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I的萬物論——迎接物聯網時代

英國科幻小說家亞瑟.克拉克說過:「任何先進的未來科技都會帶來和魔法一樣的效果。」當冰箱、桌子、咖啡機、體重計等「物體」都被施上科技魔法時,它們會變得「有意識」且「通情達理」,這就是物聯網所創造的世界。
 
 
物聯網概念的問世打破了傳統思維,人類可以用更精密、更即時的方式管理生產和生活,達到「智慧」的狀態。
▲物聯網概念的問世打破了傳統思維,人類可以用更精密、更即時的方式管理生產和生活,達到「智慧」的狀態。
 
從電腦、網際網路到物聯網
 
在物聯網的世界裡,所有的東西都會變得「善解人意」。當駕駛疲勞時,汽車會馬上接手開啟自動駕駛系統;出門前公事包會提醒主人忘了帶的東西;冷氣機會告訴請關窗,因為要進入冷房狀態。物聯網概念的問世打破了傳統思維,醞釀了一個超乎你我想像的世界,人類可以用更精密、更即時的方式管理生產和生活,達到「智慧」的狀態。
 
1950年左右電腦出現,正式向世人宣告資訊時代的來臨,科技改變了人類的生活面貌。1995年前後發生了網際網路革命,產生了人與人之間另一種溝通的方式,透過電腦與網際網路的結合,人與人之間可以跳脫現實生活中的互動,進而在網際網路上交流並打破了地理位置與時間的限制,能夠隨時隨地在線上與全世界互動。
 
隨著科技不斷地深入及創新,人類迫切地需要實現人與物、物與物之間的溝通,用以提升資訊透明度,並能夠對外界產生的變化即時做出正確的回應。一旦所有的物品都具備連結網路的能力,並透過網路提供的服務讓物品彼此間溝通,物聯網的世界便產生了。物聯網也可以說是網際網路的一種創新延伸。
 
物聯網——數位時代新浪潮
 
物聯網發展歷程圖。從1999年物聯網一詞出現,到2014年蘋果公司推出健康和家庭自動化的發展。
▲物聯網發展歷程圖。從1999年物聯網一詞出現,到2014年蘋果公司推出健康和家庭自動化的發展。
 
1995年,比爾.蓋茲在《擁抱未來》一書中展開他的智慧家居狂想,成為物聯網概念的濫觴。美國麻省理工學院Auto –ID中心主任凱文.愛斯頓(Kevin Ashton)於1999年提出「物聯網——網際網路通過無處不在的感測器連接到物理世界的系統」(The Internet of Things—A system where the Internet is connected to the physical world via ubiquitous sensors),闡明物聯網的基本含義——萬物都可通過網絡互聯。
 
從此,「物聯網」這個名詞成為21世紀最重要的關鍵字。短短的10年中,「物聯網」已成為下一個資通訊發展的重點,也宣告人類的溝通方式將進入另一個新的境界,開啟了人類科技的新未來。
 
物聯網是在電腦網際網路的基礎上,把感應器嵌入電網、鐵路、橋梁、隧道、公路、建築、水壩等各種物體中,然後把每一項「物」件與網路整合起來,實現人類社會與物理系統的整合。在這個整合的網路中,有能力超級強大的中心電腦群能夠對整合網路內的人員、機器、設備和基礎設施實施時時的管理和控制,達到智慧狀態。 
 
而物聯網的最終目的是期望透過感測元件所蒐集到的資料,進行數據分析與決策,最終做到預測。物聯網也是一個代表著邏輯計算和通訊的技術革命,這也歸功於電腦的發明,促成電子、半導體、資訊、光電、通訊、生物科技等產業的結合,進而建構一個覆蓋世界上萬事萬物的「Internet of Things」,同時被譽為下個數位時代的浪潮。
 
工業1.0到工業4.0的演變:第四次工業革命是智慧科技革命,技術的基礎是物聯網。
▲工業1.0到工業4.0的演變:第四次工業革命是智慧科技革命,技術的基礎是物聯網。
 
物聯網的架構
 
物聯網是架構在網際網路上更為龐大的網路,結合了各種末端設備和設施,包括嵌有各式感測元件的設備。這些嵌有感測元件的設備或設施再透過各種無線或有線,長距離或短距離的通訊網路互聯互通,再以雲端運算為基礎的模式,對萬物進行高效率及安全的管控,最終期望實現「預測」的功能。
 
一個完整的物聯網系統通常具備以下3個架構:感知層——透過RFID、感測器、二維條碼等感測元件,針對特定的物件進行資料蒐集或者監控的動作;網路層——透過各種網路技術把感測元件獲得的資料傳遞至特定的人事物上;應用層——透過有效的分析及處理,使得雜亂無章的資料形成有用的資訊,作為有效率的應用。
 
如果把物聯網當作人體來比喻,感知層如同皮膚及五官接受外界的刺激,透過神經網路來傳導,正是網路層的任務。
 
而位在雲端的主機會接收到大量的使用訊息,經過大數據的分析後,如同人類的大腦中樞做出反應並給各裝置相對的指令,正是應用層面的執行。
 
感知層
感知層包含了許多具有感知、辨識及通訊能力的設備,例如溫度感測器、光度感測器、RFID等。設備利用感測能力蒐集資料,透過彼此相互通訊把不同的資訊聚合,最後把資訊傳至網路層,使物與物或物與人之間產生連結與互動。
 
網路層
智慧物件必須有存取網際網路的能力,使得各種智慧物件之間能夠彼此分享資訊,包括人和物、人和人、物和物之間。網路層中的網路通訊技術包含了各種不同通訊範圍與傳輸速率的無線通訊網路,依照是否直接連結上網際網路的方式,可區分為:內部網路(稱區域網路),例如RFID、ZigBee、Bluetooth、UWB、WiFi等;外部網路,例如3G、4G、4GLTE、5G等。
 
應用層
主要包含應用支撐平台子層和應用服務子層。應用支撐平台子層用於支撐跨行業、跨應用、跨系統之間的信息協同、共用和互通。應用服務子層包括智能交通、智能家居、智能物流、智能醫療、智能電力、數字環保、數字農業、數字林業等領域。應用層是物聯網與行業間專業技術的融合,是依照行業或用戶的需求分析處理網路層中的感知數據,以提供特定的服務,並實現廣泛的智能化,就像人類的社會分工最後構成一個完整的社會。
 
物聯網架構圖。一個完整的物聯網系統通常具備感知層、網路層、應用層三個架構。
▲物聯網架構圖。一個完整的物聯網系統通常具備感知層、網路層、應用層三個架構。
 
雲端運算與大數據應用
 
在物聯網的世界裡,數十億個物件可以透過網路連接,這些相互關聯的物件經常地蒐集資料。無論有沒有意識到這一點,我們的生活周遭已經被這些依賴大數據的東西所包圍了。物聯網真正的創新來自於大數據與雲端運算的完美結合。而雲端運算技術並不是一個全新的技術,而是一個概念。它是一種電腦運算的概念,最簡單的意涵就是提供運算能力作為一種服務,使企業或個人可以透過網路取得。也就是讓網路上不同的電腦同時幫你做一件事,大幅增進處理所需要的速度。
 
大數據是指大量的數據,它是非結構化和沒有組織性的,是不斷增加的數據,需要蒐集、儲存、管理和分析才能運用。大數據技術是一項新的技術和結構,意指從各種非常大量的數據中獲取價值,並透過快速採集來發現和∕或分析大數據技術層。因此,大數據的4個特色是:大量化、多樣化、快速化、價值(資料)的真偽。
 
現在的大數據技術提供了各種不同的能力,已經用來創造新產品、預測行為和趨勢,並優化銷售活動。大數據正在改變各種行業的經營方式,它能提供量身打造的醫療保健,使得我們的城市更智慧、更安全。
 
各種感測元件與辨識設備
▲各種感測元件與辨識設備
 
物聯網的挑戰與資安問題
 
事實上要達到「物物相連」的物聯網世界仍要面對許多挑戰,可由3個方面來看:感知層、網路層、應用層。在感知層方面,因為各家感測裝置規格不同,產生的資訊檔案大小不一,應該儘速建置標準讓資料格式統一,方便資訊交換。就網路層面來看,資料傳遞時最怕遇到干擾。如何迅速有效地傳遞資訊,不讓資料在傳送途中流失,並且保護資料不受到駭客攻擊,以上所有的技術都是相關單位應該提升的。
 
就應用層面來說,能應用的範圍也愈來愈廣,訊息的正確性會隨著接受次數提升,訊息組合來源數也會愈來愈多。因此如何讓系統做到自動化管理,是發展物聯網會面對的智慧管理挑戰。 
 
物聯網能改變人們的生活模式,為大家帶來便利的生活,但隱藏了一些嚴重的問題,那就是資訊安全及隱私。整個城市甚至國家都經由物聯網串連起來,必須制定具體的計畫來保護資料。物聯網中很重要的關鍵因素就是行動裝置,若行動裝置遺失或被竊取時可能帶來安全問題,如何防範也是要思考的問題。因此,必須培養專業資訊安全人員及資料分析人員,藉由大數據分析找到推薦及預測未來方向。
 
萬物的I
 
當所有的物件通過網路而變成可讀的、可識別的、可定位的、可尋址的、可控制的,而無縫地整合到虛擬世界中,實現隨時隨地的連接,那麼歡迎來到物聯網的時代。2010年以前,物聯網應用由各國政府單位發起,大多應用在與環境感測相關的領域。到了2014年,隨著智慧型裝置深入一般民眾生活,穿戴裝置與智慧家庭應用逐漸受重視。預期到2020年,隨著各樣技術成熟,智慧城市會成為實現物聯網應用的重要場域。
 
每項科技的開發與進步都是為了讓這個社會更加進步,科學家口中的物聯網真的好嗎?它會是一個美麗新世界?還是被監控的圓形監獄?您曾反思過當機器人開始和人類共存時,該信任誰?當人類的聰明遇上機器的人工智慧(artificial intelligence, AI),萬物之間的I或許各有擅長,也許在運算型的工作上可以取代人類,但不要忘了人類的獨特之處就是在於有愛的能力,這是現階段所有科學家最難以破解的程式。
 
智慧博物館
 
近年來,隨著物聯網及其相關技術的發展,各行業特別是服務行業,積極從「資訊化」朝向「智慧化」演變,這個潮流順勢帶起台灣博物館諸多服務的改變。物聯網、大數據、人工智慧、機器人等確實為博物館群帶來創新展示與教育的機會和願景。 
 
2015年國家科技政策訂出了「以智慧科技打造永續成長的幸福社會」的美好願景,為落實這願景,制定了為期4年的「智慧博物館計畫」(2017~2020年)。這項計畫以博物館群為場域,推動數位智慧與行動科技的創新應用,增進人民對於最新智慧科技的了解與認同,打造博物館裡的物─聯─網,朝向智慧化管理,為不同年齡、不同職業的人量身訂做個性化的博物館展示活動。
 
回顧過去半個世紀,正巧也是不少技術發展的大躍進,例如全球競相發展奈米科技、網際網路串起世界、台灣大舉投入科技研發、電信自由化時代來臨、蘋果手機問世等。科技發展以類摩爾定律的速率前進,幾乎每天都有讓人驚喜的技術產生。或許你無法第一時間「更新」,但一定要記得「跟上」,不用懷疑「現在」看到像科幻電影場景中的人、事、物,都有可能就是你將面對的「未來」。下次當您再造訪博物館時,或許可以想想以下這個問題:您正在看著展品的同時,可能展品也正在看著您! 
 
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