帳號:
密碼:
CTIMES / 文章 /   
物聯網五大關鍵技術分析
 

【作者: Gartner】   2013年04月01日 星期一

瀏覽人次:【12055】
  

從創新的觀點而言,物件分為許多種類。但部分物件因無法連結至網際網路或不具感測與互動能力,並不符合傳統的物聯網定義。針對本次研究,我們將物件範圍擴大為以下四類:


1. 可辨識物件:

可辨識但不具智能的被動物件,如『無線射頻辨識系統』(RFID)應用產品。此類物件因屬較原始的應用而無法聯網,但仍具互動功能。


2. 溝通/感測物件:

此類物件內含感測器,能傳送自身或所處環境之相關訊息(例如:汽車輪胎裡的無線壓力感測器)。


3. 可控制感測物件:

除了感測與傳送,此類物件還能接收訊息並受操控。能從遠端開關並監控的暖氣系統鍋爐即為一例。


4. 智慧型自主物件:

為能傳送訊息的複雜物件,可併入各種感測器與精密功能,進行高自主作業,汽車即為一例。自主型物件通常較為複雜,其中可能包含各種簡單物件。


上述各種物件將運用於不同領域的科技。一般來說,受限於大小、功耗與成本等因素,較簡單的物件,如溝通/感測物件與可控制感測物件較可能利用專門技術。智能較高的物件,如智慧型自主物件則較可能利用傳統IT技術,因此類物件通常體積較大且資源較不受限。有意跨足物聯網領域的新興趨勢團體,則須留意以下五項技術:


一、低功耗無線連網技術

目前已有許多針對物聯網所開發或開發中的無線連網技術。以下三類最為關鍵:


1. 個人區域網絡:

此類低功耗網路僅能於幾公尺的有效範圍內連結至感測器及人體周邊儀器,可應用於醫療照護或個人電子等其他用途。實例包括低功耗藍牙(Bluetooth LE),以及支援三種實體網路傳送技術的802.15.6最新區域網路標準。亦有其他專用術語用以表達此概念。


2. 長距離感測器與網狀網絡:

此類技術乃針對長距離應用(從數十公尺到數公里遠)所設計,但仍保留低功耗特色。有些還能支援多重網路拓撲(network topology),例如星狀拓撲(star)、網狀拓撲(mesh)以及點對點拓撲(point-to-point)。目前該領域最為人熟悉的技術為ZigBee,而Dash-7亦逐漸成熟,有潛力成為數公里有效範圍的低功耗應用。市場需要兼具蜂巢式全國覆蓋範圍及低功耗的技術,但此一領域尚無已成氣候的全球性標準。兩項研發中的技術較被看好,包括日本的WAUN (Wide Area Universal Network)以及Neul公司的無線網絡。業界還推出頻寬低於1GHz、堪稱Wi-Fi變體的802.11h技術,提供低耗能、長程與低資料率(data rate)功能,然而恐難於2015年前達成標準化。


3. 特殊應用網絡:

現今已有數種無線技術於特殊應用領域崛起。其中一部份屬於專屬性質(proprietary),故其吸引力不如已廣為市場接受的其它標準,運用於醫療照護及運動感測的ANT+技術即為一例,其他還有工業自動化領域的無線HART(Highway Addressable Remote Transducer Protocol)通訊協定,以及家用自動化的ZWave。


目前尚無任何一種無線技術能夠滿足物聯網在有效範圍、成本、頻寬與功耗各方面之所有需求,多數企業與機構因而必須規劃同時使用多種技術。


二、優化感測器資料管理

學界多年來致力於研究小型智慧型物件間傳送資料與查詢,初步成果包括TinyDB,以及近年來剛起步的SENFIS、AnduIN與Antelope等系統。Antelope是一種分散式感測資料庫(sensor database),靜態RAM印記僅3.4Kb。分散於各感測器節點的低印記資料庫,相關技術多半仍停留在學術研究階段,因此建議想要追蹤這些技術的企業與機構,可利用美國計算機協會(ACM)數位圖書館之類的學術資源。


三、低功耗嵌入式作業系統平台

針對需要超長待機時間的簡單物件,或稱『智能微塵』(mote),目前則已研發出TinyOS、IRIS、LiteOS、 MansOS以及Contiki等低印記作業系統。早期,這類系統及其使用的智能微塵硬體均缺乏處理執行緒(threading)與保護記憶體等功能,但這對多數開發商而言都是現代作業系統所不可或缺的。不過,新近版本已加強上述作業系統功能,讓嵌入式系統更接近主流平台。


新興趨勢團體應監控此類作業系統,以及其所採用的程式化與除錯技術,因為它們可能會與傳統IT發展趨勢截然不同。


四、物聯網電源與儲存技術

可能在物聯網發展路徑中扮演重要角色的電力傳輸與儲存技術包括:


1. 新穎的電池外型:

像是薄膜印刷電池及可撓式電池,能嵌入衣物或Thinergy、LG等業者最近展示裝有薄型可撓電纜式電池的產品。小體積電池對毫米級(millimeter-scale)系統運作也相當重要。


2. 高電力密度電池:

有了可提升鋰電池性能的矽陽極(silicon anode)等技術,可望提升電池性能且變得更小更輕。


3. 採電:

有些系統能從環境中「採電」(harvest),藉此將智慧物件充電。實例包括以震動、熱源、太陽能電池、靜電荷(electrostatic charge)或環境中電磁輻射等機械運動所產生的電力。雖然採電通常只能產生少量電力,對簡單的感測及通訊物件來說已經足夠。像MicroStrain便推出一款利用採電技術的應變力感測器(strain gauge sensor)節點。


4. 無線充電:

並非所有具感測及通訊功能的物件都能以替換式電池或採電供給所需電力。舉例來說,智慧型服飾(smart clothing)要換電池就很麻煩,此外像是植入皮下的醫療用感測器等前景看好的物聯網應用,也不可能更換電池。在無線充電聯盟(Wireless Power Consortium)及對手組織A4WP贊助下,目前已有數款系統開始初期量產,其它則仍處於研發階段。


此外,還有一種電源科技尚未針對物聯網應用完全開發潛能,那就是超級電容(supercap),亦即儲電能力超高的電容。雖然一般認為它將成為電池的替代品,現有產品卻有漏電過多的問題。然而,新興趨勢團體仍應留意未來超級電容的可行性是否會有所提升。


五、低功耗/低成本的小型處理器

低功耗處理器的設計於簡單運算領域已大有斬獲。如美國密西根大學(University of Michigan)所研發代號『鳳凰』(Phoenix)的晶片,在休眠模式下僅耗電30微微瓦(picowatt)。最低階的8位元裝置雖說技術已臻成熟,處理器成本仍將持續下滑,因此成本已開始達頂。儘管如此,Gartner預估,到了2016年,8位元微處理器成本約為0.5美元。


研究人員已研發出結合薄膜電池、採電用太陽能電池、處理器及簡易無線裝置的小型系統。這類系統的體積幾乎可以小到1立方毫米,不過離工業量產可能仍需數年。若可行,這類毫米級運算系統將實現「智慧塵」(smart dust)之類的概念,也就是可以大量配置的小型感測節點。


智慧手機等裝置的大規模量產降低了高度整合且相對高階處理器的成本,其中部分處理器已廣泛應用於低成本運算產品,如僅有信用卡大小、以Linux為作業系統的單板(single-board)裝置Raspberry Pi,售價約30美元。此類裝置可能有助於降低門檻,針對體積與耗電不受限制但成本相形重要的應用,生產價格低廉但具自主功能的複雜物件。


(作者為Gartner副總裁Nick Jones)


相關文章
為物聯網供電
AI 扮演智慧家庭要角
迎向Maker潮流 台灣準備好了嗎?
智慧家庭走向多元發展
加速推進安全物聯網部署:從晶片到雲端
comments powered by Disqus
相關討論
CB
  相關新品
mbed
原廠/品牌:RS
供應商:RS
產品類別:PC Board
Arduino
原廠/品牌:RS
供應商:RS
產品類別:PC Board
Raspberry Pi
原廠/品牌:RS
供應商:RS
產品類別:PC Board
  相關新聞
» 2017漢諾威工業展直擊: 小而強的台灣廠商
» 科技巨頭風向球:AR發展潛力超越VR
» 2017漢諾威工業展直擊: 實用主義至上的機器人開發趨勢
» 2017漢諾威工業展直擊:關於德國工業4.0的思維與實作
» VR內容新戰局 直播/B2B/電商發展相對成熟
  相關產品
» 盛群推出USB RGB LED Flash MCU--HT66FB572/HT66FB574
» 瑞薩電子推出R-Car汽車運算平台的全新軟體套件
» 東芝為汽車音響系統推出電源供給需求新型電源IC
» IMEC開發雙面n-PERT太陽能電池正面達到22.8%轉換效率紀錄
» 意法半導體可配置高效交錯式功率因數校正控制器

AD


刊登廣告 新聞信箱 讀者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2017 遠播資訊股份有限公司版權所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29號11樓 / 電話 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw