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智慧城市的發展 物聯網還有哪些路要走?

時間:2016-05-14 10:09來源:中國規劃網 作者:羅偉

  中國規劃網訊 智慧家電、車載應用和穿戴式裝置等嵌入式系統邁向聯網化后,可以在日常生活中提供人們各式有用資訊。不過,在邁進聯網化的過程中,嵌入式系統亦須克服可靠度、電池續航力,以及強化資訊安全防護,才有助智慧城市成形。

  物聯網(IoT)時代引爆商機,各廠商無不絞盡腦汁全力出擊。物聯網的應用包括許多層面,智慧家電、車載應用與穿戴式裝置等為其中重要的一環,但直接與生活最息息相關的應用就是智慧城市。

  智慧城市的應用包含許多層面,例如,橋墩的結構性檢測、森林火災檢測、空氣污染檢測、噪音檢測、地下水管漏水檢測、智慧停車位、交通狀況檢測與水質檢測等。這些種種的應用,透過萬物相聯的方式,將各個層面的資訊整合起來,再將訊息提供給使用者。

  物聯網下的智慧城市 充分掌握各種環境資訊

  物聯網正在改變人們的世界,大量的資訊傳輸能夠提高商業發展以及人類對于生活環境的應用,可提供即時的資訊讓使用者有足夠的時間提早處理(圖1)。
 

圖1 透過物聯網,可提前掌握汽車本身與行駛的狀況。
 

  例如,使用者可以在出門前,先行透過物聯網來確認汽車內的溫度,可以提早開啟空調,調整車內溫度。調整完成后,自動通知駕駛可開始使用車子。

  透過物聯網,駕駛可以快速了解道路上的人車狀況,取得最新的行車資訊與最佳行車路線,避開塞車路段。

  車內的衛星導航可以提供即時路況資訊,若接收到行經的路上有發生事故,重新規畫路線避開交通狀況不良的地方,避免塞車造成延誤。

  駕駛也可透過物聯網將停車場空位位置快速定位出來,通知駕駛停車位置所在。 駕駛不再須要花費時間尋找位置,當抵達停車場后可立即找到停車位,節省尋找車位的時間。

  同時,停車場的中央控管中心也可以監測整體停車場的車輛進出狀況與費用。

  當使用者看到店面里面有想要購買的衣服,用手機掃描條碼后發現此件衣服在當地商店并沒有庫存,店家立即通知其他存貨位置與主動寄件到指定地點。

  物聯網的即時資訊傳遞完全地改變生活,工作與娛樂方式。提供極具經濟價值物品流通方式,節省時間與提升生活品質。

  拉丁美洲/亞太/北美 為物聯網三大成長市場

  根據市場研究機構全球產業分析(Global Industry Analysis)2015年6月份的分析資料顯示,物聯網最大的市場是在歐洲。

  而物聯網最大成長的三大市場分別為拉丁美洲、亞太地區與美國,并且亞太地區到2020年的復合年成長率(CAGR)可高達43.8%,預計在2020年時,物聯網市場規模可以達到總累計經濟價值278億。

  物聯網前三大應用產業為消費性產品,車載應用以及工業或商業應用。最先布局智慧電網與智慧電表等能源相關應用,之后陸續帶動家用、車載、感應技術與物流資訊。

  這塊龐大的市場商機,吸引許多大廠展開布局。物聯網十大發展巨擘有英特爾(Intel)、IBM、Cisco、Google、Apple、AT&T、恩智浦(NXP)等。

  物聯網相關開發平臺滿足各種應用

  要打造物聯網,需要有適合的開發平臺(表1)。以智慧城市的開發平臺為例,Libelium的Waspmote開發平臺可以提供智慧城市的解決方案,提供多元化的天線模組與感應模組,讓使用者開發所要的應用。
 


 

  此發展平臺使用ATMega1281的控制器、128KB的Flash與SD記憶體插槽,并且可以在-10℃~65℃的環境溫度下工作。深度睡眠可達0.07μA的低功耗省電模式,未充電的情況下可達到1年的續航力。

  物聯網的四個主要運作單元

  物聯網的裝置包含幾個層面,包含電力儲存模組(Engergy Storage Module),提供電力的來源,維持物聯網裝置的運作。因為物聯網裝置須要較長的時間使用,必須有相當低的電力消耗,因此電源管理模組(Power Managment Module)顯得格外重要。借由電源管理模組,整體裝置可維持運作長達數天甚至數月。

  萬物相聯的方式須透過網路或是利用藍牙(Bluetooth)、ZigBee,甚至是長程演進計畫(LTE)作為傳遞資料的媒介,因此需要射頻(RF)模組來作為資料傳遞的處理單元。物聯網裝置含有感應周遭環境的感應器。譬如速度感應器、陀螺儀、光線、溫度、壓力,甚至是影像的感應器等,如圖2所示,能夠因應周遭變化,將感應到的資料處理后再借由RF模組將資料傳遞到操控端。
 

圖2 感測器在物聯網中扮演重要角色。
 

  可靠度/資訊安全/續航力 成物聯網發展挑戰

  智慧城市的物聯網裝置使用許多種介面,一般裝置都含有I2C、SPI、UART、Ethernet與USB等介面。然而,物聯網裝置的可靠度也極為重要。

  對于各種溫度與環境的耐受力是必須要經過長時間測試,才能確保資料傳遞不會因為周遭環境的變化而產生異常。

  市面上提供數十種匯流排解碼的邏輯分析儀,可讓使用者輕易的解讀絕大多數IO埠傳輸介面的協定,可以提供長達8小時至一個月的訊號錄制時間,能夠讓使用者對于裝置的可靠度測試提供絕佳的分析儀器。不會因長時間且無法預期的問題發生,造成分析問題的困難。

  物聯網資料安全也是重要的一環,復雜的演算法可以保護資料的安全,避免資料暴露的風險,并且資料的安全性須要有物聯網裝置的層層把關。

  目前有幾種方法,第一,安全性的開機,阻擋有心要竊取裝置的使用者,可以利用數位簽章的方式為保護機制。第二,使用密碼保護,當使用者須存取前,須有相當的密碼保護。第三,使用防火墻(Firewall)或IPS,可預防破壞性地對物聯網裝置發生攻擊,此種方式須要監聽與過濾網路上的資料傳遞。

  物聯網裝置必須兼顧處理效能與耗電量。物聯裝置的續航力為未來物聯網的重點挑戰之一。整體的耗電量不論在何種狀態,如正常運作時、睡眠時,在裝置設計初期都必須加以考量。
 

  (責任編輯:白雪松)

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