‧ 如何解決物聯網應用難題？

來源：EEFOCUS

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2003年，全球僅有5億多台聯網設備，人均只有0.08台，也就是說平均每人只有0.02台設備，可連接至網路。2010年這個數字上升至125億，平均每人幾乎擁有6台聯網設備。2015年聯網“設備”的規模，預計將進一步上升到250億台，到2020年底將達到500億台。

這種增長趨勢還將延續。隨著全新奈米連接技術，也即所謂的“智慧微塵”的發展， 這個數字將以每日數千億的速度，進一步增長。隨著聯網設備數量的增長，設備之間的通信也變得越來越智慧。

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例如，智慧消防安全系統若是與智慧恒溫器連接，就會變得更加有用。若進一步將恒溫器與用戶的智慧手機進行連接，系統的智慧度就會提升到一個全新的級別。因此，網路中添加的聯網設備越多，越有利於它們將海量無用“資料” ，轉化為切實有用的資訊。

這就是物聯網的根本目標所在：為日常物品構建自我維持型網路，從而提供遠超單個物品功能的集體價值。正是基於這一點，無論是政府部門、企業組織、學術團體還是業餘愛好者們都在廣泛部署物聯網。物聯網已遍及從國際物聯網標準，到訂製智慧感測器開發等電子領域的各個層面。

然而，儘管全球廣泛投身物聯網應用開發，要實現其普遍應用，仍需解決各種複雜難題，其中既包括通用協議與標準等技術問題，也有對個人隱私等較抽象概念的影響。只有業界真正應對這些挑戰，物聯網才能獲得發展，否則將永遠原地踏步。

1. 採用通用標準

雖然業界已經在物聯網的標準化方面，取得了不菲的成績，但其安全性、隱私性，尤其是架構等方面，仍需進行大量改進。

據金融時報刊載的一篇最新報告顯示，科技廠商與電信企業展開了一場“殊死搏鬥”，爭相搶佔物聯網市場。當各行業領先企業試圖進一步細化其在物聯網市場的定位時，業內卻出現了幾項競爭性標準，包括谷歌“物理網路”、工業網路聯盟（IIC）、開放互聯聯盟（OIC）及Thread，這是一種由谷歌、三星、ARM及飛思卡爾聯合推出的新型IP無線網路通訊協定。

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雖然這些機構都致力於推動物聯網的普及，但物聯網標準化進程的不足，仍然讓人擔憂。在製訂通用標準之前，物聯網有可能變成另一個依靠大型IT企業，特別監管的非同步技術領域。

2. 採用IPv6

每一台連接網路的設備，都需要有各自獨特的數位標籤，即IP位址。當前，大多數IP位址都是在第四代網路協議，也就是IPv4上運行。IPv4採用32位元系統，總計可提供43億個唯一IP位址，這個數量的IP位址在2010年2月就已分配完畢。隨著每天不斷有新設備接入網路，IPv4現已嚴重超載。

因此，只有借助網路位址轉譯技術（NAT），才能使更多設備連接至網路，這種技術可將一個IP位址，複用轉換成另一個，從而提供更多可用的IP位址空間。

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儘管事實證明，NAT確實可以有效地避免IP位址耗盡，但它卻無法滿足物聯網發展的需求。取而代之的是，網路營運商開始積極推廣IPv6的普及，長度為128位元的新協議，可提供多達3.4×1038個設備位址。該新協議不僅可為物聯網的發展（包括‘智慧微塵’應用）提供充足的IP地址，還可提供增強的安全性及網路管理功能。

儘管IPv6具備諸多優勢，但據谷歌2014年12月發佈的一份報告顯示，全球94%以上的網路流量，仍然由IPv4發送。物聯網技術要取得成功，IPv6的普及率，勢必要進一步提升。

3. 無線協議選擇

除了缺失標準化架構，設計工程師還面臨選擇難題，他們需要從大量的連接技術當中，挑選出最適合的方案，應用到物聯網設備當中。

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其中幾項代表性連接技術包括WiFi、藍牙、藍牙低功耗、ANT、Zigbee及RF4CE。若要挑選到最優無線技術，設計師必須綜合考慮諸多因素，例如：是否需要專用解決方案、什麼樣的頻段符合所採用的行業標準、設備所需功率是多少等。無線技術的選擇，將影響設備之間的通信方式，並可能從根本上限制設備在物聯網中的應用。

是選擇開發專用解決方案，還是直接採用藍牙等標準化技術，二者之間的權衡，歸根究底在於所需的基本功能。高度專業化的功能，可能需要開發專有實現方案，這就會直接限制OEM供應商，提供的可用產品選擇；但同時它也有有利的一面，由於專用無線平台可能是專門針對應用而訂製開發，這有利於縮小軟體的佔位元空間。

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正如所料，Wi-Fi目前主導著整個無線連接世界。然而，Wi-Fi技術的高功耗特性，使得它並不適合物聯網應用。許多開發人員正積極嘗試使用低功耗藍牙技術，及Dynastream‘ANT’協議，二者均可為短程無線通訊，提供低成本與超低功耗解決方案，是可穿戴設備與物聯網設備的理想選擇。

4.提供電源

放棄使用Wi-Fi為物聯網的應用，帶來了另一個問題：如何才能為大量可擕式網路連接設備提供充足電源？為了充分發揮物聯網的潛能，接入網路的各種設備，需要逐漸實現自我維持功能。隨著物聯網的迅速擴展，它所連接的嵌入式感測器即使不到數十億，也有數百萬件，這樣一來，定期更換每台設備的電池幾乎不太現實，因此我們要使每件感測器，都能夠利用其周邊環境中的各種當地元素，如震動、光、氣流等進行自主發電。

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大多數情況下，此類發電都是通過採用奈米發電機技術實現的。這些靈活的自供電能源採集器可用於將動能（來自震動能與機械能）轉化為電能，且無需安裝電子設備所需的外部電路及電池。

雖然奈米發電機初期發展比較緩慢，但其近期發展卻是有目共睹，其能源效率增長近40倍。通過EnOcean與 Perpetuum等業界企業的努力，奈米發電技術現已可以將微弱的震動，甚至人體走路的踩踏等，各種能量轉化為電能。

儘管如此，我們仍需克服許多難題，才能最終真正解決能源消耗的問題。由於全球預期將迎來500億台連接設備，我們迫切需要開發靈活的可再生能源。

5. 隱私性

物聯網對個人權利和個人隱私的影響，一直是備受關注的話題之一。由於物聯網可能會造成入侵式行銷及企業監控，曾經激起廣泛大眾對物聯網的極度不認可與不信任。因此，若業界想廣泛推動消費級應用，物聯網設計師就必須確保維護用戶的個人隱私，從根本上說，也就是確保不辜負用戶的信任。

從設計的角度來看，實現這一目標的最佳方式，是確保物聯網產品能夠真正為大眾的生活帶來有形價值。只要設計出切實有用的應用產品，而非只是製造新奇噱頭，物聯網行業便可為終端使用者提供真正實用的產品。

所有新技術在被引入之初，媒體總是先對其隱私問題提出質疑，這個問題最終必然受到公眾的關注。無論是智慧手機還是衛星導航系統，當初都存在這個現象。然而最終，這些技術都獲得了迅猛發展，這是因為它們不僅可以提供切實的好處，還竭力最大限度地保護終端使用者的安全和隱私。

因此，物聯網設備資料獲取，應該做到盡可能透明，並應採用適當的管控，和安全措施以保護使用者的資料。 這些管控措施的基本內容，最初在2009年歐洲委員會的一項報告中進行過概述，該報告邀請了聯盟成員國，對網路連接設備的設計與運行，提供指導意見。

這些指導方針突出強調了對物聯網設備的幾點要求，包括：能夠主動防禦攻擊、使用經認證資料、對收集的資料實施適當的存取控制、對用戶端隱私提供高級別保護等。物聯網專業設計師及業餘愛好者，在嘗試開發全新連接設備時，必須充分考慮所有這些特性。

要想在2015年確實實現物聯網的普遍應用，必須解決當前面臨的一系列難題，本文只是提及其中的幾項。雖然其中的一些難題，將由政府部門和行業組織負責解決，但全球設計師和業餘愛好者，已經遇到了許多問題。

這也是物聯網在設計社區如此令人關注的原因，他們不僅期待成功背後的巨大利益，也樂於享受它帶來的諸多挑戰。