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全球物聯網技術暨軟件應用趨勢分析

近年來由於網絡、智能芯片、傳感器、智能終端技術發展,使物聯網(Internet of Thing,IoT)成為產業界矚目的新興科技應用。顧名思義,物聯網是將各種智慧設備或傳感器連上網絡並加以利用而產生的新應用機會與商機。

一、雲端運算與物聯網技術暨軟件的結合

雲端的信息運作主要分為產生、處理、儲存和傳遞四個部分。產生就如同Youtube提供影片服務;處理則是由於現今雲端技術的發展,所有流程都強調要智能運作;儲存是大數據時代下的必須;傳遞是物聯網(Internet of Thing,IoT)概念的延伸。物聯網跟雲端的關系密不可分,有了雲端技術的支持,才能達到物聯網中萬物皆可聯網的願景。

物聯網是雲端架構下的一項應用,雲端是軀幹,物聯網則是四肢,兩者相互輔助,不應該分開來談。物聯網結合雲端可以達成遠程控制的功能,達成監控的目的,同時也可以達到能源管理;電扇若結合物聯網芯片,則可以用App控制開關及轉速等;圖書館數字化也要借助物聯網和雲端的幫助。

二、物聯網相關技術暨軟件

觀察全球物聯網相關技術發展趨勢,可以發現整個物聯網的平臺市場是又熱又擠,物聯網平臺已成為許多廠商進軍物聯網市場常用的一種商業模式,不管大型科技公司,或者是傳統產業,都開始利用自建物聯網平臺的方式,來提供企業從端點到端點之間的物聯網解決方案,為了搶占標準制定話語權,各國際大廠如Amazon、Microsoft均推出功能完整的物聯網平臺,根據物聯網的研究機構調查,目前市面上各種物聯網平臺已經超過400個,其中有超過200家是新創公司,有25家是大型跨國企業。

此外,Amazon、Microsoft、IBM及Google等四大雲端服務端服務大廠為應對物聯網時代的來臨,進而滿足各種新興需求莫不積極擴大其生態系,競爭也相對白熱化,相繼推出物聯網、區塊鏈等平臺服務搶攻新興應用市場。

另一方面,為了讓物聯網世界中的裝置更加智能化,機器學習將是需善加利用的關鍵技術,近來國際各大廠也紛紛將其機器學習平臺開放,提供開放原始碼,借此來吸引用戶與進一步優化其系統,例如:Amazon Machine Learning(DSSTNE)、Google NEXT Cloud Platform(TensorFlow)、IBM Watson Analytics(IBM SystemML)、Microsoft Azure Machine Learning(CNTK-Computational Network Toolkit)等。

物聯網應用需要將信息實時傳遞至雲端,將來將造成數據量大增,網絡帶寬呈現吃緊態勢,借助將運算需求分層次、分區域處理,可化解可能出現的網絡塞車與傳輸延遲現象。霧運算技術采用分布式的運算方式,將運算、通訊、控制和儲存資源與服務,分布給使用者或靠近用戶的設備與系統。可以說,霧運算擴大了雲端運算的網絡運算模式,將網絡運算從網絡中心擴展到了網絡邊緣,從而更加廣泛地應用於各種服務,是雲端運算概念的延伸。

物聯網在概念上可分成四層架構,由底層至上層分別為“感知設備層”、“網絡連接層”、“平臺工具層”與“應用服務層”。感知設備層(此部分的實現在於利用各項物聯網終端裝置,其軟件主要範圍用於支持與維系物聯網終端裝置運作)、網絡連接層(旨在提供物聯網裝置間或與裝置與運算平臺間的介接功能,軟件主要範圍涵蓋傳輸功能、互動機制與接口完善等實現)、平臺工具層(平臺工具層軟件主要範圍涵蓋在提供數據處理以及運算能力,諸如各式雲端平臺、計算平臺與數據分析平臺等)、應用服務層(在不考慮個別垂直應用系統下,範圍以涵蓋整體的管理系統為主,例如虛擬/增強現實、能源管理、服務導向應用等系統服務)。由於這四層各司其職,同時又環環相扣。感知設備層用來識別、感測與控制末端物體的各種狀態,透過感測網絡將信息搜集並傳遞至網絡連接層,網絡連接層可將將感測信息傳遞至平臺工具層進行進一步的運算、分析和管理,應用服務層則是結合各種數據分析技術,以及子系統重新整合,提供具體的服務項目來滿足不同的功能需求。此外,信息安全相關技術涵蓋與遍及在物聯網架構下之四個層面。

整體物聯網技術項目眾多,以物聯網四層架構來區分之可舉例如下:
 

 

物联网架构 技术项目 涵盖技术细项
应用服务层 AR/VR Video Tracking、Computer Graphic、Simultaneous Localization、Mapping;Simulation、Graphic、Image Compression…
HMI Video Capture、IT/OT Alignment、Motion Detection…
Sustainability/Green Life Cycle Assessment、Performance/Energy MGMT、Footprint Tracking…
service-Oriented App App Productions、HTML5
Security Account MGMT、PKI、Data Audit、Security Monitoring…
平台工具层 Big Data Infra. BD Database、Data Processing、BD Compression…
Blockchain Encryption、PKI、P2P Network、Decentralized Consensus Algorithm…
Mass Data Analysis Predictive Analysis、Real-time Analysis、In-memory Analytics…
Software Defined Everything Software Defined Storage、Software Defined Networking、Software Defined Data Center…
Artificial Intelligence NLP、Machine/Deep Learning、Text/Voice/Image Recognition、Computer Vision…
Advanced Computing In-Memory Computing、Processing in Memory (PIM)、 In-database Analytics…
Security Sanitization、DB Encryption、Threat Analytics & Intelligent…
网络连接层 Edge/Fog Computing Networking(Control、Data Plane)、Edge Analytics/Stream Mining…
Protocol RFID、Zigbee、LoRa、OASIS MQTT、XMPP、AMQP、Data Distribution Service (DDS)、Thread…
Network LAN、WAN、PAN、3G/4G…
Security Data Transfer Encryption、Visual Cryptography、Threat Detection…
感知设备层 Biometric Video Tracking、Computer Graphic、Simultaneous Localization、Mapping;Simulation、Graphic、Image Compression…
Embedded Software IDE tools、Simulator、Operating Systems…
IoT Authentication Perception、Control System…
Security Access Control、Authentication、Identification…

 

表1、物联网四层概念架构

數據源:MIC ITIS研究團隊(2017/7)。


三、發展核心仍在軟件開發與應用服務之擴散

產業普遍的共識,認為在物聯網應用愈普及與復雜後,平臺、分析、應用、服務等軟件與服務,在物聯網的角色將愈重要,包括與信息安全相關的軟件或服務等。其衍生的商機將逐漸超過智慧設備或服務器、儲存設備等硬件或基礎設施。因此許多設備與芯片大廠,如Siemens、GE、ARM等,紛紛發展軟件或雲端服務以搶占物聯網軟件與服務商機。

從應用需求方來看,企業也積極看待物聯網能協助企業發展新的服務。據觀察,企業普遍期待物聯網能帶來的新型服務包括遠程診斷服務、預測維修服務、產品即服務、軟件更新服務等。顯示企業期待物聯網應用可不僅改善內部的營運效率,更能積極地為客戶提供加值服務。

因此,許多設備或軟件服務廠商均積極發展雲端平臺服務,並提供異質設備、網絡及數據整合、分析、應用,協助企業利用物聯網服務平臺來服務其客戶或企業內部。這種提供物聯網設備管理的平臺,可歸納為“物聯網服務平臺”或“M2M(Machine to Machine)平臺”。其中“物聯網服務平臺”著重在企業物聯網信息搜集與分析、“M2M平臺”則著重在聯網產品間的鏈接、溝通與協同。

四、物聯網之垂直領域應用趨勢

觀察全球物聯網之垂直領域應用別之市場商機最大之前六名,分別為制造、醫療、能源與公共事業、商務、交通、家庭。而未來物聯網技術結合發展之最具潛力企業應用領域,將成為未來智能家居、智能企業、智慧城市等衍伸出的商機。
 

 

垂直领域 模式 主要应用
1 智能制造 人机整合 B2B ● 设备异常警告/故障诊断● 生产线管控/制程优化● 厂区安全监控
2 智慧医疗 远程医疗 B2B2C ● 医疗手术辅助
● 远距病患监控
● 高龄居家照护
● 智慧长期照护
3 智慧能源 能源等公共事业 B2G
B2B
● 智慧能源管理(智慧节能)
● 智能电网
● 管线泄漏监测
● 储罐(水、油气)容量监测
4 智慧商务 物流、通路零售 B2B
B2B2C
● 智能零售商店
● VR体验服务
● 无人机配送
● 自动搬运/智能仓储
● 货物定位追踪
5 智能交通 智慧运具、运输规划 B2G
B2B2C
● 电子交通收费系统
● 交通工具共享/租赁
● 智能交通号志
● V2X车联网
● 智慧停车场
● 智能道路照明系统
6 智能家居 居家、休闲娱乐等服务 B2C ● 各种搭配穿戴式装置的个人化服务(休闲娱乐等)
● 智能管家
● 居家保安
● 家庭节能
7 智慧金融 金融科技 B2B2C ● 移动支付服务
● 个人化健康保险
● 车联网保险
● 适地性营销
● 交互式触控广告牌
8 智慧安全 公共设施、场域之安全监测 B2G
B2B
● 空污水质监测
● 地震大雨监测
● 桥梁道路监测
● 犯罪监控预防
● 无人机巡防
9 智慧农牧 农渔牧业 B2B
B2B2C
● 土壤监测
● 气象监测
● 智慧农场
● 产销管理
● 动物追踪
● 食品履历
10 智慧文教 文教设施之智慧化 B2B ● 智慧校园
● 智能图书馆
● 智慧博物馆
● 智慧展馆

表2、物联网之垂直领域与应用

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