作者：德州儀器策略營(yíng)銷部門 Jim Chase

　　萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)景雖令人期待，但實(shí)現(xiàn)的過(guò)程將挑戰(zhàn)重重，尤其各種垂直系統(tǒng)因通訊層設(shè)計(jì)不一，故難以水平連結(jié)。目前產(chǎn)業(yè)界已積極著手制定物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)協(xié)議及開(kāi)發(fā)相對(duì)應(yīng)的芯片方案，進(jìn)而加速整體環(huán)境的成形。

　　一般認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)（IoT）意指鏈接設(shè)備至網(wǎng)絡(luò)，并藉此遠(yuǎn)程監(jiān)控。此種定義相當(dāng)狹隘，僅涵蓋部分物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容，不過(guò)是將現(xiàn)有機(jī)器對(duì)機(jī)器（M2M）應(yīng)用換個(gè)名稱罷了；而廣義來(lái)說(shuō)，必須從聯(lián)網(wǎng)設(shè)備到數(shù)據(jù)生活、預(yù)見(jiàn)挑戰(zhàn)與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境整備度等各個(gè)面向著手，才能真正開(kāi)啟物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。

　　物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展完備后，將可創(chuàng)造出一個(gè)智能且無(wú)形的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可加以感測(cè)、控制與設(shè)定。具備物聯(lián)網(wǎng)功能的產(chǎn)品將運(yùn)用嵌入式技術(shù)，直接或間接與彼此或網(wǎng)絡(luò)溝通。1990年代，網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始在企業(yè)與消費(fèi)市場(chǎng)普及，但由于網(wǎng)絡(luò)互連效能低落，用途相當(dāng)有限；進(jìn)入2000年后，網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)成為多種應(yīng)用的常態(tài)，今日更是許多企業(yè)、工業(yè)與消費(fèi)產(chǎn)品藉以存取信息的管道。不過(guò)這些裝置僅是存在于網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的設(shè)備，仍須透過(guò)應(yīng)用程序與接口，進(jìn)行人為互動(dòng)與監(jiān)控，相較之下，物聯(lián)網(wǎng)的真正前景才剛剛開(kāi)始要實(shí)現(xiàn)，將以無(wú)形科技在幕后運(yùn)作，讓設(shè)備能夠動(dòng)態(tài)因應(yīng)人類需求。

　　圖1　移動(dòng)裝置、穿戴式電子及聯(lián)網(wǎng)汽車等物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品可望在2020年突破五百億部大關(guān)。

　　目前全球共有約五十億部“智慧”聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，預(yù)估至2020年規(guī)模將增至五百億部（圖1），你我也可望見(jiàn)證突破一兆部的時(shí)刻。這個(gè)數(shù)字確實(shí)龐大，但若要達(dá)成這項(xiàng)目標(biāo)，現(xiàn)今的設(shè)備部署架構(gòu)反而是一大障礙，唯有簡(jiǎn)化設(shè)備連結(jié)與溝通的方式，業(yè)界才可能實(shí)現(xiàn)五百億部聯(lián)網(wǎng)裝置的中長(zhǎng)期理想。

　　垂直系統(tǒng)鏈接不易　物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境發(fā)展受阻

　　圖2　網(wǎng)絡(luò)營(yíng)運(yùn)中心的概念正逐漸延伸至在智慧家庭，聯(lián)網(wǎng)家電將在無(wú)形中為消費(fèi)者提供服務(wù)。

　　早在因特網(wǎng)這個(gè)名稱出現(xiàn)之前，許多制造商就已將設(shè)備鏈接至網(wǎng)絡(luò)。嵌入式產(chǎn)品自1990年代中期加裝網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。過(guò)去15年間，M2M制造商已逐步將網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)系統(tǒng)整合至高價(jià)值資產(chǎn)追蹤（Asset Tracking）、警報(bào)系統(tǒng)、車隊(duì)管理等類似產(chǎn)品。雖然有些M2M系統(tǒng)采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，制作起來(lái)仍有難度，但隨著終端節(jié)點(diǎn)的高效能處理器日益普及，整合M2M系統(tǒng)變得容易許多，且處理器支持高階操作系統(tǒng)及程序語(yǔ)言，讓平臺(tái)可運(yùn)用智慧架構(gòu)。這些系統(tǒng)通常與高端商業(yè)服務(wù)層相連，并由網(wǎng)絡(luò)營(yíng)運(yùn)中心（NOC）管理（圖2）。

　　目前消費(fèi)市場(chǎng)上已出現(xiàn)各種聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，如恒溫器、能源量表、照明控制系統(tǒng)、音樂(lè)串流與控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程影音串流盒、泳池系統(tǒng)和灌溉系統(tǒng)等，未來(lái)的市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿辞巍６鄶?shù)系統(tǒng)可透過(guò)網(wǎng)站相互鏈接，方便用戶透過(guò)一般網(wǎng)絡(luò)瀏覽器或智能型手機(jī)應(yīng)用程序加以管理，發(fā)揮個(gè)人網(wǎng)絡(luò)營(yíng)運(yùn)中心的功能。

　　雖然物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)與消費(fèi)領(lǐng)域發(fā)展均令人期待，但由于系統(tǒng)之間毫無(wú)鏈接且屬垂直性質(zhì)，整體網(wǎng)絡(luò)建置并未因此簡(jiǎn)化。各系統(tǒng)或許能采用一模一樣的協(xié)議與操作系統(tǒng)基礎(chǔ)，可是通訊層的設(shè)計(jì)卻不一致；縱然使用開(kāi)放應(yīng)用程序編程接口（API），但因?yàn)闊o(wú)水平連結(jié)，因而未能簡(jiǎn)化跨應(yīng)用整合。

　　以灑水器控制系統(tǒng)為例，其藉由傳感器、網(wǎng)絡(luò)氣象數(shù)據(jù)與可編程控制機(jī)制，而實(shí)現(xiàn)可判斷灑水時(shí)機(jī)的智能功能，可是系統(tǒng)卻未鏈接住家周圍的動(dòng)態(tài)感測(cè)裝置，故自動(dòng)灑水系統(tǒng)可能淋濕小狗或兒童。

　　由于控制器無(wú)法取得來(lái)自動(dòng)態(tài)感測(cè)裝置的信息，故得運(yùn)用其他動(dòng)態(tài)控制垂直整合，將數(shù)據(jù)傳輸至另一部云端服務(wù)器；再想辦法讓兩部云端服務(wù)器相連，并盼望這兩次整合后還能增加少許控制空間。然而，電子系統(tǒng)的運(yùn)作不該仰賴“盼望”，若使用Perl、Python、PHP或其他程序語(yǔ)言，在服務(wù)器內(nèi)額外設(shè)計(jì)一套垂直應(yīng)用，將可建立鏈接，依據(jù)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)延后灑水時(shí)間。不過(guò)如此構(gòu)想需要高度專業(yè)才能實(shí)踐，故無(wú)法迅速建置。

　　因?yàn)槭袌?chǎng)有連結(jié)垂直整合的需求，IFTTT.com與zAPIer.com等新式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)應(yīng)運(yùn)而生，協(xié)助用戶以圖像化方式串連個(gè)別垂直系統(tǒng)，不過(guò)用戶得先注冊(cè)加入另一服務(wù)項(xiàng)目，確認(rèn)應(yīng)用程序編程接口是否符合特定垂直整合需求。這些網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)只能提供基本的服務(wù)選項(xiàng)，例如“若收到妻子寄來(lái)的電子郵件，就自動(dòng)發(fā)送簡(jiǎn)訊至手機(jī)”，并假設(shè)日后不會(huì)出現(xiàn)更多的流量控制需求。

　　在前例中，假如灑水器系統(tǒng)具備延遲控制應(yīng)用程序編程接口，即可設(shè)定“若感測(cè)到動(dòng)態(tài)，就延后灑水”；這種模式包括三項(xiàng)服務(wù)、三次登入（且必須在第三項(xiàng)服務(wù)下進(jìn)行管理）、三種不同的智能型手機(jī)應(yīng)用程序，而且有好幾個(gè)故障點(diǎn)（Points of Failure）。如果用戶希望整合上述服務(wù)與個(gè)人行事歷，確保舉行戶外家族聚會(huì)時(shí)草皮能保持干爽，情況將更加復(fù)雜。

　　結(jié)合移動(dòng)/穿戴式電子　物聯(lián)網(wǎng)勾勒智慧生活

　　雖然上述應(yīng)用很有意思，仍無(wú)法加速物聯(lián)網(wǎng)普及。毫無(wú)疑問(wèn)，未來(lái)自造者社群肯定會(huì)打造新的工具，也將有新的垂直應(yīng)用與載具問(wèn)世，但物聯(lián)網(wǎng)并不只是簡(jiǎn)單的垂直一次性文字簡(jiǎn)訊或推特（Twitter）發(fā)文。那是有趣的示范案例，可是欠缺擴(kuò)充性與垂直系統(tǒng)整合。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)傳遞訊息，但也需要簡(jiǎn)易途徑，方便裝置程序運(yùn)作，以及響應(yīng)其他裝置或服務(wù)，無(wú)需復(fù)雜程序環(huán)境便可打造高科技應(yīng)用。

　　舉例來(lái)說(shuō)，消費(fèi)者一旦允許蘋果（Apple）與Google追蹤所在位置，預(yù)訂的旅館可事先得知該訂戶大約何時(shí)抵達(dá)，也能透過(guò)其身上智能手表的溫度及濕度傳感器，知道長(zhǎng)途旅行的訂戶熱得滿身大汗，途中旅館房間仍處于休眠狀態(tài)（未開(kāi)燈、拉上窗簾、維持最佳休眠室溫），但當(dāng)消費(fèi)者一抵達(dá)旅館，門房就能藉由物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)知道是該房間訂戶，而車輛也因?yàn)閭蓽y(cè)到門房人員接近，自行調(diào)整座椅。

　　不僅如此，系統(tǒng)也能掌握消費(fèi)者喜歡自己拎行李的習(xí)慣，故行李員并未上前；當(dāng)一接近旅館大廳，智能型手機(jī)將自動(dòng)下載安全房鑰應(yīng)用程序；走進(jìn)電梯時(shí)，房間已依據(jù)智慧手表回傳的感測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)合適溫度，燈光明暗、音樂(lè)與隱私設(shè)定均依照消費(fèi)者要求而定。快走到房門時(shí)，安全房鑰應(yīng)用程序已打開(kāi)門鎖；晚上準(zhǔn)備就寢時(shí)，房間偵測(cè)到照明已關(guān)，便會(huì)依據(jù)個(gè)人喜好調(diào)整室溫。

　　以上情境里，這家連鎖飯店每個(gè)房間均設(shè)有多個(gè)感測(cè)及致動(dòng)器（Actuator），每輛租賃車亦然；而消費(fèi)者也穿戴著多種感測(cè)及啟動(dòng)裝置，例如以手表震動(dòng)做為提醒，不必時(shí)時(shí)透過(guò)智能型手機(jī)觸控屏幕，指揮聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采取移動(dòng)，不過(guò)手機(jī)的確是與用戶活動(dòng)息息相關(guān)的網(wǎng)關(guān)；未來(lái)這會(huì)是無(wú)數(shù)人日常生活的一部分，聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)將無(wú)所不在。

　　然而，這樣的物聯(lián)網(wǎng)愿景不會(huì)一夕之間發(fā)生，若要達(dá)成所需網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，唯有創(chuàng)造最小公分母，制定全球通用的簡(jiǎn)易訊息傳遞配置，也必須仿照自然，以有機(jī)方式發(fā)展。目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)協(xié)議與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)仍受限于設(shè)計(jì)復(fù)雜度、安全性和延展性等。聯(lián)網(wǎng)裝置將會(huì)愈來(lái)愈復(fù)雜，但使用方式必須愈來(lái)愈簡(jiǎn)單。模擬與數(shù)字的界線將變得模糊，縱然世界上每個(gè)人對(duì)幕后技術(shù)毫無(wú)所悉，依然能夠主宰個(gè)人生活環(huán)境。

　　物聯(lián)網(wǎng)下一步　追求垂直與水平應(yīng)用均衡

　　今日人們所知的網(wǎng)絡(luò)（嚴(yán)格來(lái)說(shuō)就是HTTP技術(shù)），其實(shí)源自于Tim Berners-Lee的利他概念，希望透過(guò)開(kāi)放平臺(tái)讓全球每個(gè)人都能相互連結(jié)。過(guò)往只有企業(yè)專用網(wǎng)絡(luò)，信息分享近乎于零，亦即網(wǎng)絡(luò)時(shí)代之前的垂直模式，直到ARPANET奠定一部分基礎(chǔ)與傳輸協(xié)議，啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展，亦衍生出國(guó)防數(shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）、國(guó)家科學(xué)基金會(huì)網(wǎng)絡(luò)（NFSNET）等。后者在公私部門經(jīng)費(fèi)贊助下，演變?yōu)橐蛱鼐W(wǎng)建構(gòu)基石。今日網(wǎng)絡(luò)內(nèi)充斥各種垂直應(yīng)用，全都建基于簡(jiǎn)易的鏈接與信息傳送平臺(tái)。

　　目前制造商有各種垂直應(yīng)用需求，部分或許利他，但多數(shù)背后都有利益考慮，否則未來(lái)發(fā)展也不可能出現(xiàn)；但水平均衡須要利他。未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)將是人類史上最大水平系統(tǒng)架構(gòu)，垂直應(yīng)用依然存在，可是最根本的低階鏈接與信息傳遞功能，必須普遍存在與隱身于所有應(yīng)用程序當(dāng)中。

　　此外，為達(dá)到水平均衡，物聯(lián)網(wǎng)也必須更近似有機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)細(xì)胞復(fù)制時(shí)，會(huì)以DNA形式傳遞基本信息，細(xì)胞結(jié)合后則形成自動(dòng)機(jī)制階層，運(yùn)用神經(jīng)系統(tǒng)來(lái)建構(gòu)與保護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)，亦即人體內(nèi)的水平整合形式。每個(gè)人身上皆存在無(wú)數(shù)細(xì)胞，韌性極高，不必“重新啟動(dòng)”亦可連續(xù)運(yùn)作逾百年。因此打造基礎(chǔ)信息與裝置架構(gòu)時(shí)，必須先研究有機(jī)系統(tǒng)。

　　或許有人認(rèn)為，因特網(wǎng)具備有機(jī)系統(tǒng)特質(zhì)。但今日網(wǎng)絡(luò)多數(shù)流量均匯聚至少數(shù)極巨大的數(shù)據(jù)管線。最初的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)較為“扁平”，較接近點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（Peer-to-peer）性質(zhì)。過(guò)往帶寬需求相當(dāng)?shù)停畲罅髁績(jī)H來(lái)自訊息傳輸，后來(lái)由于豐富的影音與實(shí)時(shí)信息迫使大型線路興起。

　　主從式架構(gòu)為今日主流，背后大多由內(nèi)容匯流者與大型線路公司推動(dòng)。隨著產(chǎn)業(yè)進(jìn)步，未來(lái)將逐漸回歸較扁平的架構(gòu)，大型線路不會(huì)消失，繼續(xù)支撐高帶寬與實(shí)時(shí)需求。不過(guò)當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)裝置數(shù)量破兆后，將出現(xiàn)多重?cái)?shù)據(jù)流動(dòng)路徑，這個(gè)巨大點(diǎn)對(duì)點(diǎn)平臺(tái)的匯流帶寬將遠(yuǎn)超過(guò)大型線路效能。