二、高頻相關標準為 ISO18000-3、14443、15693[ISO/IEC，2012]，與 EPCglobal EPC HF[EPCglobal，2012]等，並規範運作頻率於 13.56MHz，採用被動式 RFID 標籤，儲存容量大，傳輸速度中等(約 25 kbps)[陳瑞順，2009]，相關應用包括悠遊卡、廢棄物處理、進出控制、門禁卡…等[高志中，2009]。三、超高頻. 立. 政治大. 運作於 433MHz 與 860~960MHz 兩個頻段相關標準包括 ISO18000-6、. ‧ 國. 學. 18000-7[ISO/IEC，2012]與 EPCglobal UHF Gen2[EPCglobal，2012]等，採. ‧. 用主動與被動式 RFID 標籤，傳輸速率快(約 30 kbps)距離長，860~960MHz. Nat. io. sit. y. 頻段標準發展由 EPCglobal 主導[陳瑞順，2009]，由於 860~960MHz 與 GSM. er. 手機頻段相同[饒瑞佶，2008]，故每個國家開放的範圍皆不同，我國超高頻. al. n. v i n Ch RFID 使用頻段為 922~928MHz[NCC 常見應用包括醫院病患監護、 e n g，c2012] h i ，U 供應鏈與運籌管理、庫存管理、贓證物管理、高速公路電子收費…等[Ward et al.，2006；陳瑞順，2009]。四、微波： ISO 標準 18000-4 規範其運作頻率為 2.45GHz，採用主動式 RFID 標籤 [ISO/IEC，2012]，傳輸距離較長(約 120 公尺)速度快(約 100 kbps)，相關應用包括即時追蹤高速公路電子收費…等[Ward et al.，2006；陳瑞順，2009]。 7.

(16) 上述 RFID 運作頻段相關資料整理可參考表 2-1。. 表 2-1：RFID 使用頻率比較低頻 (LF). 高頻 (HF). 超高頻 (UHF). 微波 (Microwave). 頻率範圍. 30~300KHz. 3~30MHz. 300~3000MHz. 1~30 GHz. ISO 規範頻率. 125KHz 134.2KHz. 13.56 MHz. 國際標準. ISO 18000-2. ISO 18000-3 ISO 14443 ISO 15693 EPCglobal EPC HF. 約 25 kbps. al. 433MHz 約 60m. 約 120m. < 64 Bits. < 64 Bits. 約 30 kbps. 約 100 kbps. v. 醫院病患監護、畜牧動物監悠遊卡、廢棄物處供應鏈與運籌管即時追蹤控、寵物辨理、進出控制、門禁理、庫存管理、贓證高速公路電子識、野生動卡物管理、高速公路電收費物生態追蹤子收費. n. 用途. 主動. y. 860~ 960MHz 約 15m < 512 Bits. 主動. sit. io. 約 1 kbps. 被動. ISO 15693 約 1.5m 256~512 Bytes. ISO 18000-4. er. ‧ 國. < 1K Bits. ISO 14443 約 10cm 1~16K Bytes. Nat. 標籤容量傳輸速率. 約 10cm. 被動. 2.45GHz. EPC UHF Gen2. ‧. 辨識距離. 18000-7 政治 ISO ISO 18000-6 大 EPCglobal. 立. 被動. (我國使用頻率 922~928MHz). 學. 標籤型式. 433MHz 860~960MHz. Ch. engchi. i n U. 資料來源：本研究整理. 參、系統組成 RFID 系統由標籤(Tag)、天線(Antenna)、讀取器(Reader)、中介系統 (Middleware)，和資訊系統(Information System)等五個單元所組成，讀取器利用電磁波的方式與標籤溝通，在一問與一答間達到辨識標籤上的資訊[高志中， 8.

(17) 2009]，RFID 系統組成可參考圖 2-2，以下分述。. 讀取器. 中介軟體. 資訊系統. 標籤. 天線. RFID 晶片. 政治大. 圖 2-2：RFID 系統組成. 立資料來源：高志中[2009]. ‧ 國. 學. 一、標籤. ‧. EPCglobal[Armenio et al.，2010]將 RFID 標籤分成主動和被動式兩種，其主. Nat. io. sit. y. 動與被動式標籤之間，最大的差異在於是否能主動發起通訊，也就是說主動式的. er. 標籤可以在讀取器沒有發出詢問電波之前，就主動發出電波與讀取器通訊，而被. al. n. v i n Ch 動式標籤只能透過讀取器發出詢問電波後才被動的與讀取器通訊，當然 RFID 標 engchi U 籤隨其功能的增減不只主動與被動式兩種標籤分類法，EPCglobal 進一步將標籤分成四種類型(Class 1~4)，每種類型有規範該規格必須具備的標籤特色或選擇性具備特色，以下分述：. (一) Class 1 為一般的被動式標籤，此標籤必須具備 EPC(Electronic Product Code)識別符、TID，與終止功能。 9.

(18) (二) Class 2 除了包括 Class 1 的功能之外，還必須具備擴充的 TID、使用者記憶體，以及認證存取控制功能，此類型為 Class 1 的延伸，記憶體容量與資料存取的功能性相較於 Class 1 強。. (三) Class 3 為 Class 2 的延伸，相較於 Class 2 必須再具備感應器與電源等功能，因. 政治大. 為具備電源功能，故此類型標籤可稱為半被動式標籤(Semi-passive Tag)，. 立. 但它仍屬於被動式標籤的一種，原因在於此類型標籤無法主動發起與讀. ‧ 國. 學. 取器間的通訊。. ‧. (四) Class 4. Nat. io. sit. y. 為主動式標籤，與前述三種類型的標籤最大的差別在於，此標籤可主動. n. al. er. 發起與讀取器間的通訊，意即此標籤可以發出通訊電波將資料傳輸給讀. Ch. 取器，而不必等到讀取器詢問再傳輸。. engchi. 10. i n U. v.

(19) 上述四種類型標籤相關資料整理如表 2-2。表 2-2：EPCglobal 規範各類型 RFID 標籤標籤類型標籤特色 EPC 識別符(EPC Identifier) 可寫 EPC 識別符(EPC Identifier Writeable) 標籤辨識符(Tag Identifier，TID) 擴充 TID(Extended TID) 終止功能(Kill Function) 密碼保護的存取控制(Password-Protected Access Control) 標籤在委任(Recommissioning of the Tag) 使用者記憶體(User Memory) 認證存取控制(Authenticated Access Control) 電源(Power Source) 感應器(Sensor) 感應器資料記錄(Sensor Data Logging) 其他識別符(Other Identifier) 透過獨立的發信器溝通 (Communications via an Autonomous Transmitter). 立. 1 ○ △ ○ △ ○ △ △ △ －－－－－. 政治大. ‧. 4 ○ － ○ ○ －－－ △ ○ ○ △ △ ○. sit. Nat. －－－ ○. y. ‧ 國. 學. Class 2 3 ○ ○ △ △ ○ ○ ○ ○ ○ ○ △ △ △ △ ○ ○ ○ ○ － ○ － ○ － △ －－. io. n. al. er. ○：規範具備。△：選擇具備。－：無特別規範。. i n U. v. 資料來源：Armenio et al.[2010]；EPCglobal[2007]，本研究整理. Ch. engchi. EPC 編碼系統中的通用識別碼(General Identifier，GID)，可因應不同產業需求調整編碼設計，使得商品物件能有全球獨一無二的編碼；GID 編碼格式分成四個區塊分別為 EPC 標頭(Header)、通用管理者代碼(General Manager Number)、物件類別(Object Class)，和序列號(Serial Number)[EPCglobal，2011]。 EPC 標頭定義 EPC 的長度、識別類型和標籤的編碼結構；通用管理者代碼為組織代號或公司代碼，需向 EPCglobal 註冊取得；物件類別用來辨識物件的商 11.

(20) 品與類型，共有 24bit(參照表 2-3)可區分 16,777,216 種商品；序列號賦予特定物件類別下每個物件一個唯一序列號，有 36bit 代表同種類商品下最多可賦予 68,719,476,736 個商品全球唯一代碼。. 表 2-3：GID 編碼格式邏輯區塊：. EPC 標頭. 通用管理者代碼. 物件類別. 序列號. 編碼位元數：. 8. 28. 24. 36. 最大編碼數：. 256. 政治 16,777,216 大. 268,435,456. 68,719,476,736. 立資料來源：本研究整理. ‧ 國. 學. 二、讀取器與天線. ‧. 讀取器通常包含無線通訊模組(RF module)和控制模組(Control Module)。而. Nat. io. sit. y. 讀取器主要的功能就是透過無線通訊模組，以電磁感應或射頻共振的方式，與標. er. 籤通訊並取得資料，再透過控制模組以有線或無線的方式將取得的資料傳輸給主. al. n. v i n Ch 控制器；通常讀取器必須具備與標籤通訊、防碰撞、透過標準介面與後端系統連 engchi U 接傳遞資訊、讀取的標籤相關資訊與時間、識別固定或移動中的標籤等。在讀取器與標籤通訊方面，為了使系統負有彈性，讀取器需滿足依照需求全部貨選擇性讀取有效的 RFID 標籤或是指讀取記憶體內缺少的辨識碼，或透過主控制器指定要讀取的辨識碼；另在外使用方面讀取器必須滿足，單一讀取器能讀取所有標籤的相容性、在網路架構中容易安裝的易於發展性、和能透過網際網路遠端維護的容易維護性等要求。 12.

(21) 根據使用的場合不同讀取器可分為固定式和手持式兩種。固定式讀取器通常設置於停車場入口、倉庫出入口及門禁入口等受管制的閘門，讀取通過出入口貨品、人員、車輛…等上面的標籤。手持式讀取器因機動性高移動性佳之特點，方便倉儲管理人員做行動式物品清點與盤點作業。三、中介軟體中介軟體的用處在於橋接前緣設備與應用程式或系統間的缺口(Gap)，其功. 政治大. 能主要有二；第一做為從應用系統傳達指令給前緣設備的命令轉譯器，第二做為. 立. 整理從前緣設備取得的資料，並轉譯成對應用系統是有意義的資料的轉換功能。. ‧ 國. 學. 中介系統通常可以分為三個模組，分別為讀取器介面、標籤訊息處理，和應. ‧. 用系統介面(如圖 2-3)[高志中，2009]以下分述：. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖 2-3：中介系統模型資料來源：高志中[2009]. (一) 讀取器介面提供讀取器硬體雨中介軟體通訊的介面，透過這個介面可以設定參數 13.

(22) (讀取器參數、天線參數)、讀寫標籤編號，並透過有線或無線的方式，遠端監控讀取器。. (二) 標籤訊息處理模組 1.. 標籤訊息過濾過濾無法辨識、無關聯、多餘或重複的標籤資料。. 2.. 事件資料整合. 政治大. 接收來自不同讀取器的標籤資料，並利用演算法群組、歸類或分析. 立. 統計成事件。. ‧ 國. 學. 3.. 自動控制. Nat. 資料轉換. er. io. 4.. sit. 標籤未消磁通過閘門，則觸發警報器。. y. ‧. 監控事件變化，並且致動其他設備進行自動控制，例如：商品 RFID. al. n. v i n Ch 依照後端資訊系統需求，將資料轉換成不同格式。 engchi U. (三) 應用系統介面提供後端資訊系統取得經過過濾、整合，和轉換後的標籤資料。四、資訊系統資訊系統如企業資源系統、供應鏈系統、顧客關係管理系統、庫存管理系統… 等，接收與處理讀取器取得的資料，透過使用 RFID，使得資訊系統能夠與實體世界連接，對於事件發生能快速的知覺並且做出反應，增進現存資訊系統能力。 14.

(23) 肆、近場通訊 NFC(Near-Field Communication)是利基於 RFID 高頻段的衍伸技術，關技術標準與規格由 NFC Forum 組織推動；NFC 所使用的標準包括 ISO/IEC 18092、 ISO/IEC 14443-2~4 還有 JIS X6319-4 等國際標準 NFC Forum[2013]。一、NFC 的運作介紹由於 NFC 有跟隨 ISO/IEC 14443 標準定義其技術規格，RFID HF 也是依照. 政治大. ISO/IEC 14443，使得 NFC 可與 RFID HF 相容。NFC 以磁場感應的方式，讓兩. 立. 個設備近距離接觸，就可以互相傳遞資料，使用者只需要通過觸摸，或將設備靠. ‧ 國. 學. 近，就能實現直觀、安全、非接觸式的交易，存取數位內容，連接電子設備。. ‧. 根據 ISO/IEC 14443，NFC 工作距離大約大十公分以下，頻率為 13.56MHz，. Nat. sit er. io. 二、NFC 相關應用. y. 目前傳輸速率包括 106 kbps、212 kbps，和 424 kbps 等 Innovision[2006]。. al. n. v i n Ch 參考圖 2-4，NFC 技術上分為三個模式 Mode)， e n g；c第一個是讀寫模式(Read/Write hi U. 具有 NFC 設備的移動裝置，用來讀取和寫入 NFC 標籤模式；第二個是點對點模式(Peer to Peer Mode)，具有 NFC 設備的兩個移動裝置，可透過此模式相互傳遞資料；第三個是 NFC 卡模擬模式(NFC Card Emulation Mode)，擁有 NFC 設備的移動裝置，NFC 設備可以模擬成一張晶片卡，讓其他讀取器可以讀取。. 15.

(24) 政治大. 資料來源：NFC Forum[2013]. 學. ‧ 國. 立圖 2-4：NFC 技術架構元件. ‧. NFC 相關應用基於這三種模式的互相搭配而形成，以下介紹幾個 NFC 的應. Nat. sit er. io. 一、設定 WiFi 和藍芽. y. 用 NFC Forum[2013]：. al. n. v i n 通常要使兩個具有藍芽或CWiFi ，需要用到 PIN()碼作安全認 h e的設備相互連接 ngchi U. 證，若運用 NFC 技術則可利用 NFC 裝置接近欲連接設備(上面的 NFC 標籤或 NFC 設備)，進而交換連接設定資料。二、電子門在裝有制動器和近距離讀取器的門鎖上，以簡單的升級讓門鎖可以支援 NFC 設備，用來替代感應卡片。以旅館為案例，在使用者預定房間後，系統可以傳送房間的進出入許可至使用者的智慧手機(或其他移動設備)，跳過辦理入住手續。 16.

(25) 三、健康照護個人的健康監控生理記錄，可以透過有 NFC 設備的手機接近這些醫療設備，取得個人生裡記錄，並降低人工操寫錯誤。透過簡單的教學，可以讓每個年齡層的病人監控自己的健康狀態。一旦標準格式、安全病歷記錄，和歷史記錄可以取得，且讓程式可以取得這些資料，NFC 將會是個讓使用者透過移動設備，方便地與醫療系統互動的設備。四、資料交換. 立. 政治大. 料。交換名片，小額交易，下載折價券等。. 學. ‧ 國. 將兩個設被碰在一起，NFC 讓使用者可以簡單快速地交換兩個設備間的資. ‧ y. Nat. io. sit. 伍、管理控制特性. er. 江美英[2007]認為 RFID 具有九項管理控制特性如表 2-4，可解決企業內部控. al. n. v i n Ch 制規劃及執行面所面臨的困擾及弱點，分別為識別、監督、資料輸出入、快速正 engchi U. 確的資料讀取與寫入、資料交換、可攜大量資料、資料保密及安全性高、低廉製作成本及環境適應性強等。. 17.

(26) 表 2-4：RFID 管理控制特性 RFID 管理控制特性. 一、識別. 細部特性與說明黏貼在物品、設備、人員及各項資產，可以作為識別用途。本識別特性還具備有以下細部特性： 1. 無須實體接觸：Reader 不需要接觸 RFID 標籤就能識別。 2. 內部識別：不只作為商品的識別，亦可以記錄商品的特性。包括生產者、生產日期、生產條件..等等，可以提升識別效果，協助內部管理的執行。 3. 外部識別：EPC 國際組織正發展國際編碼原則，將來不只是供應鏈內的識別用途，含包含國際間的識別。做到真正的唯一性，RFID 標籤嵌入商品本體，除非破壞，將可長久識別。 4. 穿透性：透過 RFID，可以穿透若干包裝材質、衣服，提升可視性。人員若攜帶不合法或偷竊含有 RFID 標籤的商品，透過 Reader 可以輕易的被發現。 5. 移動性識別：識別可在中低速下執行，例如輸送帶、搬運設備移動下，依然可以準確識別。 6. 可同時識別若干物品：在無線掃描的範圍內，可以在幾秒內，同時讀取完成一群集合的商品的資訊。 7. 商標：可為商品標示的一環，落實智慧財產保護及遏止商品仿冒的發生。. 學. ‧. ‧ 國. 立. 政治大. sit. y. Nat. n. al. er. io. 二、監督. RFID 標籤透過適當的 Reader，不只可以在內部追蹤管制品的狀況，還可以延伸到外部的空間，特色為： 1. 內部監督。 2. 無限延伸監督的範圍及廣度。. Ch. engchi. i n U. v. 三、資料輸出入. RFID 標籤內含資料，透過 Reader，可以作為資訊系統的資料輸出入介面，可以當成資料記錄的載具。例如內含商品編號，在原物料收料流程時，可透過 Reader，讓後台軟體將資料傳送到企業資源規劃系統的收料作業，取代人工輸入收料單的角色。 1. 作為應用資訊系統之輸入介面。 2. 作為應用資訊系統之輸出介面。 3. 作為資料及資訊的儲存之載具。. 四、快速正確的資料讀取與寫入. 因為針對 RFID 內容資料的讀寫，由資訊系統判讀，不需要經過人工判讀及書寫或登錄，可以達到： 1. 排除人員疏忽及舞弊的可能。 2. 不透過人員處理，故可維持精準的工作效率。 3. 在無線範圍內，無方向限制做資料快速收集。 18.

(27) RFID 管理控制特性. 細部特性與說明. 五、資料交換. 1. 可與資訊系統進行資料交換。 2. 可與其他電子感應設備進行資料。交換透過 Reader 跟後台軟體經過邏輯條件及安全控管，可與其他系統進行訊息交換，存入 RFID 標籤內或交換或傳輸資料。. 六、可攜大量資料. RFID 標籤因可以交換資料，同時亦可以記錄相關的歷史資料，可提供歷史及過程資料追蹤；例如農產品生產的環境、產地及運銷過程中的經銷商..等等。在大容量的 RFID 標籤中，將可作為紀錄資訊的載具，取代紙本的功能。 1. 可攜帶大量資料，攜帶的資料量目前有 64bits，96bits， 128bits，258bits 規格。 2. 攜帶格式多樣化：包含有聲音、影像、圖檔..等等。. 七、資料保密及安全性高. 因為可在 RFID 標籤中，將資料進行加密，針對不同對象可設定加解密保護機制，資料的安全性將能大幅提升。 1. 資料存入可加密或利用不同頻率控管。 2. 資料讀取經適當解密後可讀取。. 立. 政治大. ‧ 國. 學. 1. RFID 標籤製作成本持續降低中。 2. RFID 從識別、追蹤、資料收集、輸出入及服務及資料載具角度比人工成本低很多。 3. RFID 標籤可以重複使用。. ‧. 八、低廉製作成本. y. Nat. io. n. al. er. 九、環境適應性強. sit. 可存在於人員不適當或不安全環境中，如高粉塵或噪音、小空間…可藉由 RFID 標籤控制模式，進入過去無法控制的環境-污染及特殊環境。. Ch. i n U. 資料來源：江美英[2007]. engchi. v. 陸、RFID應用此節探討 RFID 目前的應用於庫存管理和協助銷售與購物的概況，探究 RFID 技術如何協助管理者管理商品，消費者如何使用 RFID 提升購物體驗，以及 RFID 協助兩者相關的互動。一、庫存管理應用 RFID 應用於庫存管理通常將讀取器設置於儲放貨品的貨架、櫃子或倉庫出 19.

(28) 入口，以及使用手持式讀取器做盤點動作，並與後端資訊系統結合延伸相關應用 (智慧貨架、櫃子、自動補貨…等)，相關細節描述參考表 2-5。. 表 2-5：RFID 庫存管理應用. Zhu et al.[2010]. 讀取器設置位子. 貨架. 立. ‧ 國. y. al. n. 櫃子. sit. io. Golding et al.[2010]. 政治大. ‧. 貨架. Nat Collins[2005]. 智慧貨架(Smart Shelf)：在倉庫和配銷中心的智慧貨架，當庫存低於特定水準，可利用 RFID 系統自動下訂單，或通知零售商回復存貨水準，亦或通知製造商顧客有補貨需求。被黏貼 RFID 標籤的商品，能被零售商追蹤其位置，和即時地清點存貨數量。製造商可利用智慧貨架，確保自己的商品總是擺放在貨架上，而增加銷售量。檢查貨架上的庫存量：識別放錯貨架的庫存品、識別過期的庫存品、識別偽造的商品，和將最新資訊利用網路服務 (如 Twitter)遞送給庫存管理員供應商管理實驗試用品庫存 (VMI of Laboratory Supplies) 當實驗室職員將商品拿出櫃子，及發生購買行為。櫃子上裝有感應職員 RFID 鑰匙的鎖，如果職員有被授權使用櫃內所儲存的東西時，才能打開櫃子，而讀取器才能在櫃子開啟或關閉的時候清點庫存與識別哪位職員取走甚麼用品。使用具備 RFID 功能的櫃子，能上鎖並安全的存放顯影劑，結合被貼標籤的顯影劑罐子、智慧櫃子和一個能連接病人電子病例(Electronic Medical Record，EMR)的特別介面、工作清單，以及收費明細 (Charge Description Master，CDM)。在電子病歷的介面，智慧櫃子確保病人的體重、腎臟功能，和過敏，在顯影劑配藥前納入考慮。它使得捕捉、儲存，和管理產品使用資料變得容易，並且降低人為疏失提升可靠性。另外還提供寶貴的手術資訊，像是專業人員用要行為、使用趨勢，和自動識別藥品到期日。. 學. Mathaba et al.[2011]. 描述. 櫃子. er. 來源. Ch. engchi. 20. i n U. v.

(29) 來源. 吳筱雯 et al.[2009]. 讀取器設置位子. 描述. 倉庫門口手持式 PDA. 倉庫門口裝置固定式 RFID Reader ，當貼有 RFID Tag 的貨品通過(進/出)該固定式 RFID Reader 時，進出資料先儲存於資料暫存區，待倉管員在系統上確認後，系統再自動更新 ERP 系統中的庫存數。手持式 PDA 掃描各貨架，盤點商品。. 資料來源：本研究整理二、銷售應用 RFID 常見的購物應用如虛擬試穿、商品推薦與介紹、結合 POS 系統、嚇阻. 政治大. 偷竊、路徑追蹤與行為記錄、蒐集偏好資料，和自動結帳…等，相關細節描述可. 立. ‧ 國. y. n. 商品推薦. 結合 POS 系統嚇阻偷竊 Better Earth. 路徑追蹤. al. er. io. Roberto Verino. 描述西班牙服飾店 Roberto Verino，使用 Keonn 公司的技術，利用內嵌於衣服裡的 RFID 標籤和 AdvanMirror 虛擬鏡子，讓顧客在進行試穿前，可以虛擬試穿。顧客虛擬試穿的資訊會傳送給店員使用的 iPad，店員利用 iPad 瀏覽購物人可能感興趣的服飾、配件與飾品，並提供給顧客在虛擬鏡子前面試穿。透過大型觸摸螢幕搭配、尋找或建議其他服飾、配件與飾品。試衣間的天花板安裝讀取器，讀取被拿入試衣間的商品，讓顧客可以向店員要求其他服飾或配件拿入試衣間試穿。讀取到的標籤 ID 與 POS 軟體做結合，管理銷售交易。在出入口的墊子裝有讀取器嚇阻偷竊行為。紐約服飾店 Better Earth 與 Destiny USA 合作，用 Destiny USA 的平台使用 Terakeet 軟體整合兩個 RFID 系統；UWB (3.1~10.6 GHz) RFID 系統使用 Time Domain 公司的主動標籤和讀取器，UHF RFID 系統使. sit. 應用. 虛擬試穿. ‧. 表 2-6：RFID 的購物應用. Nat. 企業. 學. 參考表 2-6。. Ch. engchi. 21. i n U. v.

(30) 應用. 商品推薦. 描述用 Avery Dennison 公司的被動標籤和 Impinj 公司的讀取器。 UWB RFID 系統負責追蹤店內顧客動向，在店內的天花板裝有 8 隻天線接收訊號，定位顧客位子。 iPod Touch 裝有主動 RFID 標籤，銷售人員輸入性別和大約年齡後交給顧客，顧客亦可輸入購買偏好，這個裝置會記錄顧客在店內移動的路徑資訊，再利用 Wi-Fi 傳輸給應用系統，顧客可透過 iPod 知道身在何處。使用具有 RFID 功能的 iPod 和 EPC Gen 2 標籤，連接顧客與其可能感興趣之產品。當顧客進入特定區域，區域內安裝的螢幕會依顧客的購買偏好播放產品資訊影片。店內商品內嵌 UHF Gen 2 標籤，當拿入試衣間時會被讀取器讀取，試衣間內的螢幕會顯示其他推薦產品和配件的資訊。 Terakeet 軟體整合兩個 RFID 系統的資訊，可以知道顧客正在試穿哪些產品，以及購買了甚麼東西。此外，顧客可以透過 Better Earth 的網站，檢視顧客在店內瀏覽時被收集到的資訊。波士頓鞋店 New Balance 將 Gen 2 被動標籤內嵌在兌獎傳單和綁在不同樣式鞋子上，記錄活動資訊。 InMotion 公司安裝一堵 9 英尺寬的牆，上面有 42 吋觸摸螢幕、置放鞋子的架子和讀取平台。每隻鞋樣式都不同並且在上面綁有 RFID 被動標籤，牆上有天線可以感應特定的鞋子被顧客拿起，如果顧客拿起的鞋子為影片正在介紹的鞋子，這個行為的資料(哪個鞋子被拿起，時間多久等)會被記錄到伺服器裡。InMotion 的軟體會將每個產品的移動事件資料與當日 POS 系統裡的銷售紀錄做比較。 6000 張內嵌 RFID 被動標籤的兌獎傳單，當顧客將傳單放在牆上的讀取平台時，會顯示能兌換的獎品，再拿兌獎傳單去櫃檯領取，InMotion 的軟體會記錄從第一次感應後，在到櫃檯領取獎品這段時間，代表顧客花了多少時間在店裡。將鞋子放置於讀取平台上，讀取器感應到鞋子上的標籤 ID 並將資料送到 Almighty 公司建置的伺服器，可使螢幕顯示更多圖片讓顧客能更了解特定鞋子的特色，透過這種方式，分析每種產品與顧客間的興趣程度，興趣程度是否影響銷售量，和媒體內容是否提升購買等。. 立. ‧. ‧ 國. 學. 蒐集偏好資料結合 POS 系統. io. sit. y. Nat. al. n 行為記錄 New Balance. 商品介紹. 政治大. er. 企業. Ch. engchi. 22. i n U. v.

(31) 企業. 應用. 描述北卡羅萊納州，夏洛特市 Uptown Cycles 腳踏車店，使用 Freedom Shopping 公司具有 RFID 功能的結帳服務機(RFID-Enabled Checkout Kiosk)增進顧客結帳速度，並提升安全性和庫存準確性。每個商品到店內，員工會掃描產品條碼並使用 Zebra RZ400 RFID 列印機印出 RFID 標籤並貼在產品上，透過 FLiP 系統軟體可將標籤 ID 與條碼在後端的系統裡相互連結。將欲結帳產品放置結帳服務機的感應平台上，讀取器感應到標籤 ID 透過 FLiP 軟體定位產品的條碼，然後將資訊送給 POS 系統，使得資料庫能記錄特定產品已被購買，同時會更新庫存記錄。顧客用信用卡或現金卡在結帳服務機付款，收到收據接著 RFID 標籤功能被移除，即完成購買動作。貼有 RFID 標籤的產品，可至有人操縱的 POS 櫃檯結帳員工掃描條碼，並移除 RFID 標籤功能。顧客進出商店需通過 FLiP 安全門，門裡有天線連接到固定式 RFID 讀取器。若感應到的 RFID 標籤功能未被移除，代表該產品並未結帳，FLiP 軟體會促動聲音警報。 RFID 系統使得庫存資料正確性提高，讓員工更注意他們的行為。. 自動結帳 Uptown Cycles. 立. 政治大. ‧ 國. 學. 嚇阻偷竊. ‧. 資料來源：Swedberg[2010a，2010b，2012a，2012b]，本研究整理. n. al. er. io. sit. y. Nat 第二節物聯網壹、起源與定義. Ch. engchi. i n U. v. IoT 的概念起源於 1999 年 MIT Auto-ID 研究中心，其目的在於「使每個產品都能擁有唯一的標識」，此概念商業化後變成 RFID，目前由 EPCglobal 發展。 EPCglobal 建立的目的在於商業化 Auto-ID 的研究，並與 EAN - UCC(European Article Numbering - Uniform Code Council，今稱 GS1)合作，而 EPC(Electronic Product Code)為它們主要商業化的目標[Chaouchi，2010]。隨著 RFID 發展成熟與普遍，讓每個物件(甚至是動物)可擁有唯一的識別標 23.

(32) 識，透過這樣的技術，做到識別、定位和追蹤；另一方面無所不在網路(Ubiquitous Network)概念的發展下，在 2005 年 ITU 將物件的概念加入無所不在網路中[ITU， 2005]，除了無所不在網路任何時間聯結(Anytime Connection)與任何地點聯結 (Anyplace Connection)軸外，ITU 加入任何物品聯結(Anything Connection)軸，如圖 2-5 所示，利用任何時間、地點和物件的聯結詮釋 IoT。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖 2-5：IoT 發展的三個維度資料來源：ITU[2005] IoT 的定義目前並沒有一個統一的看法，由於 IoT 涵蓋領域甚廣，相關 IoT 定義整理如表 2-7。. 24.

(33) 表 2-7：IoT 相關定義定義物聯網是一套讓真實世界中的任何物體隨時連結的網絡，透過網際網路技術讓各種實體物件、自動化裝置彼此溝通和交換資訊。…讓任何物體可以隨時和其他物體溝通…交換資訊，達到控制和通訊的目的。 IoT 是一個能連接網路的物件所組成的網路，目的在擴增無所不在網路，透過嵌入系統整合每個互動物件，並且形成高分散式的設備網路與人類和物件溝通。 IoT 可被概念地定義為，擁有自我配置能力的動態全球網路基礎設施，且利基於標準和可互相運作的通訊協定，讓實體和虛擬的物件(Things)有身份、實體屬性，和虛擬人格，並且利用智慧界面無縫地整合進資訊網路中。未來的 IoT 將可唯一識別的物件與其虛擬表示形式透過 Internet 作連接，或連接物件的身份、狀態、位置到額外資訊，或連接物件任何其他商業、社交或私人相關資訊。無論是否有財務支付，這樣的連接形式超過原本提供資訊的成果，並提供預先定義以外的參與者存取資訊。在正確的數量、條件、時間，和地點，提供準確和適當的資訊存取，並要求合適的價格。IoT 不是無所不再/ 普式運算(Ubiquitous/Pervasive Computing)的代名詞，它包含了 IP(Internet Protocol)、通訊科技、內嵌設備、應用程式、人聯網 (Internet of People)，或組織內/跨組織(Intranet/Extranet)物聯網等所有方法。 IoT 是未來 Internet 不可分割得一部份。可被定義成擁有自我配置能力的動態全球網路基礎設施，且利基於標準和可互相運作的通訊協定，讓實體和虛擬的物件(Things)有身份、實體屬性，和虛擬人格，並且利用智慧界面無縫地整合進資訊網路中。在 IoT 中，物件(Things)被期許成為在商業、資訊，和社交等流程中的主動參與者；它們能彼此互動溝通，透過交換資料和感應 (Sensed)環境資訊，在有人或無人的介入下，自動的反應真實世界中的事件，甚至藉由執行觸發動作和創造服務影響事件。介面以服務的形式促進與智慧物件(Smart Things)在 Internet 上互動(查詢、改變狀態，以及任何與其相關的資訊)並考慮安全和隱私問題。物聯網是一套讓真實世界中的任何物體隨時連結的網絡，透過網際網路技術讓各種實體物件、自動化裝置彼此溝通和交換資訊。…讓任何物體可以隨時和其他物體溝通…交換資訊，達到控制和通訊的目的。一個全球網路基礎設施，透過開發資料捕捉和通訊能力，連接實體和虛擬物件。這基礎設施包含現存且發展中的 Internet 與網路建設。它會提供特定的物件識別、感測器，和連接能力，作為發. 立. 作者王宏仁[2010]. iThings[2012]. Vermesan et al.[2011]. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. Uckelmann et al.[2011]. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 25. i n U. v. CERP-IoT [2009， 2010]； IoT-EUROPE [2009]. CASAGRAS [2010].

(34) 定義展獨立合作服務和應用的基礎。具有高度自動化資料捕捉、事件傳遞、網路連接性，和互相運作性等特性。. 作者. 一個實體物件被無縫地整合到資訊網路中的世界，這些實體物件可能變成商業流程的主動參與者。透過服務和 Internet 與這些智慧物件互動(查詢、改變狀態，和任何有關物件的資訊)，並考慮安全和隱私議題。. Domingue et al.[2009]； SAP[2009]； Weber et al.[2010]. IoT 超過單一概念或技術所能表示。它是一個新範例，包括一系列廣泛的技術、應用，和願景。此外，因為觀點的不同，使得定義未能達成協議。IoT 可以聚焦在智慧物件的虛擬身分，和智慧地與其他物件、人類，和環境互動的能力，或者無縫地整合不同的物件和網路，進而實踐服務導向的未來 Internet。考慮以功能性和識別性為核心，可合理地將 IoT 定義為「物件有身份和虛擬人格，運作在智慧場所，並使用智慧界面在有關社交、環境，和使用者情境下連接和通訊。」另一個不同的定義，如果把重點放在無縫整合，可定義為「在未來的 Internet 裡，物件相互連接，具有主動的腳色。」若以語意解釋「Internet」和「Thing」的意義；「Internet」是使用 TCP/IP 的通訊協定，而「Thing」是一個沒被精確地識別的物件，因此，語意上 IoT 意味著是基於標準的通訊協定，以相互連接且可被定位的物件，建立起全球網路。 IoT 大意指的是物件(Things)，特別是日常物品，透過 Internet 使其具有可讀、辨識、定位、尋址，和/或控制等特性(無論透過 RFID、無線區網、廣域網路，或其他方法。日常用品不僅包含我們每天常用的電子設備，和高科技產品像是交通工具和裝備，還包括我們通常不會想到的電子設備)。日常用品像是食物、衣服、遮蔽物、材料、零件、零組件、日用品、奢侈品、地標、土地疆界，和紀念碑等，還有全部商業和文化相關的東西。. 立. 政治大. Giusto et al.[2010]. INFSO et al.[2008]. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. NIC[2008]. Ch. engchi. i n U. v. 資料來源：本研究整理綜觀定義可以知道，IoT 是個概念，在資訊科技的進步下，透過各種不同的技術，將網路通訊、資訊處理，和感測等能力延伸至各種物件並與 Internet 整合，基於這些能力創造各種服務，實現一個更自動化的世界。. 貳、IoT中的物件 ITU[2005]認為 IoT 的發展有賴於四個關鍵技術的進步，分別是 RFID、感應 26.

(35) 器(Sensor)、內嵌智能(Embedded Intelligence)、奈米科技(Nanotechnology)；物件要能被識別，使物件的資料能被收集和處理，RFID 在這方面是關鍵技術；物件要能感測實體環境的改變、資訊，或狀態，這要依靠感應器的發展；內嵌智能技術能更進一步的賦予物件網路通訊和資訊處理能力；另外為使資訊科技物件體積更小增加可攜性，需仰賴奈米科技；結合這些關鍵技術的發展可以創造 IoT 世界。. 政治大. ITU 認為在 IoT 的概念中，物件所仰賴關鍵技術的相關能力，分別是被識別、. 立. 資料傳輸(通訊)、感應環境資訊、資訊處理等。. ‧ 國. 學. 參、智慧設備. ‧. ITU 認為的 IoT 物件相關能力，與 Thompson[2005]所認為的智慧設備(Smart. Nat. io. sit. y. Device)相同，Thompson 泛稱所有具有智慧能力(Exhibit Smart Capabilities)的物件，. er. 都叫做智慧設備，並建議智慧設備必須具備下列部分或全部的能力：. al. n. v i n Ch 一、通訊(Communications)：收送來自人和其他智慧設備的訊息。 engchi U 二、身分和類型(Identity and Type)：能實踐不同功能。. 三、記憶體和狀態追蹤(Memory and Status Tracking)：為了去保持它的設定和歷史紀錄。四、感應和致動(Sensing and Actuating)：監控環境必要時改變環境。圖 2-6 所示為一個智慧設備，實現所有元件的一個系統，但實際的智慧設備可能只會實踐其中部分元件，例如：一種很小的智慧設備，可能是一個物件附加 27.

(36) 一個被動的智慧設備(唯讀的記憶體)，並依靠後端智慧系統，做出智慧的行為；另外如智慧型手機，它包含處理元件、記憶和通訊元件，和其他如感應器模組等。. Smart device Memory. Actuators Physical world. Processing. Sensors. 學. ‧ 國. 治政大 Communications 立圖 2-6：智慧設備元件. ‧. 資料來源：Entrialgo et al.[2011]. Nat. io. sit. y. 透過上面幾點，可以知道附加有 RFID 標籤的物件其實並不同時具備. er. Thompson 所稱至會設備的能力，在產品的供應鏈中 Wong et al.[2002]稱附加有. al. n. v i n C h Product)，並定義這樣的智慧產品有五個 RFID 標籤的產品為智慧產品(Intelligent engchi U 特性：一、唯一身分(Unique identity) 二、與環境通訊(Communication with the environment) 三、儲存產品資料(Data stored about it) 四、顯示產品本身資訊(Displaying information about itself) 五、參與產品本身相關的命運決策 28.

(37) (Participating in decision relevant to its own destiny) Entrialgo et al.[2011]進一步將上面特性分為兩個層級(Level)，層級一為上述 1 至 3 點特性，其包含功能例如，取得產品狀態資訊、產品追蹤和歷史記錄存取，讓產品有能力去分享自己與環境相關的身分和資料，可透過 RFID 標籤實現，形成資訊導向的產品(Information Oriented Product)；層級二為上述 1 至 5 點特性，其包含功能例如，當存貨降低至最小存貨水準時觸發產品補貨、根據產品狀態修. 政治大. 改揀貨計劃和產品追蹤，或與不同物流中心間作協同存貨管理，形成決策導向的. 立. 產品(Decision Oriented Product)，除了使用 RFID 標籤，在後端系統可以使用軟. ‧ 國. 學. 體代理人(Software Agent)實現第 4 和 5 點特性，軟體代理人在後端基礎設施中與. ‧. 智慧產品對應，因此能夠收集其他軟體代理人和智慧產品的資訊，並且傳送決. sit er. io. 肆、RFID與IoT. y. Nat. 策。. al. n. v i n C h RFID 技術使產品變成所謂的智慧物件就到這裡會發現一個問題，是否使用 engchi U. 是 IoT 應用？要回答這個問題，可以從 RFID 技術如何被應用來看，Chiang et al.[2007]認為 RFID 的應用遷移可分做四個階段：一、Proprietary：企業或政府組織使用 RFID，設計特定系統追蹤特定資產，這些追蹤資訊通常只被使用和保留於企業和政府組織內部。二、Compliance：企業為配合重要的合作顧客或符合監管機構要求，而使用 RFID 技術，但通常企業內並未使用 RFID 相關資料。 29.

(38) 三、RFID-Enabled Enterprise：企業使用 RFID 資訊改善企業內部流程；此階段使用 RFID 的企業會與其他夥伴，在穩固的標準、安全與穩固的網路上分享 RFID 資訊。四、Internet of Things：RFID 技術使用將要邁向的階段；RFID 技術和其他能達成 IoT 的技術，與高度標準化和顧客所需求的獨特產品相結合，在這個基礎上會使人們對資訊、實體物件，和地點之間所認知的關係，產生革命性的改變。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖 2-7：從 Intranet of Things 至未來 IoT 願景的階段區分資料來源：Uckelmann et al.[2011] 另外可以從 IoT 的角度來看其發展如圖 2-7 所示，大致上可分成三個階段 Intranet of Things、Extranet of Things，和 Internet of Things[Uckelmann et al.，2011； Zhou，2012]，概念上與 RFID 使用型態的遷移相類似，像是企業使用 RFID 技術， 30.

(39) 追蹤定位產品或資產等物件，和改善企業流程等，將 RFID 技術應用於組織內部管理屬於 Intranet of things，而進一步擴大 RFID 技術應用，串連企業上下游甚至整個供應鏈，將 RFID 資訊分享於企業間屬於 Extranet of Things，再進一步延伸既有應用支援開放 Internet 架構就可達 IoT 的範疇。. 伍、物件名稱服務要能讓 RFID 標籤的使用能夠超越只用在企業內部的範疇，EPCglobal[2012]. 政治大. 標準架構框架(EPCglobal Standard Architecture Framework)中定義了物件名稱服. 立. 務(Object Named Service，ONS)，以產品為例說明 ONS 功用，當企業拿到產品. ‧ 國. 學. 時，若上面的 RFID 標籤並非企業內部所有，當要存取產品相關資訊時，可先讀. ‧. 取 RFID 標籤內的 EPC(Electronic Product Code)，再轉換成特定型式的完整網域. Nat. io. sit. y. 名稱(Fully Qualified Domain Name，FQDN)，透過 Internet 在 DNS 系統中找到特. er. 定的 ONS 並得到對應的服務，這樣的動作使得 RFID 系統可以支援 Internet 架構，. al. n. v i n Ch 有賴於 RFID 相關標準的發展，若能遵循共同標準即能達成讓 RFID 資訊除了在 engchi U 企業內部、企業間，甚至是整個 Internet 流通。為了更清楚的了解 ONS，以下 4 點分述：一、ONS 組成. EPCglobal[2008]標準文件中提到 ONS 運行在現行成熟之 Internet DNS 架構，其實 ONS 伺服器就是 DNS 伺服器，以 DNS 解析 FQDN 的方式回傳相對應的服務位址(通常為網址)，為了要與一般 DNS 伺服器有區別，EPCglobal 稱其為 ONS； 31.

(40) ONS 的組成可以分作兩類伺服器，一為 Local ONS，另一為 Root ONS 其架構如圖所示以下分述：. (一) Local ONS 擁有 Local ONS 的企業為 EPC Manager，負責解析 EPC 對應到服務。. (二) Root ONS 當 Local ONS 無法解析時，Root ONS 作為查詢其他 Local ONS 的起始. 政治大. 點。. 學. ‧ 國. 立. Root DNS. Other DNS. Other DNS. Root ONS. .onsepc.com.. n. al. Ch Local ONS. engchi. sit. y. .com DNS. er. io Local ONS. ‧. Nat. Other DNS. i n U. v. Local ONS. Local ONS. 圖 2-8：ONS 與 DNS 組成架構圖資料來源：本研究整理. 二、ONS 運作上的角色 ONS 系統在運作上可分為兩種角色[EPCglobal，2008]，一為用戶端(Client 32.

(41) View)，另一為伺服器維護端(Publisher View)，以下分述：. (一) Client View ONS Client 為一應用程式，希望使用 ONS 識別特定 EPC 對應的服務。. (二) Publisher View ONS Publisher 是一個實體，負責建立 ONS 伺服器服務指標目錄，並提供服務給 ONS Clients。. 政治大. 三、EPC 轉換為 DNS 查詢格式(FQDN). 立. EPCglobal[2008]的 ONS 標準文件中，提到如何將 EPC 轉換成可供 DNS 系. ‧ 國. 學. 統查詢的 FQDN，分解步驟以下分述：. ‧. (一) 將 EPC 轉換成標籤資料標準 URI 格式. Nat. io. sit. y. (例：urn:epc:id:gid:0614141.123.456). n. al. er. (二) 移除前置欄位(urn:epc:). Ch. engchi. (例：id:sgtin:0614141.000024.400). (三) 移除字串右側序列號(Serial Number)欄位 (例：id:gid:0614141.123). (四) 將冒號(:)字元替換成點(.) (例：id.gid.0614141.123). (五) 反轉欄位順序 (例：123.0614141.gid.id) 33. i n U. v.

(42) (六) 附加(.onsepc.com.)於字串右側 (例：123.0614141.gid.id.onsepc.com.) 四、ONS 裡的 DNS 記錄 ONS 伺服器裡所儲存的 DNS 記錄為 NAPTR(Naming Authority Pointer)，以 NAPTR 記錄表示 FQDN 所對應的服務，NAPTR 記錄表示方式如表 2-8 所示，而記錄中每個欄位的功用[EPCglobal，2008]以下分述：. 政治大. 立表 2-8：NAPTR 記錄表示方式. ‧ 國. 學. Order Pref Flags Service Regexp Replacement 0 0 u EPC+epcis !^.*$!http://example.com/cgi-bin/epcis! . (a period). ‧. 資料來源：EPCglobal[2008]. al. n (二) Pref 欄位. Ch. engchi. er. io. 目前於 EPC Network 中不使用，需設為 0。. sit. y. Nat. (一) Order 欄位. i n U. v. 需為正整數，當 Service 相同時，依 Pref 由小到大決定使用順序。. (三) Flags 欄位 ONS 標準文件中表示固定為 u，表示 Regexp 裡有 URL。. (四) Service 欄位顯示服務的類型，需與 Regexp 一致。. 34.

(43) (五) Regexp 欄位此欄位存放對應的 URL，依照標準文件其表示方式需為(!^.*$!(URL)!). (六) Replacement 欄位設為點(.)，在 EPC Network 中不使用。. 第三節服務類型 Michael[2007]認為服務領域有三個重要的角色，分別為物件(Thing)、設備. 政治大. (Device)、人(Human)把它們兩兩對應可以形成九宮格表示服務分類如表 2-9 所. 立. 示。. ‧. ‧ 國. 學. Ch. engchi. y. Human Thing to Human Services Device to Human Services Human to Human Services. sit. Device Thing to Device Services Device to Device Services Human to Device Services. er. al. n. Human. Thing Thing to Thing Services Device to Thing Services Human to Thing Services. io. Device. Nat. Thing. 表 2-9：服務分類. i n U. v. 資料來源：Michael[2007] Michael[2007]認為所謂的 IoT 服務就是物件對物件服務(Thing to Thing Services)、物件對設備服務(Thing to Device Services)，和物件對人服務(Thing to Human Services)。物件對物件服務：無法單純透過 RFID 技術達成，因為 RFID 標籤無法作到. 35.

(44) 如感應器…等其他支援技術能做到的事情。若要達成這樣的系統，物件需要額外的計算與處理程式邏輯的能力。物件對設備服務：為物件對設備提供服務的方式，例如當一個標籤無法儲存大量資訊時，可將一系列 URL 儲存在標籤裡，當設備讀取到 URL 時，設備可以透過 URL 位址向網路上的伺服器請求資訊服務；另一個例子為行動設備(Mobile Device)取得連接無線區域網路的連線授權，當設備讀取無線網路存取設備的標. 政治大. 籤，在標籤裡會提供無線網路存取設備的名稱和密鑰等資訊，移動設備在利用這. 立. 些資訊與無線網路存取設備連線。. ‧ 國. 學. 物件對人服務：為物件對人提供服務的方式，由於人無法直接與物件所提供. ‧. 的資訊服務作互動，因此需透過中介設備如手機，與物件作溝通，例如用在購物. Nat. io. sit. y. 時，使用者欲了解產品生產狀況、原料來源…等資訊，可利用手機讀取標籤裡的. n. al. er. 資訊，在作進一步產品資訊取得，而此類型的服務需要搭配其他的網路，和基礎建設實現。. Ch. engchi. i n U. v. 另外依照啟動角色的不同，移動 RFID 服務(Mobile RFID Services)可區別為三種，分別是人啟動服務(Human Initiated Services，HIS)、設備啟動服務(Device Initiated Services，DIS)，和物件啟動服務(Thing Initiated Services，TIS)等，以下分述：. 36.

(45) 壹、人啟動服務 HIS 通常使用者利用移動式 RFID 設備(Mobile RFID)，啟動在移動式 RFID 設備裡的應用程式，讀取物件上的 RFID 標籤並獲取相關資訊。. 1. 立. 3. 政4 治大. ‧. ‧ 國. 學. 5. 2. n. er. io. sit. y. Nat. al. C圖h2-9：人啟動服務U n i engchi. v. 資料來源：Michael[2007] HIS 啟動步驟如圖 2-9 所示，以下分述：一、使用者啟動在移動式 RFID 設備上的應用程式(1)。二、移動式 RFID 設備讀取物件上的 RFID 標籤(2)。三、RFID 標籤回應標籤 ID 資訊(3)。四、若無須額外後端設備提供資訊的話，手機上的應用程式可在不與後端資訊系 37.

(46) 統通訊的情況下，直接提供服務；若否則透過網路向後端資訊系統請求資訊 (4)。五、後端資訊系統回應資訊(5)。. 貳、設備啟動服務 DIS 為網路內的移動式 RFID 設備或其他設備啟動的服務。. 政治大 4. 學. ‧ 國. 立 1.a. 3. 1.b. 2. ‧. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖 2-10：設備啟動服務資料來源：Michael[2007] DIS 是透過在網路內的行動設備或後端資訊統啟動，啟動步驟如圖 2-10 所示，以下分述：一、移動式 RFID 設備裡的服務可能透過移動式 RFID 設備裡的其他服務、應用程式，或感應器…等啟動服務(1.a)，或在網路上的後端資訊系統或設備可啟 38.

(47) 動移動式 RFID 設備的服務(1.b)，二、移動式 RFID 設備會讀取物件上的 RFID 標籤(2)。三、RFID 標籤回應標籤 ID 資訊(3)。四、若獲得必要資訊，設備會提供服務；若資訊儲存於後端資訊系統，會透過網路與其取得資訊(4)，所獲得的資訊最後會在移動式 RFID 設備上顯示。. 參、物件啟動服務. 政治大. TIS 為移動式 RFID 設備讀取到標籤所啟動的服務。例如當保全人員帶著移. 立. 並識別門上的 RFID 標籤，作為保全人員的巡察紀錄。. ‧. n. al. Ch. er. io. sit. y. Nat 1. 學. ‧ 國. 動式 RFID 設備經過貼有 RFID 標籤的門，移動式 RFID 設備裡的服務會啟動，. 2. e3n g c h i. i n U. 圖 2-11：物件啟動服務資料來源：Michael[2007] 39. v.

(48) TIS 為預先定義於移動式 RFID 設備中，負責處理一些或特定事件的服務，啟動步驟如圖 2-11 所示，以下分述：一、當移動式 RFID 設備和物件上的 RFID 標籤進入讀取範圍的時候，RFID 標籤將資訊回應給移動式 RFID 設備(1)。二、當 RFID 標籤接近移動式 RFID 設備時，被視為一種事件，若移動式 RFID 設備存有資訊則提供服務；若資訊存於後端資訊系統，則透過網路向後端資. 政治大. 訊系統請求資訊(2)。. 立. 三、所獲得的資訊最後會在移動式 RFID 設備上顯示(3)。. ‧ 國. 學. 第四節 N博物館現況. ‧. 國立故宮博物院(以下簡稱故宮)典藏歷史悠久的中華瑰寶，收藏珍貴藏品總. sit. y. Nat. io. n. al. er. 數超過六十五萬件。故宮各式文創基金商品(以下簡稱基金商品)管理，目前由文. v. 化行銷處基金管銷科(以下簡稱基金科)負責(圖 2-12)，營運基金商品進貨、出貨、. Ch. engchi. i n U. 儲存、經銷…等作業，基金商品材質如銅器、瓷器、塑膠、絲綢、紙張等，共計約 300 餘種商品，每年平均商品流通量 100 萬件，基金商品出入庫頻繁。. 40.

(49) 圖 2-12：N 博物館組織架構圖. 政治大. 資料來源：國立故宮博物院[2013b]. 立. ‧ 國. 學. 故宮目前藏品 694,141 件(詳見表 2-10)，並參加我國政府數位典藏與數位學習國家型科技計劃(Taiwan E-Learning and Digital Archives Program，TELDAP)，. ‧. 將大量的文物進行拍攝、掃瞄、校色、浮水印保護、列印、說明文編撰，並建置. sit. y. Nat. io. n. al. er. 後設資料(Metadata)管理數位化資料。. Ch. engchi. i n U. v. 表 2-10：N 博物館各藏品分類數量銅器－6,063 件瓷器－25,526 件玉器－12,128 件漆器－724 件琺瑯器－2,520 件雕刻－658 件文具－2,379 件錢幣－6,953 件雜項－12,501 件織品－1,486 件. 繪畫－6,476 件法書－3,622 件法帖－490 件絲繡－308 件成扇－1,879 件善本書籍－211,190 冊清宮檔案文獻－386,862 冊滿蒙藏文文獻－11,501 件拓片－895 件. 資料來源：國立故宮博物院[2013a] 41.

(50) 目前故宮的科技計劃大致可分為數位計劃，和 U 計劃兩種，以下分述。. 壹、數位計劃為了讓資源整合推動文物數位化建設，並將文物數位發展分為上(數位典藏計劃)、中(數位博物館計劃)、下(數位學習計劃)游三個不同層次[國立故宮博物院， 2007a]，以下分述：一、數位典藏計劃. 政治大. 數位典藏計畫主要的工作是針對故宮文物，進行拍攝、掃瞄、校色、浮水印. 立. 保護、列印、說明文編撰，並建置後設資料(Metadata)管理數位化資料，以及知. ‧ 國. 學. 識庫建置與應用程式開發等工作，其資訊服務包括故宮器物數位典藏資料檢索系. ‧. 統、故宮書畫典藏資料檢索、善本古籍影像檔資料庫、大清國史人物列傳及史館. Nat. io. sit. y. 檔傳包傳稿全文影像資料庫，和明清輿圖類文獻資料庫等。文物數位化有助於故. n. al. er. 宮辦理展覽、出版、典藏、教學、研究等工作外，也方便國內外使用者了解中華. Ch. 文物[國立故宮博物院，2011]。. engchi. i n U. v. (一) 高解析度數位化圖檔及文物基本資料建置：其數位化包括器物類、書畫類、圖書文獻、善本古籍類、清代檔案類、明清輿圖類文獻、文物保存修護記錄等六種類文物，進行拍攝、掃瞄、校色、浮水印保護、列印、說明文編撰，並建置後設資料管理數位化資料。 (二) 學術成就： 42.