市調機構IDC預測，2017年全球物聯網(IoT)市場規模將超過9,300億美元，較去年增加1,000億，今年并有機會挑戰破兆。3年后，預計市場將達到應用爆發期，規模更將翻倍成長達1.46兆美元。另外，全球物聯網設備數量成長更快速，5年內將翻漲3倍，2015年全球物聯網設備數量已有121億個，預計2018年將超越手機，未來3年，全球物聯網設備總數亦將累積高達300億個。
相信，無論是IDC或是其他市調單位的預估，都相當令人振奮，不是嗎？物聯網這個讓各個產業都相當興奮的詞，已開始逐漸在生活周圍、工廠、城市或商業區實現，2017年甚至被認為是物聯網應用市場發展起飛的一年。但不可否認的是，仍有許多業者“不甚理解”物聯網究竟該做什么，更也遑論在物聯網市場中，能像市調機構所預測，攢到好幾桶金。《電子工程專輯》(EETimes Taiwan)與《電子技術設計》(EDN Taiwan)共同舉辦的TechTaipei——「2017智能互連與嵌入式應用研討會」，邀集業界關鍵廠商為403位與會來賓解惑。
究竟要實現物聯網，必要的條件是什么呢？
《電子工程專輯》副主編鄭伃君指出，物聯網中的“聯”字，許多業者會使用“連”，但若是談到物聯網真正的意涵——萬物相連并結合，則使用字義帶有結合的“聯”這個字，才能貼近物聯網世界所要表達的真義。
另外，除了萬物相結合，物聯網千萬也別變成“誤聯網”或“惡聯網”。連接到不正確或是帶有惡意的網絡，也會失去物聯網真正的涵義。
以說文解字的方式定義物聯網的意義之后，恩智浦(NXP)大中華區MICR營銷經理黃健洲進一步說明實現物聯網的必要條件為何。他表示，實現物聯網的必要條件業界討論相當多，可從物聯網的發展挑戰開始探討。
現階段，業者遭遇的物聯網挑戰包括：如何使開發環境維持一致性，而非片段；如何做到優化的安全性，以及如何能讓產品進入量產階段。黃健洲認為，要克服這些挑戰，并將物聯網轉化為可實現的商品或可用之物，傳感器、處理器或微控制器(MCU)，以及連網技術，即為不可或缺的關鍵。
不僅如此，物聯網架構中，從最前端傳感器到后端處理中心整體的安全性，以及物聯網應用服務平臺，也須相當重視，才能打造一個完整、便利且能吸金的物聯網應用架構。
無線通信技術相輔相成
物聯網架構中，有線及無線通信技術絕不可少，否則無法將萬物相結合。而在物聯網的應用場域里，主要的通訊技術會是以無線通信技術為主，因為許多深山野嶺，或是具危險性的地區，無法鋪設有線網絡，也因此，給予各式各樣無線通信技術“出頭”的機會。
黃健洲指出，物聯網架構內的無線通信技術相當多，但彼此間各有所長，業者可依自己的物聯網應用特性進行評估，選擇最適合其中一種或多種無線網絡。目前各類無線技術各自占據的山頭，可以大略區分為：工業——以ZigBee為主、消費性電子——Wi-Fi或藍牙(Bluetooth)、家電——Thread，個人認證方面則是近距離無線通信(NFC)較強勢。
除上述無線通信技術外，近期還有些無線通信技術也應物聯網而生，如使用sub-1GHz頻段的LoRa。Microchip資深應用工程師張益洲表示，LoRa為基于線性擴頻調變的網絡物理層，其物理層支持遠距離通訊的網絡協議和系統架構，即可組成LoRaWAN網絡，不僅具備低功耗特性，還能擁有較長的傳輸距離。
圖1：根據應用需求比較各類物聯網無線通信技術
LoRaWAN具備兩種網絡架構：一為使用者自行架設網關(Gateway)及云端(Cloud)即可運作；另一種則是須和電信營運商合作，可布建范圍更寬廣的LoRaWAN網絡。張益洲說明，“目前臺灣業者大多選擇可自行建置網絡的LoRaWAN架構。”
Silicon Labs臺灣區總經理寶陸格認為，ZigBee技術推出之時，許多特性受到業界的矚目，不過要將設備接入ZigBee網絡得經過很多的設定，不夠友善，因此采用的數量不多。然而，ZigBee Alliance亦持續改進ZigBee，最新的ZigBee 3.0標準采用開放式系統架構(OSI)模型，將網絡架構的各層定義清楚，但網絡層、傳輸層、對話層(Session Layer)與展現層(Presentation Layer)卻不是走IPv4/IPv6網絡架構，以至于會出現不兼容的問題。
圖2：支持多重互聯網通訊協議物聯網應用情境
為“修補”ZigBee的不足，Thread在兩年前現身。寶陸格強調，Thread是基于IP架構的網狀網絡，與ZigBee最大的不同是，使用者可自行定義應用層。但ZigBee Alliance亦制定完整的ZigBee應用層架構，為了避免“浪費”，Thread Group將ZigBee應用層進一步IP化，并架構在Thread網絡上，使Thread網絡擁有從上到下完整的架構，而這樣完整的Thread網絡，ZigBee Alliance將其命名為“dotdot”。無論是Thread或是dotdot網絡皆可望在智能家居應用中，擁有一片天。
此外，針對工業應用，已并入亞德諾(ADI)的凌力爾特(Linear Technology)則是推出自有的Dust網絡。該公司市場應用經理陳柔文表示，根據統計，2025年全球物聯網市場產值將有60%落在工業領域，但工業與家庭應用的需求大不相同，因此不能以家庭物聯網應用的無線技術直接套用在工業市場，必須有更多“堅持”。
工業領域對于精準度與可靠度相當要求，亦需長距傳輸能力。而Dust與LoRa、ZigBee或Thread網絡底層都建基于802.15.4標準，惟在網絡上層設計有所不同，使Dust能夠將傳輸距離擴展至1,200公尺，并具備低功耗、低成本與簡易安裝特性，且維持較佳訊號穿透性表現。
不過，每一種物聯網應用并非仰賴單一無線通信技術就足夠。寶陸格以智慧家庭為例，家電的總控制設備可能是由一個嵌在墻上的總控制器執行，這些都可以Thread技術相互連結，但消費者的行動設備如智能手機、平板設備也會身兼控制中心，這時就需要利用行動設備標準配備的Wi-Fi或藍牙透過網關與Thread介接。
因此物聯網應用中的無線通信技術，設計師不僅要考慮應用中需要導入那些無線技術，也須留意各無線技術在各國開放的頻段也有差異。例如sub-1GHz各國開放的頻段，日本310MHz、中國大陸470MHz、歐洲433MHz~868MHz，臺灣則是915MHz。
微控制器更滿足市場所需
另一個讓物聯網概念變為實際的是物聯網設備的“大腦”——處理器或微控制器。針對各種物聯網應用設備所需，業者須選擇最合適的處理器或微控制器，才能在功耗、效能與成本上取得平衡。
張益洲指出，物聯網應用中，若是節點設備，則須要使用功耗非常低的微控制器，這是由于這些節點設備都以電池供電、且無法時常替換電池；若是用于中控中心或有市電供電的設備時，則就不需要太計較組件功耗，反而需要關注處理效能。
GigaDevice資深產品市場經理金光一表示，近期有越來越多的物聯網設備加入了生物辨識技術，不但保護設備的安全性，也保障使用者的財物不會輕易被有心人士盜取。此時，微控制器就需要加入新的功能與提升演算效率，但卻不能因為增添了新功能而讓成本“無限上綱”。
不僅如此，面對通用型微控制器無法滿足某些物聯網應用時，業者也須提供訂制化的微控制器予客戶，并提供完整開發支持與生態系統。
另一方面，無線通信技術也須使用微控制器進行通訊協議的處理，而現階段，單一無線技術無法“通吃”全部應用，因此微控制器需要支持多重無線通信技術標準。更重要的是，針對對于無線技術沒有概念的業者，如何讓設計人員能夠簡單設計微控制器，使其滿足物聯網應用所需，將多多少少影響物聯網市場的發展。
所幸，在業者的努力下，微控制器已越來越能符合物聯網應用的要求。有鑒于物聯網應用所需的無線通信技術各不相同，甚至前一代與下一代物聯網產品就得支持不同的無線技術，這時如果廠商因為支持的無線通信技術不同，而需要重新進行產品設計，將有極大可能喪失市場先機。
德州儀器(TI)營銷與應用嵌入式系統總監詹勛琪表示，微控制器要賦予物聯網設備連接性，內部必須整合無線通信的通訊協議，若是微控制器基礎架構都相同，透過類似堆棧樂高的方式，廠商僅需替換通訊協議的部分，或是再加上另一個無線通信協議，即可無須重頭設計，如此一來，將可節省時間與人力成本。詹勛琪補充，“未來支持雙模無線通信的技術的產品將越來越受市場歡迎。”
物聯網應用市場也相當看重產品上市時間。換句話說，業者開發的產品能夠越快進入市場越能搶占市場大餅。詹勛琪認為，要加快產品設計時程，支持連網技術的微控制器設計要能越簡單越好，廠商花越少的時間“糾結”微控制器的軟硬件設計或無線通信協議的了解，將能給予終端產品開發設計更多的時間及人力，更能設計出“驚世絕艷”的物聯網應用終端。
此時，微控制器業者提供的設計套件或軟件相關資源越豐富，越能節省客戶時間。而大多數的微控制器業者，也戮力專注于開發資源或套件的完整度，更透過社群軟件，讓開發者能夠相互交流，期可協助客戶盡快設計出所期望的物聯網設備。
內存容量/穩定性需求增
不僅微控制器順應物聯網市場逐漸變化，內存也是如此。富士通(Fujitsu)市場部總監馮逸新表示，物聯網節點設備大多是以電池供電，甚至不需電池，且產品尺寸也需小型化，再加上許多節點負責感測環境的工作，有時需配置在較為嚴苛的環境，對傳統的內存來說，是一大考驗。
為解決上述問題，寫入速度快、數據漏失較少的鐵電隨機存取內存(FRAM)，可以說相當適用于物聯網應用中。馮逸新指出，FRAM可降低印刷電路板(PCB)占位面積、減少物料清單(BOM)成本，加上沒有讀寫次數的限制，因此相較于EEPROM、SRAM或DRAM具備較多優勢，因此物聯網應中的各種RFID標簽，FRAM即相當有用武之地。
此外，由于FRAM可為微控制器提供高儲存容量與讀寫速度、更低功耗…等優勢，因此許多微控制器業者也開始將FRAM內建在微控制器中。根據Semico Research的統計，2017年一顆系統單芯片(SoC)中，將有84%是內存，邏輯的部分僅占16%，未來內存的比重也將越來越高。
圖3：富士通展示無電池RFID的創新物聯網應用—利用FRAM RFID實現的無線鍵盤
厚翼科技(HOY)資深協理王炳興表示，隨著無論是傳統 或FRAM內存開始大量內建在單核及多核心微控制器中，如何測試內建于微控制器的內存效能，甚至進一步有效修復內存，都將是微控制器或是SoC的重要課題。
不可否認，在物聯網應用市場中，降低產品設計成本已成為業者追求的終極目標之一。王炳興認為，“透過更有效的內存測試與修復解決方案，將能有效降低物聯網開發平臺的設計成本。”
建構服務平臺不再傷腦筋
阻礙物聯網加速開發的絆腳石包含基礎建設的成本、設備與聯機端的安全性，以及開發時，人員及時間成本。不僅如此，物聯網服務平臺的建置，對于沒有太多資源或是概念的產品制造商來說，也是令其相當頭痛的部分。
ARM物聯網事業群業務總監粘靜芳表示，物聯網產品發展的成功要素是使用開放性標準、避免采用單一廠商擁有的技術、安全性與設備完整的開發工具支持；再者就是服務平臺的建立，產品收集的相關信息才能進一步傳輸到云端平臺分析，或是遠程更新韌體與管理、追蹤產品狀況。
不過，要開發物聯網服務平臺，或是將產品鏈接到云端，說起來很容易，實作上相當難。粘靜芳認為，要讓設備順利鏈接到云端平臺，若是選擇與第三方云端平臺供貨商合作，業者無論選擇哪一家廠商，都要注意其平臺是否支持開放原始碼、是否擁有服務器或和其他服務器廠商合作，以及是否已架接好應用程序編程接口(API)。
如此一來，才不會需要花許多時間或成本去調整，甚至出問題還得花人力與更多資源去修復。粘靜芳說：“目前有許多公司已開始將目光從物聯網可以賺多少錢，轉向物聯網可以為企業省下多少成本。”
若是廠商要自行開發物聯網平臺，該如何省成本？Ayla大中華區管道市場與區域銷售總監張家源表示，對于資本雄厚的大企業來說，自行建置物聯網服務平臺，可能不會有太大的問題；但對于中小企業而言，要升級、轉型至開發物聯網產品，光就人才難尋且“價格高”這一點，就很有可能扼殺中小企業進入物聯網市場的機會。
圖4：Ayla在現場展示透過其端對端的物聯網IoT平臺，輕松實現以Echo語音控制切換家中照明開關
也因此，張家源建議，企業可以尋找專門的業者合作，將產品到連網、通路、云端平臺這一段補齊，僅需專心研發并銷售產品。此外，物聯網產品也需跟隨市場潮流進行「改版」，最快且便利的方式就是透過云端，因此選擇合作廠商時，也需考慮其技術平臺是否能夠擴充，并與其他業者的云端平臺接軌。
事實上，物聯網不是眼睛所看到的那么簡單，背后需要非常多的技術才能實現。物聯網市場也不是廠商說要進入就能順利進入，業者需要“做”的功課非常多，開發的產品要如何“一站到位”，真正滿足市場需求，還要兼顧產品上市時間與成本，有志進入物聯網市場的業者們真的需要努力再努力。
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