物聯網在智慧家庭與智慧社區的應用 
張志勇、陳正昌 / 淡江大學資訊工程系 (2013/01/22)
一、物聯網簡介
在過去數十年間，網際網路的技術發展與應用快速成長，改變了人類的生活與溝通方式。隨著網路與通訊技術的創新以及微機電技術的進步，感知與物件聯網技術已可將感測器與無線通訊晶片嵌入於實體物質或與其高度整合，各式各樣的智慧物件亦隨處可見，如智慧手機、智慧插座、具紅外線感應能力及無線傳輸能力的LED照明燈、機器人、智慧冰箱、聯網電視、具DLNA功能之智慧家電等。結合智慧物件的物聯網（The Internet of Things）也隨之興起，並漸漸廣泛地應用在建構智慧客廳、智慧停車場、智慧社區、智慧校園、智慧醫院以及智慧城市。
二、 物聯網的架構
根據歐洲電信標準協會(European Telecommunications Standards Institute, ETSI)之定義，物聯網可依照不同的工作內容以「層」(Layer)的方式劃分成三層，其主要是由感知層、網路層及應用層所建構而成，如圖(一)所示。就感知層而言，具感測或辨識能力的元件可嵌入於各種真實物體上，使其更具智慧。其中，日常生活中常被用來嵌入物體的感測元件，包括紅外線、溫度、濕度、亮度、壓力、三軸加速度等感測器，使智慧物件具有感測環境變化或物體移動的能力。至於物體在辨識能力的提昇，最常見的便是RFID的元件了，將RFID的標籤嵌入於物體，便使物體可以記錄及回報自己的身份或狀態。物聯網的第二層為網路層，如圖(一)所示，物聯網中的智慧物件通常也需要能將其感測資訊傳遞至網際網路，以便分享這些即時且重要的資訊給適當的使用者，並能遠端受控於使用者，與使用者間有更好的互動關係。為達到此目的，通常會將無線通訊的能力嵌入於智慧物件中，使其具有聯網能力，常見的無線通訊的技術包括紅外線、Zigbee、藍牙、WiFi、3G等，透過無線/有線連結至網際網路，使人們可隨時掌握該物體的狀態或對該物體進行遠端操控，這些由智慧物件所收集而得的資訊，透過雲端技術的儲存、處理及分享機制，進而運用於智慧化的控制或處理，實現使用者與各物體之間的互動、溝通與操作。透過上述的『感知』與『聯網』技術，可使物品（Thing）、時間（Time）與地點（Place）及事件(Event)等實體世界的重要資訊，自動傳送至網際網路，藉由雲端運算的資訊管理、儲存與分享，使人與物及物與物間的互動更易實現，人們可掌握更多的實體物件資訊，諸如實體世界的血壓計及血糖機可自動感應人體的生理機能並自動將讀數傳送至雲端；實體世界的家電產品可將每小時的電量消耗、冰箱內的庫存食物、冷氣的開關狀態等傳送至雲端，並可由人們透過遠端加以操控其行為；實體世界的車子可將行車記錄器的影像、空氣品質與道路坑洞等資訊傳送至雲端以分享他人等，這些透過感知與物件聯網、雲端科技及語言與語意交換與分析的技術，可將實體世界中眾多的物體聯結成一巨大的物聯網，並提供諸如智慧生活、綠色建築、智慧車載、智慧物流、智慧學習、健康照護、智慧電網及人文藝術等多個領域的應用服務。
圖(一)、物聯網架構及關鍵技術
三、 物聯網與網際網路
物聯網與網際網路有著許多不同之處，網際網路提供許多重要的資訊，透過瀏覽器及搜尋引擎，便可輕易地獲得購物、交通、行車路線等資訊。此外，透過社群應用軟體(如Plurk、Facebook、Twitter等社群平台)，使用者便可在遠端彼此分享訊息。然而，現今網際網路大多的資訊內容，仍是由人們輸入，並非自動取得。當物聯網與網際網路整合後，便不同於現今的網際網路，有大量的訊息並非由人們輸入，而是由智慧物件自動產生。由於人們是生活在實體空間，如家庭、學校、辦公室，而這些實體空間中所擺置的設備，小至遙控器、手機、照明設備、監控設備及家電產品，大至鐵路、橋樑、建築物等，如何使這些實體空間的物體，更易與人們互動，以達到優質生活的目標，便是物聯網存在的價值。物聯網中的智慧物件，能對實體空間中的環境變化進行感測，並可供辨識，再透過聯網能力，自動將資訊傳遞到網際網路，以便分享於使用者，而使用者透過網際網路接收到即時的訊息後，亦可透過網際網路的遠端操作，控制智慧物件的行為，或是事先針對智慧物件設定行為模式，使其因應不同的事件而能自動運行，並在物聯網中自動與其它智慧物件進行對話、分工或合作，便能應用於改善生活品質，其應用範圍遍及交通、環境保護、政府工作、公共安全、家居安全、消防、工業監測、老人護理、個人健康、綠能產業等多個領域。由於這種技術發展可以有效率地對機器、設備、人員的狀態進行管理、控制、監控、查詢，使得物聯網在近期受到世界各國的關注，美國（智慧地球）、歐盟、日本（U-Japan）、韓國及中國（感知中國）政府等視為潛在無限商機的高科技市場，具有高度發展機會。美國權威諮詢機構Forrester、思科科技長華瑞(Padmasree Warrior)與專注於IT、通信等行業的研究機構貝葉思陸續發布的報告，皆同時顯示物聯網技術的發展前景遠大，對經濟與社會的影響將不言可喻，這也是物聯網被稱為下一個萬億蛋糕產業的原由。
或許大家覺得物聯網離我們仍很遙遠，但其實在已有許多物聯網的實際應用存在於我們日常生活中，其中手機便是一個最常見的物聯網設備，其內建RFID、G-Sensors、電子羅盤及各種軟體，使手機的智能已接近物聯網所要求的智慧物件。如圖一所示，將物物相連的概念套用在手機上，使手機能裝置各項感測器與安裝相關應用程式，透過網路的資料傳輸，即可進行各項智能服務。例如物流服務、人文藝術服務、智慧學習服務、智慧醫療服務、智慧家居服務、智慧交通服務以及智慧綠能服務等不同層面之應用範圍。
四、 物聯網在智慧社區的應用
『物聯網』相關領域在近年來受到全世界的高度重視，在科技不斷的發展及進步之下，越來越多具有智慧化以及自動化的家電產品因應而生，而這一類型的智慧型家電也逐漸成為一般消費者購買家電商品時的主要選擇。不難發現，智慧社區的概念已漸形成一股風潮，國內許多建設公司也都紛紛將物聯網觀念帶入其建築當中，因而發展出智慧住宅。透過智慧化與自動化技術的提升，將科技融入生活中，使未來的生活將更加便利及舒適。
智慧社區可透過物聯網技術，時時監控社區內設備與環境狀態，並以整合全社區資訊與提升社區居民生活之便利性為目標，將社區所有住戶與管理中心視為一個共同體，提供住戶日常生活最息息相關資訊與功能，諸如社區環境安全狀態監控、社區公設使用管理、居住安全、門禁管理、公設資訊、信件通知等等，再加上人性化的操作介面，讓住戶體驗完全不同的生活價值，藉此提升社區服務品質及效率。在智慧社區中，社區居民除了可掌握全社區的資訊外，亦可針對家庭中之設備進行無線或遠端監控，如燈光、窗簾、空調、視聽設備等設備之控制；住戶只要One Touch就能輕鬆享受物聯網技術所帶來的嶄新生活型態。
在不久的未來，智慧家庭與智慧社區環境中將存在著各式各樣的智慧物件，如生醫設備、健康器材、智慧藥盒、智慧電網之電流監控設備(Power meter)、水量監控設備(Water meter)、溫濕度監控設備、智慧電燈等設備，這些設備基於無線傳輸低耗能及自動建立網路拓樸的要求，有些設備已採用Zigbee無線通訊標準作為其無線傳輸介面。另一方面，由於無線基地台(Access Point, AP)已存在於大多數的家庭中，且許多城市的無線基地台將可達到97%以上的覆蓋率，因此，AP儼然已成為各種無線標準溝通的最後一米網通元件。有鑑於此，淡江大學資訊工程學系以無線基地台為基礎，在其上嵌入物聯網Zigbee通訊技術，使無線AP可進行不同通訊技術，如WiFi、Zigbee、Ethernet通訊技術間之標準相容及訊號轉換，以進行設備狀態的自動收集及設備操控命令的遠/近端無線傳輸，如圖(二)所示，其所開發的『物聯網無線基地台(AP)』在物聯網產業中將擔負重要的任務，除了提供無線上網的功能外，亦嵌入Zigbee無線通訊模組之硬體及靭體，與家中或社區各項網通及家電產品溝通與控制的閘道，成為與各項物聯網近端設備溝通、監測、控制、上網與雲端介接的重要物聯網設備。
圖(二)、『物聯網無線基地台』為物聯網與網際網路之最後一米網通設備
透過物聯網技術於智慧社區的發展，將能使民眾輕鬆參與社區之互動，諸如協助監控社區環境與設備動態，隨時掌握居住安全、減少社區不必要的資源浪費、妥善保存社區資產、掌握社區公設的使用現況與維護紀錄等等，讓民眾能夠安心、輕鬆、享受的生活！
五、 結語
物聯網(Internet of Things)的時代已經來臨，物聯網顧名思義就是物物相連的網路，在生活中的各種物體上安裝上無線射頻辨識、感測器或是無線通訊晶片，讓物體可以透過網際網路而連結起來，回傳物體的狀態或供人類對物體進行控制。透過介面與無線網路相連，賦予每個物體智慧，進而實現人與物體的溝通和對話，也可以實現物體與物體互相間的溝通和對話，並可透過網際網路與物聯網提供多樣化與即時且豐富的資訊內容。物聯網所能提供管理與服務的功能相當廣泛，包含即時監測、定位追蹤、報警聯動、調度指揮、預算管理、遠程控制、安全防範、決策支援等，由於每個人生活周遭平均約有1,000項至5,000項物品，因此物聯網的整體規模相當龐大，涵蓋500億至1,000億個物體，其中潛藏著龐大的商機，這也是為何各國與許多科技和電信大廠如此重視物聯網。
物聯網技術的發展勢在必行，且其包含之領域與範圍甚廣，它是一個跨領域且需將技術轉換為服務的產業。物聯網技術並非為一個無中生有的科技，我們可將其視為一種生活的進化，許多物聯網技術所發展的獨立系統或平台早已應用於現實生活中，但系統間仍需搭起橋樑，讓各系統的資訊具有通透性並可彼此交換及解讀，才能將物聯網服務的範圍擴大，達成物與物、人與人甚至人與物之間的良好互動與溝通，並進而建構出更優質的生活環境。
>>原文出處：
張志勇, 陳正昌,"物聯網在智慧家庭與智慧社區的應用",網路通訊國家型科技計畫簡訊, no.40, June 2012.
在過去數十年間，網際網路的技術發展與應用快速成長，改變了人類的生活與溝通方式。隨著網路與通訊技術的創新以及微機電技術的進步，感知與物件聯網技術已可將感測器與無線通訊晶片嵌入於實體物質或與其高度整合，各式各樣的智慧物件亦隨處可見，如智慧手機、智慧插座、具紅外線感應能力及無線傳輸能力的LED照明燈、機器人、智慧冰箱、聯網電視、具DLNA功能之智慧家電等。結合智慧物件的物聯網（The Internet of Things）也隨之興起，並漸漸廣泛地應用在建構智慧客廳、智慧停車場、智慧社區、智慧校園、智慧醫院以及智慧城市。
二、 物聯網的架構
根據歐洲電信標準協會(European Telecommunications Standards Institute, ETSI)之定義，物聯網可依照不同的工作內容以「層」(Layer)的方式劃分成三層，其主要是由感知層、網路層及應用層所建構而成，如圖(一)所示。就感知層而言，具感測或辨識能力的元件可嵌入於各種真實物體上，使其更具智慧。其中，日常生活中常被用來嵌入物體的感測元件，包括紅外線、溫度、濕度、亮度、壓力、三軸加速度等感測器，使智慧物件具有感測環境變化或物體移動的能力。至於物體在辨識能力的提昇，最常見的便是RFID的元件了，將RFID的標籤嵌入於物體，便使物體可以記錄及回報自己的身份或狀態。物聯網的第二層為網路層，如圖(一)所示，物聯網中的智慧物件通常也需要能將其感測資訊傳遞至網際網路，以便分享這些即時且重要的資訊給適當的使用者，並能遠端受控於使用者，與使用者間有更好的互動關係。為達到此目的，通常會將無線通訊的能力嵌入於智慧物件中，使其具有聯網能力，常見的無線通訊的技術包括紅外線、Zigbee、藍牙、WiFi、3G等，透過無線/有線連結至網際網路，使人們可隨時掌握該物體的狀態或對該物體進行遠端操控，這些由智慧物件所收集而得的資訊，透過雲端技術的儲存、處理及分享機制，進而運用於智慧化的控制或處理，實現使用者與各物體之間的互動、溝通與操作。透過上述的『感知』與『聯網』技術，可使物品（Thing）、時間（Time）與地點（Place）及事件(Event)等實體世界的重要資訊，自動傳送至網際網路，藉由雲端運算的資訊管理、儲存與分享，使人與物及物與物間的互動更易實現，人們可掌握更多的實體物件資訊，諸如實體世界的血壓計及血糖機可自動感應人體的生理機能並自動將讀數傳送至雲端；實體世界的家電產品可將每小時的電量消耗、冰箱內的庫存食物、冷氣的開關狀態等傳送至雲端，並可由人們透過遠端加以操控其行為；實體世界的車子可將行車記錄器的影像、空氣品質與道路坑洞等資訊傳送至雲端以分享他人等，這些透過感知與物件聯網、雲端科技及語言與語意交換與分析的技術，可將實體世界中眾多的物體聯結成一巨大的物聯網，並提供諸如智慧生活、綠色建築、智慧車載、智慧物流、智慧學習、健康照護、智慧電網及人文藝術等多個領域的應用服務。
圖(一)、物聯網架構及關鍵技術
三、 物聯網與網際網路
物聯網與網際網路有著許多不同之處，網際網路提供許多重要的資訊，透過瀏覽器及搜尋引擎，便可輕易地獲得購物、交通、行車路線等資訊。此外，透過社群應用軟體(如Plurk、Facebook、Twitter等社群平台)，使用者便可在遠端彼此分享訊息。然而，現今網際網路大多的資訊內容，仍是由人們輸入，並非自動取得。當物聯網與網際網路整合後，便不同於現今的網際網路，有大量的訊息並非由人們輸入，而是由智慧物件自動產生。由於人們是生活在實體空間，如家庭、學校、辦公室，而這些實體空間中所擺置的設備，小至遙控器、手機、照明設備、監控設備及家電產品，大至鐵路、橋樑、建築物等，如何使這些實體空間的物體，更易與人們互動，以達到優質生活的目標，便是物聯網存在的價值。物聯網中的智慧物件，能對實體空間中的環境變化進行感測，並可供辨識，再透過聯網能力，自動將資訊傳遞到網際網路，以便分享於使用者，而使用者透過網際網路接收到即時的訊息後，亦可透過網際網路的遠端操作，控制智慧物件的行為，或是事先針對智慧物件設定行為模式，使其因應不同的事件而能自動運行，並在物聯網中自動與其它智慧物件進行對話、分工或合作，便能應用於改善生活品質，其應用範圍遍及交通、環境保護、政府工作、公共安全、家居安全、消防、工業監測、老人護理、個人健康、綠能產業等多個領域。由於這種技術發展可以有效率地對機器、設備、人員的狀態進行管理、控制、監控、查詢，使得物聯網在近期受到世界各國的關注，美國（智慧地球）、歐盟、日本（U-Japan）、韓國及中國（感知中國）政府等視為潛在無限商機的高科技市場，具有高度發展機會。美國權威諮詢機構Forrester、思科科技長華瑞(Padmasree Warrior)與專注於IT、通信等行業的研究機構貝葉思陸續發布的報告，皆同時顯示物聯網技術的發展前景遠大，對經濟與社會的影響將不言可喻，這也是物聯網被稱為下一個萬億蛋糕產業的原由。
或許大家覺得物聯網離我們仍很遙遠，但其實在已有許多物聯網的實際應用存在於我們日常生活中，其中手機便是一個最常見的物聯網設備，其內建RFID、G-Sensors、電子羅盤及各種軟體，使手機的智能已接近物聯網所要求的智慧物件。如圖一所示，將物物相連的概念套用在手機上，使手機能裝置各項感測器與安裝相關應用程式，透過網路的資料傳輸，即可進行各項智能服務。例如物流服務、人文藝術服務、智慧學習服務、智慧醫療服務、智慧家居服務、智慧交通服務以及智慧綠能服務等不同層面之應用範圍。
四、 物聯網在智慧社區的應用
『物聯網』相關領域在近年來受到全世界的高度重視，在科技不斷的發展及進步之下，越來越多具有智慧化以及自動化的家電產品因應而生，而這一類型的智慧型家電也逐漸成為一般消費者購買家電商品時的主要選擇。不難發現，智慧社區的概念已漸形成一股風潮，國內許多建設公司也都紛紛將物聯網觀念帶入其建築當中，因而發展出智慧住宅。透過智慧化與自動化技術的提升，將科技融入生活中，使未來的生活將更加便利及舒適。
智慧社區可透過物聯網技術，時時監控社區內設備與環境狀態，並以整合全社區資訊與提升社區居民生活之便利性為目標，將社區所有住戶與管理中心視為一個共同體，提供住戶日常生活最息息相關資訊與功能，諸如社區環境安全狀態監控、社區公設使用管理、居住安全、門禁管理、公設資訊、信件通知等等，再加上人性化的操作介面，讓住戶體驗完全不同的生活價值，藉此提升社區服務品質及效率。在智慧社區中，社區居民除了可掌握全社區的資訊外，亦可針對家庭中之設備進行無線或遠端監控，如燈光、窗簾、空調、視聽設備等設備之控制；住戶只要One Touch就能輕鬆享受物聯網技術所帶來的嶄新生活型態。
在不久的未來，智慧家庭與智慧社區環境中將存在著各式各樣的智慧物件，如生醫設備、健康器材、智慧藥盒、智慧電網之電流監控設備(Power meter)、水量監控設備(Water meter)、溫濕度監控設備、智慧電燈等設備，這些設備基於無線傳輸低耗能及自動建立網路拓樸的要求，有些設備已採用Zigbee無線通訊標準作為其無線傳輸介面。另一方面，由於無線基地台(Access Point, AP)已存在於大多數的家庭中，且許多城市的無線基地台將可達到97%以上的覆蓋率，因此，AP儼然已成為各種無線標準溝通的最後一米網通元件。有鑑於此，淡江大學資訊工程學系以無線基地台為基礎，在其上嵌入物聯網Zigbee通訊技術，使無線AP可進行不同通訊技術，如WiFi、Zigbee、Ethernet通訊技術間之標準相容及訊號轉換，以進行設備狀態的自動收集及設備操控命令的遠/近端無線傳輸，如圖(二)所示，其所開發的『物聯網無線基地台(AP)』在物聯網產業中將擔負重要的任務，除了提供無線上網的功能外，亦嵌入Zigbee無線通訊模組之硬體及靭體，與家中或社區各項網通及家電產品溝通與控制的閘道，成為與各項物聯網近端設備溝通、監測、控制、上網與雲端介接的重要物聯網設備。
圖(二)、『物聯網無線基地台』為物聯網與網際網路之最後一米網通設備
透過物聯網技術於智慧社區的發展，將能使民眾輕鬆參與社區之互動，諸如協助監控社區環境與設備動態，隨時掌握居住安全、減少社區不必要的資源浪費、妥善保存社區資產、掌握社區公設的使用現況與維護紀錄等等，讓民眾能夠安心、輕鬆、享受的生活！
五、 結語
物聯網(Internet of Things)的時代已經來臨，物聯網顧名思義就是物物相連的網路，在生活中的各種物體上安裝上無線射頻辨識、感測器或是無線通訊晶片，讓物體可以透過網際網路而連結起來，回傳物體的狀態或供人類對物體進行控制。透過介面與無線網路相連，賦予每個物體智慧，進而實現人與物體的溝通和對話，也可以實現物體與物體互相間的溝通和對話，並可透過網際網路與物聯網提供多樣化與即時且豐富的資訊內容。物聯網所能提供管理與服務的功能相當廣泛，包含即時監測、定位追蹤、報警聯動、調度指揮、預算管理、遠程控制、安全防範、決策支援等，由於每個人生活周遭平均約有1,000項至5,000項物品，因此物聯網的整體規模相當龐大，涵蓋500億至1,000億個物體，其中潛藏著龐大的商機，這也是為何各國與許多科技和電信大廠如此重視物聯網。
物聯網技術的發展勢在必行，且其包含之領域與範圍甚廣，它是一個跨領域且需將技術轉換為服務的產業。物聯網技術並非為一個無中生有的科技，我們可將其視為一種生活的進化，許多物聯網技術所發展的獨立系統或平台早已應用於現實生活中，但系統間仍需搭起橋樑，讓各系統的資訊具有通透性並可彼此交換及解讀，才能將物聯網服務的範圍擴大，達成物與物、人與人甚至人與物之間的良好互動與溝通，並進而建構出更優質的生活環境。
>>原文出處：
張志勇, 陳正昌,"物聯網在智慧家庭與智慧社區的應用",網路通訊國家型科技計畫簡訊, no.40, June 2012.
達人簡歷
| 張志勇教授 |
|
||||||||||
| 現 任 | 淡江大學資訊工程學系專任教授 國科會資訊學門複審委員 國立聯合大學資工系系務發展諮詢委員 國立宜蘭大學電子系工程認證校外諮詢委員 真理大學資工系校外課程諮詢委員 財金資訊股份有限公司顧問 |
||||||||||
| 簡 歷 | 近期發展： 學術成果： 媒體報導與展覽： |
||||||||||
