人們談論物聯網(IoT)已經有好幾年時間,但是數十億互連設備之間,以及與我們進行通訊的概念,還有更多仍為想像而非事實。不過,不能否認物聯網的巨大潛力。在2017年,可看到業界為實現這一目標邁出了重要一步,為2018年可能成為物聯網真正起飛的一年打下基礎。以下是2017年推動物聯網發展的十大關鍵技術。

LTE Category M1

目前大多數物聯網實現僅使用區域網路(LAN)來提供連接,但為了充分發揮其潛力,物聯網需要適當的廣域網路(WAN)技術。借助廣域網路,物聯網設備將能不再依賴使用者的手機,而在建築物和社區範圍之外進行工作。蜂巢技術LTE Category M1是提供廣域網路服務的主要競爭者,它可以為低功耗物聯網設備提供全國甚至全球性的連接。在2017年不僅有LTE Category M1晶片組和數據機的推出,還可看到相應的蜂巢業務本身的增長。

20180209NT01P1 圖1 LTE Category M1蜂巢物聯網的射頻晶片組和數據機已經開始在市場上出售。(圖片來源:u-blox)

藍牙網狀網路(Bluetooth mesh)

雖然蜂巢技術為物聯網提供了廣域網路替代方案,但區域網路也有創新。為了在提供類似覆蓋範圍的同時為物聯網提供Wi-Fi的低功耗替代方案,藍牙發展出網狀路技術。藍牙網狀網路超越了消費類應用,將會進一步推動信標、機器人、工業自動化、能源管理、智慧城市應用,以及其他工業物聯網(IIoT)和先進製造解決方案的發展。該規範本身在2017年中推出,但實現它的晶片和軟體也隨之立即問世。

多協議無線技術(Multiprotocol wireless)

藍牙網狀網路的加入擴大了樓宇自動化無線連接的選擇範圍,這只會使設計者在其設備設計中選用哪種無線技術的困境複雜化;但也出現了另一種選擇:一次選幾個協議。2017年,多協議無線連接的硬體和軟體已經成為了現成的選擇,這擴大了物聯網設計可以觸及的市場機會。

安全性相關作為

進入應用現場的第一代物聯網設備甚至讓最固執的懷疑者明白了一件事:物聯網設備需要確保其自身網路安全。「透過隱匿來實現安全(security by obscurity)」的支持者和那些認為安全成本過高的支持者看到了很多明顯的例子,顯示這些觀念需要改變。雖然安全既非一個新概念,也不是一項新技術,但2017年的新氣象是,整個產業在投入巨大力量解決這個問題。新的聯盟形成、硬體相關措施推出、參考實現和指導方針問世,以及半導體公司也開始在其所有針對物聯網的處理器中將安全功能作為標配。最近,Arm在其架構中實現了一個安全框架,以便將來的Arm微控制器也能夠解決安全問題。

霧運算(Fog computing)

隨著物聯網進入工業應用,對其可擴展性的關注也隨之出現。預計工業設備每個節點會產生大量資料,使無線網路超載,而工業控制不容許工作出現明顯的延遲。為解決這兩個問題,出現了霧運算概念。霧運算的概念不是將原始的物聯網資料發送到雲端進行處理和回應,而是將處理和控制回路保持在本地。當物聯網設備本身無法提供所需的處理時,區域網路中其他地方的資源就會施以援手,它們不在雲端,也不在邊緣節點(edge node)上,它們在物聯網設備周圍的「霧」中。為促進這種方法的發展和採用,開放霧聯盟(Open Fog Consortium)這個新的產業組織建立,並發佈了一個將有助於指導可互動操作系統開發的參考架構。

物聯網平台

任何試圖快速開發物聯網產品的人都會意識到,他們需要為使用者提供的不僅僅是產品。物聯網系統需要通訊通道和雲端支援,通常還需要網路或智慧型手機應用程式。雲端支援不僅需要接受來自物聯網設備的資料、處理資料,並將結果提供給使用者,它還需要管理身份驗證和安全,以及設備配置。要做到這一點,就需要廣泛的專業知識,很少有開發團隊能夠實現。在2017年,這個問題的解決方案是物聯網平台的興起。

20180209NT01P2 圖2 物聯網平台始於開發板,但背後有很多軟體。(圖片來源:Arias)

物聯網系統單晶片(SoC)

與平台的崛起並行,針對物聯網應用最佳化的SoC最佳化設計在2017年引人矚目。這些元件通常包括應用處理器,以及片上整合的全面無線連接,這些專用元件允許開發人員簡單地添加感測器和使用者介面來建置其設計的硬體部分,然後將其餘精力集中在應用軟體上。

Li-Fi

隨著越來越多的設備連接起來,Wi-Fi網路的頻寬變得越來越擁擠。為了補充網路能力,開發人員正在轉向網際網路照明來提供替代途徑。智慧燈具已經成為一種流行的物聯網設備,那為什麼不透過調變光線,傳輸一些網路流量來擴展網路容量呢?這就是Li-Fi試圖去做的。該技術已經開發了一段時間,並已達到近10GHz的下載速度,現在第一款商業裝置已開始問世。

20180209NT01P3 圖3 因為燈總是連接的,所以只需略施小計就可將其變成LAN資料的光通道。(圖片來源:PureLiFi)

與健康相關的感測器

感測器技術在2017年持續擴展,與健康有關的感測器也強勁增長。其中一些是多功能元件,如聯發科技(MTK)可以監測心臟活動和血液化學的六合一生物感測器。在超低功耗感測能力方面也有進展,許多這些新型感測器都工作在近紅外線範圍,可揭示人類看不到的資訊。

語音啟動(Voice activation)

儘管到2017年,語音啟動已不是新鮮事,但在這一年中,語音啟動作為物聯網使用者介面收穫了巨大推動力。早期的市場領導者之一—亞馬遜(Amazon)的Alexa語音服務(AVS),利用該公司的Echo產品線,進一步推廣了語音啟動技術。

過去一年,我們看到業界極力為開發商提供AVS和其他語音服務來全方位研發製造各種產品。MEMS麥克風、音訊處理器和微控制器供應商也推出開發套件和其他產品,簡化將語音啟動整合進物聯網設計的過程。即使是愛好者和心血來潮的玩家所喜愛的樹莓派(Raspberry Pi),也因為發佈了一款相容Alexa的音訊模組而夯了一陣子。因此,預計2018年將有很多聲控物聯網設備進入市場,希望這一年世界不會因此變得太吵了。

(參考原文: Top 10 IoT technologies introduced in 2017,by Richard Quinnell)