智慧家電、車載應(yīng)用和穿戴式裝置等嵌入式系統(tǒng)邁向聯(lián)網(wǎng)化后，可以在日常生活中提供人們各式有用資訊。不過(guò)，在邁進(jìn)聯(lián)網(wǎng)化的過(guò)程中，嵌入式系統(tǒng)亦須克服可靠度、電池續(xù)航力，以及強(qiáng)化資訊安全防護(hù)，才有助智慧城市成形。

　　物聯(lián)網(wǎng)（IoT）時(shí)代引爆商機(jī)，各廠商無(wú)不絞盡腦汁全力出擊。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用包括許多層面，智慧家電、車載應(yīng)用與穿戴式裝置等為其中重要的一環(huán)，但直接與生活最息息相關(guān)的應(yīng)用就是智慧城市。

　　智慧城市的應(yīng)用包含許多層面，例如，橋墩的結(jié)構(gòu)性檢測(cè)、森林火災(zāi)檢測(cè)、空氣污染檢測(cè)、噪音檢測(cè)、地下水管漏水檢測(cè)、智慧停車位、交通狀況檢測(cè)與水質(zhì)檢測(cè)等。這些種種的應(yīng)用，透過(guò)萬(wàn)物相聯(lián)的方式，將各個(gè)層面的資訊整合起來(lái)，再將訊息提供給使用者。

　　物聯(lián)網(wǎng)下的智慧城市　充分掌握各種環(huán)境資訊

　　物聯(lián)網(wǎng)正在改變?nèi)藗兊氖澜?，大量的資訊傳輸能夠提高商業(yè)發(fā)展以及人類對(duì)于生活環(huán)境的應(yīng)用，可提供即時(shí)的資訊讓使用者有足夠的時(shí)間提早處理（圖1）。

　　圖1　透過(guò)物聯(lián)網(wǎng)，可提前掌握汽車本身與行駛的狀況。 圖片來(lái)源：Happiest Minds Technologies Pvt. Ltd.

　　例如，使用者可以在出門前，先行透過(guò)物聯(lián)網(wǎng)來(lái)確認(rèn)汽車內(nèi)的溫度，可以提早開(kāi)啟空調(diào)，調(diào)整車內(nèi)溫度。調(diào)整完成后，自動(dòng)通知駕駛可開(kāi)始使用車子。

　　透過(guò)物聯(lián)網(wǎng)，駕駛可以快速了解道路上的人車狀況，取得最新的行車資訊與最佳行車路線，避開(kāi)塞車路段。

　　車內(nèi)的衛(wèi)星導(dǎo)航可以提供即時(shí)路況資訊，若接收到行經(jīng)的路上有發(fā)生事故，重新規(guī)畫(huà)路線避開(kāi)交通狀況不良的地方，避免塞車造成延誤。

　　駕駛也可透過(guò)物聯(lián)網(wǎng)將停車場(chǎng)空位位置快速定位出來(lái)，通知駕駛停車位置所在。 駕駛不再須要花費(fèi)時(shí)間尋找位置，當(dāng)?shù)诌_(dá)停車場(chǎng)后可立即找到停車位，節(jié)省尋找車位的時(shí)間。

　　同時(shí)，停車場(chǎng)的中央控管中心也可以監(jiān)測(cè)整體停車場(chǎng)的車輛進(jìn)出狀況與費(fèi)用。

　　當(dāng)使用者看到店面里面有想要購(gòu)買的衣服，用手機(jī)掃描條碼后發(fā)現(xiàn)此件衣服在當(dāng)?shù)厣痰瓴](méi)有庫(kù)存，店家立即通知其他存貨位置與主動(dòng)寄件到指定地點(diǎn)。

　　物聯(lián)網(wǎng)的即時(shí)資訊傳遞完全地改變生活，工作與娛樂(lè)方式。提供極具經(jīng)濟(jì)價(jià)值物品流通方式，節(jié)省時(shí)間與提升生活品質(zhì)。

　　拉丁美洲/亞太/北美　為物聯(lián)網(wǎng)三大成長(zhǎng)市場(chǎng)

　　根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)全球產(chǎn)業(yè)分析（Global Industry Analysis）2015年6月份的分析資料顯示，物聯(lián)網(wǎng)最大的市場(chǎng)是在歐洲。

　　而物聯(lián)網(wǎng)最大成長(zhǎng)的三大市場(chǎng)分別為拉丁美洲、亞太地區(qū)與美國(guó)，并且亞太地區(qū)到2020年的復(fù)合年成長(zhǎng)率（CAGR）可高達(dá)43.8%，預(yù)計(jì)在2020年時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)?？梢赃_(dá)到總累計(jì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值278億。

　　物聯(lián)網(wǎng)前三大應(yīng)用產(chǎn)業(yè)為消費(fèi)性產(chǎn)品，車載應(yīng)用以及工業(yè)或商業(yè)應(yīng)用。最先布局智慧電網(wǎng)與智慧電表等能源相關(guān)應(yīng)用，之后陸續(xù)帶動(dòng)家用、車載、感應(yīng)技術(shù)與物流資訊。

　　這塊龐大的市場(chǎng)商機(jī)，吸引許多大廠展開(kāi)布局。物聯(lián)網(wǎng)十大發(fā)展巨擘有英特爾（Intel）、IBM、Cisco、Google、Apple、AT&T、恩智浦（NXP）等。

　　物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)開(kāi)發(fā)平臺(tái)滿足各種應(yīng)用

　　要打造物聯(lián)網(wǎng)，需要有適合的開(kāi)發(fā)平臺(tái)（表1）。以智慧城市的開(kāi)發(fā)平臺(tái)為例，Libelium的Waspmote開(kāi)發(fā)平臺(tái)可以提供智慧城市的解決方案，提供多元化的天線模組與感應(yīng)模組，讓使用者開(kāi)發(fā)所要的應(yīng)用。

　　此發(fā)展平臺(tái)使用ATMega1281的控制器、128KB的Flash與SD記憶體插槽，并且可以在-10℃～65℃的環(huán)境溫度下工作。深度睡眠可達(dá)0.07μA的低功耗省電模式，未充電的情況下可達(dá)到1年的續(xù)航力。

　　物聯(lián)網(wǎng)的四個(gè)主要運(yùn)作單元

　　物聯(lián)網(wǎng)的裝置包含幾個(gè)層面，包含電力儲(chǔ)存模組（Engergy Storage Module），提供電力的來(lái)源，維持物聯(lián)網(wǎng)裝置的運(yùn)作。因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)裝置須要較長(zhǎng)的時(shí)間使用，必須有相當(dāng)?shù)偷碾娏ο模虼?a target="_blank">電源管理模組（Power Managment Module）顯得格外重要。借由電源管理模組，整體裝置可維持運(yùn)作長(zhǎng)達(dá)數(shù)天甚至數(shù)月。

　　萬(wàn)物相聯(lián)的方式須透過(guò)網(wǎng)路或是利用藍(lán)牙（Bluetooth）、ZigBee，甚至是長(zhǎng)程演進(jìn)計(jì)畫(huà)（LTE）作為傳遞資料的媒介，因此需要射頻（RF）模組來(lái)作為資料傳遞的處理單元。物聯(lián)網(wǎng)裝置含有感應(yīng)周遭環(huán)境的感應(yīng)器。譬如速度感應(yīng)器、陀螺儀、光線、溫度、壓力，甚至是影像的感應(yīng)器等，如圖2所示，能夠因應(yīng)周遭變化，將感應(yīng)到的資料處理后再借由RF模組將資料傳遞到操控端。

　　圖2　感測(cè)器在物聯(lián)網(wǎng)中扮演重要角色。 圖片來(lái)源：Yole Developpement

　　可靠度/資訊安全/續(xù)航力　成物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展挑戰(zhàn)

　　智慧城市的物聯(lián)網(wǎng)裝置使用許多種介面，一般裝置都含有I2C、SPI、UART、Ethernet與USB等介面。然而，物聯(lián)網(wǎng)裝置的可靠度也極為重要。

　　對(duì)于各種溫度與環(huán)境的耐受力是必須要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試，才能確保資料傳遞不會(huì)因?yàn)橹茉猸h(huán)境的變化而產(chǎn)生異常。

　　市面上提供數(shù)十種匯流排解碼的邏輯分析儀，可讓使用者輕易的解讀絕大多數(shù)IO埠傳輸介面的協(xié)定，可以提供長(zhǎng)達(dá)8小時(shí)至一個(gè)月的訊號(hào)錄制時(shí)間，能夠讓使用者對(duì)于裝置的可靠度測(cè)試提供絕佳的分析儀器。不會(huì)因長(zhǎng)時(shí)間且無(wú)法預(yù)期的問(wèn)題發(fā)生，造成分析問(wèn)題的困難。

　　物聯(lián)網(wǎng)資料安全也是重要的一環(huán)，復(fù)雜的演算法可以保護(hù)資料的安全，避免資料暴露的風(fēng)險(xiǎn)，并且資料的安全性須要有物聯(lián)網(wǎng)裝置的層層把關(guān)。

　　目前有幾種方法，第一，安全性的開(kāi)機(jī)，阻擋有心要竊取裝置的使用者，可以利用數(shù)位簽章的方式為保護(hù)機(jī)制。第二，使用密碼保護(hù)，當(dāng)使用者須存取前，須有相當(dāng)?shù)拿艽a保護(hù)。第三，使用防火墻（Firewall）或IPS，可預(yù)防破壞性地對(duì)物聯(lián)網(wǎng)裝置發(fā)生攻擊，此種方式須要監(jiān)聽(tīng)與過(guò)濾網(wǎng)路上的資料傳遞。

　　物聯(lián)網(wǎng)裝置必須兼顧處理效能與耗電量。物聯(lián)裝置的續(xù)航力為未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的重點(diǎn)挑戰(zhàn)之一。整體的耗電量不論在何種狀態(tài)，如正常運(yùn)作時(shí)、睡眠時(shí)，在裝置設(shè)計(jì)初期都必須加以考量。

　　穿戴裝置的核心單元：低功耗微處理器

　　穿戴式裝置科技的演進(jìn)，可以提供更具經(jīng)濟(jì)效益的商業(yè)價(jià)值與生活環(huán)境。越來(lái)越多的穿戴式裝置可以連接到人們的生活周遭并且推及到智慧城市。相關(guān)業(yè)者逐漸開(kāi)始著手發(fā)展穿戴式裝置與智慧城市的整合。

　　例如Google智慧眼鏡可以通知使用者火車或是公車的時(shí)程，通知使用者即時(shí)的搭車資訊，并同時(shí)察看車輛所行走的路徑。

　　因此穿戴式裝置能夠整合到智慧城市的應(yīng)用，將即時(shí)的環(huán)境資訊整合至云端資料庫(kù)，并提整合后的供資訊給使用者。

　　物聯(lián)網(wǎng)穿戴裝置的銷售量預(yù)估從2013年的一千五百萬(wàn)部成長(zhǎng)到2017年的七千萬(wàn)部。短短的5年內(nèi)，成長(zhǎng)率約460%。穿戴式裝置的微處理器單元，主要還是以安謀國(guó)際（ARM）家族的處理器為主要元件（圖3），并使用低功耗的傳輸介面。

　　圖3　低功耗微處理器成穿戴式裝置的核心單元

　　如新一代的Bluetooth Smart、6LoＷPAN、ANT+來(lái)當(dāng)作穿戴式裝置與手機(jī)的傳輸介面，再經(jīng)由手機(jī)傳輸?shù)皆贫俗鳛橘Y料的儲(chǔ)存。

　　智慧手環(huán)方面，使用Bluetooth Smart的傳輸介面，ARM Cortex-M0/M0+/M3的微處理器單元。之前討論火熱的Google智慧眼鏡，使用Cortex-M0/M0+/A5/A7所組成，依據(jù)不同應(yīng)用，使用不同的微處理器單元。

　　同樣是穿戴式裝置，使用的微處理器的選擇也會(huì)有所不同。如圖4、圖5、圖6所示，從基本穿戴式裝置到較高等級(jí)的穿戴式裝置分別有ARM Cortex-M系列與ARM Cortex-A系列的微處理器可以提供選擇。

　　圖4　ARM開(kāi)發(fā)多種核心以適用于各式聯(lián)網(wǎng)裝置。

　　圖5　Cortex-A7比較圖

　　圖6　Cortex-M系列比較圖

　　目前各家廠商所使用的微處理器，如索尼（Sony）的智慧手表SmartWatch，使用ARM Cortex-M處理器，智慧手表i‘m Watch使用ARM Cortex-A處理器。

　　在各式各樣的物聯(lián)網(wǎng)裝置下，ARM致力于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格化的物聯(lián)裝置，并且為了加速物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，ARM收購(gòu)芬蘭的Sensinode公司，進(jìn)一步使軟體可以更有效率，更安全地在云端與物聯(lián)網(wǎng)裝置之間溝通。

　　由現(xiàn)在市場(chǎng)上所看到的穿戴式裝置可以發(fā)現(xiàn)，穿戴式裝置已應(yīng)用在各式各樣的領(lǐng)域上。比方像是寵物、畜牧、醫(yī)療、工業(yè)、辦公室與各式休閑運(yùn)動(dòng)。這些領(lǐng)域面臨眾多的挑戰(zhàn)與各種需求，其中包括電池壽命、價(jià)格和使用者習(xí)慣等等。

　　就以裝置的續(xù)航力來(lái)說(shuō)，手機(jī)每天需要3000mAH的電量，一般穿戴式手表每個(gè)禮拜就需要300mAH。ARM 28nm Cortex-A7系列微處理器則針對(duì)穿戴式裝置的電路設(shè)計(jì)面積、功耗與效能（PPA）做最佳化的處理。大量減少待機(jī)與運(yùn)作模式下的電力消耗。而Ultra-low power的ARM Cortex-M系列的處理器，靜態(tài)消耗小于3μW，總消耗小于0.5mW@50MHz。

　　智慧城市需要整體發(fā)展策略、規(guī)畫(huà)與風(fēng)險(xiǎn)管理

　　國(guó)際數(shù)據(jù)資訊中心（IDC）相信物聯(lián)網(wǎng)的科技與應(yīng)用可以改變?nèi)祟惿盍?xí)慣，也能夠造就具相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)規(guī)模。智慧城市的即時(shí)資訊加上個(gè)人穿戴式裝置與云端的資訊整合，可以提供極為方便的生活環(huán)境。目前市面也提供開(kāi)發(fā)平臺(tái)給使用者開(kāi)發(fā)，但對(duì)整體智慧城市而言，需要整體智慧城市的開(kāi)發(fā)策略與規(guī)范。

　　IDC預(yù)測(cè)2016年全世界大約90%的城市缺乏對(duì)于公共與私人物聯(lián)網(wǎng)裝置的使用政策，這將增加潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。這些問(wèn)題須要各城市對(duì)于未來(lái)的整合規(guī)畫(huà)，提供整體的發(fā)展策略并考量資訊流通的風(fēng)險(xiǎn)管理。

　　此外，相關(guān)零組件的技術(shù)發(fā)展也必須更加提高。兼具低功耗、體積小、高效能，并且具有復(fù)雜加密運(yùn)算的物聯(lián)網(wǎng)裝置面臨各種技術(shù)考驗(yàn)。

　　若能突破這些種種問(wèn)題，預(yù)期未來(lái)可達(dá)到使用者一手掌握最新的生活脈動(dòng)，并徹底改變以往人類的生活習(xí)慣。