物联网：整合感知层的动态网络

　　物联网技术涵盖RFID、二维条形码、ZigBee传感器、NFC、WiFi和MEMS等，把物与物和人与物的连结更全面地整合在一起，达到智能管理、识别、监控、传递信息的目的。

　　物联网的概念就是让所有物体都能够链接到因特网，并通过因特网联结成一整套层次分明的巨型网络。而因特网若要传递各种物体的信息，就必须掌握这些物体的物理数据，因此物联网首先必须建立基础的感知层和相关技术。

　　感知层的技术重点就是把各种物体所表现出来的模拟和数字信号完整而地搜集起来，它所应用的主要技术几乎包括所有短距无线感测技术，强调高读写识别能力、高数据读取传输速率和短访问时间，涵盖无线射频识别（RFID）、二维条形码、ZigBee传感器、WiFi和MEMS等。值得注意的是，近距离无线通信（NFC）也将成为物联网人与物之间重要的信息传递交流技术，特别是通过智能手机这个环节。

　　物联网还包含已经发展一段时间的无线感测网络（WSN），但不局限于此，例如目前火热的智能电网就是物联网创新架构下重要内容之一。2009年9月欧盟的CERP-IOT研究小组进一步扩展了物联网的定义：按照标准架构且可相互协作的通讯协议、具有自配置能力的动态网络基础。按照这一定义，物联网的各类物体应具备标识、表现、传递自身物理属性和特性的智能接口，而这个接口又以整合各种无线通信和感测组件技术为。因此，不仅感测组件、MEMS芯片和RFID芯片厂商，甚至连无线通信芯片厂商和模块厂商也纷纷投入物联网的开发整合工程中。

　　物流网络：RFID当家作主

　　二维条形码和RFID是取代一维条形码的替代技术，信息储存容量成几何倍数增长，而且访问时间短、识别读取速度快，并支持全方位识别读取。但由于RFID需要特制芯片，因此成本较高，估计芯片可占RFID读取器整体成本的30~65％。传统的二维条形码印刷之后就不能修改，而RFID可以多次读写，储存量更高，读取器可同时非接触式识别多个标签，可适应各种恶劣环境条件，抗污和耐久性高，因此其在物流管理、证件安全识别、票种验证等应用上有相当大的发展空间。

　　现在二维条形码厂商也藉由后台服务模式，进一步解决了二维条形码不能多次读写和储存容量有限的问题。目前手机二维条形码应用的未来发展潜力正被市场看好，主要包括读取数据、译码上网、译码验证和译码通讯这四种应用模式，其中译码验证和译码通讯或将改变现有的商品供应链和购物方式。

　　越来越多IC厂商正在开发可支持两种主要频段的RFID芯片：其一是目前主流的高频HF（13.56MHz）频段，主要规范为ISO 14443/15693；其二是发展潜力可期的超高频UHF（860~960MHz）频段，主要针对供应链管理，而以供应链应用为主的RFID标准化规格ISO 18000-C6（EPC Class 1 Gen 2）则是芯片厂商重要的设计参考架构。RFID还包括125~133kHz低频段，符合ISO 11784/11785规范，而2.45和5.8GHz微波频段则较少被用于RFID。

　　恩智浦、英飞凌、德州仪器、奥地利微电子、Alien和Impinj（2008年收购英特尔RFID部门）、意法半导体、日立是力推RFID芯片方案的主要国际大厂。例如恩智浦推出可支持超高频、整合耦合组件和芯片的RFID卷标，意法半导体则推出可支持高频HF应用的RFID芯片。

　　各频段技术均有不足之处。例如低频RFID读取范围较容易受限，大约在1.5米之内；高频RFID会因为金属物品接近而无法正常运作；超高频RFID则会因为频率相近而产生同频干扰，在阴暗环境下有可能影响系统运作，此频段范围在日本不被用作商业用途，这将会影响该频段RFID的应用广度。整体而言，强化安全性、增加存储容量、提升数据共享与控制机制、内建防冲突机制设计以防止相互干扰，以及进一步整合其他感测技术将是下一代RFID芯片的设计重点。

　　RFID加上传感器就能扮演遥测设备的角色。RFID应用在无线感测网络架构中属于大规模分散系统，若要进一步整合各类传感器，彼此电压不同是个难题，且降低功耗、避免读取器相互干扰、避免无线长距离被干扰等技术难点都有待克服，同时还要让成本符合商业化需求才能得以扩大应用。

　　电子交易网络：NFC芯片可望再创高峰

　　物联网也包涵应用广泛的电子交易网络，其中NFC技术已经发展多年，预计今年在智能手机和平板电脑中将会越来越普及。NFC是以RFID标准为基础衍生出来的短距离无线通信技术，其通讯距离不超过20厘米。NFC工作频段为13.56MHz，传输速率包含106、212、424 kbps三种，已获得ISO／IEC 18092（ECMA 340）与ISO／IEC 21481（ECMA 352）标准，工作频段低、传输速率低、安全性高，是一套正在实际应用的数据传输技术。

　　NFC主要用在被动非接触式感应卡片领域，以非接触式付款、ID识别门禁卡、信用卡、电子钱包、金融卡等应用为主，不仅可与恩智浦的MIFARE（ISO14443A）、索尼的FeliCa以及ISO14443B、C等主流非接触式接口规格设备兼容，同时也能与Visa的PayWave、MasterCard的PayPass以及American Express的ExpressPay开放式金融付款系统标准相通。日本公共交通与电子付费普遍使用的智能卡系统便采用了索尼的FeliCa界面规格，台湾地区捷运悠游卡则是采用恩智浦的MIFARE规格。

　　NFC标准也可应用于主动操作模式，可读取被动式智能电子卷标的信息，例如从交互式RFID广告海报中读取及储存网址和电子优惠券、读取路边停车位的NFC卷标信息、NFC Tag指向的音乐服务或商品信息，以及通过NFC手机选择购买指定商品。主动模式装置作为初始端，即NFC系统定义的读取端，利用本身的电能传送载波，让目标端吸收载波电能工作，被动地响应初始端的通信链接。此外，主动模式也可通过读取外部NFC兼容的RFID Tag来触发各种手机应用服务。

　　低功耗NFC芯片模块所需的电力相当小，内建该模块的手机即使在关机状态下其NFC功能也可利用电池内剩余的极低电量继续工作。在电量极低的情况下，NFC芯片模块内某些须与手机本身相互操作的功能可能无法启用，使用悠游卡则可使手机在低电量关机的情况下仍可继续运用这些功能。

　　以往在手机领域，NFC芯片发展并不那么顺利，除了日本手机市场之外，NFC芯片在手机的渗透率不到1％。而在物联网概念的推动之下，今年可说是NFC芯片在移动设备领域腾飞的关键年。目前推出NFC芯片的大厂包括恩智浦、意法半导体、CSR、博通、瑞萨等。处理器IP供应商ARM也推出针对智能卡及嵌入式安全应用设计的处理器架构。此外，三星电子也已经确定在今年一季度量产NFC芯片。

　　恩智浦长期耕耘NFC芯片和标准，不仅具有可观的NFC芯片市占率和应用，并且率先在手机支付和笔记本电脑领域站稳根基，例如Google手机Nexus S和联想笔记本电脑ThinkPad都采用该公司的NFC芯片。此外，恩智浦还与意法半导体合作，针对手机和Android设备开发NFC应用程序编程接口API。

　　瑞萨则推出整合NFC和微控制器的单芯片方案，具有可同步支持金融交易卡、交通卡及身份证的功能。NFC还可整合其他无线连接技术，以增加设备通讯距离或提高数据传输速率。博通在今年的CES大展上也推出整合了NFC、WiFi、蓝牙和GPS的无线链接整合芯片方案，主要针对平板电脑应用。同样地，三星正在量产的NFC芯片也是以智能手机和平板电脑应用为主。

　　无线感测网络：ZigBee渐趋成熟

　　无线感测网络（WSN）已成为目前物联网架构重要内容之一，其中ZigBee相关技术发展正渐趋成熟。

　　WSN主要由传感器节点、无线网关、计算机以及数据处理中心构成，通过具有通讯能力且分布于周围环境的各种微小传感器感测到目标物的物理或化学变化，然后利用任意网络将信息传给另一传感器，再通过这个传感器传输到无线网关上，进而将数据传给附近的计算机，传输到互联网上，让用户可远程监控目标物的变化信息，并进行相应处理。

　　由于WSN需要布建大量具有无线传输功能的感测组件，因此整体网络必须具备以下特性：成本低、耗电低、设计灵活性高、可用度高、容易布建以及范围广、具有容错功能等，而且其感测组件要具有精细制造工艺、封装体积小、可编程、可动态组建等特性。由于WSN应用范围广，针对不同情境需设计出不同的架构，因此它并没有固定的基础结构，加上目前传输标准还没有被大厂垄断，有志者均可加入相关开发行列。

　　WSN感测硬件平台是负责传感器之间沟通的传输介质，目前以ZigBee为主要骨干，并辅以RFID以扩展应用范围。按照IEEE 802.15.4定义的ZigBee，工作频段可分为一般的2.4GHz、欧洲的868MHz以及美国的915MHz，传输距离不超过75米，传输速率介于20~250kbps之间。ZigBee芯片在传输时消耗功率可控制在27mA以下，待机时可降到0.3μA以下，低耗电待机模式下使用2颗3号电池可工作6个月之久。

　　ZigBee支持星形、树形、任意形三种网络拓扑，能连接网络节点数，可依据不同形态的WSN加以灵活运用。另外，ZigBee具有安全优势，在其标准定义中以128bit AES作为加解密算法的方式，目前尚未被破解过，加上该标准未被大厂垄断，因此它在WSN的应用上更显突出。

　　Zigbee以其网络拓扑特性与成本优势可以作为WiFi以及RFID的中介。目前ZigBee SmartEnergy 2.0标准已经和WiFi整合，进一步应用在家庭智能电网领域，从而扩大了无线感测网络的整合范围。ZigBee还可结合RFID的识别优势，以达到物品管理、追踪及定位等目的。ZigBee＋RFID标签成本虽然较被动式高，但具有较长的传输距离、可调整危险区域的感应距离、可传输温度数据、可进行人员与物品定位管理等优点，重要的是，RFID＋ZigBee可同时监控庞大的标签数量。

　　目前包括德州仪器、恩智浦、飞思卡尔、爱特梅尔、Digi和日本冲电气在内的芯片大厂都已经推出了各类ZigBee芯片解决方案。

　　从RFID到ZigBee ，台湾地区厂商积极布局

　　目前台湾地区厂商与研究机构已经陆续切入物联网领域，相关零组件技术开发与整合工作在不断进行中。

　　工研院已针对物联网智能生活架构推出一系列具有创意的RFID解决方案，例如微小化UHF RFID读取器模块，整合日立安全协议设计，可扩大应用于移动服务、定位追踪、会展产业、工厂物流、安全自动化产业等物联网环节。此外，工研院也推出UHF RFID嵌入PCB智能标记产线，整合湿度感测和模拟信号输入等功能，可应用在绿色电子碳足迹感测与追踪管理，同时他们还推出了针对食品加工流通领域所设计的历史追踪系统。

　　台扬科技推出的新一代RFID USB Dongle能快速读取数据、加载RFID读取器系统，提供完整软件模块目录，从前端的各种接口到后端ERP或数据库系统的所有内容不仅都能，还可直接通过网络搜索引擎寻找产品编码信息。此外，盛群、亚信电子、联杰、哗裕、旺玖、晶彩科技等都已投入RFID芯片开发行列，其中盛群已经开发出整合RFID芯片的微控制器，晶彩科技推出支持超高频段的RFID芯片，工研院则推出支持862~956MHz超高频RFID读取器模块。

　　至于物联网重要环节的智能电表部份，旺玖专注于智能电表芯片，讯舟主攻智能电表无线通信模块，盛达电业提供电力线内建通讯模块，康舒开发智能电表表头和电力线传输，正文和中磊则提供智能电网传输设备等。资策会也与厂商合作开发物联网领域主要技术，例如台达电与康舒重点开发智能电表，光林与中盟则主攻智能照明领域等。

　　台大系统芯片中心则着重于物联网机器间通讯（M2M）和感知技术，在ZigBee无线感测网络、MEMS和红外线感测技术上也有的研究成果。在ZigBee低功耗射频技术和WSN应用部份，资策会、达盛电子、瓷微科技和识方科技取得了令人瞩目的研究成果。

　　物联网感知整合创意无限

　　物联网无所不连、无所不包的智能管理网络概念和广泛定义，更延伸出许多应用想象空间。例如智能化家居操控应用将会带动更多的新应用和操作体验，家电无线化的脚步已经起动；通过内建智能管理架构的移动上网装置，电动车驾驶人可以通过因特网掌握电动车的充电剩余容量，并且在行车期间预先了解周围环境的充电站地点和数量。

　　物联网不仅扩大了因特网的应用层面，并且让物与物和人与物的连结更全面地整合在一起，藉此达到智能管理、识别、监控、传递讯息的目的。未来物联网还将带来怎样的惊奇，且让我们拭目以待。