好書 : 物聯網如何改變世界

這本書是我從母校高應大圖書館借來的, 譯自 Michael Miller 的 "The Internet of Things", 譯者胡為君譯筆流暢, 我從來沒讀過翻譯得這麼棒的科普書籍, 真的. 雖然原著內容寫得好, 但若無信達雅的翻譯, 原書的光采也會變得黯淡.

# 物聯網如何改變世界

Source:誠品

這本書介紹物聯網的概念, 技術, 架構, 設備以及目前與未來的各種應用, 可說兼具深度與廣度, 是了解物聯網不可不讀的一本好書. 讀書筆記摘要如下 :

CH1 : 智慧連線-歡迎光臨物聯網

1. 網際網路雖然是機器組成的網路, 但也是人的網路, 因為使用的主體是人, 是 "人聯網", 所連結的設備 (伺服主機與終端) 主要是供人使用 (分享資訊, 收發信件, 下載檔案等). 物聯網則不同, 物聯網的目的並非建立人與人的網路, 而是用來連接物與物的網路, 讓各種設備互相通訊以取得資料, 目的是讓互連的設備提供更自動化與智慧化的服務, 將人為介入降至最少. 
2. 從技術上而言, 物聯網由可辨識身分的嵌入式計算設備所連線而成, 目前主要是透過網際網路互連, 因此物聯網與網際網路有重疊, 但物聯網不一定要透過網際網路互連, 也可能透過其他的網路技術, 例如 Sigfox 就是一個與網際網路無關的物聯網專用網路. 
3. 物聯網中的 "物", 指的是具備無線傳輸能力 (Wifi, Bluetooth, Zigbee 或其他任何無線網路協定) 與專用 IP 位址的東西, 通常還具有感應環境的能力. 
4. 物聯網吸引人之處不在於設備, 感應器, 或彼此連線, 而是當它們連線在一起後建立起一個關聯系統, 自己思考動作, 不需要人類的介入與互動. 當這些設備協力運作, 利用網路交換資訊, 進行各種日常活動與作業時, 就構成了所謂的環境智慧 (ambient intelligence), 一切都在背景自動完成.
5. 物聯網透過網路把所有零碎資料集合起來, 獲得有用的結論, 提供給另一個智慧設備做出對應的行為. 大部分物聯網設備, 其智慧來自於分析其他多項設備所收集的資料, 而非靠設備本身的智慧.
6. 我們其實已經有了一個發展中的物聯網, 包括感應器, 嵌入式設備, 雲端架構, 資料探勘與分析工具. 目前所面臨的主要問題是技術與成本, 欠缺讓設備互連的通訊協定以及足夠的經濟規模. 

CH2 : 智慧技術-物聯網如何運作

1. 物聯網設備必須具備五項要求 : 1. 小尺寸, 2. 低耗電, 3. 低頻寬, 4. 能連網, 5. 能儲存. 
2. 物聯網設備主要是透過無線網路連結在一起, 因為數以億計的設備要用有線網路連結太困難了. 
3. IPv4 約可提供 43 億個 IP 位址, 而 IPv6 則可提供 430 兆兆兆 (undecillion) 個位址. 沒有 IPv6 的話, 物聯網不可能完整實作. 
4. 無線網路的 RF 技術通常使用 2.4GHz (2.4~2.48) 與 5GHz (5.15~5.85) 的 ISM 頻段 (Industrial, Science, Medical), 這是免許可證免授權費的頻道, 只要功率小於 1W 且不會干擾其他頻道即可免費使用. 例如 Wi-Fi 的 802.11 b/g, 藍芽, ZigBee 都是使用 2.4G 頻段; 而 Wi-Fi 最新的 802.11ac 則使用 5G 頻段. 
5. 雖然物聯網設備採用 Wi-Fi 技術很方便, 也是目前的主流, 但未來可不一定, 因為對於小型感應設備, 其他的通訊協定可能更適合. 這些設備會先連線到一個主設備, 進而透過 Wi-Fi 連線到網際網路. 
6. Wi-Fi 網路是集線匯流式架構, 設備必須先連線到中央集線器或路由器, 再透過它與其他設備互相連線. 而藍芽則是採用對等網路結構, 設備與設備之間直接通訊, 組成一個 piconet (微網路), 其中一個是控制通訊的主設備, 可連接最多 8 個從設備, 這是物聯網架構的趨勢. 但藍芽屬於低功率短距離通訊技術 (約 30 呎), 不適用於遠距離大量資料傳遞, 在這方面 Wi-Fi 仍是王道.   
7. Bluetooth Smart 是 Bluetooth 技術的改進版, 專為物聯網而開發, 其特點是功耗非常低, 只有傳統藍芽的幾分之一而已, 特別適合鈕扣電池供電的設備. 使用距離最高可達 200 呎. 
8. 無線網狀網路 (Wireless Mesh Network) 與傳統將所有設備連線到中央伺服器或集線器的集中式網路相反, 它是將設備依序串聯, 作用範圍可從本身的 20~300 呎延伸到跨越整個城市, 網路內的設備各自獨立運作, 不需要中央控制器. 由於有多個傳輸路徑, 因此任何一台故障都不會危及整個網路. 無線網狀網路的通訊協定有 Bluetooth, ZigBee, Z-Wave, 以及 INSTEON 等. 網狀網路上的每一個設備都兼做中繼器 (repeater) 功能, 聯網設備越多, 網路就越強大. 
9. 也有業者開發 M2M 的行動通訊網路, 例如法國的 SIGFOX, 他們利用一戰時用於潛艦水下通訊的技術, 開發出可以在低功率下遠距離傳輸少量資料, 運作於 900MHz 頻段的 M2M 行動通訊系統. 此系統傳輸速度不高, 約 100bps, 但一般感測器其實並不需要多快的傳輸速度. 由於採用較低頻的 900MHz 系統, 因此基地台傳輸距離較遠, 故同樣涵蓋面積所需的基地台數目比較少, 以法國為例, SIGFOX 目前已覆蓋全法 92%, 卻只用了 1500 個基地台; 比 4G LTE 所需的 40000 個少很多. 其他投資 IoT 專用網路的業者包括 Link Labs, On-Ramp Wireless, 以及 Iotera 等. 但有些人認為物聯網專用網路並無必要, 因為網路之間的相容性問題反而可能傷害物聯網的發展. 現有的無線技術三巨頭已足以應付物聯網所需 : 行動電話網路 (遠距離), Wi-Fi (區域), Bluetooth (個人網路).
10. 物聯網要能運作不可能採人力密集方式, 一定要更自動化.

CH3 : 智慧電視-欣賞連線世界

1. 目前市面上智慧電視的作業系統包括 : Android TV (Google), Fire OS (Amazon), Firefox OS (Panasonic), iOS (Apple), Roku OS (Roku), Tizen (Samsung), webOS (LG) 
2. 智慧電視內部是一個小型電腦, 必須像電腦一樣具有安全保護, 但實際上大部分的智慧電視連最基本的防火牆防護都沒有, 結果讓在一般電腦越來越難成功的駭客攻擊, 現在在智慧電視等嵌入式設備上卻非常容易得手. 
3. 你的智慧電視廠商可能會偷偷監視你, 例如 LG 的智慧廣告服務會記錄你的轉台動作, 知道你看了那些節目, 搜尋了那些關鍵字, 然後把收集到的資料賣給廣告主. 
4. 內建攝影機的智慧電視可能會被駭客攻擊, 增加被闖空門的危險. 例如三星智慧電視曾被發現一個安全漏洞, 讓駭客可以入侵 Skype 程式從遠端開啟並控制電視上的攝影機. 
5. 智慧電視要真正有智慧, 必須解決兩件事, 一是要讓控制更容易, 可以使用手機或平板取代, 甚至像 Siri 一樣用語音取代遙控器. 二是它要能記錄觀看習慣, 誰在甚麼時間愛看甚麼節目, 甚至連上 Facebook 或 Twitter 看看好友們都在看甚麼節目. 
6. 未來的電視會成為具有互動性的住宅控制中心, 用客廳的大螢幕控制家裡的一切, 例如打開主臥室的燈, 開啟洗碗機或草皮灑水器, 關閉冷氣或電暖器, 自動切換到門口監視器影像, 看看誰按了門鈴或顯示未曾出現的來客臉孔, 也可以顯示即時的用水用電圖表, 甚至打開 Google 地圖, 顯示每個家人目前所在位置等等. 

CH4 : 智慧家電-從遙控爐具到會說話的冰箱

1. 智慧冰箱功能 : A. 忘記關冰箱門時發出語音, 簡訊或訊息通知. B. 監控食物存量, 不足時加入購物清單通知你, 甚至自動傳送給你指定的供貨商送貨. C. 接收智慧電視美食節目傳送的食譜, 檢查所需食材庫存, 並將缺料列入購物清單. D. 依據冰箱內現有食材, 比對儲存的食譜, 提出晚餐料理建議. E. 與智慧爐具連線, 將食譜傳送給爐具, 自動設定烹調參數, 通知你放入食材以便烹調. F. 與健康手環連線, 知道你應該避免攝取那些食物, 當你開啟冰箱時會以語音提醒. 
2. 智慧洗衣機, 烘乾機, 洗碗機具備幾十種甚至上百種行程, 可依據內容物決定行程. 

CH5 : 智慧住宅-今天的明日世界

1. 智慧住宅又名住宅自動化, 初步功能可以讓我們透過網路用手機控制冷暖氣, 燈光, 家電, 門鎖, 電動窗簾與警報系統等. 進階功能是利用人工智慧, 讓這些設備可以自動開啟關閉與運作, 完全不須人力介入. 當全家出門, 車子離開出庫
2. 智慧住宅的智慧化步驟有六個 :
   一. 基礎通訊 :  讓家中設備連上網路.
   二. 簡單指令 : 例如鎖門開門, 開燈關燈, 檢查信箱, 或跌倒時呼叫協助等. 也可以偵測環境做出反應, 例如有人經過移動偵測觸發警報, 信件塞入信箱屋內燈就亮起.
   三. 基礎功能自動化 : 以預設定時器指令自動控制設備, 例如室溫控制, 定時開關燈, 定時啟動或關閉警報系統或灑水系統.
   四. 跟蹤或採取行動 : 利用感應器收集你的生活習慣, 對你的行為模式, 睡眠模式與健康狀態進行全時間監視, 使用基本的人工智慧或預設演算法進行決策. 平常早上六點起床, 會幫你開啟咖啡機, 如果與平常行為不同, 判斷可能受傷或生病而發出求助警報. 水壓突然下降可能是漏水立刻關閉水源通知水電檢修. 某個房間溫度異常升高可能為失火就開啟灑水器並通知消防隊等等.
   五. 提醒與回答問題 : 此階段進階人工智慧除了從生活取得個人資訊, 還會從網路擷取資訊, 這時智慧住宅可能比你還了解自己. 它會透過語音提醒你何時吃藥, 健身, 餵狗, 打重要的電話等, 甚至精準回答你詢問的問題.
   六. 自動化任務 : 此階段不需要詢問提醒, 智慧住宅自動幫你搞定一切可以自動化的事物. 
3. 智慧住宅需要甚麼零件或模組 ?
   一. 感應器 : 偵測環境變化
   二. 控制器 : 嵌入式微控器
   三. 致動器 (Actuator) : 如馬達, 開關, 閥門等.
   四. 匯流排 : 傳輸資料用
   五. 介面 : 通訊協定, 鍵盤, 按鈕, 開關等
   六. 網路 : Wi-Fi, Bluetooth 等
4. 智慧玻璃是在玻璃內部或外部加上一層可以調整透明度的物質, 例如陶瓷塗料或氧化錫奈米晶體, 加上低壓電流就會變暗, 使玻璃變成半透明, 可遮蔽強光甚至隔熱. 
5. Nest 公司的 Learning Thermostat 會學習家中成員喜歡的溫度, 回傳給 Nest, 他們與各電力公司合作, 當電力吃緊時透過 Nest 公司遠端調高家中冷氣溫度, 目的是幫電力公司平衡負載, 然後從電力公司省下的錢中分一杯羹. 
6. Skybell 視訊智慧門鈴上內建攝影機與 Wi-Fi 連線功能, 即使出門在外仍能從手機得知誰按了門鈴. 
7. 智慧監視器透過 Wi-Fi 與安裝於家裡各處的感應器連線, 例如偵測是否漏水的溼度感應器; 偵測失火的煙霧感測器; 偵測瓦斯燃燒不全的一氧化碳感測器等等. 當偵測到特定危險情況時, 監視器會透過簡訊或訊息傳送到手機上. 
8. Amazon 的 Echo 是一個類似 iPhone 的 Siri 的資訊查詢設備, 利用語音辨識合成與人工智慧技術對使用者提出的問題加以解析後, 透過 Wi-Fi 到雲端搜尋資訊後以語音回覆. 它也可以播放網路串流音樂. 
9. 在住宅自動化的無線網路技術上, 目前有三大主流 : INSTEON, Z-Wave, 與 ZigBee, 與傳統 Wi-Fi 的集中式連線不同, 三者都採用無線網狀網路 (Mesh network). INSTEON 採用無線射頻與電力線網路雙重技術來獲取傳輸穩定性, 但尚未被其他自動化業者廣泛接受, 是一個比較封閉式的系統. 而 Z-Wave 與 ZigBee 則已廣受住宅自動化業者採用, 例如智慧電表與瓦斯表, 它們分別採用 900MHz 與 915 MHz 頻段.
10. 智慧住宅控制器廠牌很多, 例如 Control4, Crestron, HomeSeer, mControl, Quirky, SmartThings, Vera, Vivint, WeMo, Wink, X10 等等. 也有開源的住家自動化控制器, 例如 Thing System. 
11. 住宅自動化擴充功能 : 智慧插座, 智慧家電, 保全系統, 照明控制, 環境顯示. 

CH 6 : 智慧衣著-穿戴式科技

1. 穿戴式裝置包括 : 智慧手錶, 運動手環, 健康手環, 計步器, 追蹤器
2. 穿戴式技術的目標是要將智慧型手機與電腦應用程式的先進功能放進每天穿戴的衣物裏頭, 能收集分析與顯示有用且重要的資訊, 卻不用掏出手機或拿出筆電.
3. 製造穿戴設備的業者不僅要懂技術, 還要懂時尚, 不僅要追求功能, 還要講求好看與舒適. 
4. 穿戴式追蹤器 : Lok8U, Trax, V.ALRT, Spy Spot
5. 穿戴式錄影機 : Narrative Clip, Autographer, Lifelogging, GoPro
6. 穿戴裝置收集到的資料未必停留在手機或電腦裡, 這些個人資料通常會回傳到製造商的伺服器裡, 甚至被分享給贊助廠商, 或出售給任何人. 出售顧客資料已經成為穿戴技術也者的穩定獲利來源.
7. 保險業者是對穿戴設備收集到的資料最感興趣的業者, 如果能監視你的日常健康狀況, 進而頻繁地調整你的費率, 甚至拒絕理賠. 他們只想從顧客身上賺到錢, 所謂在商言商, 要是無法賺到錢, 他們才懶得理你. 所以務必將穿戴設備應用程式設定中的資料回傳功能關掉, 雖然這不一定有效. 

CH 7 : 智慧購物-你想要甚麼, 他們比你還清楚

1. 智慧商店主要使用 RFID 與 NFC 技術來讀取商品資訊與付款. 而 Apple 的 iBeacon 系統則是利用 Bluetooth 技術與客戶手機通訊, 安裝於商店內各處的 iBeacon 裝置會合作對手機進行三角定位, 知道顧客位於店內何處, 再將附近特價商品訊息傳送到顧客的手機. 
2. NFC 無線技術利用電場或磁場 (不是無線射頻電磁波) 短距離傳輸資料, NFC 付款資料儲存在顧客手機中, 透過 NFC 傳輸至商店的付款終端機, 不須拿出信用卡即完成付款. Apple Pay 就是採用 NFC 技術. 而 CurrentC 則採用 QR Code.
3. 商店中的每一件商品都貼上 RFID 標籤是物聯網的重要象徵.

CH8 : 智慧汽車-連線奔馳

1. 目前最先進的行車電腦是引擎控制裝置 ECU (Engine Control Unit), 它監視幾十個感應器的輸出資訊, 控制引擎的運作, 排氣與省油. ECU 通常使用 32 位元 40MHz 的 CPU, RAM 只要 1M Bytes 即足以執行簡單的程式碼控制汽車. 
2. 目前的車內系統通常透過線路連接, 主要的通訊標準是 CAN (Controller-Area Networking), 最高速率達 500Kbps. 
3. 自駕車要成功, 甚至成功推上市場, 必須先解決法律問題. 

CH9 : 智慧飛行器-無人機入侵

1. Raven 這種現代化的監視無人機可以自已運作, 使用 GPS 技術與電腦化地圖找到目標後在上空盤旋自動回傳即時照片或影像. 更聰明的無人機可以自己起降, 自動避開障礙物, 找到目標後進行監視或攻擊.
2. 智慧表層是含有數以千計的小型感應器的覆蓋物塗裝在飛機的外表, 讓飛機的溫度, 風速等變化可以傳送到主電腦用來調整飛航速度高度等參數以減少飛行時間與油耗. 
3. 軍事無人機 : MQ-1 Predator (搭載 AGM-114 地獄火地對空飛彈進行空中攻擊), Raven (遠端偵察)

CH 10 : 智慧戰爭-機械的興起
CH 11 : 智慧醫療-我們技術易經準備好了
CH 12 : 智慧企業-做好事, 靠科技
CH 13 : 智慧城市-全民連線
CH 14 : 智慧世界-全球性萬物聯網

後面幾章我覺得沒啥值得筆記的, 就偷懶一下好了.