緒論
物聯網（IOT, Internet Of Things）由國際電信聯盟（ITU）在2005年所發布的報告中提出[1]，其主要概念為整合具備通訊能力的終端設備，依據各種設備所獲取的資料進行分析並提供相對應之應用服務，包含智慧電網、電子商務、居家控制、醫療系統等多個領域，因此帶動感測器、RFID、NFC、ZigBee等技術重新受到關注。許多國家也先後將物聯網列為產業重點並規劃發展策略，其中有美國的振興經濟方案、中國大陸的十二五計畫(第十二個五年計畫)及歐盟的物聯網行動等，都將物聯網規劃在網路技術的重點研發項目，因此，物聯網被視為是推動全球經濟下一波成長的關鍵動力。
物聯網關鍵技術簡介
物聯網主要架構分為感知層、網路層、應用層[2]，其中感知層負責底層的物理辦識，包含各種感應技術，如目前普遍應用的感測器、電子儀表、及攝影鏡頭等，中間網路層由營運商所提供的網路平台負責資訊的交換及傳輸，最後由應用層利用所收集的資料搭配雲端軟體及整合系統進行服務，其廣泛的應用也已經吸引許多營運商與系統開發者的投入。
物聯網的概念為串聯多個已成熟的技術像是RFID、無線感測網路及行動網路，根據應用使用適當的終端節點，其中以無線感測網路應用最為廣泛，但由於終端設備之運算能力不足及受限於MAC Layer技術特性，並不能將IPv6標準直接架構在IEEE802.15.4的MAC Layer之上，因此IETF組成6LoWPAN工作小組針對感知層特點改善IPv6標準以符合物聯網的需求。
除了無線感測網路以外，RFID技術在物聯網也佔有相當重要的角色，其為國際標準組織EPC Global 所規範的電子產品碼 (Electronic Product Code, EPC)，採低功率無線通訊，可以穿透紙張、木材、塑料和水等非金屬或非透明的材質，提供簡單且低成本的方法來識別物聯網中的裝置，透過EPC Global已發布之標準全貌，將可使用EPC Network Extension及Sensor Profile架構，可將IP網路、ZigBee網路及特有WSN等不同網路技術之節點資訊得以共享。
針對不同的範疇在全球已有許多不同的組織負責制定及整合物聯網標準，以下為全球主要物聯網標準組織及其分工：
1.國際電信聯盟通信標準化組（ITU-T）
主推基於物件識別碼（Object Identifier，OID）的解析體系，其他包含智慧電表、M2M及未來網路基礎下的物聯網標準尚在制定中，積極參與相關物聯網國際標準制定。
2.國際標準組織／國際電工聯合科技委員會（ISO/IEC JTC1）
ISO/IEC為龐大的標準組織單位，但是旗下與物聯網相關之標準，主要集中在JTC1下的三個子委員會：SC6、SC31、WG7，各自皆有不同的研究領域範疇。
3.GS1/EPC Global
GS1/EPC Global為全球主流RFID標準之一。為因應物聯網應用可能為整合式的WSN環境，EPC Global定義物件命名服務（ONS）及搜尋服務（Discovery Service）能使其他如ZigBee、6LoWPAN等感測節點擷取到的資料能分享利用。
4.3GPP
3GPP主要由電信領域去延伸對物聯網網路標準架構的支援，3GPP的研究重點在於不同的網路架構（從固定電話／行動網路到未來的次世代網路）中要如何定義物件（Object），如何將物件訊息在不同的網路架構中進行完整的傳輸，並能夠讓使用者順利的擷取所需資訊。
5.IPSO (IP for Smart Objects Alliance)
IPSO試圖用IP網路架構去對應物聯網各項物件之網路定址。
6.ETSI (the European Telecommunications Standards Institute)
ETSI為1988年成立之非營利組織，會員數共720來自62個國家，成員組成包括製造商、營運商、行政實體、大學機關、研究機構以及大中小型企業等，EU、 EFTA皆視ETSI為政府層級運作單位。ETSI成立宗旨為制定ICT全球統一標準，包括電信、無線通訊、廣播等相關領域。
物聯網應用實例-自動化讀表系統
由於節能減碳是全球的重要議題，如何透過智慧電網提高電力使用效率是物聯網應用中重要的一項，因此智慧電網成為發展物聯網相關產業之最優先任務，目前資策會也與國內廠商合作發展適用於各種不同網路的先進自動化讀表系統，因在物聯網中有許多不同的終端節點設備，其交換格式與溝通存取方式不同，往往造成系統整合上的困難與複雜度，所以透過OGC-SWE(Open Geospatial Consortium Sensor Web Enablement)以標準化的資料交換格式與一致性的存取介面，讓系統可以介接不同的讀表網路系統，其整體架構包含電表讀表程式、集中器程式(Concentrator)、通訊伺服器(AMI head end)、電表資料管理系統(Meter Data Management System, MDMS)與前端的Web應用程式，主要功能與目的在於感測、用電資料的擷取與收集、用電資訊管理與控制、用電資訊分析等。其主要架構圖如下圖1所示。茲分述說明如下。
圖1:自動化讀表系統架構
電表端與集中器
電表部分為智慧型電表，有別於目前國內一般住宅用戶所使用的類比式計費表，智慧型電表是以電子式電表加上具備通訊能力的界面，以達到能夠將用戶的用電負載以每個時間間隔累計，並且能紀錄電表中所發生的事件，以加強電表在用戶端相關資訊的收集，並透過其通訊界面將訊息回傳到能源公司的後端系統。如此，便可套用不同的時間電價計價方式，來影響使用者改變其用電行為，達到節能的目的。電表中的相關資訊回傳也幫助能源公司能更即時得到電表端的相關訊息，以增進對用戶在用電安全及用電便利上的服務。
集中器的通訊可大致區分為對上與通訊伺服器(AMI head end)通訊及對下與電表通訊兩部分，並由相對應的通訊程式負責處理設備間的通訊及資料交換需求。除了通訊的功能外，集中器接受來自通訊伺服器(AMI head end)的各類需求並回傳相對應資料，電表擷取最即時的電表資料並提供資料轉換以及加解密等功能。
通訊伺服器
通訊伺服器(Communication Server, CS)做為連接上層應用伺服器(Application Server, AS)與感測器網路(Sensor Network)間的連接管道，又稱為AMI head end。通訊伺服器的目的在於平衡應用系統與感測器網路的連線負載，可將多個感測器網路分散於數台通訊伺服器連線，為一可因應感測器網路規模而擴增的伺服器架構。
此外，通訊伺服器除了做為通訊與控制的連接管道，其另一個主要功能是做為電表資料的資料匯集中心(Data Center)，所有電表資訊與讀表資料都是透過通訊伺服器存入資料庫中，後端應用程式及使用者介面則是透過通訊伺服器所提供的服務介面(Service Interface)擷取資料及設定電表參數。
電表資料管理系統與Web應用程式
電表資料管理系統(MDMS)，負責電表資料處理，其主要功能在於讀表資料收集、驗證、處理、儲存、資料分析以及相關的邏輯運算。提供讀取用電資訊、電表顯示檔、電表事件等資料。除此之外，MDMS另一個主要功能是控制電表，遠端程式時間電價(Time Of Use, TOU)、時間校正(Time Sync) 等，使用者可透過前端的Web應用程式進行網頁操作與分析，顯示相關讀表資料與分析圖表結果。
網路系統架構
在網路架構方面如圖2所示，由階層式的通訊架構整合成完整的讀表通訊網路。其組成可分成靠近系統端的遠端通訊部分，以及靠近電表端的區域網路部分等兩段，兩段網路以中介通訊裝置集中器界接。WAN端的通訊選擇會以遠距的資料通訊方式為主，如無線的GPRS/WCDMA或是以有線的光纖網路，而LAN端的網路選擇也包含了無線的短距通訊技術，如ZigBee，及有線的通訊技術，如電力線通訊(Power Line Communication, PLC)等兩種選擇。除此之外，先進讀表系統尚包括用戶端的智慧型電表裝設，以及系統端尚需有通訊控制中心來進行讀表工作的操作及所收集電表資料的處理與分析。
圖2:自動化讀表網路系統
各國自動化讀表發展情形
以下再對各國以物聯網為基礎所發展的智慧電網做簡單補充介紹︰英國2009年數位英國計畫提及其能源其環境變遷部負責，預計在2017年完成2500萬台智慧電表裝設，並在2020年之前英國將全面置換新的智慧電表，總預算99億英鎊，預計在能源耗損及人工讀表等環節將獲得147億英鎊之利益；法國國營電力公司旗下法國配電，計畫在2012-2017年更換3500萬台智慧電表，目前已在150個鄉鎮展開測試佈建；義大利ENEL智慧電表開發計畫預算經費達21億歐元，現已採用PLC及GPRS通訊技術傳送3100萬台智慧電表之用電數據。
未來發展及結論
自2009年溫家寶提出「感知中國」後，使中國大陸成為推動物聯網應用的主要國家，再加上龐大市場的支持，使國際大廠等都挾其過去在網路、軟體運算、資料儲存等研究能量，針對物聯網提出服務架構。其中IBM在2008年底推出智慧星球(Smart Planet)概念[3]，並獲美國總統歐巴馬持成為國家策略一環。智慧星球架構龐大，若依其解決方案對象分類，可粗分為對政府，如經濟刺激、智慧政府、公共安全，對企業，如智慧產品，及整合性的資訊服務解決方案，如智能運算、安全暨回覆，其整體的服務架構乃是奠基整合基「儲存大量資料」、「快速擷取資料」、及具整合能力的「運體運算能力」提供政府及企業物聯網服務應用。
HP也提出的CeNSE計畫(Central Nervous System for the Earth)[4]，目標是在地球上建立一兆個靈敏的奈米級感應器及傳動裝置，以即時的掌握並回報關於全球環境、生態及建築物等資訊，其提出的解決方案包含設計感應器節點、協助佈建有線或無線網路、系統及設備管理、感應資料之收集及儲存、系統及資料之品質控管、資料視覺化、提供用戶必要諮詢資訊，其在2010年2月與Shell在能源探勘領域進行合作，預計將佈建達100萬個感應器，希望結合HP的無線技術，進而挖掘較少的能源探勘井，並盡量減少設備投入以提升能源探勘效率，若要實現CeNSE的願景，傳感器體積需具「非常小」、「非常敏感」、「價格非常便宜」，才能內嵌於多種設備及大規模應用。因而HP積極投入傳感器研發，並將其視為布局物聯網之關鍵之一。
在某種角度上來說物聯網只是一個概念，主要是結合現有的技術來發展不同於互聯網的服務，就好像是WEB2.0技術令使用者對網際網路有新的感受及體驗。相信未來的物聯網會有越來越多的應用領域，然而現階段較具規模之物聯網應用多半仍由政府政策推動所主導，故應用領域初期集中在公用事業或能源領域居多，待未來應用及產業成熟後，利用多元的網路傳輸技術及通訊元件結合提供各種智慧互聯應用，以期各應用領域在採用後能達到簡化流程、降低成本、提升安全及節省能源等目的。
參考文獻
[1]、資策會MIC服務網站 http://mic.iii.org.tw/
[2]、Internet of Things – An Introduction, Proceedings of ASCNT-2011
本文作者任職於資策會智慧網通系統研究所
