物聯網簡介蔡崇洲崑山科技大學電腦與通訊系.

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Presentation transcript:

物聯網簡介蔡崇洲崑山科技大學電腦與通訊系

內容何謂物聯網? 物聯網技術與產業無線感測網路_ZigBee之原理物聯網ZigBee之應用結論

物聯網? 在美國，由於電網效率低下而導致的電能損失高達 67% 交通阻塞每年造成的損失高達$780億由於供應鏈效率低下而造成的損失每年約為400億

何謂物聯網? 物聯網＝全面感知＋可靠傳遞＋智慧處理全面感知：即利用RFID、感測器、二維碼等隨時隨地獲取物體的資訊可靠傳遞：通過電信網路與互聯網的融合，將物體的資訊即時準確地傳遞出去智慧處理：利用雲端運算、模糊識別等各種智慧計算技術，對海量的資料和訊息進行分析和處理，對物體實施各種智慧化的控制～摘錄中移動王建宙談話

物聯網架構感知層網路層環境保護 ˙道路收費系統智能建築 ˙醫療設備監控水管理系統應用層氣象智能家庭能源管理系統 RFID標籤二維碼傳感器網路傳感器網路感知層 RFID讀取器條碼讀取器感測器閘道感測器閘道平台、軟體 4G 電信營運 2G 3G 網路層系統終端系統集成物聯網訊息中心物聯網管理中心物聯網營運終端設備：傳感器、微處理器、智能電子設備、信息設備、 PC、電話、汽車環境監測智能交通智能家庭遠程醫療資源管理環境保護 ˙道路收費系統智能建築 ˙醫療設備監控水管理系統 ˙汙染排放 ˙多功能智慧 ˙設備監控與 ˙臨床設備資料 ˙水管理綜合事態點即時監控交通卡系統管理 ˙自動獲取、歸感知平台 ˙汙染報警 ˙ 數位化交通 ˙ 節能控制檔、分析 ˙水壩安全監測 ˙碳排放管理管理系統 ˙ 智能社區 ˙病程紀錄 ˙ 水資源調度氣象智能家庭能源管理系統 ˙降水預報 ˙照明控制 ˙電網穩定及 ˙洪水預報 ˙家庭安防監控系統遙測 ˙家庭環境監控 ˙區域電力需求 ˙生態環境監測 ˙家電控制管理應用層

2010~2020物聯網階段發展目標項目 2010年前 2010～2015年 2015～2020年 2020年後技術願景 *物體之間互聯 *低功耗、低成本 *物聯網普及 *物體半智慧化 *物體可執行指令 *物體全智慧化標準 *安全及隱私標準 *無線與控制通訊協議 *特定產業的標準 *互動式協定和交互頻率 *電源和容錯協議 *網路交互標準 *智慧器件間系統 *智慧化反應標準 *健康安全技術研發課題 *交互性框架協定 *分散控制及分散式資料庫 *Ad-Hoc混合網路 *惡劣環境之應用 *全球化應用模式 *自適化系統 *分散式存儲與運算 *異質系統整合設備/器材 *多波段智慧天線 *低成本微型標籤 *高頻標籤 *微型的嵌入式讀取器 *提高資訊儲存量與感測力 *高傳輸速度 *晶片級天線 *物件整合 *超高速傳輸 *可控制標籤 *智慧化標籤 *自主性標籤 *協同式標籤 *新材質應用 *低成本材料開發 *新式物理功能開發 *生物可分解設備 *納米型驅動運算物件能源功耗 *低功耗晶片組 *降低能源消耗 *超薄電池 *電源優化系統 (能源管理) *改善能量管理 *提高電池性能 *能量捕獲 *印刷電池 *超低功耗晶片組 *可再生能源 *惡劣環境下發電 *能量迴圈利用 *生物降解電池 *無線電力傳輸

物聯網的功能與核心技術功能面技術面全面感知可靠傳輸智慧處理資訊取得資訊傳輸資料即時分析資料處理物品支付辨識能源耗用感測定位動作辨識環境安全感知生理健康感測需求存糧感知可靠傳輸即時通訊傳輸海量資料傳輸異質數據傳輸高標準QoS 多重傳輸方案三網融合傳輸智慧處理專業感測知識庫與技巧異質感測分析大型系統整合分析跨標準數據處理功能面資訊取得資訊傳輸資料即時分析資料處理技術面 RFID 傳感技術嵌入式系統自動儀表二維條碼無線感測網路 (WSN) 無線寬頻網路 Internet 廣電網高速電腦軟硬體超級計算海量存儲雲端運算工業自動化工控技術模糊控制人工智慧資訊聚合

發展物聯網發展七大關鍵技術分析高可靠度 RFID 高精度感測 IPv6 標準化M2M 奈米級高智能嵌入即時無線傳輸衛星通信物聯網源於RFID又超越RFID，新物聯網對RFID的可靠性要求將更高。高精度感測感測技術是物聯網資訊採集的最主要方法它直接制約著物聯網的發展 IPv6 物聯網的到來使 IP地址需求呈爆炸性增長 IPv4地址將極度匱乏 IPv6地址規劃迫在眉睫標準化M2M 物聯網要求任何物品之前都能進行有效資訊的交換標準化的M2M，旨在為不同體系間物品資訊交互提供一個統一的平台奈米級高智能嵌入物聯網交互的信息量將成指數增長，高智慧識別技術尤為重要，設備嵌入的晶片一定要越來越小，甚至達到奈米級或者更小即時無線傳輸物物相連的網路超越了空間的限制，任何有效資訊的交換最終都要由無線技術來傳輸。衛星通信衛星通信覆蓋廣、通信容量大、通訊距離遠、不受地理環境限制、品質優、經濟效益高等優點成為全球資訊高速公路的重要組成

ZigBee的需求初期應用是針對無線燈光控制。燈光控制並不只是用無線取代有線開關。 ZigBee加入燈光控制是為實現裝置與裝置互動及整合性的控制。中控管理系統能夠透過感應器知道目前光度的狀態進而依照預先設定模式自動做調整以達到節省能源的重要目的。在節約能源意識抬頭的現在，能源管控是很重要。

ZigBee 主要特色較長電池壽命：一對AA電池可以使用很多年低成本的無線節點：以前每個無線成本過高造成無法普及容易開發：低的開發及建置成本網路有自我修復功能：使用於Mesh網路支援大量傳輸點：目前可到65536點低的資料傳輸速率：主要應用於監控&控制世界通用標準：所有產品可以互相溝通

ZigBee可應用產品面

ZigBee™ 無線網路應用基本概念 ZigBee 無線模組 ZigBee 無線模組

ZigBee™ 網路_裝置種類(網路層面)

ZigBee™ 網路 _拓樸架構 PAN coordinator Full Function Device Reduced Function Device

ZigBee 網路模型 ZigBee Coordinator (FFD) ZigBee Router (FFD) ZigBee End Device (RFD or FFD) Mesh Link Sensor Link

ZigBee網路_裝置種類(應用層面) 家庭自動化_燈光profile Profile ID = 0x0103 ZigBee 電燈 On/Off 遙控器 Cluster ID = 0x30 On/Off 開關 Cluster ID = 0x20 從應用層面來看(profile) Profile ID 定義應用類別ID Cluster ID 不同裝置所收發的互動資訊ID Description 製造相關資訊裝置應用資訊應用屬性光感調整 Cluster ID = 0x52 ZigBee 光感應器

ZigBee的優點彈性的傳輸距離：從數十公尺到數百公尺都可以簡單應用。長效電源：使用一對AA電池達到長達數年的工作時間。低成本：IEEE 802.15.4 低複雜性架構。優秀的抗干擾能力：融合CSMA/CA以及DSSS的抗干擾技術。

ZigBee與其他無線系統比較 IEEE 802.11b Bluetooth ZigBee IEEE 802.11b Bluetooth ZigBee 電源持續單位小時天年開發複雜度非常複雜複雜簡單節點數 32 7 65536 建立連線速度 3 秒 10 秒 30 ms 傳輸距離 100 m 10m 70m ~ 300m 漫遊可不可資料傳輸率 11Mbps 1Mbps 250Kbps 安全性 SSID 64 bit, 128 bit 128 bit AES and key define ＊ZigBee具有最省電、最大網路節點數以及最低成本等特色，是專為低成本多節點的低功耗網路所設計。

ZigBee產品成功的典範

Home Automation

PHILIPS – ZigBee燈光系統 EQUOS Home Automation/Commercial Building EQUOS-ZigBee燈光系統透過電子安定器、光感應器和控制遙控器的協同工作達到高捷能的恆亮光源應用。

PHILIPS – ZigBee燈光系統 EQUOS Home Automation 動作感應器電子安定器光線感應器壁面開關燈光遙控器網路拓樸：Mesh，節點數1~65000

堪薩斯聖魯克醫院-醫療看護管理系統Access Control 此管理系統透過ZigBee網路讓醫院了解病患的所在位置和目前狀況，下一步計畫將醫護人員和醫療儀器也納入管理。

堪薩斯聖魯克醫院-醫療看護管理系統Access Control 病患 Amy 醫護人員 Dr. Terry Pierce Andy Kaufman 緊急狀況網路拓樸：Mesh，節點數50以上

ZigBee Home Automation Demo

光感應器對電燈_M2M 光感應器與燈光間的自動協調工作，讓你的家中隨時保持最舒適的光線，隨著自然光線而自動控制的燈光設備更可省下可觀的費用。 Light Sensor 光感應器與燈光間的自動協調工作，讓你的家中隨時保持最舒適的光線，隨著自然光線而自動控制的燈光設備更可省下可觀的費用。

ZigBee遙控器_M2M ZigBee遙控器讓您可以直接控制各種電氣設備。 Floor lamp Light sensor 光亮度資訊

電視對電話_M2M 當您的電話響鈴的時候，電視會自動將音量調小，讓您更清楚聽電話響鈴的聲音。在您把電話接起後，電視會更貼心的自動進入靜音模式，讓您能在安靜環境下進行通話。

居家安全_Security 動作感應器和煙霧感測器保護居家安全，透過ZigBee系統的協助，每個人都可以輕鬆安裝居家安全系統。

結論全面感知＋可靠傳遞＋智慧處理的時代即將來臨。生活模式的改變也會加快，回歸過去的反彈聲也會變大。這是不可擋的趨勢，期待未來更美好。

感謝聆聽 Q&A