實現「物聯網」的願景

作者 : Michele Grieshaber,Silicon Labs全球行銷長

雖然物聯網(IoT)已然成熟,但也伴隨著成長的痛苦。安全問題、智慧家庭產品採用速度低於預期以及分散的物聯網生態系統都帶來了挑戰。另一方面,隨著物聯網與人工智慧協同作用,改善生活和改造工業的可能性不可限量,而我們則正處於這場革命的浪頭上...

雖然物聯網(IoT)於近年已然成熟,但也伴隨著一些成長的痛苦。安全問題、智慧家庭產品採用速度低於預期以及分散的物聯網生態系統只是業界面臨的一小部份挑戰。

儘管存在這些障礙,我們預計2018年以及後續的物聯網市場仍將持續強勁成長。到2025年時,估計連網裝置的配置將高達700億台(燈具、智慧電錶、恆溫器、穿戴式裝置和無數其他裝置)。根據麥肯錫公司最近的一份報告估計,這些裝置將為全球經濟貢獻約11兆美元的價值。Gartner預測,到2020年,物聯網技術將嵌入於95%的新電子產品設計中。

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尤其,互連照明是物聯網市場的亮點。越來越多的家庭和商業空間的燈具正轉換為LED技術,為感測器、控制器和燈具的連接提供了一個平台。在未來幾年中,我們將看到雲端分析和智慧的增加,並且具備可根據照明網路數據而做出決策的能力。

智慧型LED的激增使照明設備添加藍牙或Wi-Fi的可能性大為提高,並可普及為連接家庭的網路。這將使照明設備能支援其他應用,例如,應用於佔用偵測和尋路的信標或使亞馬遜的Alexa都可在每個房間使用揚聲器,而Sengled已經推出了一款LED燈泡,可以利用智慧型手機控制整合後的揚聲器。

連網照明廣泛部署的合理地點為商業環境,如機場,醫院和購物中心。這些大型連網照明應用針對節能、安全以及建築管理人員和政府安全提供顯著的投資效益(ROI)。隨著連網照明的價格不斷下降,消費者將直接受益於環境照明的便利和操控,使他們能夠調節光線,增強睡眠品質、健康和生產力。

硬體和軟體技術(包括多重協定無線連接和網狀網路)的最新進展可輕鬆地將新的物聯網功能以最低的成本增加到LED燈等無數產品中。多重協定技術是物聯網無線連接的未來發展,因為它實際紓解了無單一標準的連接問題。使用多重協定SoC創建的裝置能夠經由藍牙低功耗(LE)與智慧型手機的介面進行連結,以執行裝置的除錯、添加或刪除元件以及控制網路上的裝置。

物聯網的市場趨勢是以單一無線SoC取代雙晶片的架構,並且能夠在多個協定之間動態切換,同時處理最終的應用程式碼。單一多重協定SoC可以分時使用CPU、記憶體和RF天線,進而使無線子系統物料清單(BOM)的成本和數量的規模可減少高達40%。

受益於動態多重協定交換的應用範例包括:

  • 智慧照明:在住宅照明中,消費者可以使用智慧型手機應用來簡化裝置安裝/設定。基於Zigbee的商業照明系統可以擴展到傳輸藍牙信標以實現室內定位服務或裝置追蹤。安裝人員和維護團隊可透過藍牙智慧型手機或平板電腦除錯Zigbee裝置、更新軟體或者在特定裝置上執行診斷。終端用戶可以使用智慧型手機來控制一組燈具並接收信標來協助進行室內導引。
  • 智慧家庭:物聯網產品可以連接到流行的家庭自動化平台和支援Zigbee的語音助理,同時還支援智慧型手機的直接連接,以進行簡單的設定和本地的控制和監控。例如,連接的門鎖可透過網狀網路遠端遙控,並透過智慧型手機應用軟體進行本地解鎖。具特定位置的藍牙信標可用於增強智慧型手機的應用功能,並為自動化應用提供額外的周邊訊息。
  • 智慧建築:Zigbee支援的商業建築自動化系統可以進行擴展,支援員工使用藍牙智慧型手機,平板電腦或智能標籤進行互動。例如,所連接的HVAC系統可根據設定在員工檔案中已佔用或用戶偏好的情境自動進行調整。

網狀網路在家庭和商業安裝的連網裝置已成為主流。亞馬遜最近採用Zigbee技術推出的Echo Plus反應了主流消費者對網狀網路應用技術的市場接受度日益成長。Zigbee已被用於許多智慧家庭和連接照明產品,並且在美國和英國也被廣泛應用於智慧電表應用領域。 2015年推出的另一個802.14.5網狀網路堆疊Thread,由於與Nest和Google的聯盟而獲得了巨大的成長動能。隨著eero Wi-Fi路由器在市場的推出,首批Thread支援的產品已經上市。而藍牙網狀網路技術於2017年7月的推出,也凸顯了物聯網網狀網路的發展趨勢。

每種網狀網路技術都有其優勢和最佳應用案例,所以我們不會看到唯一主要的網狀網路標準。 Zigbee已經有十多年的歷史,已經建立了豐富的叢集庫或應用層(現在稱為dotdot),可以使許多不同類型的裝置(從燈泡和開關到門鎖)相互通訊。Thread是基於6LoWPAN和IPv6技術構建而成的,它是第一個支援網路協定的網狀網路堆疊,使得網路中的數百個終端節點可以進行IP尋址。雖然Thread缺少應用層,但它利用Zigbee dotdot來實現裝置對裝置和網路互動操作的性能。

藍牙網狀網路建立的普及性標準和品牌知名度可為大眾提供網狀網路服務。藍牙也具有許多種類,從用於連續語音/音頻串流傳輸的傳統基本速率/增強數據速率(BR/EDR)到用於低耗能版本的裝置對裝置數據傳輸以及信標式廣播。藍牙網狀網路現在為大規模網路應用增加了「多對多」通訊,包括資產追蹤、家庭和建築自動化、照明、信標和智慧電錶。

Zigbee和Thread網路利用路由技術來中繼訊息,在這種技術中,訊息從一個節點跳到另一個節點到達最終目的地。然而,藍牙網狀網路使用一種溢流管理技術,其中網路中的每個裝置將訊息發送到其他各個節點。雖然溢流網狀網絡對於簡單的應用來說可能更容易也更靈活,但是對於一些較大規模的網路而言,它可能會造成更高的延遲和功耗的增加。無論採用何種建置方式,網狀網路已在物聯網部署中更為流行,因為它擴展了範圍,同時提高了網路可靠性,可擴展性和能源效率。

隨著物聯網應用的終端節點數量不斷增加,物聯網安全仍然是急需解決方案的關鍵問題。 據Gartner透露,到2022年,所有物聯網安全預算的一半將投入於故障修復、產品召回和安全故障而非安全保護。

阻止物聯網未來受攻擊的最有效方法是保持領先對手的競爭能力。隨著攻擊者不斷改進技術並發現新的漏洞,設備安全性的發展必須與時俱進。

物聯網裝置的使用壽命長,加上攻擊者所使用的知識和工具快速發展,使得設計終端節點設備在整個實際生命週期中保持安全的可行性更為困難。要使裝置保持安全,必須透過軟體更新來升級安全性。物聯網供應商必須預先計劃執行機制和流程來推動更新。幸運的是,安全開機程式已經完備,許多裝置已連接至網際網路,並有足夠的記憶體來支援定期更新。啟動安全更新不需耗費太多心力,而且不能有不做的藉口。

儘管現今安全問題不斷受到關注,物聯網革命仍在持續發展。未來幾年,物聯網將成為地球上最大的數據來源。數十億感測器節點向雲端發送大量數據進行處理和分析,並且隨著更多節點的部署,這種趨勢將會增加。使用所有這些物聯網產生數據之最有意義的好方法,就是利用人工智慧(AI)系統。

新興技術也將人工智慧的功能更貼近於網路,在此網路中,物聯網終端節點變得更加智慧化,使得新的應用能夠在本地進行關鍵處理和控制決策,並且比雲端的延遲時間更短。物聯網燃料智慧化的普及將藉由對工廠設備的預測性維護,協助產業最佳化生產力,使消費者和醫生能即時了解穿戴式裝置產生的生物測量數據、協助智慧城市預防事故及提高照明和運輸效率。 隨著物聯網與人工智慧協同作用日益增強,改善生活和改造工業的可能性是無可限量的,而我們則正處於這場革命的浪頭上。

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