計畫編號 104050
*編號同合 約編號＊
「物聯網發展趨勢展示內容」 研 究 報 告
委託機關：國立科學工藝博物館 研究單位：國 立 臺 灣 科 技 大 學 計畫主持人：周碩彥教授
中 華 民 國 104 年 11 月 30 日
I
目 錄
報告摘要………..II
第一章 物聯網(IoT)的歷史………1
第二章 物聯網科技………9
第三章 物聯網應用對於生活………33
第四章 物聯網於醫療保健上的應用………44
第五章 能源………55
第六章 氣候變遷………64
第七章 物聯網在商驗/零售行業的應用………74
第八章 IoT 運輸的應用………86
第九章 物聯網載貨物流上的應用………95
第十章 物聯網工廠應用………104
第十一章 物聯網內的大數據運用………119
第十二章 展示內容規劃書………136
第十三章 科工館課程………187
第十四章 物聯網教育應用………196
II
國立科學工藝博物館委託研究計畫報告摘要
一、 研究計畫名稱：物聯網發展趨勢展示內容 二、 計畫主持人：周碩彥教授
三、 委辦單位：國立臺灣科技大學
四、 計畫起迄時間：104/05/01 ~ 104/11/30 五、 計畫經費：3,000,000 元
六、 研究過程（含研究方法、研究對象、研究工具等）
（一） 研究調查方法
研究方法與步驟如下示意圖：
1. 國內外資料蒐集和蒐集各項工作計畫及相關資料。
2. 專家訪談調查及建構作業流程：
(1) 確立展示主軸與物聯網相關議題 (2) 國內外研究情況及文獻探討 (3) 展示並說明現今物聯網技術應用 (4) 展覽內容及展品建置之規劃 (5) 展場目標參觀民眾
(6) 前期宣傳方式 (7) 週邊收入
III
(8) 國際會議或展示
3. 彙整相關資料：建立國立科學工藝博物館委託研究計畫內容及各項作業 流程。包含宣傳、流程、場地規劃、週邊商品、參與廠商、臺灣在物聯 網之國際產業及學術地位。
藉由本研究調查，紀錄檢討國立科學工藝博物館計畫內容及作業流程之 適切性，以作為科工館籌辦同質性展覽之參考；並將研究成果提供給國立科 學工藝博物館籌辦物聯網展有關展示規劃設計、佈置等工作作業流程建構之 依據，並作為展場細部設計之參考。
（二） 研究步驟
1. 確立展示主軸與物聯網相關議題
規劃由以下項目沿伸，蒐集詳細資訊後來研擬未來展示主軸：
(1) 物聯網的演進歷史 (2) 物聯網的核心技術
i. 無線射頻識別技術（RFID）
ii. 無線感測網路（WSN）
iii. 雲端運算技術（Cloud Computing）
(3) 探討物聯網的應用 i. 智慧家居
ii. 智慧城市空間治理 iii. 環境安全監測系統
iv. 遠程醫療監控及照護系統 (4) 探討物聯網的安全與隱私 i.RFID 系統的隱私安全問題 ii.用戶訊息隱私安全
iii. 用戶位置隱私安全
iv.感應器網路中的隱私安全問題 v.雲端運算安全措施
(5) 物聯網未來發展與影響 i. 各種實際運用情境 ii. 廠商解決方案 iii. 政府公部門應用 iv. 未來技術
v. 智慧城市 vi. 國家政策 2. 物聯網技術應用說明
雖然物聯網概念出現的時間不長，但其相關產業一直在持續發展著。
目前，國外某些國家的相關技術發展已經比較成熟，並且開始大力發展 物聯網業務應用，建立商業應用模式。
IV
物聯網技術作為新一代技術的重要組成部分，通過無線射頻識別技 術（RFID）、紅外感應、全球定位系統、激光掃射器等訊息感應設備，
按約定的協議，將任何物品與物聯網相連接，進行訊息交換和通訊，以 實現智慧化識別、定位、追蹤、監控和管理。
物聯網用途廣泛，遍及智慧交通、環境保護、政府工作、公共安全、
平安家居、智慧消防、工業監測、環境監測、路燈照明管控、大樓照明 管控、個人健康、食品追朔、情報搜集…等多個領域。下面從智慧城市、
工業應用、醫學應用及其他應用四個方面探討國內外物聯網技術應用。
(1) 智慧城市 i. 智慧交通 ii. 智慧建築
iii. 數位圖書和數位檔案館 (2) 工業應用
i. 倉儲管理 ii. 零售業 iii. 物流管理 (3) 醫學應用
i. 數位醫療 (4) 其他應用：
i. 安全管理 ii. 環境保護 iii. 食品安全
3. 展覽內容及展品建置之規劃
經過前期大量的網路資料搜尋、文獻期刊雜誌閱覽、專家及企業採訪 等一系列訊息採集後羅列出物聯網展示應展出的項目（包括物聯網產品及物 聯網應用），再將列出的項目與展覽的實際情況相結合，設計幾套具體的展 覽方案，最終讓專家進行結案選擇。以便能夠更加全面、更加完整的呈現出 物聯網的演進歷史、核心技術、相關應用及未來發展。
V
(三) 研究進度
研究進度時程預期如下表：
(四) 研究預期成果
物聯網被稱為第三次訊息技術浪潮，作為戰略性新型產業在社會的高度重 視下迅速發展，各個領域針對物聯網領域的支持政策紛紛出現，各相關產業積極 推出了物聯網產業發展規劃，嘗試推出物聯網各類行業解決方案，不少優秀應用 案例與示範項目應運而生，推動了物聯網廣泛應用。
在國內物聯網產業與應用積極推進的同時，我們也應該清楚的看到我國物 聯網產業還處於發展階段，核心技術有待進一步研究，商業模式與完整的產業鏈 還未成形，行業技術和應用標準還未統一。只有直面物聯網的核心問題和難點問 題，才能進一步提升民眾對於物聯網的知識及興趣，正確引導我國物聯網的健康 發展。
在此背景下，國立臺灣科技大學物聯網創新中心將從專業和科學的角度出 發，規劃一系列富涵科學教育功能之展場建置設計與建議，配合國立科學工藝博 物館「科技生活化，生活科技化」之發展目標，創造與生活密切相關且新鮮有趣 的展覽故事主軸，整合成乙份「物聯網發展趨勢展示內容」報告書，作為未來科 工館策劃辦理展示與科教活動之參用。
根據物聯網的發展趨勢及其產生的影響，本計畫借重相關專家學者的專長，
協助彙整有關物聯網的發展趨勢、科學原理、生活與產業的應用，再結合科工館 時程
項目
104 年
5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 確立展示主軸與物聯
網相關議題
國內外資料文獻蒐集 廠商及專家諮詢會議 展覽內容及展品建置 之規劃
計畫書撰寫
計畫書初稿審議修改 提送結案報告
審查 辦理結案
VI
蒐藏、展示與教育的專長策辦特展或其他教育活動，將最新的科技發展及新知介 紹給民眾。專家學者全力投入不僅讓此計畫具有很高的專業度，更重要的是將研 擬出最新穎的物聯網智慧應用及服務讓未來展出擁有極高的可看性。
由於物聯網有著爆炸式的發展，一般民眾雖對該名詞耳熟能詳，但是對其 核心要件，以及其對人類生活和產業發展的重大影響卻多半缺乏了解。期望透過 大型展會，讓民眾知道 10 年當中，「物聯網」已成為下一個資通訊發展的重點，
人類的溝通方式也將進入另一個新的境界。
七、主要研究發現
目前台灣物聯網還只是在發展階段，而在商業模式和標準都未統一，物聯 網的架構分為 1.感知層 2.網路層 3.應用層，如何快速發展並整合也是目前須思 考的問題，Gartner 預估在 2020 年物聯網的附加價值高達 1.9 兆美元，我們必須 做好準備才能在這個物聯網的世代中，使台灣站穩腳步。
物聯網脫離不了半導體產業，相較其他國家台灣的半導體就有先天的優勢，
但研究發現台灣在科技生活以及創新科技應用方面稍顯落後，譬如說行動支付 系統以及智慧停車系統在台灣均尚未普及，因此希望能藉由「物聯網發展趨勢 展示內容」報告書中構思的展示內容，讓大眾能更了解物聯網能為生活帶來的 便利，也需要了解以及配合新的政策和改變，才能在國際物聯網的潮流中脫穎 而出。
八、結論及建議事項
物聯網能改變人們的生活模式，為大家帶來便利的生活，但在實際上也隱 藏了一些嚴重的問題，那就是資訊安全及隱私的問題，整個城市甚至國家都經 由物聯網串連起來，那必須要制定具體的計畫來保護資料！物聯網中很重要的 關鍵因素就是行動裝置，若行動裝置遺失或被竊取時可能會帶來極高的安全問 題，要如何防範也是要思考的問題。
本研究建議在發展物聯網的同時，也必須考量到諸多因素，如同上述提及 的安全因素以及普及程度…等等，也因為現在正是物聯網的時代，也同樣數據 爆炸的時代，我們也建議要多培養專業資訊安全人員以及資料分析人員，藉由 大數據分析來找到推薦及預測未來方向，不斷收集分析最後能優化資源分配及 安全問題。
關鍵字：物聯網
1
第一章 物聯網(IoT)的歷史
第一節 介紹
在全球化的時代，世界正透過各種技術的進步變得更加相互連結了。由於整 合系統的好處越來越被了解，智慧環境中的創新也漸漸的推進。智慧型手機的高 操控支援配置，更容易在連結感應器和物件時，建構用戶的應用程序。為了實現 技術的融合，使得任何東西可以在任何時間，任何地點與任何項目和任何人使用 任何的路徑/網路和任何的服務來連結，物聯網這方面的研究日趨完善。
被譽為下個數位時代的浪潮，物聯網嵌入電子、軟體、感應器和連線的實體 物件或是物品的網路，藉由與製造商、操作者及/或其他的連接設備進行數據交 換使得能夠實現更大的價值與服務。他是連接事件、感應器、致動器和其他智慧 技術的基礎，因而使得個人對物件以及物件對物件能夠溝通。IERC(歐洲物聯網 研究集團)定義 IoT 是有自我配置能力的全球動態網路基礎建設，依據標準以及 可互相操作實體與虛擬物品的特性和使用智慧界面，能無縫整合到資訊網路通訊 協議”［1］。
IoT 是一個代表未來計算和通訊的技術革命［2］。發展於一些動態技術創新 的重要領域，無線感應器到奈米科技。IoT 的願景是智慧感應器(類比和數位的) 和致動器(類比和數位的)以及在創造智慧環境中使用 IP 改善的性能和效率。Mark Weiser，為普適計算(ubicomp)的始祖，定義智慧環境為”實體環境是豐富且無形 中交織著感應器、致動器、顯示器和計算元素，完美的進入到我們日常生活中的 物品並且透過連續網路的連接”［3］
藉由開放技術如藍芽、無線射頻識別(RFID)、Wi-Fi 和電話數據服務以及嵌 入式感應器和致動器節點的盛行，使得 IoT 的願景就快要實現了。正如 Lee & Lee 的陳述(2015)［4］，成功的 IoT 產品與服務有五個主要的 IoT 技術，分別是 1.RFID，
2.無線感測網路(WSN)，3.中介軟體，4.雲端運算以及最後但並非最不重要的 IoT 應用軟體。設計新的應用創造力將會影響下一代移動通訊系統的演進。對創造完
2
全創新的 app 來說，IoT 是一個理想的新興技術革命性應用軟體，藉由提供新的 發展數據和所需運算的資源來影響這個領域。IoT 的應用有廣泛的領域，可以改 善包含醫療保健，環境，節約能源，運輸系統，生活，商業/零售，物流工廠，
大數據和智慧城市。然而，在我們開始不同的 IoT 應用之前，物聯網就已被視為 下一個重要議題了，讓我們回顧一下物聯網是如何開始興起。
第二節 IoT 發展
智慧設備的網路概念早在 1982 年就被討論了，一群卡內基梅隆大學的學生 開發網路的可樂機，它可以告知冰箱裡的存貨以及新放入的飲料是不是已經變冰。
這台機器被稱為第一個網路家電以及啟發了其他改良版本，讓人們能經由網路遠 端來排隊購買。然而，物聯網一詞是由 Auto-ID 實驗室的執行董事 Kevin Ashton 所創[5]。Auto-ID 實驗室成立於 1999 年除此之外，也是在物聯網領域領先全球 研究網路的學術實驗室。有 GS1 作為他們主要的研究夥伴，他們協助發展了電 子產品代碼或稱為 EPC，是以全球性 RFID 為基礎的物品識別系統，目的是取代 UPC 條碼。Neil Gershenfeld 在他的書 When Things Start 中也談到來自麻省理工 學院 Media Lab 中類似的事情以及在 2001 年建立 Center for Bits and Atoms 的事 情。
在 2000 年的六月，LG 推出世界上第一台網路冰箱，數位網路 DIOS。這台 冰箱將會感測到裡面所存放的物品並且使用條碼和 RFID 掃描來追蹤庫存。儘管 如此，這個冰箱仍然是個不成功的產品，因為消費者將他視為一個不必要的產品 而且高成本(超過 20,000 元)以及要解決的問題是模糊不清的。
在 2003 和 2004 年間，IoT 一詞在主流的出版物像是衛報(Guardian)，科學人 雜誌(Scientific Americam)和波士頓環球報(the Boston Globe)被提出。一些計畫像 是 Cooltown，Internet 0，和Disappearing Computer(DC)提倡落實的一些想法，
並且物聯網一詞第一次開始出現在書名。這表明了在這方面的研究興趣日益成長。
RFID 也被美國國防部大規模運用在薩維計畫(Savi program)以及 Walmart 大規
3
模運用在商業上。
物聯網達到了另一個層次，當聯合國的國際電信聯盟(ITU)在 2005 年發表了 對其專題的第一個報告。這個報告說明"一個新的層面已經加入到資訊和通訊技 術(ICTs)的世界了：從任何人對任何時間，任何地方的連結，我們現在任何東西 都將會有連結。連結將會倍數增加而且創造一個全新的動態網路-物聯網。該報 告在細節裡詳盡的闡述關於 IoT，技術，市場機會，挑戰和顯示出的影響。
同樣在 2005 年的 Nabaztag，一個有 Wi-Fi 功能兔子形狀的環境電子設備，
最初是由 Violet 公司製造和 Rafi Haladjia 與 Olivier Mével 所創建。小 Wi-Fi 功能 的兔子能提醒以及跟你談論股市行情，頭條新聞，鬧鐘，RSS-Feeds，e-mail。雖 然這不是一個極大的成功，但他被視為 IoT 小裝置的一個先驅，讓我們認識了當 我們在現實世界也能透過網路連接東西的可能性。
從 2006 年-2008，IoT 開始獲得歐盟認可，並舉辦了第一屆歐洲物聯網會議。
這個會議在蘇黎士召開，並且是第一個擁有一流的研究人員以及來自學術界和工 業界的專家一起分享相關應用、研究結果和知識。
一群公司在 2008 年推出 IPSO 聯盟促進網路協定(IP)，在”智慧物件”網路的 使用，物聯網也能夠如此。IPSO 聯盟透過培養興趣，提供工業發展的基礎、教 育、推動工業、產出研究，並且創造一個更好理解的 IP 以及他在物聯網中的所 扮演的角色。IPSO 聯盟現在擁有超過 50 家會員，包括 Bosch，Cisco，Ericsson，
Intel，SAP，Sun，Google and Fujitsu。
根據思科網路業務解決方案組(IBSG)，物聯網誕生於 2008 年和 2009 年之間，
使得更多的東西或是物件被連接到網路。列舉智慧型手機和平板電腦的成長，當 世界人口增加至 68 億，被連接到網路的設備數量提升到了 125 億，使得第一次 每人所連接的設備超過 1 次(確切來說是 1.84)。
在 2008 年，美國國家情報委員會將物聯網列為六項”顛覆性民用的技術”的 其中之一以及對美國至 2025 潛在的影響。他們相信藉由透過眾多分布的物件結 合感應器數據的能力簡化或甚至藉由 IoT 徹底改變供應鏈和物流，能對國內經濟
4
和美軍有長期的優勢[6]。
不只在美國，其他國家也已經在物聯網領域產生興趣，例如中國總理溫家寶 在 2010 年稱 IoT 是中國的重點產業並計畫做出重大投資。這個發言包括了這個 公式：網路+物聯網=智慧地球。他不斷地鼓勵在網路和物聯網的關鍵技術上突 破。在同一年間，國家 IoT 中心在上海成立了。政府在 IoT 上的投資將會在 2014 年每年增加到 100 億人民幣(500 億台幣)而且將會推動數個關於 IoT 中國產業和 IoT 應用的重點政策[7]。中國也繼續資助和支持發展物聯網領域研究的機構，像 是上海研究院和中國社科院。
當 IPv6 被公開推出，2011 年成為重要的一年。確切的說，是 2011 年 6 月 8 號，世界 IPv6 日-由網路協會和其他幾家大公司和組織舉行了一個 IPv6 24 小時 全球性的測試，例如:Facebook，Google，Yahoo，Akamai Technologies 和 Limelight Networks。新的協議允許 2 的 128 次方位址或是像是 Steven Leibson 所說的”我們 可以指派一個在每個在地球表面上 IPv6 位址的原子，而且仍然有足夠的位址留 下去做另外的 100+。”按照最初世界 IPv6 日的成功，這個活動在 2012 年 6 月 6 號重複進行，這時間點所表示的用意為，所有參與的網站 IPv6 將永久啟用。
接下來的幾年，在 IoT 領域有很多的技術突破。在 2014 年發行 Google 眼鏡，
是一種增強現實技術的眼鏡[8]。這個眼鏡可以用在任何的無線方法-從 RFID，紅 外線，藍芽到 QR code-去辨識可以被操作的連接設備，並且操作他。在 2014 年，
蘋果公司宣布，HealthKit 和 HomeKit 兩個健康與家庭自動化的發展[8]。和 HomeKit 一起，家庭自動化公司可以與 IPhone 配對，讓用戶可以用他們的 IOS 設備控制物聯網。HealthKit 和獨立的健康 app 將會讓用戶持續追蹤他們的健康 指標，像是走了幾步路和燃燒的卡路里。蘋果公司也提出 iBeacon，是一個可以 發展環境和地理定位服務的廣播設備。
一般情況下，物聯網發展的里程碑可以在表 1.1 看到。
5
圖 1.1 各種 IoT 的發展(順時針方向)：LG 智慧冰箱，Nabaztag，Google 眼鏡，iBeacon，蘋果的
HealthKit (來源: http://www.stooob.com/604674.html, www.nabaztag.fr,
http://www.forbes.com/forbes/welcome/,http://www.gizmodo.co.uk/2015/07/google-glass-enterprise-edition-will-be-faster-with-
bigger-screen/,https://www.passbeemedia.com/ibeacon/)
表 1.1IoT 里程碑
年份 里程碑
1999 物聯網一詞由 Kevin Ashton 所創
Auto-ID 實驗室由 Kevin Ashton, David Brock and Sanjay Sarma 建立
2000 LG 推出世界上第一台網路冰箱
2003-2004 IoT 一詞在主流的出版品(如衛報(Guardian)，科學人雜誌(Scientific Americam)和波 士頓環球報(the Boston Globe)被提出，並且第一次開始出現在書名。一些計畫像
是 Cooltown，Internet 0，和Disappearing Computer(DC)提倡落實的一些想法。
RFID 也被美國國防部大規模運用在薩維計畫(Savi program)和 Walmart
2005 聯合國的國際電信聯盟(ITU)在 2005 年發表了一篇 IoT 的報告
Nabaztag，是最早被製造出來有 Wi-Fi 功能的環境電子設備，外觀為兔子形狀
2006 - 2008 第一個歐洲物聯網會議舉行
2008 一群公司推出 IPSO 聯盟
6
物聯網誕生，使得更多的東西或是物件被連接到網路
美國國家情報委員會將物聯網列為"六項顛覆性民用技術"的其中之一
2010 中國總理溫家寶稱 IoT 為中國的重點產業
2011 IPv6 公開地推出
2013 發表 Google 眼鏡，它是一種增強現實技術的眼鏡
2014 蘋果公司宣布，HealthKit 和 HomeKit 兩個健康與家庭自動化的發展。蘋果公司也 提出 iBeacon，他是一個可以發展環境和地理定位服務的廣播設備。
第三節 物聯網的未來
隨著積極的趨勢朝向 IoT 的應用，我們可以看到，預計未來幾年越來越多的 發展將快速成長。思科系統公司估計在 2014 年 4 月約有 121 億網路的連結設備 正在使用，而且預計將在 2020 年會急遽成長到 500 億以上。網路公司也指出在 2014 年每秒約有 100 件東西被連接到網路，並預計在 2020 年將達到每秒 250 件。
最終，IoT 將會包含約所有物件的 99%，目前總計約 1.5 萬億的東西。麥肯錫全 球研究機構估計在 2025 年 IoT 對全球經濟的影響將會高達 6.2 萬億美元[9]。圖 1.2 顯示 IoT 設備多年來的成長數量及 IoT 未來幾年物品的成長數量。圖 1.3 顯 示 IoT 與所有參與的公司其中角色之演變。
圖 1.2 相互連接的設備之預測數量 (來源: http://www.i-scoop.eu/internet-of-things/)
物聯網
各連接物品的爆發可能性
2003 5 億
2014 144 億
2012 87 億
2009 IOT 開始 2013 112 億
2015 182 億
2018 348 億
2017 284 億
2019 421 億
2020 501 億
2016 229 億
7
圖 1.3IoT 的演變 (來源: http://controltrends.org/building-automation-and-integration /09/we-were-iot-before-iot-was-cool/)
參考文獻
1. Vermesan,O.,et.al.,Internet of Things Strategic Research and Innovation Agenda, in Internet of Things： Converging Technologies for Smart Environments and Integrated Ecosystems, Denmark, River Publishers, 2013, p. 16.
2. Lin,Y. T.,et.al.,A Bit History of Internet/Chapter 8 ： Internet-of-Things, 23 May 2014[cited 2015 7/30]; Available from：
8
3. https：
//en.wikibooks.org/w/index.php?title=A_Bit_History_of_Internet/Chapter_8_：
_Internet-of-Things&oldid=2961146.
4. Weiser,M., G. R. and J. Brown, The origins of ubiquitous computing research at PARC in the late 1980s, IBS Systems Journal, 1999,38(4), p. 693-696.
5. Lee,I. and K. Lee, The Internet of Things (IoT)：Applications,investments, and challenges for enterprises, Business Horizons, 2015, 58, p. 431-440.
6. A Brief History of the Internet of Things,Postscapes, 2012. [cited 2015 7/30];
Available from：http：//postscapes.com/internet-of-things-history.
7. Disruptive Civil Technologies： Six Technologies with Potential Impacts on US Interests out to 2025, National Intelligence Council, April 2008. [cited 2015 7/30]; Available from：http：//fas.org/irp/nic/disruptive.pdf
8. Atkitson.R. D., ICT Innovation Policy in China： A Review, 21 July 2014. [cited 2015 7/30]; Available from：
9. http：//www.itif.org/publications/2014/07/21/ict-innovation-policy-china-review.
10. Greengard,S., A Brief History of the Internet of Things, 24 September 2014.
[cited 2015 7/30]; Available from：http：
//www.baselinemag.com/networking/slideshows/a-brief-history-of-the-internet-o f-things.html.
11. Bauer,H., M. Patel and J. Veira, The Internet of Things： Sizing up the opportunity, McKinsey & Company, December 2014. [cited 2015 7/30];
Available from：
12. http：
//www.mckinsey.com/insights/high_tech_telecoms_internet/the_internet_of_thin gs_sizing_up_the_opportunity.
9
第二章 物聯網技術
第一節 介紹
物聯網描述網路的成長狀態，能夠讓物體(例如：物件、環境、交通工具或 衣服……等)相互傳達之間的相關資訊。例如設備(M2M：機器對機器)就是整合網 路的一部分。
圖 2.1 物聯網技術和通信 (來源：http://postscapes.com/internet-of-things-technologies)
10
第二節 邁向更聰明的網路
想像一下在一個世界裡，數十億個物件可以感覺、溝通和分享訊息，它們都可以 在公共或私有網路協定（IP）網路相互連接。 這些相互關聯的物件經常地將資 料收集、分析和使用，以採取行動並提供豐富智慧型的規劃、管理和決策。 這 是物聯網（IoT）的世界。 物聯網的概念是在 1999 年被射頻識別（RFID）開發 團體中的一員所創造的，它最近因為行動裝置的成長、嵌入式和無遠弗屆的溝通、
雲端運算及數據分析而變得更切合現實世界。
此後，許多有遠見的人抓住了「物聯網」這個詞，認為它是一個很普遍的概念，
尤其是日常生活中的物體，它們不論溝通方法(不論是否通過 RFID、無線網路、
廣域網路或其他方式)通過網路而變得可讀的、可識別的、可定位的、可尋址的 和/或控制。日常的物體不僅包括電子設備、高技術開發的產品，如車輛和設備，
但是我們並不只侷限在電子設備，如食品和衣物。 舉例說明物聯網裡面的物件 包括：人、 位置（物件的）、 時間訊息（物件的）、 條件（物件的）。
現實世界中的這些物件應無縫地整合到虛擬世界中，實現隨時隨地的連接。 在 2010，連接到網路的物件和設備的數量約為 125 億。 思科預測，因為每一個人 擁有更多的智慧裝置，在 2015 年物聯網的物件數量將倍增至 250 億，更進一步 地，在 2020 年預計數量將會到達 500 億（見圖 2.2）。
圖 2.2，在 2020 年連接設備的數量 (來源：Cisco IBSG, April 2011)
11
第三節 技術的發展趨勢
一些技術的發展趨勢將有助於讓物聯網成形。 這裡有七個確定的宏觀趨勢：RFID 設備的小型化技術的進步、第六版的網路協議（IPv6）、改善溝通的吞吐量和延 遲、實時分析、採用雲端技術和安全性。
表 2.1 技術發展趨勢和正在進行的研究推測
第四節 可穿戴技術及設備
可穿戴裝置特別指的是被戴在身上、附著於或嵌入在衣服或配件上的行動電 子設備。 這些微電腦和感應器可以顯示、處理或收集訊息，並具有無線通訊能 力。 這是過去計算週期的邏輯延伸，從桌上型電腦到筆記型電腦再到最近平板 電腦和智慧型手機，每個設備變得個性化及攜帶方便。 可穿戴裝置是物聯網一 個很好的例子。 圖 2.3 是可穿戴設備的分類和舉例裝置。
12
圖 2.3 可穿戴設備分類
分析感應器是物聯網（IoT）計算週期的延伸：想像你的手腕上有一個物聯 網庫，來做以下的邏輯延伸：
一、 個人資料收集：穿戴式裝置收集個人生理數據-活動、健康和地點-關於一個 能影響行為而且被產業使用來帶出商務價值的個體。
二、 基於行為的零售促銷：零售商可以更好地了解顧客如何花費時間在他們的商 店，並提供有針對性的優惠券或有關產品的資訊。
三、 客製化汽車保險：汽車保險公司可以根據影響顧客安全的消費行為來訂定保 費。
四、 藥物監測：製藥公司能改善處方填充率並且醫生可以更好地監視藥丸的攝 取。
五、 工廠程序和效率監視：製造業可以監控員工的工作效率，並改善流程。
六、 信用卡安全性和效率：信用卡發卡機構可以減少欺詐行為，同時也增加使用 量、客戶滿意度。
穿戴式裝置讓付款變得更有趣，它可以明顯地減少交易時間，不必再從口袋拿出 皮夾來付款而是用智慧型手機，而且不需要用簽名來完成交易手續。 我們認為 這是一個在手機上更方便的體驗與技術。 重要的是，易用性提高了使用比例，
這意味著商家、卡的網路、發卡機構和像 Apple Pay 的支付平台可能全部獲利。
下圖是 2012 - 2017 年穿戴式裝置的銷售市場。
13
圖 2.4 穿戴式裝置市場 (來源：http://www.slideshare.net/COMPUTEX/2014-cpx-conferenceiot-forumst)
全球電子穿戴式裝置市場可以劃分為五個類別。頭戴式：包括頭盔產品和視 覺輔助。頸部裝置：具有環和項鍊的產品，用珠寶等裝飾掩蓋電子設備。手臂穿 戴類：最蓬勃發展的類別，擁有多樣化的產品，腕帶、智慧型手錶、戒指、臂章……
等。身體佩戴裝置：包括智慧型服飾及監控背部或脊椎的設備。 而最後一類是 關於腳部穿戴裝置。
圖 2.5 電子可穿戴裝置市場劃分 (來源：http://www.yole.fr/)
14
第五節 MEMS 技術
微機電系統，簡稱 MEMS，其最一般的形式可以定義為利用微細加工技術製造小 型化的機械和機電元件（即設備和結構）的一種技術。 MEMS 設備的臨界實物尺 寸可以從遠低於一微米光譜的下端一路變化到幾個毫米。 同樣地，MEMS 設備的 類型可以在集成微電子控制之下從相對簡單具有非移動式元件的結構，到複雜具 有多種移動式元件的機電系統的結構變化。MEMS 其中一個標準是，不論這些元 件是否能夠移動，它們至少一些元件具有機械工能。 用於定義 MEMS 的術語因所 處地區而有所不同。 在美國它們稱為「微機電系統」，而在其他地區被稱為「微 系統技術」或「微機械加工設備」。
而 MEMS 的功能元件是微型化結構、感應器、致動器，以及微電子，最顯著的（也 許是最有趣的）元件是微感應器和微致動器。 微感應器和微致動器被適當地分 類為「換能器」，它被定義為轉換能量的設備。在微感應器的情況下，該設備典 型地將一個測量的機械信號轉換成電子信號。
圖 2.6MEMS 元件 (來源：https://www.mems-exchange.org/MEMS/what-is.html)
在過去的幾十年中，MEMS 研究人員和開發者已經證實非常多微感應器的幾 乎每一個可能感測模式，包括溫度、壓力、慣性力、化學物種、磁場、輻射……
等，值得注意的是，許多這些微機械加工的感應器的性能已證明超過那些他們的 宏觀同行，也就是微機械版本，例如，一個壓力感應器，通常優於採用最精確的
15
宏觀級加工技術製成的壓力感應器。 不僅是 MEMS 設備性能優秀，而且它們的生 產的方法是利用在集成電路工業中使用的同一批製造技術 –它可以降低單位設 備的生產成本，以及許多其他的益處。 因此，就有可能在相對較低的成本水平 下，達到恆星設備的性能。 不意外地，以矽為基底的離散微感應器很快地被商 業開發並且這些設備將在市場上持續快速增長。
最近，微機電系統的研究和開發團體已經發表了一些微致動器，包括：微型 閥的氣體和液體流量控制；光學開關和鏡像重定向或調節光束；用於顯示器獨立 控制微型鏡陣列。微共振器的許多不同的應用，微型泵浦開發正流體壓力、微翼 在翼型件上調節氣流，以及許多其他的應用。 出人意料的是，儘管這些微驅動 器非常小，它們經常會導致在大層面的影響；也就是說，這些微小的致動器可以 執行的機械能力遠大於它們的大小。 舉例來說，研究人員在飛機的機翼前緣放 置小的微致動器，他們已經能夠僅使用這些微型化的設備來操縱飛機。
圖 2.7MEMS 組件
(來源：https://www.mems-exchange.org/MEMS/what-is.html,
http://media.ivam.de/mikrotechnik-11/pdf/05_1000_MEMS_Industry_Group.pdf)
16
以下是應用於智慧型手機的 MEMS 元件。
圖 2.8MEMS 組件
(來源：https://www.youtube.com/watch?v=6HDN34pn-y0)
17
第六節 基於 MEMS 感應器的小型化技術
微機電系統（MEMS）上的無線感測網路感測節點微型化技術在近幾年有卓越 的進步。MEMS 的核心技術是實現微電子技術、微型加工技術和包裝技術的結 合。 基於微電子和微型加工技術，可以生產不同二維或三維層級的敏感性結構，
例如微型感應元件。這些和電源供給和訊號調節電路的微型感應器可以整合並封 裝成為一個微型 MEMS 感應器。
圖 2.9 硬體無線感測網路感測結點的結構
目前，在市場已經有許多微型 MEMS 感應器的類型，可以用於測量各種物理、
化學和生物量訊號，包括位移、速度、加速度、壓力、張力、拉力、聲音、光、
電、磁、熱、pH 值……等。在 2003 年，美國加州大學伯克利分校（UCB）的研 究人員開發了一個配有微感應器的 WSN 感應器節點（mote）。該 MEMS 感應模組 的實際長寬只有 2.8 毫米、 2.1 毫米。
圖 2.10 設備下的 MEMS 半導體市場成長 2 倍，2006 年至 2017 年
(來源：http://jbsystech.com/analog-sensors-and-low-power-impacts-the-iot/)
18
第七節 設備小型化
IoT 利用科技將實體物品連接到網路。電子元件的大小（和費用）需要支持 其功能性，例如感應、追蹤和控制機制，在廣泛採用 IoT 的各種行業應用中扮演 了重要的角色。在半導體行業的進展一直很激烈，業界一直保持每兩年加倍摩爾 定律的晶體管密度。
於 2000 年，技術發展狀態是 1000 奈米（nm），但 2010 至 2011 年，該工業 轉移到商用系統級晶片（SoC）晶片解決方案，利用 28 至 45 奈米光刻技術實現 了 2-3 晶片組件，可以整合能處理數位訊號的無線電收發器、基頻微晶片或圖形 加速器。這裡有許多應用，例如遠程醫療和環境監測需要這些合成晶片組，不僅 是因為體積小，並且可隱藏和充當”小型”電腦來感應實體物品。 幸運的是，
多年來設備小型化已快速實現，且每個晶片的晶體管數量也呈倍數增加，（圖 2.11）。
圖 2.11 摩爾定律
(來源：http://mentalfloss.com/article/22332/was-moores-law-inevitable)
現今，晶元晶片製造技術是由平面金屬氧化物半導體場效應晶體（MOSFET）
技術主要在推動。 在晶片設計和結構等領域的進展，已經允許半導體工業降低 生產晶體管的尺寸、密度和成本。像光刻、度量衡學和奈米技術被使用（和探索）
19
來大幅提高單晶片上晶體管的數量。 例如，半導體製造過程也從 2010 年的 32 奈米節點提升到 2011 年的 22 奈米節點，2013 的 16 奈米到 2015 年邁向 11 奈米
（見圖 2.3）。 Intel9 在 2012 年 4 月正式推出，是全球第一款商用微處理器- 以 22 奈米與 3D 三柵極電晶體製程製造的版本。這種 22 奈米晶片比之前的晶體 管還能夠適應超過 29 億個晶體管，能提升 37％性能、降低超過 50％的功耗。
圖 2.12 半導體設備製造的發展趨勢
(來源：https://en.wikipedia.org/wiki/Semiconductor_device_fabrication)
正如晶片的尺寸越來越小，感應組件的成本也下降到變得更實惠。 Gartner 公司預測，大多數科技元件，如收音機、無線網路、感應器和全球定位系統（GPS），
將在 2010 年至 2015 年，成本下降 15％至 45％（見圖 2.5）。為了說明這一點，
我們用較便宜的溫度感應器舉例，由於易腐產品橫跨了供應鏈，冷鏈零售商會考 慮部署多個溫度感應器來監測他們的易腐產品。
20
圖 2.13 技術元件成本下降
(來源：: http://www.gartner.com/id=1839420)
隨著尺寸的縮小和技術元件成本的下降，企業未來一到三年將在推行 IoT 中，
看到更小的成本以及更大的機會。
一、無線射頻識別(RFID)
無線射頻識別（RFID）技術對 IoT 特別的重要，因為 IoT 在產業中第一個實 現的應用是使用 RFID 技術來追踪與監控在物流和供應鏈行業中的商品。 RFID 頻段範圍從 125 千赫（低頻/ LF）到高達 5.8 GHz 的/超高頻（SHF），此標籤至 少有三個基本元件：
（一） 晶片包含有關對象的資訊並經由無線空中媒介將數據傳送到讀取器。
（二） 天線允許訊息從讀取器傳輸。
（三） 包裝包住晶片和天線，並允許標籤附著到物體進行識別。
現今，一維（ID）條碼在供應鏈和其他行業有明顯的貢獻，如資產管理。 二 維（2D）條碼提供了更豐富的數據來源，但是列印技術卻沒有跟上時代。 RFID 能在其環境中永久地蒐集和處理數據，證明為產品鑑定的下一個技術。 許多垂
21
直行業，特別是在物流和供應鏈，持續使用 RFID 作為標籤解決方案，以提高他 們的追踪和監測過程。
放眼未來，RFID 在提供數據流具有潛力，能即時提供特定項目的數據給資訊 系 統 ， 並 且 具 有 靈 活 性 來 放 置 在 極 小 的 空 間 和 位 置 上 ， 例 如 線 圈 晶 片 (coil-on-chip)的技術。 隨著技術的發展，像是晶片設計、能源使用和保存、
射頻技術和製造、RFID 新的使用方式應用將會出現，如自動抄表，遠程家庭自 動化和即時車輛追踪。
二、網際網路通訊協定第 6 版（IPv6）
IPv4 位址有效地按照業界公認的指標釋出，在現有框架下的最後位址分配已 經完成，引發網路位址指派機構(IANA)分配最後五個 IPv4/8 區段。 隨著 IANA 的 IPv4 位址用盡，沒有其餘的 IPv4 位址能被分配到提供位址給組織的區域註冊 機構。
IPv6 是用來取代 IPv4 的下一個網際網路位址協定。在 IPv6 中，大約有 3.4×1038
（340 trillion trilliontrillion）個獨立的 IPv6 地址，讓網路繼續發展及創 新。 由於連接的設備（500 億）的數量龐大，IPv6 可能會被用來代表所有這些 設備（和系統），消除網路位址轉譯（NAT）的需要和促進終端到終端的連接與 控制。 這些功能提供實體物件無縫整合到網路世界。
三、增加訊息吞吐量和降低延遲
IoT 仰賴一個普遍的通訊網路讓”任何東西，任何地點”連接發生。 多年 來，網路經營者為了現有的基地台、收發器和互連設施，提高了他們的基礎設備 來支持數據的容量和加強網路的吞吐量。 藉由加入通用封包無線服務技術 (GPRS)，全球行動通訊通話系統(GSM) 經營者已經為了 GSM 增強數據率演進 (EDGE)大幅度地提高數據服務。現今，全球大多數的營運商正在部屬高速封包存 取(HSPA)技術的通用移動通訊系統(UMTS)來提高吞吐量和降低延遲。HSPA 一班 被稱作”3G”，顯示出我們的力量和永遠在線的潛力，任何地點的網路連接已經 引發一波大規模跨越設備和應用的產業創新。
22
隨著科技趨勢轉移導向提供更快的數據傳輸率和更低的延遲連接，第三代合 作夥伴計劃(3GPP)標準機構制訂了一系列的改進來強化 HSPA 演進，也被稱 作”HSPA+”。 HSPA 演進代表寬頻分碼多重存取(WCDMA)的一個合理的發展，並 且躍升到稱為 3GPP 長期演進技術（LTE）的全新 3GPP 無線電平台。 LTE 提供了 許多明顯的優點，例如增加的性能屬性、高峰值數據率，低延遲和利用無線頻譜 的效率。
圖 2.14 在通訊技術更高的吞吐量
(來源：http://www.rysavy.com/Articles/2011_09_08_Mobile_Broadband_Explosion.pdf)
四、雲端運算
物聯網連接數十億個設備和感應器來創造新的創新應用。為了支持這些應用，
一個可靠的、有彈性的且靈敏的平台是必要的。雲端運算是支持物聯網中的一個 有利的平台。
雲端運算是一種能協調多種技術能力，例如多租戶、自動化配置和使用運算，
同時依賴網路和其他連接技術，像是更豐富的網頁瀏覽器實現運算效用願景的架 構。 雲端運算可以看到逐漸被採用（圖 2.7），而雲端運算有三種常見雲端服 務模式，即軟體即服務（SaaS）、平台即服務（PaaS）和提供基礎架構的雲端服
23
務（IaaS）。 舉例來說，在 IaaS 硬體的使用，像是感應器和致動器，可以提供 給客戶雲端資源，客戶可以經由雲端資源來設置任意的服務和管理硬體。 PaaS 可以提供一個存取 IoT 數據和制定 IoT 應用程序（或主機獲取的 IoT 的應用程序）
的平台。 SaaS 可以在 PaaS 方案上供應提供者擁有自己的 SaaS 平台給特定的 IoT 領域。 像 Axeda18、ThingWorx19、DeviceWise20 這些公司已經提供了軟體開發 平台建造創新的 M2M 和 IoT 的應用。
圖 2.15 雲端運算採用率
(來源：http://softwarestrategiesblog.com/2011/07/24/predicting-cloud-computing-adoption-rates/)
第八節 技術展望
IoT 是層級架構，這些技術已被分為三組。
第一組的技術影響設備、微處理器晶片：
一、 低功耗感應器電源和能源持續性；
二、 在領域上感應器的智慧化；
三、 晶片組的小型化；
四、 無線感應器網路的感應器連接。
第二組包含支援網路共享、處理能力和延遲問題的技術：
24
一、 網路共享技術，像是軟體定義的無線電和認知網路；
二、 解決能力和延遲問題的網路技術，像是 LTE 和 LTE-A。
第三組技術影響支持物聯網應用的管理服務：
一、 智慧型市場決策技術，如上下文感知運算服務、預測分析、複雜事件處理和 行為分析；
二、 高速數據處理技術，如記憶體內運算和流量分析。
圖 2.16 技術雷達 (來源：
https://www.ida.gov.sg/~/media/Files/Infocomm%20Landscape/Technology/TechnologyRoadmap/InternetOfThings
.pdf)
第九節 感應器連接和網路
一、三年內：
（一）線圈晶片技術
25
線圈晶片讓天線線圈製造在矽晶片的表面，可以藉由無線射頻讀取器感應與 互動。這樣的晶片通常測量近似為 2.5x2.5 毫米，可用在微小物體或在具有非常 小的空間區域使用。晶片的製造是光刻技術，它因為有高度的精準度和可重複性 能夠製造出非常小的結構。
現今，線圈晶片已經在某些 RFID 標籤和專門的應用程序中實現，如磁振造 影。當與傳統的和天線線圈的比較，線圈晶片的 RFID 標籤實現了更小的空間且 很少發生故障，因為缺乏天線線圈和 IC 晶片之間的外部焊接連接點的劣 化。 RFID 線圈晶片有基本的存儲量，從 128 bytes 到 4 kilobytes 且無位移的 部分，因此它可以承受惡劣的環境包括在濕和乾的條件下。
在 IoT 上，線圈晶片的技術是特別有用的，因為它能夠用小線圈晶片上感應 器對小型的實物進行標記並使用應用程序進行監控。其中一些實物可能是活的東 西，如鳥類或昆蟲，可以透過氣候來監測牠們的遷徙模式。 Maxell–在全球擁 有記憶和存儲技術的領導地位，已經發展線圈晶片具有 1kbit 存儲容量的讀寫功 能（圖 2.17）的 RFID 標籤。這種微小的 2.5x2.5 毫米 RFID 晶片允許數據被記 錄、刪除並重新紀錄以及添加新的數據直到存儲容量填滿。這使得線圈晶片在專 案生命週期進行長期數據管理的時候為一個不錯的選擇。晶片上的數據可以被刪 除和重新使用，或處理後保存歸檔。
圖 2.17 日立Maxell’s線圈晶片 RFID
(來源：http://biz.maxell.com/en/product_security/?pci=7&pn=sp0006)
（二）低功耗設備和電池
功耗為感應器的最大挑戰。現今感應器需要能夠維持較長的電池壽命，以減 少硬體維護和防止通訊失敗，特別像在室外。在許多部署的情況下，為了延長在
26
戶外的感應器的可用性，大型電池必須連接到感應器，而這樣使得該感應器設備 變得龐大且笨重。
IoT 支援感應器普遍地連接和需要它們彼此互動，即同時充當標籤和讀取器。
為了支持這樣的連接和通訊，低功耗晶片組的設計和使用將會為未來感應器的功 耗產生顯著的影響和思考。超低功耗設計的晶片組電路是現正持續研究的領域，
具有從單閘板移動到多柵極晶體管和碳奈米管設計（圖 2.18）的技術。
圖 2.18 低功耗晶片組設計
(來源：http://www.synopsys.com/Solutions/EndSolutions/EclypseSolutions/CapsuleModule/future_lp08_mike_keat ing.pdf)
（三）ZigBee（無線感應器網路的情況下使用）
無線感應器網路（WSN）或無處不在的感應器網路（USN）由感應器直接互相 通訊，以形成網狀網路的能力（通常稱為節點）定義。在網路中的感應器可以充 當讀取器且經常移動。如果它們無意中移動時，它們可以電子化彌補，無需人工 干預，即它們是”自動校準”。一個節點可以由大量的電子硬體所組成，一個感 應器、一個致動器、一個微處理器、一個無線電和電源，有些可能來自不同的給 定系統中，形成了”異構網路”。
IEEE 802.15.4 無線技術是為了提供無線感應網路吞吐量和延遲需求的應用 的短程通訊息統。802.15.4 無線技術的主要特點是透過設備的支援，短距離傳 輸、低功耗和低成本。基於 IEEE 802.15.4，大多數無線感應器網路使用無線網
27
狀技術，有時被稱為 ZigBee。ZigBee 是一種規範，是一套對個人區域網路（PAN）
基於 IEEE 802 標準的小型、低功率數位無線電的高階通訊協定。使用 ZigBee 協定，感應器能夠以低功率、2.4GHz 頻段 250kbps 可靠的位元速率傳輸相互溝 通和安全的數據傳輸，即 128AES+安全。 ZigBee 無線電設計對低成本生產和小 於 100 微米的傳輸範圍進行了優化。
無線感應器網路在支持多種物聯網應用上扮演了關鍵的角色。許多智慧型的 物體，具有不同的通訊、訊息和處理能力，一個可靠的網路在當中提供無縫的互 動為當務之急。由於需要無縫連接物體和人溝通的大範圍，可擴展性是 IoT 的另 一項議題。最後，當對電池供電的智慧型物體進行處理，低功率通訊成為一個重 要的面向，以確保這些對象持續連接。無線感應器網路的特性，支援這些網路的 要求。無線感應器網路部署的一些例子，是在醫療衛生、環境監測和智慧型建築
（圖 2.19）。
圖 2.19 無線感應器網路（WSN）的應用 (來源：http://media.idtechex.com/pdfs/en/R7036G0761.pdf)
二、三至五年：
（一）適性化學習分析
適性化學習分析是一系列的分析演算法，它是由感應器和行動裝置執行使即 時數據智慧化分析。 該算法根據出現的情況和可用的計算資源調整數據流處理 參數，例如電池的電量和可用的記憶體，來做出最佳決策或建議。例如，在智慧
28
型房間的情況下，資訊可以被用來解釋狀況，而不是從光、噪音和動作單獨的感 應監測環境，諸如”開會中”、”展示”或”研究”，能夠更好的了解環境。它 還提供了環境的一個更抽象的視野，而不是把重心集中在個別環境區塊。 根據 感測設備的計算資源的優化，這樣的訊息輸出被定制，且減少了需要被發送到後 端系統用於分析處理的數據量。
（二）IPv6 和 6LoWPAN
IPv6 是用於取代其正式在 2011 年 2 月釋出（亞太網路訊息中心，APNIC）
IPv4 位址 128-bit 的互聯網位址方案。 在 IPv6 中，大約有 3.4×1038 獨立的 IPv6 位址，在可預見的未來有足夠的位址空間來容納雲端化的設備。IPv6 允許網路 自動配置，讓設備容易進行管理且一旦他們在網路上將自動的配置。 IPv6 的可 以藉由一個分級的方式分配位址空間，帶來位址有效的分配和管理。 例如，分 配一個 IPv6 位址給組織，可以根據網路架構拓撲進一步分配。另外，IPv6 位址 可以根據一個國家的地理位置指派，即東、西、南、北，以及更進一步基於街道 和建築層級來分配。藉由 IPv6 位址有效的分配，它能夠有更好的可管理性、對 設備是別的可用性和易用性。
6LoWPAN 是「IPv6 低功率無線個人區域網路」的英文縮寫。這是一個通訊標 準，它允許低功耗設備藉由 IPv6 進行溝通和交換數據。使用基於 IP 連接形成感 應存取網路有許多好處：
1. IP 容易連接到其它 IP 網路而不需要轉譯閘道器或代理伺服器。
2. IP 網路允許現有網路基礎設施的使用。
3. IP 被證明可用且有範圍，SocketAPI 是廣為人知且被廣泛使用的。
4. IP 是公開且自由的，藉由標準，處理流程和提供給任何人的文件。 它 鼓勵創新且很好理解。
5. 6LoWPAN 在 IPv6 協議的工作原理是基於 IEEE 802.15.4 標準。 因此，
它具有低成本、低速率和低功率的部署特性。底層採 IEEE802.15.4 的
29
物理（PHY）和媒體存取控制（MAC）層標準，並使用 IPv6 作為聯網技 術。該協定的參考模型疊層如下（圖 2.12）。
圖 2.206LoWPAN 協定層級的參考模型 (來源：
https://www.ida.gov.sg/~/media/Files/Infocomm%20Landscape/Technology/TechnologyRoadmap/InternetOfThings
.pdf)
IoT 應用需要雙向、低功率的通訊網路，從使用 6LoWPAN 受益。例如，在智 慧型電網系統，發電廠可以傳輸電力和訊息到客戶端， 另一方面，通過雙向通 訊，用戶還可以將訊息發送到電廠。透過雙向通訊，功率利用可以以更有效的方 式來調整。 憑藉其經濟性和實用性，6LoWPAN 展現了市場的顯著機會。
三、五年以上：
（一）奈米技術
奈米技術是能夠從一發展到幾百奈米設備的開發。在這個規模，奈米機器被 定義為最基本的功能單元，並整合成奈米組件來執行簡單的任務，例如感應或致 動。在數個奈米機器的協調和訊息共享，都將在複雜性和經營範圍方面擴大個別 設備的潛在應用。
美國國家奈米技術計劃用第一代奈米結構來描述奈米技術的四代發展，第一 代是設計用來執行一項任務的材料。第二階段看到多工活性奈米結構的介紹，例 如，致動器和感應器。第三代，在 2010 年左右出現的，有成千上萬相互作用元
30
件的功能奈米系統。從現在到 2015 年會出現綜合奈米系統，與系統內的分層系 統功能來執行複雜的任務（圖 2.21）。
圖 2.21 奈米技術演進 (來源：http：//www.crnano.org/whatis.htm)
隨著奈米技術，未來感應器的設計可以更小、耗電更少，並且比電流感應器 更靈敏。因此感應應用將享受的好處遠遠超出現有技術提供，例如 MEMS。在發 電和存儲的區域，奈米技術使用的奈米材料，可以明顯降低能量存儲裝置的大小，
並增加了相同的設備能量密度。
31
參考文獻
1. 19 ThingWorx. Platform Overview. 2015 [cited 2015 7/5]; Available from： http：
//www.thingworx.com/platform/
2. 20 DeviceWise. Platform - Overview. 2015 [cited 2015 7/5]; Available from： http：
//www.devicewise.com/platform/overview/
3. K. Eric Drexler. Center for Responsible Nanotechnology. What is Nanotechnology.
2008 [cited 2015 7/12]; Available from： http：//www.crnano.org/whatis.htm 4. Dave Evans. The Internet of Things： How the Next Evolution of the Internet Is
Changing Everything. Cisco. 2011
5. David Lamb. Wearable Technologies and the IoT. STMicroelectronics. 2013. p：
19-22
6. Gérald Santucci, Sebastian Lange, Internet of Things in 2020. European Comission Information Society and Media. 2008. 11(2)： p. 22-23.
7. Intel 22nm Technology. 2014 [cited 2015 7/12]; Available from： http：
//www.intel.com/content/www/us/en/silicon-innovations/intel-22nm-technology.ht ml
8. Jim Tully, Hung LeHong. Falling Cost of Components Will Help Drive The Pervasiveness of the Internet of Things. 2011 [cited 2015 7/9]; Available from：
http：//www.gartner.com/id=1839420
9. Steve Whalley. MEMS Sensor Fusion - Revolutionizing the Internet of Things.
International CES MEMS Conference Track. 2014. 12 (3) P.5-8.
10. Dr. Guillaume Girardin, Antoine Bonnabel, Dr. Eric Mounier. Technologies &
Sensors for the Internet of Thing. Businesses & Market Trends 2014 -2024. 2014.
p： 14-15.
32
11. Morgan Stanley. Wearable Devices The ‘Internet of Things’ Becomes Personal.
2014. P：7-8.
12. Maxell. Coil-on-Chip RFID. 2012 [cited 2015 7/9]; Available from： http：
//biz.maxell.com/en/product_security/?pci=7&pn=sp0006
13. Mike Keating. The Future of Low Power. 2012 [cited 2015 7/9]; Available from：
http：
//www.synopsys.com/Solutions/EndSolutions/EclypseSolutions/CapsuleModule/f uture_lp08_mike_keating.pdf
14. Yole Development SA. MEMS technology： World’s smallest barometric pressure sensor. Micro News, 2009, (78)1.
15. Kahn, J. M., Katz, R. H. and Pisterr, K. S. J. Mobile Networking for Smart Dust.
ACM/IEEE International Conference on Mobile Computing and Networking (MobiCom 99), Seattle, WA, August 17-19, 1999.
16. Peter Harrop, Raghu Das. Wireless Sensor Networks 2010 – 2020. 2012 [cited 2015 7/9]; Available from： http：//media.idtechex.com/pdfs/en/R7036G0761.pdf 17. Rysavy Research. Mobile Broadband Explosion. 2011 [cited 2015 7/14]; Available
from： http：
//www.rysavy.com/Articles/2011_09_08_Mobile_Broadband_Explosion.pdf
18. Gordon Moore. Wikipedia： Moore’s law. 2014 [cited 2015 7/14]; Available from：
http：//en.wikipedia.org/wiki/Moore%27s_law
19. Wikipedia： Semiconductor device fabrication. 2014 [cited 2015 7/14]; Available from： http：//en.wikipedia.org/wiki/Semiconductor_device_fabrication 20. What is MEMS Technology?. 2015 [cited 2015 7/30] Available from： https：
//www.mems-exchange.org/MEMS/what-is.html
33
第三章 物聯網生活上的應用
第一節 簡介
在過去的幾年中，無線通訊和物聯網（IoT）的連結網路發展成為一個新的 模式，以及獲得學術界和工業界更多的關注。物聯網大量的潛在應用實現在日常 生活中的應用，以及潛在用戶的行為。
物聯網的設施到 2020 年將增長至約器 2 兆 120 億的設備，包括 300 億連接 的設備，其中智慧生活應用中佔有很高的比率。 物聯網應用的智慧生活是集合 設備和服務，提供通知、安全、節能、自動化、通訊、計算機和娛樂為一個單一 的生態系統，共享用戶界面[1]。
本節討論通過智慧生活的應用物聯網創造的機會。 智慧生活包含了許多面 向，生活質量文化、衛生、安全、住房、旅遊 ……等[2]。 物聯網在生活應用，
包括智慧購物應用，能源和水的使用，遠端控制家電，氣象站，氣體監測，安全 監控，智慧珠寶，智慧家居，智慧建築，生活輔助……等[1]。
第二節 物聯網在智慧家居的應用
一、物聯網智慧家居的一般應用：
智慧家居是一棟房子或生活環境，包含多種不同類型的感應器的聚集（如圖 1 所示）的技術，以允許家庭設備和系統進行自動控制。 智慧家居提供的舒適、
休閒、安全和衛生保健，因此，智慧家居可以提高居民[3]的生活水平。 智慧家 居的概念與家庭自動化的領域密切相關，也被稱為家庭自動化，和最近的領域環 境智慧和智慧環境 [4]
對 Wi-Fi 的家庭自動化角色的興起，主要是配置的電子產品的聯網的本質，
其中電子設備已開始成為家庭 IP 網路的一部分，以及採用了速度越來越快的移 動計算設備。 一些組織正在使用技術裝備的家園，讓住戶能夠用一台設備來控 制所有的電子設備和電器。 該解決方案最初運用在環境監測、能源管理、輔助 生活、舒適和方便。
34
圖 3.1：智慧家居物聯網的應用[7]
(來源: http://storiesbywilliams.com/2014/01/14/the-future-of-smart-living-smart-homes/)
智慧家居讓我們的居家舒適度提升了一個層次，保持均勻的溫度、控制燈光 和娛樂、確保安全，並幫助節省資金。 特別是，冰箱裝有液晶顯螢幕，能夠顯 示內容物、即將到期的食物、你需要購買的原料，且所有的訊息可以從智慧型手 機應用程序裡得到。 可以遠端監控洗衣房裡的洗衣機，並在電費最低的情況下 自動運行。 廚房的範圍接口可以連接到智慧型手機應用程式，允許遠端調節溫 度和監視烤箱的自潔功能。
在文獻綜述，有智慧家居的四大應用領域，如老年/老齡化/家庭護理； 能源 效率； 舒適/娛樂； 安全/保安。
一、對於老年/老齡化/家庭護理 ：
此應用領域的出現，以解決在全球中許多已開發國家迫切需求。 其實，這 個應用程式的趨勢是大家一般都有興趣的一部份，發展一個新的智慧技術，為了 解決與長者健康、孤獨、殘疾、長者的認知問題。在這領域內有主要有兩個子領 域：（1）隨時隨地的援助是專注於在長者的日常活動協助任務級別，以及協助 他們的殘疾和認知局限。 （2）無處不在的看照網路是幫助解決長輩的社交限制，
為他們提供的服務和設施，社會包容性，以減少他們的孤獨感。
門和窗的感應器&節省能源
外部電力插座
遠端煙霧探測器
散熱器恆溫控制
遠程插座及調光器 戶外動作探測器
壁掛式發射器
房間溫控器
中央控制器
加熱地板控制器 室內遠端動作探測器
遠端控制
35
二、能源效率
降低能耗成為了一個非常迫切渴望能在現代社會有新的技術突破，這對人類 的未來發展有重大的影響。而技術發展過程中需要越來越多的能量，該能量資源 也越來越有限。電網正在發展成為一個新的更聰明的網路被稱為智慧型電網。 它 以訊息和通訊技術的進步增強了傳統的電力輸送系統，以平衡供需的用電量，以 及用於開發可再生能源。以下是有關效能的兩個主要應用領域：（1）節能：旨 在利用智慧家居中的感應器和執行器，來控制節能，判定目前還沒有使用或根據 用戶首選項設置，關閉或低功耗模式。 （2）智慧型電網整合將智慧家居的能源 意識融入到智慧型電網。
舒適/娛樂
一個智慧家居的典型和特殊的功能是解決用戶的舒適性和娛樂。 例如，智 慧家居往往環境控制的功能（例如燈光和背景音樂），先進的使用者介面（根據 語音或手勢為例），增加日常活動……等的自動化水平。
三、安全／安全
安全性是偵測智慧家居裡的異常情況，例如像火災、水災、意外事故（如：
身體障礙者或老人跌倒）。 安全性是指偵測智慧家居裡的惡意行為，例如竊賊，
非法入侵……等。在安全或安全違規的情況下，智慧家居都配有子系統，螢幕監 控，遠端監控，報警和急救鈴能夠發出訊號和回應安全狀況。
二、智慧家居結構
智慧家居的組成如下：家庭自動化系統、控制系統和家庭自動化網路[4]。 開 放式平台的技術，擁有智慧感應器網路，提供有關家庭的狀態訊息。 這些感應 器監控系統，如能量的產生與計量； 加熱，通風和空調（HVAC）； 照明；安 全； 環境關鍵績效指標。訊息是處理過的且可透過多個接口取得，如觸摸屏、
行動電話，和 3D 的瀏覽器。 在網路方面帶來在線流媒體服務或網路回放，成為
36
控制網路設備的功能到達平均。 同時行動設計確保消費者能夠獲得一種攜帶式 控制器，用於連接到網路的電子設備。
（一）家庭自動化系統
該家庭自動化系統可以含有大量的各種取決於具體應用的家用電器。 家電 產品的技術和市場的進展非常快速，且在文獻中，智慧對象的新理念，出現了對 先進的設備包括家電更準確地描述。 智慧對象是由三個重要部分所組成：（i）
在真實世界中，實體的部分能夠代表此物件； （ii）物件對象的該硬體基礎設施 必須擁有智慧能力； （iii）所述軟體層實際上提供了對象的智慧功能。
（二）家庭自動化網路
家庭自動化網路的特點是實體技術和通訊協議。 家庭網路技術被分為三大 類：電力線、公交線路和無線。 電力線家庭網路是重複使用內部電網。 他們是 歷史上最古老的、較便宜、有些不可靠的、可擴展的。公交線路的家庭網路使用 一個單獨的物理介質用於傳輸電信號。 它們較難以配置且因為佈線系統的原因，
讓家庭住戶感到不舒服。 無線家庭網路是使用無線通訊，例如，紅外線或無線 電頻率，並且具有令用戶更加愉快的優勢，因為它們不需要任何電纜。
用於家庭網路有許多通訊協議。 它們大致可分為：（一）專有協議，由私 人公司擁有，不向公眾披露； （二）公共協議，通常由一家公司或財團維護，
向公眾開放； （三）是由標準化機構認可的標準協議。 一些最普遍的標準，家 庭網路協議：IEEE 802.15.4 / ZigBee、EIB / KNX ISO / IEC 14543-3、IEEE 802.11 /無線網路連接。
（三）控制系統
控制系統可能是一個智慧家居的最複雜的部分。 它的功能可以很簡單，比 如提供對特定事件的反應行為，像煙霧探測、溫度變化、或更複雜的策略，通過 混合被動和主動的行為，以實現家庭住戶的高層次目標，比如最大化的舒適和降 低成本，或者在社會，最大限度地減少污染和環境保護。 在文獻中提出的種類
37
繁多的計算方法是為了複雜控制系統的設計和開發，其中不乏採用人工智慧，多 智慧體系統和自動化控制的結果[4]。
第三節 物聯網在智慧建築的應用
在過去的幾年中，許多公司正在考慮將建築平台整合為將自動化與娛樂、醫 療監控、節能監測和無線感應器監測為一體。
物聯網的應用程序使用感應器收集有關運行狀態和雲端託管的分析軟體的 訊息，用於分析不同的數據點，幫助設施經理用最佳效率主動管理建築物。 從 技術角度，它可以更詳細地識別智慧建築中的不同樓層，去了解系統、服務和管 理操作的相關性。 對於每一層，重要的是要了解隱含的參與者，利益相關者和 最積極者，以實現不同的技術解決方案。
以下有一些建築擁有人、經理或用戶之間建築所有權的議題，如誰付了初始 系統的成本和誰在這段時間得到了好處。 如果這些問題沒有完全解決，新技術 不能迅速的運用在建築行業。 具體而言，缺乏建築行業的分部門之間的合作會 降低新技術的採用，且會阻止新的建築，完成能源、經濟和環境績效目標。
在這一研究領域的無線感應器網路（WSN 中）功能的開發，以促進在建築 的智慧能源管理以增加用戶的舒適性，同時降低能源需求，他們是高度相關 的。 除了從引進這種智慧化能源管理的建築物顯而易見的經濟效益和環境效益，
其他正面的影響將得以實現。 建築控制的意義並非最不重要； 作為配售監測、
訊息回饋設備和控制能力在一個單獨位置將使建築物的能源管理系統，讓決策者，
大樓經理，維修人員及建築物的其他用戶，更加容易操作。
與能源管理系統利用網路還提供了一個機會，可以在全球的任何位置，從一 台筆記本電腦或智慧型手機連接建築物的能源訊息和控制系統。 這有巨大的潛 力，給管理者、決策者和居民提供建築能源消耗的回饋和根據訊息採取行動的能 力。
38
在未來物聯網的背景下，智慧建築管理系統可以被認為是一個更大的訊息系 統的一部分。 該系統被設備經理所使用去建築管理能源的利用和能源的採購以 及維護建築系統。 它是根據現有的內聯網和網路的基礎設施，因此，利用此標 準作為其它 IT 設備的標準。 根據本文，降低成本和無線感應器網路的可靠性正 在將建築轉變為自動化，通過能量效率、健康的維持。 在建築中，富有成效的 工作場越來越具有成本效益。
第四節 物聯網的應用可在環境輔助生活
物聯網應用和服務將在獨立生活產生重要影響，提供支持老年人利用的可穿 戴和環境感應器檢測日常生活的活動，使用可穿戴和環境感應器的監督社交互動，
使用可穿戴式的重要訊號感應器監控慢性疾病，和人體感應。 隨著模式檢測和 機器學習算法的出現，這件事情發生在患者的環境裡，將能夠注意和照顧病 人。 此應用可以學習規律的日程和發出警報或發送異常情況的通知。 這些服務 可以被整合為醫療技術服務。 物聯網正在改變著我們的工作和生活的方式，能 夠節省時間和資源，並打開新的機會。
在輔助生活的領域，一些研究活動試圖在某段時間去追蹤用戶的活動並監測 其健康，通常會假設一個給定的情況（分類任務），或分析特定的序列（時間序 列分析的任務）。 環境輔助生活包括技術系統，以支持老人在他們的日常工作，
能夠盡可能長時間的，有獨立和安全的生活方式。 通過物聯網，中央環境輔助 生活模式，可實現老人住在自己家中擁有智慧物件，因此智慧家居可以透過智慧 和目標導向的方式連絡外界。
環境輔助生活和「智慧環境」有很強的關係，這是一種物聯網的技術領先。 為 了使提高自家的安全性和福祉，家中要有智慧物件的幫助，成為智慧家居，這是 智慧環境的願景。 環境輔助生活場景的特徵在於，可被連結，情況敏感的，個 人的，適應的和預期的。 物聯網被認為能夠提供所有必要的環境特徵去輔助環 境。透過物聯網，便可能去完成上述所有老人的需求。 監控慢性疾病（健康）、
