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《物联网发展趋势展示内容》研究报告
锄禾网|来源： | 2019-05-25 | 次阅读
第二节 物联网应用在物流业的实际例子---仓储的作业方式 91
《物联网发展趋势展示内容》研究报告
第一章、物联网的历史
第一节 介绍
在全球化的时代，世界正透过各种技术的进步变得更加相互连结了。由于整合系统的好处越来越被了解，智能环境中的创新也渐渐的推进。智能手机的高操控支持配置，更容易在链接传感器和对象时，建构用户的应用程序。为了实现技术的融合，使得任何东西可以在任何时间，任何地点与任何项目和任何人使用任何的路径/网络和任何的服务来连结，物联网这方面的研究日趋完善。
被誉为下个数字时代的浪潮，物联网嵌入电子、软件、传感器和联机的实体对象或是物品的网络，借助与制造商、操作者及/或其他的连接设备进行数据交换使得能够实现更大的价值与服务。他是连接事件、传感器、致动器和其他智能技术的基础，因而使得个人对对象以及对象对对象能够沟通。IERC(欧洲物联网研究集团)定义物联网 是有自我配置能力的全球动态网络基础建设，依据标准以及可互相操作实体与虚拟物品的特性和使用智能界面，能无缝整合到信息网络通讯协议。
物联网 是一个代表未来计算和通讯的技术革命。发展于一些动态技术创新的重要领域，无线传感器到纳米科技。物联网的愿景是智能传感器(模拟和数字的)和致动器(模拟和数字的)以及在创造智能环境中使用 IP 改善的性能和效率。MarkWeiser，为普适计算(ubicomp)的始祖，定义智能环境为“实体环境是丰富且无形中交织着传感器、致动器、显示器和计算元素，完美的进入到我们日常生活中的物品并且透过连续网络的连接”
借助开放技术如蓝牙、无线射频识别(RFID)、Wi-Fi 和电话数据服务以及嵌入式传感器和致动器节点的盛行，使得 物联网的愿景就快要实现了。正如 Lee & Lee的陈述，成功的物联网产品与服务有五个主要的物联网技术，分别是1.RFID，2.无线感测网络(WSN)，3.中间件，4.云端运算以及最后但并非最不重要的 IoT应用软件。设计新的应用创造力将会影响下一代移动通讯系统的演进。对创造完全创新的 app 来说，物联网 是一个理想的新兴技术革命性应用软件，借助提供新的发展数据和所需运算的资源来影响这个领域。物联网的应用有广泛的领域，可以改善包含医疗保健，环境，节约能源，运输系统，生活，商业/零售，物流工厂，大数据和智能城市。然而，在我们开始不同的物联网应用之前，物联网就已被视为下一个重要议题了，让我们回顾一下物联网是如何开始兴起。
第二节 物联网发展
智能设备的网络概念早在 1982 年就被讨论了，一群卡内基梅隆大学的学生开发网络的可乐机，它可以告知冰箱里的存货以及新放入的饮料是不是已经变冰。这台机器被称为第一个网络家电以及启发了其他改良版本，让人们能经由网络远程来排队购买。然而，物联网一词是由 Auto-ID 实验室的执行董事 Kevin Ashton所创。Auto-ID 实验室成立于 1999 年除此之外，也是在物联网领域领先全球研究网络的学术实验室。有 GS1 作为他们主要的研究伙伴，他们协助发展了电子产品代码或称为 EPC，是以全球性 RFID 为基础的物品识别系统，目的是取代UPC 条形码。Neil Gershenfeld 在他的书 When Things Start 中也谈到来自麻省理工学院 Media Lab 中类似的事情以及在 2001 年建立 Center for Bits and Atoms 的事情。
在 2000 年的六月，LG 推出世界上第一台网络冰箱，数字网络 DIOS。这台冰箱将会感测到里面所存放的物品并且使用条形码和 RFID 扫描来追踪库存。尽管如此，这个冰箱仍然是个不成功的产品，因为消费者将他视为一个不必要的产品而且高成本以及要解决的问题是模糊不清的。
在 2003 和 2004 年间，物联网IoT 一词在主流的出版物像是卫报(Guardian)，科学人杂志(Scientific Americam)和波士顿环球报(the Boston Globe)被提出。一些计划像是 Cooltown，Internet 0，和 Disappearing Computer(DC)提倡落实的一些想法，并且物联网一词第一次开始出现在书名。这表明了在这方面的研究兴趣日益成长。RFID 也被美国国防部大规模运用在萨维计划(Savi program)以及 Walmart 大规模运用在商业上。
物联网达到了另一个层次，当联合国的国际电信联盟(ITU)在 2005 年发表了对其专题的第一个报告。这个报告说明"一个新的层面已经加入到信息和通讯技术(ICTs)的世界了：从任何人对任何时间，任何地方的连结，我们现在任何东西都将会有连结。链接将会倍数增加而且创造一个全新的动态网络-物联网。该报告在细节里详尽的阐述关于物联网，技术，市场机会，挑战和显示出的影响。
同样在 2005 年的 Nabaztag，一个有 Wi-Fi 功能兔子形状的环境电子设备，最初是由 Violet 公司制造和 Rafi Haladjia 与 Olivier Mével 所创建。小 Wi-Fi 功能的兔子能提醒以及跟你谈论股市行情，头条新闻，闹钟，RSS-Feeds，e-mail。虽然这不是一个极大的成功，但他被视为物联网小装置的一个先驱，让我们认识了当我们在现实世界也能透过网络连接东西的可能性。
从 2006 年-2008，物联网开始获得欧盟认可，并举办了第一届欧洲物联网会议。这个会议在苏黎士召开，并且是第一个拥有一流的研究人员以及来自学术界和工业界的专家一起分享相关应用、研究结果和知识。
一群公司在 2008 年推出 IPSO 联盟促进网络协议(IP)，在“智能对象”网络的使用，物联网也能够如此。IPSO 联盟透过培养兴趣，提供工业发展的基础、教育、推动工业、产出研究，并且创造一个更好理解的 IP 以及他在物联网中的所扮演的角色。IPSO 联盟现在拥有超过 50 家会员，包括 Bosch，Cisco，Ericsson，Intel，SAP，Sun，Google and Fujitsu。
根据思科网络业务解决方案组(IBSG)，物联网诞生于 2008 年和 2009年之间，使得更多的东西或是对象被连接到网络。列举智能手机和平板计算机的成长，当世界人口增加至 68 亿，被连接到网络的设备数量提升到了125 亿，使得第一次每人所连接的设备超过 1 次(确切来说是 1.84)。
在 2008 年，美国国家情报委员会将物联网列为六项”颠覆性民用的技术”的其中之一以及对美国至 2025 潜在的影响。他们相信借助透过众多分布的对象结合传感器数据的能力简化或甚至借助物联网 彻底改变供应链和物流，能对国内经济和美军有长期的优势。
不只在美国，其他国家也已经在物联网领域产生兴趣，例如中国总理在2010 年称物联网是中国的重点产业并计划做出重大投资。这个发言包括了这个公式：网络+物联网=智能地球。他不断地鼓励在网络和物联网的关键技术上突破。在同一年间，国家物联网中心在上海成立了。政府在物联网上的投资将会在 2014年每年增加到 100 亿人民币而且将会推动数个关于物联网中国产业和物联网应用的重点政策。中国也继续资助和支持发展物联网领域研究的机构，像是上海研究院和中国社科院。
当 IPv6 被公开推出，2011 年成为重要的一年。确切的说，是 2011 年 6 月 8号，世界 IPv6 日-由网络协会和其他几家大公司和组织举行了一个 IPv6 24 小时全球性的测试，例如:Facebook，Google，Yahoo，Akamai Technologies 和 LimelightNetworks。新的协议允许 2 的 128 次方地址或是像是 Steven Leibson 所说的”我们可以指派一个在每个在地球表面上 IPv6 地址的原子，而且仍然有足够的地址留下去做另外的 100+。”按照最初世界 IPv6 日的成功，这个活动在 2012 年 6 月 6号重复进行，这时间点所表示的用意为，所有参与的网站 IPv6 将永久启用。
接下来的几年，在 物联网领域有很多的技术突破。在 2014 年发行 Google 眼镜，是一种增强现实技术的眼镜。这个眼镜可以用在任何的无线方法-从 RFID，红外线，蓝牙到 QR code-去辨识可以被操作的连接设备，并且操作他。在 2014 年，苹果公司宣布，HealthKit 和 HomeKit 两个健康与家庭自动化的发展。和HomeKit 一起，家庭自动化公司可以与 IPhone 配对，让用户可以用他们的 IOS设备控制物联网。HealthKit 和独立的健康 app 将会让用户持续追踪他们的健康指标，像是走了几步路和燃烧的卡路里。苹果公司也提出 iBeacon，是一个可以发展环境和地理定位服务的广播设备。
一般情况下，物联网发展的里程碑可以在表 1.1 看到。
图 1.1 各种 IoT 的发展(顺时针方向)：LG 智能冰箱，Nabaztag，Google 眼镜，iBeacon，苹果的HealthKit
表 1.1 物联网里程碑
第三节 物联网的未来
随着积极的趋势朝向物联网的应用，我们可以看到，预计未来几年越来越多的发展将快速成长。预估2017年全球物联网设备安装数量高达285亿个，较2016年的230亿个，成长23.9%。到2020年全球物联网安装设备预估会增加到500亿个。在这庞大安装的连网设备中，除了有我们熟悉各式各样的设备(如智能手机等)外，其他分布广泛各种目前尚未连网的众多设备和对象(如家电产品)，将会是将来物联网的重大的商机。
消费物连网连网设备是目前连网设备的最大应用市场，智能手机、平板计算机、笔电、机顶盒、连网电视等是目前消费市场安装数量最大的设备。除此之外，汽车的连网设备，将会是快速成长的市场，具连网能力的汽车将成为汽车市场的主要功能。
预估2017年消费市场的物连网联机设备的安装数量将达315亿个，占整体物连网联机设备的安装数量的63%。
智能家居、智慧城市、智能建筑、智能制造以及智能医疗等，将是物连网设备在商业上最大的应用市场，智能电表、安全监控数字摄影机是目前商业用途数量较大的物连网联机设备。大楼的空调控制、LED照明控制、路灯控制、轨道安全监控、医疗设备实时监控、发电厂实时传感器(Sensor)等等，物联网在商业用途的发展方兴未艾，随着连网设备技术的进步，功能将提升，价格下降，应用将愈来愈广。麦肯锡全球研究机构估计在 2025 年物联网对全球经济的影响将会高达 6.2 万亿美元。
第二章、物联网技术
第一节 介绍
物联网描述网络的成长状态，能够让物体(例如：对象、环境、交通工具或衣服……等)相互传达之间的相关信息。例如设备(M2M：机器对机器)就是整合网络的一部分。
图 2.1 物联网技术和通信
第二节 迈向更聪明的网络
想象一下在一个世界里，数十亿个对象可以感觉、沟通和分享讯息，它们都可以在公共或私有网络协议（IP）网络相互连接。 这些相互关联的对象经常地将数据收集、分析和使用，以采取移动并提供丰富智能的规划、管理和决策。 这是物联网（IoT）的世界。 物联网的概念是在 1999 年被射频识别（RFID）开发团体中的一员所创造的，它最近因为移动设备的成长、嵌入式和无远弗届的沟通、云端运算及数据分析而变得更切合现实世界。
此后，许多有远见的人抓住了物联网这个词，认为它是一个很普遍的概念，尤其是日常生活中的物体，它们不论沟通方法(不论是否通过 RFID、无线网络、广域网或其他方式)通过网络而变得可读的、可识别的、可定位的、可寻址的和/或控制。日常的物体不仅包括电子设备、高技术开发的产品，如车辆和设备，但是我们并不只局限在电子设备，如食品和衣物。 举例说明物联网里面的对象包括：人、 位置（对象的）、 时间讯息（对象的）、 条件（对象的）。现实世界中的这些对象应无缝地整合到虚拟世界中，实现随时随地的连接。 在2010，连接到网络的对象和设备的数量约为 125 亿。 思科预测，因为每一个人拥有更多的智能设备，在 2015 年物联网的对象数量将倍增至 250 亿，更进一步地，在 2020 年预计数量将会到达 500 亿（见图 2.2）。
图 2.2，在 2020 年连接设备的数量 (来源：Cisco IBSG, April 2011)
第三节 技术的发展趋势
一些技术的发展趋势将有助于让物联网成形。 这里有七个确定的宏观趋势：RFID设备的小型化技术的进步、第六版的网络协议（IPv6）、改善沟通的吞吐量和延迟、实时分析、采用云端技术和安全性。
第四节 可穿戴技术及设备
可穿戴设备特别指的是被戴在身上、附着于或嵌入在衣服或配件上的移动电子设备。 这些微电脑和传感器可以显示、处理或收集讯息，并具有无线通信能力。 这是过去计算周期的逻辑延伸，从桌面计算机到笔记本电脑再到最近平板计算机和智能手机，每个设备变得个性化及携带方便。 可穿戴设备是物联网一个很好的例子。
分析传感器是物联网（IoT）计算周期的延伸：想象你的手腕上有一个物联网库，来做以下的逻辑延伸：
一、 个人资料收集：穿戴式设备收集个人生理数据-活动、健康和地点-关于一个能影响行为而且被产业使用来带出商务价值的个体。
二、 基于行为的零售促销：零售商可以更好地了解顾客如何花费时间在他们的商店，并提供有针对性的优惠券或有关产品的信息。
三、 订制化汽车保险：汽车保险公司可以根据影响顾客安全的消费行为来订定保费。
四、 药物监测：制药公司能改善处方填充率并且医生可以更好地监视药丸的摄取。
五、 工厂程序和效率监视：制造业可以监控员工的工作效率，并改善流程。
六、 信用卡安全性和效率：信用卡发卡机构可以减少欺诈行为，同时也增加使用量、客户满意度。
穿戴式设备让付款变得更有趣，它可以明显地减少交易时间，不必再从口袋拿出皮夹来付款而是用智能手机，而且不需要用签名来完成交易手续。 我们认为这是一个在手机上更方便的体验与技术。 重要的是，易用性提高了使用比例，这意味着商家、卡的网络、发卡机构和像 Apple Pay 的支付平台可能全部获利。
下图是 2012 - 2017 年穿戴式设备的销售市场。
图2.4 穿戴式设备市场
全球电子穿戴式设备市场可以划分为五个类别。头戴式：包括头盔产品和视觉辅助。颈部设备：具有环和项链的产品，用珠宝等装饰掩盖电子设备。手臂穿戴类：最蓬勃发展的类别，拥有多样化的产品，腕带、智能手表、戒指、臂章……等。身体佩戴设备：包括智能服饰及监控背部或脊椎的设备。 而最后一类是关于脚部穿戴设备。
第五节 MEMS 技术
微机电系统，简称 MEMS，其最一般的形式可以定义为利用微细加工技术制造小型化的机械和机电组件（即设备和结构）的一种技术。 MEMS 设备的临界实物尺寸可以从远低于一微米光谱的下端一路变化到几个毫米。 同样地，MEMS 设备的类型可以在集成微电子控制之下从相对简单具有非移动式组件的结构，到复杂具有多种移动式组件的机电系统的结构变化。MEMS 其中一个标准是，不论这些组件是否能够移动，它们至少一些组件具有机械工能。 用于定义 MEMS 的术语因所处地区而有所不同。 在美国它们称为“微机电系统”，而在其他地区被称为“微系统技术”或“微机械加工设备”。
而 MEMS 的功能组件是微型化结构、传感器、致动器，以及微电子，最显著的（也许是最有趣的）组件是微传感器和微致动器。 微传感器和微致动器被适当地分类为“换能器”，它被定义为转换能量的设备。在微传感器的情况下，该设备典型地将一个测量的机械信号转换成电子信号。
图 2.6MEMS 组件
在过去的几十年中，MEMS 研究人员和开发者已经证实非常多微传感器的几乎每一个可能感测模式，包括温度、压力、惯性力、化学物种、磁场、辐射……等，值得注意的是，许多这些微机械加工的传感器的性能已证明超过那些他们的宏观同行，也就是微机械版本，例如，一个压力传感器，通常优于采用最精确的宏观级加工技术制成的压力传感器。 不仅是 MEMS 设备性能优秀，而且它们的生产的方法是利用在集成电路工业中使用的同一批制造技术 –它可以降低单位设备的生产成本，以及许多其他的益处。 因此，就有可能在相对较低的成本水平下，达到恒星设备的性能。 不意外地，以硅为基底的离散微传感器很快地被商业开发并且这些设备将在市场上持续快速增长。
最近，微机电系统的研究和开发团体已经发表了一些微致动器，包括：微型阀的气体和液体流量控制；光学开关和镜像复位向或调节光束；用于显示器独立控制微型镜数组。微共振器的许多不同的应用，微型泵浦开发正流体压力、微翼在翼型件上调节气流，以及许多其他的应用。 出人意料的是，尽管这些微驱动器非常小，它们经常会导致在大层面的影响；也就是说，这些微小的致动器可以执行的机械能力远大于它们的大小。 举例来说，研究人员在飞机的机翼前缘放置小的微致动器，他们已经能够仅使用这些微型化的设备来操纵飞机。
图 2.7MEMS 组件
以下是应用于智能手机的 MEMS 组件。
图 2.8MEMS 组件
第六节 基于 MEMS 传感器的小型化技术
微机电系统（MEMS）上的无线感测网络感测节点微型化技术在近几年有卓越的进步。MEMS 的核心技术是实现微电子技术、微型加工技术和包装技术的结合。 基于微电子和微型加工技术，可以生产不同二维或三维层级的敏感性结构，例如微型感应组件。这些和电源供给和讯号调节电路的微型传感器可以整合并封装成为一个微型 MEMS 传感器。
图 2.9 硬件无线感测网络感测结点的结构
目前，在市场已经有许多微型 MEMS 传感器的类型，可以用于测量各种物理、化学和生物量讯号，包括位移、速度、加速度、压力、张力、拉力、声音、光、电、磁、热、pH 值……等。在 2003 年，美国加州大学伯克利分校（UCB）的研究人员开发了一个配有微传感器的 WSN 传感器节点（mote）。该MEMS 感应模块的实际长宽只有 2.8 毫米、2.1 毫米。
图 2.10 设备下的 MEMS 半导体市场成长 2 倍，2006 年至 2017 年
第七节 设备小型化
物联网利用科技将实体物品连接到网络。电子组件的大小（和费用）需要支持其功能性，例如感应、追踪和控制机制，在广泛采用 物联网的各种行业应用中扮演了重要的角色。在半导体行业的进展一直很激烈，业界一直保持每两年加倍摩尔定律的晶体管密度。
于 2000 年，技术发展状态是 1000 纳米（nm），但 2010 至 2011 年，该工业转移到商用系统级芯片（SoC）芯片解决方案，利用 28 至 45 纳米光刻技术实现了 2-3 芯片组件，可以整合能处理数字讯号的无线电收发器、基频微芯片或图形加速器。这里有许多应用，例如远程医疗和环境监测需要这些合成芯片组，不仅是因为体积小，并且可隐藏和充当”小型”计算机来感应实体物品。 幸运的是，多年来设备小型化已快速实现，且每个芯片的晶体管数量也呈倍数增加。
现今，晶元芯片制造技术是由平面金属氧化物半导体场效应晶体（MOSFET）技术主要在推动。 在芯片设计和结构等领域的进展，已经允许半导体工业降低生产晶体管的尺寸、密度和成本。像光刻、度量衡学和纳米技术被使用（和探索）来大幅提高单芯片上晶体管的数量。 例如，半导体制造过程也从 2010 年的 32纳米节点提升到 2011 年的 22 纳米节点，2013 的 16 纳米到 2015 年迈向 11 纳米（见图 2.3）。 Intel9 在 2012 年 4 月正式推出，是全球第一款商用微处理器-以 22 纳米与 3D 三栅极晶体管制程制造的版本。这种 22 纳米芯片比之前的晶体管还能够适应超过 29 亿个晶体管，能提升 37％性能、降低超过 50％的功耗。
图 2.12 半导体设备制造的发展趋势
正如芯片的尺寸越来越小，感应组件的成本也下降到变得更实惠。 Gartner公司预测，大多数科技组件，如收音机、无线网络、传感器和全球定位系统（GPS），将在 2010 年至 2015 年，成本下降 15％至 45％（见图 2.5）。为了说明这一点，我们用较便宜的温度传感器举例，由于易腐产品横跨了供应链，冷链零售商会考虑部署多个温度传感器来监测他们的易腐产品。
随着尺寸的缩小和技术组件成本的下降，企业未来一到三年将在推行物联网中，看到更小的成本以及更大的机会。
一、无线射频识别(RFID)
无线射频识别（RFID）技术对 物联网特别的重要，因为物联网 在产业中第一个实现的应用是使用 RFID 技术来追踪与监控在物流和供应链行业中的商品。 RFID频段范围从 125 千赫（低频/ LF）到高达 5.8 GHz 的/超高频（SHF），此标签至少有三个基本组件：
（一） 芯片包含有关对象的信息并经由无线空中媒介将数据传送到读取器。
（二） 天线允许讯息从读取器传输。
（三） 包装包住芯片和天线，并允许卷标附着到物体进行识别。
现今，一维（ID）条形码在供应链和其他行业有明显的贡献，如资产管理。 二维（2D）条形码提供了更丰富的数据来源，但是打印技术却没有跟上时代。 RFID能在其环境中永久地搜集和处理数据，证明为产品鉴定的下一个技术。 许多垂直行业，特别是在物流和供应链，持续使用 RFID 作为标签解决方案，以提高他们的追踪和监测过程。
放眼未来，RFID 在提供数据流具有潜力，能实时提供特定项目的数据给信息系统，并且具有灵活性来放置在极小的空间和位置上，例如线圈芯片(coil-on-chip)的技术。 随着技术的发展，像是芯片设计、能源使用和保存、射频技术和制造、RFID 新的使用方式应用将会出现，如自动抄表，远程家庭自动化和实时车辆追踪。
二、互联网通讯协议第 6 版（IPv6）
IPv4 地址有效地按照业界公认的指标释出，在现有框架下的最后地址分配已经完成，引发网络地址指派机构(IANA)分配最后五个 IPv4/8 区段。 随着 IANA的 IPv4 地址用尽，没有其余的 IPv4 地址能被分配到提供地址给组织的区域注册机构。
IPv6 是用来取代 IPv4 的下一个互联网地址协议。在 IPv6 中，大约有 3.4×1038（340 trillion trilliontrillion）个独立的 IPv6 地址，让网络继续发展及创新。 由于连接的设备（500 亿）的数量庞大，IPv6 可能会被用来代表所有这些设备（和系统），消除网络地址转换（NAT）的需要和促进终端到终端的连接与控制。 这些功能提供实体对象无缝整合到网络世界。
三、增加讯息吞吐量和降低延迟
物联网仰赖一个普遍的通讯网络让“任何东西，任何地点”连接发生。 多年来，网络经营者为了现有的基地台、收发器和互连设施，提高了他们的基础设备来支持数据的容量和加强网络的吞吐量。 借助加入通用封包无线服务技术(GPRS)，全球移动通讯通话系统(GSM) 经营者已经为了 GSM 增强数据率演进(EDGE)大幅度地提高数据服务。现今，全球大多数的营运商正在部属高速封包存取(HSPA)技术的通用移动通讯系统(UMTS)来提高吞吐量和降低延迟。HSPA 一班被称作”3G”，显示出我们的力量和永远在线的潜力，任何地点的网络连接已经引发一波大规模跨越设备和应用的产业创新。
随着科技趋势转移导向提供更快的数据传输率和更低的延迟连接，第三代合作伙伴计划(3GPP)标准机构制订了一系列的改进来强化 HSPA 演进，也被称作“HSPA+”。 HSPA 演进代表宽带分码多重存取(WCDMA)的一个合理的发展，并且跃升到称为 3GPP 长期演进技术（LTE）的全新 3GPP 无线电平台。 LTE 提供了许多明显的优点，例如增加的性能属性、高峰值数据率，低延迟和利用无线频谱的效率。
四、云端运算
物联网连接数十亿个设备和传感器来创造新的创新应用。为了支持这些应用，一个可靠的、有弹性的且灵敏的平台是必要的。云端运算是支持物联网中的一个有利的平台。云端运算是一种能协调多种技术能力，例如多租户、自动化配置和使用运算，同时依赖网络和其他连接技术，像是更丰富的网页浏览器实现运算效用愿景的架构。 云端运算可以看到逐渐被采用，而云端运算有三种常见云端服务模式，即软件即服务（SaaS）、平台即服务（PaaS）和提供基础架构的云端服务（IaaS）。 举例来说，在 IaaS 硬件的使用，像是传感器和致动器，可以提供给客户云端资源，客户可以经由云端资源来设置任意的服务和管理硬件。 PaaS可以提供一个存取物联网 数据和制定物联网应用程序（或主机获取的物联网的应用程序）的平台。 SaaS 可以在 PaaS 方案上供应提供者拥有自己的 SaaS 平台给特定的物联网领域。 像 Axeda18、ThingWorx19、DeviceWise20 这些公司已经提供了软件开发平台建造创新的 M2M 和物联网的应用。
第八节 技术展望
物联网 是层级架构，这些技术已被分为三组。第一组的技术影响设备、微处理器芯片：
一、 低功耗传感器电源和能源持续性；
二、 在领域上传感器的智能化；
三、 芯片组的小型化；
四、 无线传感器网络的传感器连接。
第二组包含支持网络共享、处理能力和延迟问题的技术：
一、 网络共享技术，像是软件定义的无线电和认知网络；
二、 解决能力和延迟问题的网络技术，像是 LTE 和 LTE-A。
第三组技术影响支持物联网应用的管理服务：
一、 智能市场决策技术，如上下文感知运算服务、预测分析、复杂事件处理和行为分析；
二、 高速数据处理技术，如内存内运算和使用分析。
第九节 传感器连接和网络
一、三年内：
（一）线圈芯片技术
线圈芯片让天线线圈制造在硅芯片的表面，可以借助无线射频读取器感应与互动。这样的芯片通常测量近似为 2.5x2.5 毫米，可用在微小物体或在具有非常小的空间区域使用。芯片的制造是光刻技术，它因为有高度的精准度和可重复性能够制造出非常小的结构。
现今，线圈芯片已经在某些 RFID 卷标和专门的应用程序中实现，如磁振造影。当与传统的和天线线圈的比较，线圈芯片的RFID 卷标实现了更小的空间且很少发生故障，因为缺乏天线线圈和 IC 芯片之间的外部焊接连接点的劣化。 RFID 线圈芯片有基本的存储量，从 128 bytes 到 4 kilobytes 且无位移的部分，因此它可以承受恶劣的环境包括在湿和干的条件下。
在物联网上，线圈芯片的技术是特别有用的，因为它能够用小线圈芯片上传感器对小型的实物进行标记并使用应用程序进行监控。其中一些实物可能是活的东西，如鸟类或昆虫，可以透过气候来监测牠们的迁徙模式。 Maxell–在全球拥有记忆和存储技术的领导地位，已经发展线圈芯片具有 1kbit 存储容量的读写功能（的 RFID 标签。这种微小的 2.5x2.5 毫米 RFID 芯片允许数据被记录、删除并重新纪录以及添加新的数据直到存储容量填满。这使得线圈芯片在项目生命周期进行长期数据管理的时候为一个不错的选择。芯片上的数据可以被删除和重新使用，或处理后保存归档。
（二）低功耗设备和电池
功耗为传感器的最大挑战。现今传感器需要能够维持较长的电池寿命，以减少硬件维护和防止通讯失败，特别像在室外。在许多部署的情况下，为了延长在户外的传感器的可用性，大型电池必须连接到传感器，而这样使得该传感器设备变得庞大且笨重。
物联网支持传感器普遍地连接和需要它们彼此互动，即同时充当标签和读取器。为了支持这样的连接和通讯，低功耗芯片组的设计和使用将会为未来传感器的功耗产生显著的影响和思考。超低功耗设计的芯片组电路是现正持续研究的领域，具有从单闸板移动到多栅极晶体管和碳纳米管设计的技术。
（三）ZigBee（无线传感器网络的情况下使用）
无线传感器网络（WSN）或无处不在的传感器网络（USN）由传感器直接互相通讯，以形成网状网络的能力（通常称为节点）定义。在网络中的传感器可以充当读取器且经常移动。如果它们无意中移动时，它们可以电子化弥补，无需人工干预，即它们是“自动校准”。一个节点可以由大量的电子硬件所组成，一个传感器、一个致动器、一个微处理器、一个无线电和电源，有些可能来自不同的给定系统中，形成了“异构网络”。
IEEE 802.15.4 无线技术是为了提供无线感应网络吞吐量和延迟需求的应用的短程通讯息统。802.15.4 无线技术的主要特点是透过设备的支持，短距离传输、低功耗和低成本。基于 IEEE 802.15.4，大多数无线传感器网络使用无线网状技术，有时被称为 ZigBee。ZigBee 是一种规范，是一套对个人局域网络（PAN）基于 IEEE 802 标准的小型、低功率数字无线电的高阶通讯协议。使用 ZigBee协议，传感器能够以低功率、2.4GHz 频段 250kbps 可靠的比特率传输相互沟通和安全的数据传输，即 128AES+安全。 ZigBee 无线电设计对低成本生产和小于 100 微米的传输范围进行了优化。
无线传感器网络在支持多种物联网应用上扮演了关键的角色。许多智能的物体，具有不同的通讯、讯息和处理能力，一个可靠的网络在当中提供无缝的互动为当务之急。由于需要无缝连接物体和人沟通的大范围，可扩展性是 IoT 的另一项议题。最后，当对电池供电的智能物体进行处理，低功率通讯成为一个重要的面向，以确保这些对象持续连接。无线传感器网络的特性，支持这些网络的要求。无线传感器网络部署的一些例子，是在医疗卫生、环境监测和智能建筑。
二、三至五年：
（一）适性化学习分析
适性化学习分析是一系列的分析算法，它是由传感器和移动设备执行使实时数据智能化分析。 该算法根据出现的情况和可用的计算资源调整数据流处理参数，例如电池的电量和可用的内存，来做出最佳决策或建议。例如，在智慧型房间的情况下，信息可以被用来解释状况，而不是从光、噪音和动作单独的感应监测环境，诸如“开会中”、”展示“或”研究”，能够更好的了解环境。它还提供了环境的一个更抽象的视野，而不是把重心集中在个别环境区块。 根据感测设备的计算资源的优化，这样的讯息输出被定制，且减少了需要被发送到后端系统用于分析处理的数据量。
（二）IPv6 和 6LoWPAN
IPv6 是用于取代其正式在 2011 年 2 月释出（亚太网络讯息中心，APNIC）IPv4 地址 128-bit 的互联网地址方案。 在 IPv6 中，大约有 3.4×1038 独立的 IPv6地址，在可预见的未来有足够的地址空间来容纳云端化的设备。IPv6 允许网络自动配置，让设备容易进行管理且一旦他们在网络上将自动的配置。 IPv6 的可以借助一个分级的方式分配地址空间，带来地址有效的分配和管理。 例如，分配一个 IPv6 地址给组织，可以根据网络架构拓扑进一步分配。另外，IPv6 地址可以根据一个国家的地理位置指派，即东、西、南、北，以及更进一步基于街道和建筑层级来分配。借助 IPv6 地址有效的分配，它能够有更好的可管理性、对设备是别的可用性和易用性。
6LoWPAN 是“IPv6 低功率无线个人局域网络”的英文缩写。这是一个通讯标准，它允许低功耗设备借助 IPv6 进行沟通和交换数据。使用基于 IP 连接形成感应存取网络有许多好处：
1. IP 容易连接到其它 IP 网络而不需要转译网关或代理服务器。
2. IP 网络允许现有网络基础设施的使用。
3. IP 被证明可用且有范围，SocketAPI 是广为人知且被广泛使用的。
4. IP 是公开且自由的，借助标准，处理流程和提供给任何人的文件。 它鼓励创新且很好理解。
5. 6LoWPAN 在 IPv6 协议的工作原理是基于 IEEE 802.15.4 标准。 因此，它具有低成本、低速率和低功率的部署特性。底层采 IEEE802.15.4 的物理（PHY）和媒体访问控制（MAC）层标准，并使用 IPv6 作为联网技术。该协议的参考模型迭层如下。
物联网应用需要双向、低功率的通讯网络，从使用 6LoWPAN 受益。例如，在智能电网系统，发电厂可以传输电力和讯息到客户端， 另一方面，通过双向通讯，用户还可以将讯息发送到电厂。透过双向通讯，功率利用可以以更有效的方式来调整。 凭借其经济性和实用性，6LoWPAN 展现了市场的显著机会。
三、五年以上：
（一）纳米技术
纳米技术是能够从一发展到几百纳米设备的开发。在这个规模，纳米机器被定义为最基本的功能单元，并整合成纳米组件来执行简单的任务，例如感应或致动。在数个纳米机器的协调和讯息共享，都将在复杂性和经营范围方面扩大个别设备的潜在应用。
美国国家纳米技术计划用第一代纳米结构来描述纳米技术的四代发展，第一代是设计用来执行一项任务的材料。第二阶段看到多任务活性纳米结构的介绍，例如，致动器和传感器。第三代，在 2010 年左右出现的，有成千上万相互作用组件的功能纳米系统。从现在到 2015 年会出现综合纳米系统，与系统内的分层系统功能来执行复杂的任务。
随着纳米技术，未来传感器的设计可以更小、耗电更少，并且比电流传感器更灵敏。因此感应应用将享受的好处远远超出现有技术提供，例如 MEMS。在发电和存储的区域，纳米技术使用的纳米材料，可以明显降低能量存储设备的大小，并增加了相同的设备能量密度。
第三章、物联网生活上的应用
第一节 简介
在过去的几年中，无线通信和物联网（IoT）的链接网络发展成为一个新的模式，以及获得学术界和工业界更多的关注。物联网大量的潜在应用实现在日常生活中的应用，以及潜在用户的行为。
物联网的设施到 2020 年将增长至约器 2 兆 120 亿的设备，包括 300 亿连接的设备，其中智能生活应用中占有很高的比率。 物联网应用的智能生活是集合设备和服务，提供通知、安全、节能、自动化、通讯、计算器和娱乐为一个单一的生态系统，共享用户界面。
本节讨论通过智能生活的应用物联网创造的机会。 智能生活包含了许多面向，生活质量文化、卫生、安全、住房、旅游 ……等。 物联网在生活应用，包括智能购物应用，能源和水的使用，远程控制家电，气象站，气体监测，安全监控，智能珠宝，智能家居，智能建筑，生活辅助……等。
第二节 物联网在智能家居的应用
一、物联网智能家居的一般应用：
智能家居是一栋房子或生活环境，包含多种不同类型的传感器的聚集（如图1 所示）的技术，以允许家庭设备和系统进行自动控制。 智能家居提供的舒适、休闲、安全和卫生保健，因此，智能家居可以提高居民的生活水平。 智能家居的概念与家庭自动化的领域密切相关，也被称为家庭自动化，和最近的领域智慧环境。
对 Wi-Fi 的家庭自动化角色的兴起，主要是配置的电子产品的联网的本质，其中电子设备已开始成为家庭 IP 网络的一部分，以及采用了速度越来越快的移动计算设备。 一些组织正在使用技术装备的家园，让住户能够用一台设备来控制所有的电子设备和电器。 该解决方案最初运用在环境监测、能源管理、辅助生活、舒适和方便。
图 3.1：智能家居物联网的应用
智能家居让我们的居家舒适度提升了一个层次，保持均匀的温度、控制灯光和娱乐、确保安全，并帮助节省资金。 特别是，冰箱装有液晶显屏幕，能够显示内容物、即将到期的食物、你需要购买的原料，且所有的讯息可以从智能手机应用程序里得到。 可以远程监控洗衣房里的洗衣机，并在电费最低的情况下自动运行。 厨房的范围接口可以连接到智能手机应用程序，允许远程调节温度和监视烤箱的自洁功能。
在文献综述，有智能家居的四大应用领域，如老年/老龄化/家庭护理； 能源效率； 舒适/娱乐； 安全/保安。
一、对于老年/老龄化/家庭护理 ：
此应用领域的出现，以解决在全球中许多已开发国家迫切需求。 其实，这个应用程序的趋势是大家一般都有兴趣的一部份，发展一个新的智慧技术，为了解决与长者健康、孤独、残疾、长者的认知问题。在这领域内有主要有两个子领域：
（1）随时随地的援助是专注于在长者的日常活动协助任务级别，以及协助他们的残疾和认知局限。
（2）无处不在的看照网络是帮助解决长辈的社交限制，为他们提供的服务和设施，社会包容性，以减少他们的孤独感。
二、能源效率
降低能耗成为了一个非常迫切渴望能在现代社会有新的技术突破，这对人类的未来发展有重大的影响。而技术发展过程中需要越来越多的能量，该能量资源也越来越有限。电网正在发展成为一个新的更聪明的网络被称为智能电网。 它以讯息和通讯技术的进步增强了传统的电力输送系统，以平衡供需的用电量，以及用于开发可再生能源。以下是有关效能的两个主要应用领域：
（1）节能：旨在利用智能家居中的传感器和执行器，来控制节能，判定目前还没有使用或根据用户首选项设置，关闭或低功耗模式。
（2）智能电网整合将智能家居的能源意识融入到智能电网。
舒适/娱乐
一个智能家居的典型和特殊的功能是解决用户的舒适性和娱乐。 例如，智能家居往往环境控制的功能（例如灯光和背景音乐），先进的用户接口（根据语音或手势为例），增加日常活动……等的自动化水平。
三、安全／安全
安全性是侦测智能家居里的异常情况，例如像火灾、水灾、意外事故（如：身体障碍者或老人跌倒）。 安全性是指侦测智能家居里的恶意行为，例如窃贼，非法入侵……等。在安全或安全违规的情况下，智能家居都配有子系统，屏幕监控，远程监控，报警和急救铃能够发出讯号和响应安全状况。
二、智能家居结构
智能家居的组成如下：家庭自动化系统、控制系统和家庭自动化网络。开放式平台的技术，拥有智能传感器网络，提供有关家庭的状态消息。 这些传感器监控系统，如能量的产生与计量； 加热，通风和空调（HVAC）； 照明；安全； 环境关键绩效指标。讯息是处理过的且可透过多个接口取得，如触摸屏、移动电话，和 3D 的浏览器。 在网络方面带来在线流媒体服务或网络回放，成为控制网络设备的功能到达平均。 同时行动设计确保消费者能够获得一种携带式控制器，用于连接到网络的电子设备。
（一）家庭自动化系统
该家庭自动化系统可以含有大量的各种取决于具体应用的家用电器。 家电产品的技术和市场的进展非常快速，且在文献中，智能对象的新理念，出现了对先进的设备包括家电更准确地描述。 智能对象是由三个重要部分所组成：
（i）在真实世界中，实体的部分能够代表此对象；
（ii）对象对象的该硬件基础设施必须拥有智慧能力；
（iii）所述软件层实际上提供了对象的智能功能。
（二）家庭自动化网络
家庭自动化网络的特点是实体技术和通讯协议。 家庭网络技术被分为三大类：电力线、公交线路和无线。 电力线家庭网络是重复使用内部电网。 他们是历史上最古老的、较便宜、有些不可靠的、可扩展的。公交线路的家庭网络使用一个单独的物理介质用于传输电信号。 它们较难以配置且因为布线系统的原因，让家庭住户感到不舒服。 无线家庭网络是使用无线通信，例如，红外线或调频，并且具有令用户更加愉快的优势，因为它们不需要任何电缆。
用于家庭网络有许多通讯协议。 它们大致可分为：
（一）专有协议，由私人公司拥有，不向公众披露；
（二）公共协议，通常由一家公司或财团维护，向公众开放；
（三）是由标准化机构认可的标准协议。 一些最普遍的标准，家庭网络协议：IEEE 802.15.4 / ZigBee、EIB / KNX ISO / IEC 14543-3、IEEE 802.11/ 无线网络连接。
（三）控制系统
控制系统可能是一个智能家居的最复杂的部分。 它的功能可以很简单，比如提供对特定事件的反应行为，像烟雾探测、温度变化、或更复杂的策略，通过混合被动和主动的行为，以实现家庭住户的高层次目标，比如最大化的舒适和降低成本，或者在社会，最大限度地减少污染和环境保护。在文献中提出的种类繁多的计算方法是为了复杂控制系统的设计和开发，其中不乏采用人工智能，多智能体系统和自动化控制的结果。
第三节 物联网在智能建筑的应用
在过去的几年中，许多公司正在考虑将建筑平台整合为将自动化与娱乐、医疗监控、节能监测和无线传感器监测为一体。
物联网的应用程序使用传感器收集有关运行状态和云端托管的分析软件的讯息，用于分析不同的数据点，帮助设施经理用最佳效率主动管理建筑物。 从技术角度，它可以更详细地识别智能建筑中的不同楼层，去了解系统、服务和管理操作的相关性。 对于每一层，重要的是要了解隐含的参与者，利益相关者和最积极者，以实现不同的技术解决方案。
以下有一些建筑拥有人、经理或用户之间建筑所有权的议题，如谁付了初始系统的成本和谁在这段时间得到了好处。 如果这些问题没有完全解决，新技术不能迅速的运用在建筑行业。 具体而言，缺乏建筑行业的分部门之间的合作会降低新技术的采用，且会阻止新的建筑，完成能源、经济和环境绩效目标。
在这一研究领域的无线传感器网络（WSN 中）功能的开发，以促进在建筑的智能能源管理以增加用户的舒适性，同时降低能源需求，他们是高度相关的。除了从引进这种智慧化能源管理的建筑物显而易见的经济效益和环境效益，其他正面的影响将得以实现。 建筑控制的意义并非最不重要； 作为配售监测、讯息回馈设备和控制能力在一个单独位置将使建筑物的能源管理系统，让决策者，大楼经理，维修人员及建筑物的其他用户，更加容易操作。
与能源管理系统利用网络还提供了一个机会，可以在全球的任何位置，从一台笔记本计算机或智能手机连接建筑物的能源讯息和控制系统。 这有巨大的潜力，给管理者、决策者和居民提供建筑能源消耗的回馈和根据讯息采取行动的能力。
在未来物联网的背景下，智能建筑管理系统可以被认为是一个更大的讯息系统的一部分。 该系统被设备经理所使用去建筑管理能源的利用和能源的采购以及维护建筑系统。 它是根据现有的内部网络和网络的基础设施，因此，利用此标准作为其它 IT 设备的标准。 根据本文，降低成本和无线传感器网络的可靠性正在将建筑转变为自动化，通过能量效率、健康的维持。 在建筑中，富有成效的工作场越来越具有成本效益。
第四节 物联网的应用可在环境辅助生活
物联网应用和服务将在独立生活产生重要影响，提供支持老年人利用的可穿戴和环境传感器检测日常生活的活动，使用可穿戴和环境传感器的监督社交互动，使用可穿戴式的重要讯号传感器监控慢性疾病，和人体感应。 随着模式检测和机器学习算法的出现，这件事情发生在患者的环境里，将能够注意和照顾病人。 此应用可以学习规律的日程和发出警报或发送异常情况的通知。 这些服务可以被整合为医疗技术服务。 物联网正在改变着我们的工作和生活的方式，能够节省时间和资源，并打开新的机会。
在辅助生活的领域，一些研究活动试图在某段时间去追踪用户的活动并监测其健康，通常会假设一个给定的情况（分类任务），或分析特定的序列（时间序列分析的任务）。环境辅助生活包括技术系统，以支持老人在他们的日常工作，能够尽可能长时间的，有独立和安全的生活方式。 通过物联网，中央环境辅助生活模式，可实现老人住在自己家中拥有智能对象，因此智能家居可以透过智能和目标导向的方式连络外界。
环境辅助生活和“智慧环境”有很强的关系，这是一种物联网的技术领先。为了使提高自家的安全性和福祉，家中要有智能对象的帮助，成为智能家居，这是智慧环境的愿景。 环境辅助生活场景的特征在于，可被链接，情况敏感的，个人的，适应的和预期的。 物联网被认为能够提供所有必要的环境特征去辅助环境。透过物联网，便可能去完成上述所有老人的需求。 监控慢性疾病（健康）、按照需求提供新鲜食品（安全）、报警系统（安全性）、提醒服务（安心）、人们对人们的通讯，例如亲戚（社交）到技术的背后只是透过几个提到的 AAL 的应用。
一、环境辅助生活的技术
保持联系技术（KIT）和闭环医疗服务的结合，导致环境辅助生活场景的应用物联网基础设施。 这些应用程序是有用的且为老人所接受的，他们发展了让人与人沟通的新模式的基础建设，叫做 P2P 沟通。 在老人、所处环境和照料者相关团体之间的个人通讯是 AAL 的一个重要方面。 保持联系（KIT）使用智能对象和技术（近距离通讯和无线射频识别），方便远程监控流程。 闭环医疗服务需要使用 KIT 技术，并能够处理相关数据，建立老人和他们的环境和不同群体的照顾者（医生，亲戚，移动服务提供商）之间的沟通渠道。
二、保持联系（KIT）
保持联系（KIT）已发展为一种技术，用于收集和转发必要的（健康）数据给慢性病患者和老年人以监测健康状况和治疗的完成。KIT 是根据 RFID 技术，结合近距离通讯（NFC）和移动电话。 NFC 是一种基于磁、电感耦合的无线连接技术，且在 13.56MHz 频段工作。这使得仅仅通过把他们紧密的放在一起就能让智能物体之间可以短距离通讯使用 KIT NFC 配备手机能够仅通过触摸相应的对象，收集特定应用程序的数据，其也配备有 RFID 标签或 NFC 技术。 移动电话因此成为几个医疗设备或智能对象的通用通讯终端。
三、闭环医疗服务
闭环医疗被指定用于收集数据的过程和获取回馈。图 3.2 显示了在医疗闭环的原则。 从病人收集到的数据被发送到服务中心，这是由治疗医生看诊而得到的。 医生监测病人的健康状况，如果需要的话，可能给予远程医疗咨询，并因此提高待遇。
图 3.2：医疗闭环原则
KIT（智能对象）和闭环医疗保健服务的结合，导致对环境辅助生活的应用基础设施。
图 3.3 显示了这两种技术相结合的结果。 一方面，它包括通过物联网来获得年长者环境的数据也链接到相关照护团体。因此，另一方面，此连接能够联络治疗医生为慢性疾病和药物的适当监控； 亲属或行动护理人员关心他们的社会和个人需求。
图 3.3：物联网在环境辅助生活
第五节 物联网在生活的其他应用程序
物联网在生活中的应用不仅在智能家居、智能建筑和辅助生活，还应用在购物；能源和水的利用；遥控设备；气象站；气体监测；安全监控；智能饰品；旅游服务。
一、 在智能购物的物联网应用，根据客户的习惯、偏好、他们的成分、或到期日来得到建议销售点。
二、 能源和供水消耗监测，以获得关于如何节约成本和资源的建议。透过引进照明和取暖的产品，如灯泡，恒温器和空调来提高能效。
三、 打开和关闭的远程设备，以避免事故的发生和节约能源
四、 透过远距离传输数据的能力，显示室外的天气条件，如湿度、温度、气压、风速和用公尺来测量降雨水平。
五、 有关燃气使用和煤气管道的状态的真实讯息可以通过连接小区域煤气表，以网络协议（IP）网络提供。 至于水的监测，可能的结果可以是降低劳动和维护成本，提高精确度和降低仪表读数成本，并且可能减少气体消耗。
六、 婴儿监控，摄影机和家庭报警系统，使人们感到安全的家中生活。
七、 穿着一件装有蓝牙技术的首饰，可以提高个人的安全，透过一个简单的按键与你的智能手机建立联系，上手机APP可以发送警报到你在社交圈中选定的人，告知你需要帮助的消息和你的位置。
八、 讯息和通讯技术 （ICT 技术）的使用和应用，提供创新的方法和技术解决方案，以提升旅游行业的技术基础，可以提供整个城市有趣和有用的旅游讯息。 这些讯息可能包括博物馆、美术馆、图书馆、旅游景点、观光局、古迹、商店、公交车、出租车、花园……等。
第六节 物联网在生活应用的局限性
物联网在生活应用的限制是:智慧设备的内存、资源和计算能力的限制；这阻碍了物联网领域的安全的生活记录应用成熟的安全算法和技术机会。
第四章、物联网医疗保健的应用
第一节 简介
物联网（IoT）对于整个医疗保健行业而言，扮演着催化剂的角色。从管理慢性疾病，到使用光谱来预防疾病，物联网（IoT）在医疗上的应用，除了有着重要的地位，也有广泛且显著的作用。物联网在医疗保健上的运用，可以从远程来监测患者的各种疾病，例如：糖尿病、心律失常、老年痴呆症以及早老性痴呆等，并把这些重要的救命数据，例如：CT 扫描、检查结果和病历，在多个设备装置上随时随地将这些资料，送达至医疗小组的手中。
门诊监测和远程医疗或“值班医生”的应用程序带来与患者们新的互动模式，并实现更好的接触到远程地区。在许多状况之下，医疗保健服务提供商的诊所就诊，因透过运用了无线技术，而被家庭监控所取代。
图 4.1 以物联网为基础的医疗记录
第二节 如何运作
在一般医疗应用上，先收集患者数据，并将该数据处理、分析，之后透过无线链接到医疗入口装置，最终会将数据传送到云端上面。而在一些应用中，如果设备本身配备有最新的功能，可能就不需要经过这个入口装置。医疗保健行业在一些技术使用上。举例如下：
一、 门诊监控：
该运用使医生能够在远程就可取得各种健康参数和咨询的患者有谁。因此，患者不一定要去到医院就诊，只在有需要或必需时才会前往。该运用可以帮助医院有效的管理床位，进而增加收入，并在同一时间使客户满意。监测设备在有限的时间限制中，能提供病人可出院的时间，这有助于医生继续监测病人，并给出建议且纠正。
图 4.2 门诊监测
二、临床护理：
住院病人的生理状况需要密切关注，所以可利用物联网推动的非侵入性监测，不断地进行监测。这种类型的运用是采用传感器收集全面的生理讯息，并使用网络和云端分析以存储讯息，之后透过无线发送的数据进行分析，让照顾者进行进一步的分析和审查。这种方式透过不断地关注，以提高护理的质量，也因为不需护理人员参与数据的收集和分析，而降低了医疗成本。
三、呼叫远程监控或农村卫生或医生：
有些人还没准备好使用健康监测系统。在远程/农村地区建立一个全面的医院有许多的挑战。但透过物联网的无线运用，即使是远程现在也能够监测这些病人。这些运用可用来安全地从各种传感器采集病人的健康数据，运用复杂的计算对数据进行分析，之后透过能有适当健康建议的医疗专业人员进行无线连接共享。
第三节 健康物联网的运用
在未来的几十年，医疗保健的服务模式，将从目前以医院为中心慢慢转换，于 2020 年是医院与家庭保持一个平衡，到最后 2030 年以家庭为中心。未来的医疗系统应以层状为结构，如组织由低到高，包括个人、家庭、小区和医院层，下层具有较低的劳动强度和运营成本，慢性疾病有较高的使用频率，急性疾病有较低的使用频率。因此，透过物联网技术（即所谓的健康物联网），使家庭医疗保健（IHH）行业有望都能实现传统医疗行业和信息通信技术行业。健康物联网服务是无所不在且个人化的，它将加速医疗卫生事业，从以事业为中心，转变为以患者为中心。健康物联网的典型应用场景如图 4.3 所示。
图 4.3 家庭保健站的应用程序
一般而言，健康物联网的应用包括以下功能：
一、追踪和监控：
搭载普及的标识、传感器和通讯能力，所有的对象（人、设备、医学……等）在以 24/7 为基础之下穿戴 WSN 设备监视来被追踪。
二、远程服务：
医疗保健和辅助生活服务，例如紧急检测和急救、中风居住和训练、饮食和药物管理、远程医疗和远程诊断以及健康的社交网络……等等，都可以透过网络和现场设备来达成。
三、讯息化管理：
在物联网的全球连接功能后，所有的医疗讯息（物流、诊断、治疗、康复、用药、管理、财务，甚至是日常活动）可以收集、管理和整个价值链的利用。
四、跨组织整合：
医院讯息系统（HISs）延伸到病人的家中，并且可以整合到较大规模的医疗保健系统，或许可能是一个小区，城市。
第四节 医疗设备和物联网
可穿戴式设备及协助患者家庭健康监测的设备现在是常见的事，会说话的医疗设备都非常吸引任何年龄层的患者。这些设备有足够的能力，将生命重要数据从患者家发送至医院的工作人员手中，这使他们拥有了患者健康的实时监控。这些设备采用无线的方式来连接血糖仪、体重秤、心脏和血压监视器。设备能帮助监测实时 ICU 的过程，确实是组成物联网中一个重要的部分。医院环境中的设备有无线超声监测和远程生命体征监测。
可穿戴式设备越来越受到重视，因为许多患有慢性疾病的人，从这个设备得到真正的好处。设备上的按钮可立即发出警报，以求紧急医疗救助。很多时候，该装置可以让他们与专家讨论并采取正确的措施。健身带是另一种在医疗设备和物联网上的应用。这些连接带采集一整天重要数据，并使用无线从主体发送到用户设备，如计算机、智能手机和芯片。因为它们的确是好用的工具，能减少医疗费用，甚至是健康保险公司也有兴趣来采用、推动他们。
第五节 会说话的医疗设备和应用程序
作为物联网的主要部分，会说话的医疗设备要继续朝这个方向前进。这设备包括提醒服用某种药物的剂量、检查血压、散步等等。事实上，会说话的设备所执行的事情，比我们在此所讨论的还多了很多。它让我们知道相关的程序，并提供健康咨询和其它讯息。
这些设备不仅用于患者，还广泛用于医院员工。有说话的温度计，当按压上面的一个按钮，它会告诉你现在的温度；OK 绷，能够指示伤口是否痊愈；或是一个报时音乐设备，当它需要提醒的时候，会启动提醒需要补充处方等等。
第六节 透过设备产生临床数据
一些医疗设备产品的公司提供了一个云端平台，使无线传输的临床数据可以存储和显示，这个平台允许各种医疗设备和应用程序互相操作，该平台无疑能产生大量的临床数据，在很多方面上将有助于在医疗卫生行业。最有趣的是，在 HIPAA（健康保险流通与责任）的合规性顾虑被考虑得最多，因此有很多的关注都在这方面，这就是消费者使得技术成长。预计这些医疗设备将很快成为医学物联网的一部分，而来自这些设备所产生的数据将是当前和未来的数据分析的重要来源。
第七节 为患者安全所连接的医疗设备
在过去的三十年来，医疗卫生技术人员实现了一个简单的道理：监测患者以改善结果。这项概念催生了几十个今天病房内的设备：脉搏血氧仪、多参数监护仪、心电监护仪、动态心电图监测器等。而之后的几年里，技术和智能算法改进了许多其他的医疗设备，从输液泵（IV 给药）到呼吸机。因为这些新技术的出现，使得现今的医疗越来越好。
如今，一个新技术的中断正在透过病人护理传播：智能分布式医疗系统。透过网络设备，报警也变得更智慧，只有当发生多台设备同时显示错误的生理参数时，它才会发出警报。借助连接测量处理，智能药物递送系统，可以比繁忙的医院工作人员动作更快更可靠地反应患者状况。透过追踪在医院的病人，并将它们连接到云端的资源，照顾效率得以明显改善。在医疗保健的物联网网络出现，将解救成本和寿命。
第八节 综合临床环境（ICE）
研究人员和设备开发人员，在医疗设备的连接上正在快速的进步。综合临床环境（ASTMF2761）的标准，是建立连接系统里的一个关键成就。ICE 结合的标准，是从 IEEE11073（X73）的标准健康信息来定义数据和术语，它指定透过数据分发服务（DDS）标准。然后 ICE 定义控制、数据记录和监控功能来创建一个连接，建立以智能为基础的智能临床连接系统。
图 4.5 综合临床环境
这是一个聪明的病患镇痛控制系统。这个监控结合血氧仪和呼吸机的读数，以减少误报和停止输注药物以防止过量。RTI Connext DDS 连接所有适当的实时可靠的传送组件。
第九节 病人监控
现代医院使用数百种的病人护理和监控设备。这些系统必须在一家大医院的环境之下工作，要整合医院里成千上万的设备，会出现许多的挑战。
为了证明设计是可行的，RTI 模拟了一家有 90 位病人和 270 个设备的医院。该模拟发送在现实中一百左右的数据，让它流动于这些应用之间，RTI 服务开发了一个矩阵（Excel 电子表格）来配置原型建立者，从实际设备发送数据类型和预期价格的组合。RTI 开发了自动测试工具，并部署整个实验室的测试计算机、应用程序和收集结果。RTI 的测试工具收集这个拓扑数据流速率和加载。RTIConnext DDS 处理现实的规模、性能和探索。
由于最重要的是进行通讯的实时波形和视频，潜在网络范围内的数据流是很大的。DDS 过滤和 RTI 传播那些数据的能力给发送者，消除了带宽的浪费。由于 62％的医院病人天天都在移动，系统测试的网络位置之间也要转换。在部署时，新的系统将缓解病人的追踪。它会与每个房间内的设备协调，并连结到每一个病房，到最后整合整间医院。讯息可以容易并安全地流动到以云端为基础的电子病历数据库。未来的医院在物联网产业里，将成为一个分布式智能机器。
图 4.6 病人监护系统
医疗设备必须在一个复杂的医院环境中来运作。该系统必须能够找到数据源，追踪他们病人的移动和缩放处理负载。这个真实的测试模拟了大医院。
第十节 紧急医疗系统
消防员和急救医疗人员（EMT）需要携带可携带式诊断和治疗系统到一些危险的地方。救护系统必需要在到医院的路途中来照顾病人紧急医疗系统的软件架构，在可携带式设备和车子内整合了各种以患者为面向的设备。它还连接这些系统到云端，如电子病历和医院，使他们能够对病人的到来做好准备。它同时支持在病人周围和安全上的第三认证医疗设备，与所有数据的加密通讯。这种连接提高了响应和效率，并减轻忙碌的急救人员之负荷，与医生和医院的讯息共享，在患者到达医院之前提高对病人的照护。
世界上最大的紧急医疗设备制造商正在使用 Connext DDS 的软件架构，充分地利用物联网的优势。而现在，借助 RTI 让急诊医学进入到物联网的产业网络。
未来的急救医疗系统将整合多个设备，提高现场和转运过程中病人的照护。他们会到云端存取、收集患者的病史和过敏症的医疗记录。医师将能够在整个过程中监测预定的治疗疗程。该系统也将连接到医院，以帮助抵达做立即治疗准备。
第五章、物联网在能源中的应用
第一节 简介
由于目前的能源危机，已开始要求各个地区需节能减碳。二氧化碳的排放和全球暖化已成为世界严重的问题，许多研究的发展目的是为了减少能源的消耗。为了实现节能环保技术，监测和分析能源的消耗是基本的技术。
物联网是二十一世纪的现象，是实体消费产品连接到网络，并开始通过传感器和致动器的装置相互沟通。智能电网是物联网（IoT）大多数的应用之一。由于讯息认知、传输、处理广泛地存在于智能电网，物联网技术在电网建设、安全管理、安全监控、数据采集和互动等将扮演重要的角色。自从实施智能电网技术后，能够在高峰时段视情况调整系统的负载平衡，以及对于居民的目标是利用以时间为基础的定价通知需求响应机制，减少在高峰时期的电用量。
第二节 什么是智能电网
智能电网的概念可以被定义为下一代电网，它利用先进的控制和通讯技术，将能量产生、分配和消耗优化。智能电网可以使用各种工具，例如先进的定时器，双向通讯和智能控制的设备，以提高系统的效率。此外，由于这些系统的种种优点，智能电网扮演减少温室气体排放的作用。在智能电网中，能透过双向通讯让供货商能实时观察一间房子所消耗的能量，并经由智能电表将讯息发送给消费者。因此，智能电网能提高消费者的参与度，以达到能量消耗优化。
智能电网系统基本上可以分为三个主要部分，分别为产生、分配和消费，如下说明：
一、发电：电力是使用各种可再生和不可再生资源（如使用煤，气，风厂，核电站，水电站，太阳能电站等火电厂）的方式由发电厂产生，发电机根据消费者需求及有限的资源来生产电力。
二、配电：电力分配系统的网络将电力从电力产生器传递给消费者。配电通过配电站和输电线路。该电力在电力传输的过程中损耗最小。某部分电力慢慢流失是因为传输线所产生的热。
三、电力消耗：电力消耗会因不同机构的消费者（例如，家用，工业和政府机关）而有所不同。因此，必须确认各电力的需求，使得电力供给及分配优化。为了实施这一目标，智能电表装置可以快速、准确地收集电力消耗的数据。
四、智能电表：智能电表，它能收集家里家电的消耗数据。家电和智能电表共同建立一个家庭局域网络（HAN）。
五、集中器／通讯闸：一个集中器，作为数据的有效转发器的设备。集中器收集在家庭中特定区域的智能电表的消耗数据以及储存在缓冲器的数据。M2M 的协议转换集讯器从缓冲区中取出排列第一的封包，并将封包(本地网络所产生的讯号流量)传送连回至电信网络的节点并进一步与电信核心网络链接传输。
六、广域网（WAN）基地台：广域网基地台从集中器累积数据，并将这些数据经由回程有线网络传送至控制中心。广域网基地台分配带宽给每个集中器。
七、控制中心：控制中心从 WAN 基地台接收储存数据后，用这些数据来估算电力的需求，使发电和配电优化。
图 5.1 智能电网提升能源系统，客户可以使用该系统提供更高的可靠性和讯息来节约能源
第三节 物联网在智能电网中的应用
为了将物联网的应用扩展到智能电网，关键是这些新技术。利用新材料技术，讯息技术和通讯技术等，物联网的设备正朝向更小、电力消耗更低、电池寿命更长的方向前进。在生活中，有着无所不在的通讯沟通、更宽的带宽、更强的计算能力、决策和智能控制的能力。在智能电网中物联网应用的主要情况如下：
一、自动抄表系统（AMR）与高可靠性
自动抄表系统在智能电网中有着明显作用。它是一个负责采集、智能处理和实时监控电力消耗资讯的系统。物联网支持自动采集、异常测量、电能质量监测与消费行为分析。此外，该系统还有以下功能，如讯息发布或是分布式能源监视与智能功率装置之间的讯息交换。
图 5.2 根据 PLC 和 OPLC 的 AMR 架构
在传统上，电力消耗的讯息是经由人工在现场收集一段时间，这导致时效性不足、准确性和适应性也都不够。远程抄表系统是利用无线传感器网络（WSN）、电力线通讯（PLC）和光纤电源线通讯（OPLC）来收集电量数据，并经由私人电力线通讯网络和公用通讯网取得有用的实时信息，而今后能经由先进的通讯技术、估算技术和电能计量技术达到电力消耗统计、分析的使用状态。此系统的意义在于它的实时、准确、有效率的电能质量统计和监测方面。此系统将大大增强传统 AMR 系统的稳定性和准确性。人们可以从该系统享受到许多好处。他们可以根据统计和电力消耗分析来调整用电，以及实施阶梯电价以达到省钱的目的。
二、电力输送、变电和配电的智慧巡逻
电力输送、变电和配电设备的巡视，主要是在固定的时间运用人工来进行。受到外在因素影响，如气候和环境，巡逻的数量和质量并不好。在这些情况下，智能巡逻会是一个更好的选择。它根据物联网功能的无线传感器网络（WSN），以及可以帮助识别的标签定位设备，提高巡视工作的标准化和规范化。智能巡逻可提高巡视质量和效率，并确保电力系统的稳定性和提高供电的可靠性。智能巡逻的应用主要包括巡逻人员定位、设备环境及状态检测、状态检修协助和规范运作的指导等。
三、智能家居服务
作为智能电网重要组成的部分，智能家居是实现用户与电网之间的实时互动，提高电网的综合服务能力，满足互动营销的需求，提高服务质量的重要方法。智能家居服务被广泛应用于日常中。例如，居民可以让自己的洗衣机和充电器在半夜时进行切换，这样会使电费相对较低。他们可以在回家前透过电话或透过简讯，将家中的空调和电热水器打开，他们可以一到家就享受到空调和热水。也可随时监控家中的情况，若不在家的时候，家中出现小偷，可以透过监控立即打电话报警。透过转移住宅的负荷高峰，可以减少用于输电和配电容量的需求，因而减少电力系统上的花费。同时，将住宅的负荷高峰转移给工业和商业用户，有助于提高电网企业的收入而不增加发电量。
图 5.3 智能家居和大楼自动化系统概述：无论是经由电源线或无线都可以相互沟通
物联网可以应用于智能电网的各个方面。可在一般家庭传感器网络协议来使用智能家居服务系统，它提供了智能家电控制、万用电表抄表、电力消耗（包括电力，天然气，水，热力等）的讯息收集、家里的敏感负载监控和控制、再生能源的存取、用户互动、讯息服务等。它也可以采取开发一般性平台，在研究无线传感器、电源线通讯以及电源线复合电缆上，和下一代宽带无线通信的整合网络技术同时进行。最后，物联网的应用将加速数字化、通讯城市、AMR、分析和专家决策系统的发展。因此，我们将能节约能源以及有效地使用各种资源的目标。
物联网（IoT）在建筑环境智能自动化中有更多的机会，这样的好处对于节能与智慧能源网的整合、智慧建筑与住宅都代表着有很大的机会可以减少企业和家庭的电力消耗。电力供货商可根据时间表，以及大楼居民使用模式的效率进行优化。智能电表和电器将与智慧电源沟通，以帮助平衡供应和需求。
能量感知智能家居的智能电网整合，无疑地会引出一些智能电网的主要目的并成功整合。从相互作用所产生的好处说明如下：
（一）更有效的讯息回传
国内每家每户的能源浪费占了相当大的比例，问题可归因于缺乏适当的讯息回传。月底的账单就是一个例子。虽然提到了我们的整体消费，和我们在付款上花了多少钱，但电费不能帮助我们节约能源，因为它没有透露我们到底把大部分的电力花在何处。毫无疑问地，智能电网，可与我们的智能家居之间不断地互动，将进行更有效的讯息回传。如果某设备设定在一个特定时刻会被开启通知，价格讯号电价可在任何给定的时间发送到家中，让我们的设备立即通知我们所耗费的能源量（以金钱计算）。这种能源消耗的详细图，有望给消费者更深入的了解自己的能源使用模式，并有机会降低月底的电费。不仅有利于口袋里的钱，也帮助消费者做出更明智的决策。
（二）调节高峰时段的能力
该智能家居和智能电网的互动，提供同样具有价值的好处是引入动态定价机制，根据目前的需求和所需充电的时间，来进行充电。这种方案使消费者能够在非高峰时段用较低的费用使用能源，并让需求有更好的分配。从高峰到非高峰期中移动的一部分，这个过程称为调峰。
（三）能量交换
从智能家居和智能电网之间的双向通讯，所得到的另一个好处是，智能电网消费者有权选择成为能源的生产者。透过其处所安装分布式能源资源，客户可以产生、储存和卖出能量回传给电网。
四、电动汽车之讯息管理系统
电动汽车（EV）提供一个有趣的智能电网的潜力并超越环保交通。它可用于储存能量。电动汽车充电站包括四个方面：供电系统、充电设备、监控系统及相关配套设施，如图 5.4 所示。供电系统主要负责安全输出和电力计量管理，例如变压器和谐波控制设备等等。电动汽车的充电和放电，透过充电设备来完成，包括直流充电和交流充电。交流充电提供慢速充电的电动车，而直流充电提供快速充电模式和计费功能，监控系统负责环境和安全的实时监测。
图 5.4 运用智能电网整合电动汽车包括多个数据交换
EV 被视为智能电网的移动蓄电装置，并且有助于电网减轻峰谷的影响。这新功能将能更好地管理资源，相当地环保。消费者还可以在非高峰时间使用到较便宜的的电力。为了实施电动车的互连充电站和电网，它需要同时开发电动汽车行业，通讯辅助设备和管理平台。
根据智能感应和高容量的传输设备，物联网技术可提供智慧感应和高效互动的电动汽车、电池与充电站。智能感应装置包括无线传感器、RFID 标签和 GPS，而高容量的传输设备包括电力光纤网络、电力线载波通讯和无线宽带。另外，在管理整个生命周期的在线监控、集中控制、优化资源分配和设备，可透过综合讯息分析来实施。透过感知的可用资源和资源的利用状态，统一资源分配和有效率的服务，可提供给充电站和消费者。
第六章、物联网空气监测架构
第一节 介绍
气候变迁成为近年来的环境议题。在城市地区，车辆为主要污然的来源。车辆数目急剧增加也导致各种污染的排放负荷量明显的增加。空气污染来自轿车、巴士及卡车，尤其地面臭氧和微粒物会加重呼吸性疾病与引发哮喘发作。为了控制空气污染，空气污染量必须被监测，并且因车辆而造成的污染应该被鉴定。环境监测、模块和管理使我们能够对自然环境获得更深的了解。
物联网(IoT)可能对于在城市监测车辆的空气污染而变得有帮助，且在城市不同道路上污染数量的相关数据也能被收集和分析。物联网被实行作为一个连接对象的网络，其中的每个对象都可以被使用独特的 ID 来称呼，并且基于标准通讯协议来通讯。以两种技术传统上被认为是物联网模式的关键推动者：无线感测网络(WSN)和无线射频辨识技术(RFID)。
第二节 污染监测系统
一、GPRS 传感器数组
对于空气污染监测的在线 GPRS 感测数组已经被设计、实行和测试了。被提出的系统包括移动数据撷取单元(Mobile-DAQ)和固定式具有网络功能的污染监测服务器(Pollution-Server)。移动式数据撷取单元整合了单片微处理器、空气污染传感器数组、通用封包无线服务调制解调器(GPRS-Modem)以及全球定位系统模块(GPS-Module)。Pollution-Server 是一个高端可网络链接的个人计算机应用服务器。移动式数据撷取单元聚集了空气污染程度(CO、NO2 和 SO2)，并且将它们与 GPS 实际位置、时间和日期装进一个结构。这个结构随后被上传至GPRS-Modem，并经由公共移动式网络发送至 Pollution-Server。数据库服务器借助各种客户端，如环境保护机构、车辆登记管理机构以及旅游和保险公司连接到Pollution-Server 作为更进一步的用途。Pollution-Server 被接到 Google Map，以显示大都市地区实时的污染程度和位置。
图6.1系统硬件基本建构模块
该系统在沙迦的城市-UAE成功地测试。该系统报告以24小时/7天为基础的实时污染程度和位置。系统整合了单片微处理器、数个空气污染传感器(CO、NO2、SO2)、GPRS-Modem和通用定位系统(GPSs)模块显影。综合的单元是移动式的物体和利用无线移动式公用网络的无线数据撷取单元。该单元可以被放置在任何移动式设备，例如公共运输车辆。当车辆在移动中，微处理器产生一个结构，包含了从传感器数组所获取的空气污染程度和从所链接的GPS模块报告的实体位置。污染物的结构随后被上传到通用封包无线射频服调制解调器(GPRS-Modem)并经由公用移动式网络发送到Pollution-Server。数据库服务器借助有兴趣的客户端，例如环境保护机构、车辆登记管理机构、旅游和保险公司等连接到Pollution-Server
66储存污染程度作为进一步的使用。Polution-Server连接到Google Map去显示在大都市地区实时的污染程度和他们的位置，例如沙迦市城市-UAE。
二、室内空气质量监测
室内空气质量(IAQ)是这些日子里一个新兴的议题。受能源成本上升的驱使，建筑物越盖越多或是改造得密不透气来减少不必要的热损失，结果空气质量水平在这样的建筑物下降低。在这种情况下，无线传感器网络对在建筑物监测IAQ是帮助的。包含各种IAQ传感器，这个网络能够同时测量在一个建筑内各个不同位置的IAQ水平。网络在建筑物内整合了加热、通风和空调系统，以确保可接受的室内空气质量。使用传感器网络，各种室内通空气污染物(CO、CO2、VOCs和悬浮微粒)可以在容纳污染物产生的潜在来源的空间中被测量。当测量到的污染物程度高于可接受的，网络将会提醒室内人员，建筑物的气候控制设备触发器启动，排出污染的空气并且从外面带入新鲜的空气。这项研究最终的目标是实现传感器网络部署在各种不同的建筑物。为此，付担得起的、低成本的无线IAQ控制器可以被容易地设置，避免昂贵的需要被开发。
图 6.2 室内空气质量的测量
三、移动式空气质量监测网络(MAQUMON)
网络嵌入式系统实验室在ISIS创建了由许多装置在车辆的传感器节点组成的移动式空气质量监测网络(MAQUMON)测量空气中不同的污染物。数据点利用机载GPS标记了位置和时间，该测量会被定期地上传到服务器并处理，然后发布到微软SensorMap入口网站。给定一个足够数量的节点和多样的移动性模式，一个在大区域的空气质量详细图将会以较低成本获得。传感器平台支持自主地去收集、储存，和脱机数据检索或是现场感测读数的串流技术。内建无线蓝牙模块提供给桌面计算机或PDA一个无线接口。
图6.3传感器节点结构
或者，该系统可以通过USB被存取。该有线的界面还可以提供电源板给无论是在线操作或是充电式的锂电池。该装置的电池寿命受限于几个小时（在活动数据撷取节点），但在车上安装的情况下，它可以不断地从打火机供电。此外，一个两轴的MEMS加速计用来检测是否系统在运转并且可以自动地关闭所有没有在使用的耗电组件(GPS、蓝牙、气体传感器)。位置和时间信息由一个机载20个频道SiRF-III型GPS模块以1赫兹的采样频率提供。气体浓度水平是由三个模拟的传感器来测量：O3、NO2与CO/VOC。这些读数随着温度和相对湿度数据被储存在一个序列快闪的设备2MB。一个2x16规格的LCD屏幕提供有关系统状态立即的视觉反馈（连接的接口、GPS锁定、时间、移动侦测以及传感器读数）。英特尔8051型的微控制器控制系统的各方面从电池充电到模拟／数字转换和USB协议。传感器的移动性使用SensorMap移动代理功能来处理。整体的空气质量将会被显示在一个利用图像迭覆的等高线图。特定的传感器和/或特定的地理位置的时间序列数据将会是可得的。
四、实时的空气污染监测
空气污染对大气中造成全球暖化和酸雨成分的浓度有明显的影响。为了避免在自然界如此不利的不平衡，空气污染监测系统是最重要的。在这种情况下，无线传感器网络(WSN)对在实时基础下使用无线传感器网络(WSN)，也就是实时无线空气污染监测系统是有效的解决方法[5]。市售感应气体浓度的离散气体传感器，像是CO2、NO2、CO和O2被使用适当的校准技术来校准。这些预先校准的气体传感器与无线传感器微粒整合，使用多跳的数据聚合算法在校园和Hyderabad城市现场布署。简易的中间件和网站接口，可以从网络上任何地方来查看从被开发的测式床而得的数字和图表形式的现场污染数据。其他参数像是温度和湿度也伴随气体浓度被感测，使得数据的分析能够透过数据融合技术。
实验进行使用了成熟的无线空气污染监测系统，在不同物理条件下证明系统收集实时精细的污染数据的可靠来源。这种情况下的目标是想出符合成本效益的、可靠的、可扩展的和准确的具有无线传感器网络的实时空气污染监测系统。市售的电化学和电阻加热式传感器用来感应O2、CO2、CO和NO2的气体。
（一）无线传感器网络的CO2气体监测
CO2气体传统的测量方法在大多数情况下使用人工监测，其高度依赖工作人员手动地以CO2检测仪深入环境监测和数据采集。传统的测量缺点像阳光一样的清楚，像是数据的收集受限不能全面地反映环境的条件、采样间隔太久不能追踪实时的异常状况。此外，人工的监测受限于一些环境，像是在某些恶劣的自然环境或甚至是一些有害的地区，导致人工监测不能实施。无线传感器网络整合了三样主要的传感器技术，嵌入式运算与无线通信。由于它的灵活性和布署方便，它可以被应用到无人的环境监测和其他特殊的区域。
无线传感器网络代表了一个明显的进步，在这些传统方法大范围测量的增强。这种设计结合了原本的WSMN节点模块的基础与扩展CO2传感器接口。它可以在任何时间被使用在实时CO2气体含量监测检查数据，和借助远程监控功能传送讯号到低阶节点。由于它的安全性和效率，该系统可以被广泛地使用在不同的方案。
1. 系统架构
该系统采用层级式架构，如图6.4所示。底层含有被用于收集CO2气体含量的网络节点。这些网络节点根据环境特质和用户需求分布在测量的环境中，并且根据不同的地理位置形成一些子网。所有网络结点所收集的CO2气体含量信息，并且透过射频设备的多跳的方式发送它到上层的网关。中间层是中心服务器，它维持数据存放到数据库并且连接到网络。最后，在移动电话和终端PC上，用户可以存取网络数据库并且经由服务器程序获得CO2气体含量的信息。
图6.4系统架构
第三节 车辆的污染监测案例
空气质量的连续监测是必要的，以确保污染程度和一些有害物质的存在。几个平常交通流量高的地点可以被识别出来被监测。在这种系统结构下，对于每个被监测的位置，RFID读取器被置于道路上的任一侧，在它们之间有着固定的短距离。每辆通过道路的车都配备着被动式RFID标签，由气体传感器组成的感应节点被放置在荡路旁边，这些节点持续收集感应到的资料并且将其无线地发送至服务器。当传感器节点感应到污染急剧上升，便开始搜索有关的RFID标签，换言之，用贴在上面的RFID标签来辨识车辆所造成的污染。RFID读取器借助它检测一辆车通过，如图6.5
图6.5无线射频识别(RFID)技术如何作业
RFID读取器辨识对应的卷标号码并经由GPRS调制解调器发送到服务器，当污染程度增加时这个结构也会产生警报。管理机构可能会采取适当措施相应。所有收集的数据可被相关的机构监测和分析，如图6.6所示
图6.6系统架构
该系统相较于其他基于非RFID的车辆检测系统，在成本和有效性方面具有一个较重要的意义。图像处理的解决方法、GPS和卫星解决方法需要大量昂贵且有力的设备，一旦污染的程度超过可允许的程度，驾驶者可能被建议去避免到该特定区域，它可以在一定的时间减少污染程度。
第四节 应用技术
一、Arduino
Arduino是个开放性硬件平台，它能够与多样传感器和通讯技术一起作业。它是一项弹性的微处理器和开发环境，它不仅用来控制设备还可以用于从各种传感器读取数据。它的可扩展性和简单性性吸引用户和开发者。因此，各种硬件的扩展和软件库被开发，它可以借助网络使得有线和无线通信。为了在物联网的世界实现系统，Arduino是一个在物联网世界实行系统的完美开放资源硬件平台。
二、无线射频辨识(RFID)技术
无线射频辨识(RFID)[8]对于电子识别、定位、和追踪产品、动物和车辆是一项非常有用的技术。只是最近，低成本和增加功能才使RFID技术成为商业上可行的技术。RFID技术在这个案例是去检测车辆造成的空气污染。通讯发生于读取器和转发器（硅芯片连接到天线）之间，经常称之为标签。标签可以是主动的（由电池供电）或是被动的（由读取器领域供电），并且允许各种形式，包括卷标、智能卡、卷标贴、手表、甚至是嵌入式移动电话。用于通讯的频率取决于应用。
三、无线传感器网络
气体传感器技术仍然处于发展阶段，而且尚未达到他们在功能和使用上全部的潜力。有一些技术是非常准确的，但对大范围部署非常昂贵。另一方面，透过传感器网络的使用，低成本技术能被使用，而且错误的问题可能以借助多重性的数据潜在地被减少。为了更准确的分析，大量从个别传感器搜集的输出可以被比较。因此，无线传感器网络提供很有用的新方法来监测空气质量。
第七章、物联网在贸易/零售的应用
第一节 介绍
另一个著名的物联网应用是在零售行业的部分。就像电子商务和网络零售已经改变了整个零售行业的原有模式，物联网具有潜力，能对零售和电子商务领域做出不同的改变，并从根本上改变该行业现今经营的方式。
物联网对于零售商有着不同的优点，因为它可以利用更有效的操作，并提供更多的价值给消费者。我们列出物联网对零售商的影响如以下：
一、供应链、库存、物流及车队管理等领域 。现有的技术如条形码和无线射频识别（RFID）已经让零售商得以监控他们的库存。而物联网将使它们被带到一个新的水平，有更多的数据进入监测系统以及在供应链中移动的产品。这可以大大提高供应链效率，拥有更精简的库存。大型零售商，如 Walmart 已经使用物联网的供应链和库存管理。
二、物联网已显示能彻底改变，零售商与客户互动的实时分析和智慧促销的迹象。这就是大数据和物联网的结合，并且是可以无止境的延续下去。在商店和客户数据上使用连接设备做组合，零售商可以为客户量身定作促销活动。在许多方面，物联网能让实体零售商，能像网络零售商那样，能实时获得客户的讯息。
在另一方面，物联网也将对消费者产生正面的影响。物联网可透过提供全方位的管道，从根本上改变客户商店和零售商购物体验。物联网可以帮助客户减少时间和精力来购物，并在同一时间，给他们更多的选择或有帮助的建议。
在本节中，我们将讨论物联网在零售业的一些应用，如智能自动贩卖机，移动销售时点情报系统（mPOS），在零售商实施 RFID，智能购物应用程序，和 NCR Retail ONE 商业中心。我们用日常生活中的实际例子来讨论说明，指出它的价值与这些应用程序的好处。
第二节 智能自动贩卖机
我们知道设置在自动贩卖机上的物联网技术日渐进步，这些技术能产生出一个与目前完全不同的自动贩卖机。自动贩卖机可以配备新的功能，例如脸部识别与客户个人辨识，透过智能手机应用程序的用户，能有更好的互动，和用户个人数据数据（年龄，病历，饮食要求）、偏好和购买历史来产生订制化建议。有了这些认知，我们希望增加使用大数据和远程管理工具，以减少成本，创造更多的收入。
有很多可以透过智能自动贩卖机提供的功能。下面列出了一些特点：
一、 让用户透过 QR 码或近距离无线通信（NFC）设备，登录且开启个人账户。
二、 辨认和招呼用户，记住一个人的喜好，甚至根据购物者的年龄、病历、饮食要求或历史购买纪录来排除某些产品。
三、 根据以前购买和收藏的产品，来预测客户可能喜欢什么样的东西。
四、 在监控库存中存放着最畅销的产品。
五、 使产品维持在一定的适当温度。
六、 透过显示营养讯息和热量计算的资料，帮助提升健康。
七、 与会员的互动，可透过金融卡和会员卡、智能手机或甚至是蓝牙技术来完成。
八、 提供智能手机应用程序，以帮助客户在发现有什么想买的时候，他们要如何使用正确的付款方式，以及提供建议。一些应用的例子像是 Vndr 和VendingMychine。
图 7.1 SAP 智能自动贩卖机
第三节 移动销售时点情报系统（MPOS）
在零售商店设计一个良好的支付程序，是一项重要的任务，因为它是能影响客户体验的最后机会。我们可以利用避免排队排很长、不好的服务，来控制服务水平的销售时点情报系统（POS），我们可以轻松利用工具--智能手机和平板计算机。智能手机和平板计算机市场普遍对电子支付行业有明显的影响，因为他们从繁琐的现金卡到其他形式的电子支付都能满足立即和迫切的日常交易。
一个 MPOS（mobile point of sale）可以是一台智能手机、平板计算机或专用的无线设备，它能完成一个收银的功能或电子销售时点情报系统的终端（POS系统终端）。MPOS 包括可以连接到商店的无线网卡，单独或卡上的支付交易读取器，如果在现场需要打印，可以用一个小型轻便携带式蓝牙功能的打印机，可以轻松地配戴在皮带上。
下面是一些 MPOS 技术的关键优势：
一、增加排队系统效率的付款流程
使用移动 POS 能保持客户在排队付款时有效地移动，即使是在销售的尖峰时段。使用 mPOS 可以避免收款机断电而重来。这是因为 POS 系统的灵活运用，使储存服务支付过程更容易服务客户。因此，这将提高客户满意度，并有助于避免销售损失。
二、更好的人力资源分配
使用 MPOS，收银员可以成为销售顾问，因为它使用多个点支付程序。透过帮助客户更快地做出购买决策，零售商也能藉此获得更高的收入。
三、在商店的不同位置进行销售
零售商可以使用移动 POS 系统这个新途径，在任何地方服务客户。例如透过店内示范推广的产品或服务，直接与客户达成交易。
四、价格和可用性的即时消息
当客户询问有关项目的价格或使用性，但店内员工没有足够的工具提供一个快速的答案，这是令人非常苦恼的一件事。提供员工的移动装置可与 mPOS 库存管理系统相链接，全部需要的讯息，都可以实时找到，以提高客户的满意度。
五、提供收据选项
越来越多的消费者更喜欢他们的收据透过电子邮件发送，让它们具有组织性。随着 MPOS，消费者可以选择他们接受的收据方式。
六、建立一个顾客数据库
越来越容易建立客户数据库，例如运用 mPOS 来询问他们的电子邮件。提供电子邮件收据选项是一个询问电子邮件的简单方法，并可以使用 MPOS 建立客户数据库。
七、拓展您的业务
因为 mPOS 所提供的流动性，有机会开拓到真正销售的地方。零售商可以使用在线连结回传至商店的 POS 以及库存系统，在任何地方开发他们的客户。因此，零售商们并不仅仅局限于实体店铺的销售。
八、拥有较低的总成本
许多商家已经拥有合适的移动设备，这样他们可以避免有关采购、配置和维护 POS 终端的额外费用。
图 7.2 移动销售时点情报系统（MPOS）
第四节 RFID 在零售商店
当我们获得一个新的库存管理更新系统和消费者研究时，在零售商店实施RFID 技术，将提供这些价值给零售商。RFID 可以让零售商识别个别的项目、案和栈板都是以同样方式的条形码制成，但以无线的方式，能有更丰富的数据。这种技术获得大量的运用，以提高效率，从而增加了系统的利润。能从库存追踪以及消费者研究范围里，来取得的增加的价值。
一、库存追踪
随着 RFID 技术跟踪和追踪的功能优势，RFID 是提高零售商的库存管理的完美方法。RFID 读取器可以读取标签远至 20 英尺，记录每秒数百个标签，这意味着员工可以快速扫描货架上记录的数量和位置。
以下是在零售商店实施 RFID 的优点：
（一） 提高库存准确性和能见度。
（二） 减少和加强对产品偷窃、遗失和伪造的安全性。
（三） 广泛的实时监控警报系统，为了监控物品的移动。
（四） 减少错误的接收、放置、拣货和送货。
（五） 使用手持式读取器，并迅速找到丢失的物品。
（六） 一次就能自动识别几百个物品状态的变化，提供更精确、可重复性并管理至系统中。
（七） 消除寻找遗失或放错位置的物品所浪费的时间
（八） 增加库存周期点算频率，无需额外的员工。
（九） 提高存货周转率，并根据准确的数据进行决策。
二、消费者研究
RFID 卷标的产品编号具有唯一性。如果消费者对商品使用信用卡、金融卡或购物的优惠卡支付，零售商可以连结这个购买，收到已记录的 RFID 数据，并透过商店使用该市场信息绘制出个别消费者的动线。这类型的数据可以帮助零售商店进行改进，例如，透过帮助店面布置优化，以满足消费者的行为。
第五节 智能购物的应用
随着人们更深入的参与数字化时代，明显可知实体店面应使用数字化的通路，以带动更多的客户。德勤(Deloitte)数字指出 “ 店内零售销售手机的影响力呈倍数增长，在智能手机普及率上升的带动下，购物者越来越多人采用，减少使用障碍，并为零售应用改进它的移动功能。”透过智能购物应用程序，实体店面可提供让他们的客户增强购物体验的活动，同时得知客户的行为会比单做分析所产生的结果更好。因此，实体店面可提高客户满意度，并提供个人化的服务和/或促销活动给特定客户，以获取更多的收入。
以下有个很好的例子，有关于运用新技术来购物。伦敦的 Regent Street 以聪明的购物应用程序与 iBeacon 整合。iBeacon 是一种低成本的硬件，小到足以附着到墙壁或台面，并且使用了省电电池，低能量蓝牙来连接传输信息或直接在智能手机或平板上发出讯号。亦适用于室内的位置检测器，因为室内空间往往阻断讯号，使不能透过 GPS 来定位。在商店中利用智能手机知道用户的精确定位，销售人员可以提供高度相关的商品，并针对消费者具有吸引力的内容来影响最后的购买决策。
该项目开始于 2014 年夏天，而 Regent Street 也成为欧洲第一条引进手机应用程序的著名街道，此程序能在顾客逛街时，提供消费者想要并具有独特性的商品。此应用程序与每家商店都有一个讯号来互相链接，当购物者经过的时候，他们会透过蓝牙收到有关新产品的讯息，与即将推出的优惠活动，而这活动只专属于当天在此街上进行购物的消费者。花费了十亿英镑使用这个应用程序，使 RegentStreet 重新再生的这项计划，已经有许多一系列的国际知名品牌之旗舰店，例如：Burberry、JCrew 和 Cos 都有在此购物街上设点。应用程序为免费下载的，信息来自于大部分摄政街上的零售业团队。除此之外，应用程序也会依据每位购物者的喜好，为他们建立专属的一个文件夹，让他们收到的信息都是他们所喜欢的商品或服务。
第六节 NCR Retail ONE 商业中心
随着数字化时代的发展，由德勤研究的统计显示，有 84％的消费者在他们购物时，会使用他们的智能手机或平板计算机来上网并与社交平台互动。有75％的消费者表示，社群交流平台会影响他们的购物决策。但是，消费者依旧非常重视实体店面，因为可以实际的去感受商品，进而发现到独特的产品或找到不错的价格。为了满足这项新的市场特质，零售商正朝着达到全方位的零售环境来前进。
NCR Retail ONE 是一种新的商业中心，它结合了零售应用程序和数据的开放式生态系统和全方位的软件平台，为消费者提供更好的购物体验。这个全方位零售策略本身是一个概念，它提供了一连串的跨频道体验，因此结合实体和数字的世界，来创造一个新的无缝购物环境。NCR Retail ONE 商业中心，能够帮助零售商提供卓越的购物体验，并成功的在新的零售格局上实施。它由一个全方位平台来提供创造零售应用的开放式生态系统。
加速了以商店为中心到以消费者为中心的转变，这样新的商业模式的优点包含，产品的上市时间可以更快，透过打破技术料仓能够真正实现全方位电子商务进而加速创新。这也将使零售商能透过顾客的手机来了解顾客，网络上和店内的行为，让零售商可以找到适合消费者的策略。与消费者的直接沟通，可透过移动上网前，或是在逛街时来实现。保持客户趋势最新的准确数据和消费模式，卖场就可以快速地适应客户的需求。最后，也可提高从仓库到店面的整个供应链效率。
NCR 公司日前宣布，领先的零售技术创新，其中包括 Microsoft、Inmar、Freshub、Cisco 和 Intel，都表示支持 NCR Retail ONE 商业中心的愿景和策略。
图 7.4 NCR Retail ONE
第八章、物联网在交通运输中的应用
第一节 引言
随着信息科技的日新月异，出现一个全新的概念并发展出物联网。透过智能装置的广泛分布，物联网有使运输加强基本服务及扩展的潜力。
高性能的运算、数据数据的收集、分析并让资料透明化，这些因素正在推动交通的进步；装载在汽车或大众交通工具上的传感器数量正在上升，同时，也有很多的汽车制造商提供远程监控电池的电量及充电进度的应用；此外，许多其它方面的应用也已经可以丰富人类生活中的交通运输，例如：Google 地图取代传统的地图，并确保用户不会迷路。展望更远的未来，完全智慧化的交通工具将结合智慧车道、交通信号、车道标志、路灯及停车等，汇集成一个别于以往的交通系统；在城市内，智能网络、数据分析和智能汽车等各项发展将结合并形成一个智慧的平台，为社会大众提供在耗能控制、交通管理及安全性等方面更创新的服务。因此，物联网会是我们改善公共交通，建立“智慧城市”的一个基石。
图 8-1，智慧城市
接下来，我们将探讨物联网与交通运输结合后创造的新概念，包括：物联网在大众交通、汽车及停车系统上的应用。
第二节 物联网在大众交通上的应用
在独立装置(对象)与网络的基础设施(联网)间的链接被用来收集数据，包括：使用智能车票的装置、乘客数的计算、标志、地理位置的服务及日常使用的沟通系统。接下来将提供一些物联网与大众交通结合的例子。
一、伦敦城市机场
物联网有助于运输时使用大数据工具及特定运送方式的数据应用，借此优化网络及提高服务的质量。伦敦城市机场是第一个测试物联网如何改变运作方式的机场，机场结合传感器及数据中心来追踪、了解并管理乘客的流动及行为，并在关键时刻与乘客互动，这样的特点，包含：管理乘客通过机场时的动向、计算旅程花费的时间、客户的忠诚度及特定地点的服务，如：个人路线规划、登机提醒、食品的预订、寻找失踪的乘客、行李追踪、追踪机场所属物品及在紧急情况时定位的能力。未来，因为指标(beacon)技术的提升，旅客的服务会与旅客个人的旅程有更直接的关联，如图二，特定位置使用蓝牙触发的功能在平板或智能机显示相关讯息。
图 8.2.，物联网应用在机场，透过蓝牙为旅客提供规划及登机提醒
二、首尔城市机场，名为 TOPIS 的信息中心
TOPIS 是首尔市交通运输系统的控制塔，他借助收集和处理实时的讯息，有效的管理路面及地下铁的交通；TOPIS 的中心使用 GPS、线圈传感器、路面的传感器、摄影机的影片及市民提供的讯息收集街道、公交车、出租车及市民的数据，这些数据让交通管理的政策可以更客观且科学化，同时，旅客也可以得知 24 小时内公交车到站的时间，使他们可以规划自己的路线和搭乘的公交车班次；TOPIS 借助提供大众清晰的讯息提高运输的效率、降低交通的拥塞感并提升大众交通可以服务的旅客也让旅客的满意度上升。
图 8.3，TOPIS 的运作方式
第三节 汽车与物联网的结合
一、智能汽车
英国交通部对交通事故进行估计，发现 2012 年大约花了 343 亿英镑在交通事故上，且 90%的事故属于人祸。但借助车辆链接到网络可以带来新的应用及可能性，使运输更加安全与方便；如今，自动驾驶的汽车还在原型的阶段，这个想法只是运算业部分清单上的技术；透过车载视觉芯片，汽车能分析出周围环境，包括：侦测行人、红绿灯、意外、疲劳驾驶及车道上的标志，但 Google、Volvo及其他厂商渐渐地开始把脚步转向用计算机控制车辆。
Google 推出的无人驾驶车是个令人印象深刻的例子。搭载 Google 自动驾驶软件，车辆可以在高速公路及城市街道进行无人驾驶，但车上依旧配有方向盘及踏板，因此驾驶员可以随时转换驾驶权；从 2011 年年中至 2014 年年初，这种车已经遍及 125 万平方公里，主要是在加州、哥伦比亚、佛罗里达州、密西根及内华达州。在一个宣传影片里，Google 请一位视障人士坐上无人驾驶车，这间接说明无人驾驶车满足所有关于”看”的需求，并为视障人士提供新的移动方式。有着成功发明无人驾驶车的基础，Google 更进一步开发全自动驾驶的 Bubble car。
图 8.5，Google 研发全自动的 Bubble Car
二、无人驾驶飞行器(UAV)
交通运输严重的依赖化石燃料，其造成的二氧化碳排放量只仅次于生产能源时的排放量；透过 GPS 与计算机运算的辅助，现今的货物运送已能达到更明智的路线规划及更高效率的管理；最近的技术也让运送的世界有新的剧变，其中一个例子是无人驾驶飞行器(UAV)，UAV 是台没有驾驶的飞行器，他的飞行主要是透过机上的计算机或由地面或另一个飞行器上的驾驶员远程控制；UAV 把让运输跳脱平面的束缚，把天空也纳入运输的范围，能为内陆城市提供舒缓的作用；到目前为止，虽然 UAV 的载量有限，但还是可以支持第一里及最后一里的物流网络运作。无人机改变物流与供应链的运输过程；德国邮政与物流集团 DHL 测试他们的 parcelcopter(见图 8-6)，这个空中无人机可以附载 1.2 公斤内的货物，主要使用在远距但需要短时间送达时，它是由电动马达驱动的，并可以透过 GPS 定位到达递送地点，其被认可的最大上升高度达 100 公尺；第一次测试飞行在 Bonn进行，测试过程中，parcelcopter(或称 Pakerkopter 或 Packer copter)上的药品只飞掉了几包。
图 8-6，DHL
在 2013 年 12 月的月初，Amazon 开始测试远程遥控的无人驾驶机来递送订单到客户端，Amazon 的无人驾驶机可以负重货物 2.25 公斤，其服务被称为 Prime Air，Amazon 声称这个无人驾驶机的递送系统可以在 30 分钟内递交货物到客务手中。无论是 DHL 的 parcelcopterc 或 Amazon 的 Prime Air 服务都力求当地的民航居批准，让空中运送的服务启航。
图 8-7，Amazon 的 Prime Air
由无人机递送货物对环境也有帮助，发展中的国家倾向使用廉价但会引起污染的能源及过时的技术。然而，增加财富时也应该投资绿色的能源与更好的技术而新的运输模式在对抗贫穷与正在开发的经济中扮演重要的脚色。
第四节 物联网应用在停车系统
一个停车位是一件耗时且令人崩溃的事；据估计，在都市中高达 30%的拥塞状况主要原因都是司机为了找停车位而引起的；违规停车更是像流行病一样在许多主要城市里肆虐，这个行为的比例高达三分之一，这不仅增加塞车的机会更减低城市的收益。以全球的角度来观察，低效率的停车会流失数十亿的生产力并产生数百万吨的温室气体。智能停车可以帮助减少马路及高速公路壅塞的状况，并增加停车空间的选择。
图 8-8 设置在 Santander 市的停车位截图，可以在图中观察温度、亮度、 CO 及噪音
在 Santander 和 San Francisco 有些智能停车的例子。在 Santander 市，埋了近 400 个停车传感器(利用磁力技术)在市中心主要停车区的柏油底下，以便随时可以侦测这区域里哪里的停车位是空着的；2011 年在 San Francisco 也设立类似上述的停车系统，名为SF Park，在 28800 个计时停车位及 12250处市属车库中设置 7000 个停车传感器及现代计时电表，当有车子进入或离开停车位时都会透过无线装置发射讯号来纪录哪些车位是空的；旧金山市交通局(SFMTA)除了会分析收集到的数据外，同时也会透过 SFpark 网站、智能手机的 App 或拨打当地的交通信息系统号码 511 公开他们取得的数据提供给需要的大众。
图 8-9 San Francisco 的停车计时表
SFMTA借助SFpark停车引导计划来了解停车管理能达到有高的预期收益，这个计划也确实成功的帮助司机们找到停车位；在 SFpark 计划施行的区域内，大多数人表示找车位花的时间减少了 43%，对照区域只减少了 13%。
图 8-10 在 San Francisco 找停车需要花的时间
另外的好处是减少温室气体的排放量；在施行区内，每天可以减少 7 万吨用来找停车位所排放的温室气体，在 2013 更达到 30%的下降，而对照区域只下降6%；在施行区与对照区里，停车位的问题都被改善了，与 4.5%上升停车位难求的区域比交通量也下降约 8%。
第九章、物联网货运物流上的应用
第一节 物联网对物流的影响
随着更多智能装置的感应技术被应用在物联网上，旧有的物流作业方式慢慢被改变了；物联网可以连接供应链上不同的物品、实时分析收集到的资料且这些事大多都不再依赖人工；更多微型处理器(MPU)的使用，机器与机器间的沟通及无线技术将会对物流业造成庞大的转变。
在 Forrester Research 最近的研究显示，超过 80%的物联网使用者表示，物联网对他们机构来说是将是近十年内最重要的关键技术，而由 Forrest Consulting 在2014 年 10 月对 Zebra 技术表现的调查说明了关于物联网的另一个事实，90%的运输与物流业者都表示在未来一年内有计划或正在使用物联网的技术来解决问题，这个调查结果说明物联网对物流产业来说有多重要；透过物联网来解决追踪货物的位置及状况等数据的使用可以改善消费者使用的经验、创造更多的收益来源、与其他竞争者显现出差异并增进员工的合作。
图 9-1 各种传感器及网络技术对物联网的重要性
第二节 物联网应用在物流业的实际例子---仓储的作业方式
随着物联网装置的数量提升，到底物联网对仓储有什么影响呢?以下会提供一些物联网应用在仓储的好处。
一、实时的能见度和库存的准确度
借助传感器不间断的追踪与传递仓库楼层间的数据，可以实时了解货物从栈板到堆高机间的动向。仓储经理便可得知堆高机花多少时间在载运、是否采取最节省的路径和如何改进货物栈板在仓库里的动向。当货物通过入站通道时，透过无线读取器可以读取出每个货物栈板的信息。这些信息可以提供一些货物的细节如体积、尺寸等信息。然后这些数据会被统整并传送到仓储管理系统(WMS)处理。
出入口上架设的摄影机可以用来侦测损伤的发生，一旦栈板移动到适当的位置，卷标会发送讯号到 WMS 提供实时的库存水平，来避免缺货的情况。当任何货物被放到错误的位置时，传感器会提醒仓库管理员来追踪货物的确切位置并修正。
而耗时的任务，例如：仓库里需要的人工计算及感应货物体积，可以透过物联网来减少。用人工搜集库存资料常常在精准度上会有一些出入，因此有很多仓库浪费不成比例的时间来追踪遗失或放错位置的货物，而造成数据输入上的错误。
如图六所示，在仓储时使用物联网，上述的问题可以被解决，因为传感器可以去除人为因素而达到 100%库存准确度。
图 9-2 RFID 智能型栈板
图 9-3 仓储中的物联网
二、自动装载货物与运送
因为大数据及物联网的缘故使工厂智慧化；大数据提供需求方面的设计、产量及所在位置。物联网成为产品的感应输入，让工厂可以 24 小时自动启动无人搬运车实时的装载及供应货物。仓储里的无人搬运车不只可以运输货物外，也结合装载及卸货的功能来增加整个流程的效率；除了能增进效率外，无人搬运车也提高运输及装载货物过程的安全性。
Fraunhofer IML 和 Dematic 合作开发的 MultiShuttle Move 是一个解决例子，内容是装载着一些货物及货物栈板的无人搬运车可以在任何地方操控，而车辆与车辆之间可以沟通与合作；整个系统可以适应季节性及每日性的变化，并可以调整订单，客户的优先级及产品结构来因应变动。这些车子可以在储存与运输过程中切换性能适应特定的工作地点，例如：货架上、特定的楼层及空间、收货区和运输区。
但无人搬运车是如何知道他要送什么及应该把货物送到哪呢？又怎么知道如何调配他们的工作？到底无人搬运车之间到底是如何沟通运转的呢？“讯息”会在他们之间传递。他们以软件为媒介并应用蚂蚁优化算法。这些都是仿照真实蚂蚁觅食行为所组合的优化过程。当一个新的任务来的时候，软件会通知无人搬运车；透过WI-FI沟通，在讯息的往返间决定哪一台无人搬运车来接任务。由最接近且可以执行任务的机器接受任务，这样的作业模式同时也使用被使用在出租车公司。
使用定位和导航技术，使无人搬运车可以自由的在楼层移动，每台无人搬运车都配备新开发的混合传感器，传感器有无线电位置、距离与惯性传感器及雷射扫描，这些装置可以让无人搬运车计算出最短路径同时避免碰撞。
图 9-4无人搬运车在仓库自行移动
三、拣货辅助
在 A、B 两地间传送的问题继续往下讨论，下个值得探讨的是仓储中工作者的部分。当进行人工拣货作业时，工作车会变的沉重，不符合人体工学的工作车更会降低过程的速度。此外，往返放置区间的运送过程也常耗费不少时间；加入自动化科技时，当拣货工人在机台间穿梭的时后，辅助拣货的工作车会自动跟在工人的身边，当工作车快装满时，也可以轻松的将他发送到放置区或包装区；同时，开始拣货工作并放置到另一台可以使用的工作车，这个应用的主要好处是，借助把货架装到自动车上的工作车，而更有效率且让拣货过程更贴近人。
图 9-5 自动拣货操作系统---Kiva
2012年网购零售巨头Amazone采用创新的辅助拣货技术-------Kiva自动仓储系统，Kiva 的主要功能是提升拣货的效率，固定在货架底部的自动车可以仓库中的货架自行行动并借此把货架移动到订单拣货员面前，当 Kiva 移动时拣货员就只要固定站在一个地方即可；透过智能控制软件，这群 Kiva 舰队就可以在仓库的楼层中依照设置好的条形码移动，这可大量的减少拣货花的时间；不同于只设计处理特定尺寸的系统，Kiva 可以自动运输多种在仓库中的货品。
四、利用案例 “Last-Mile”优化
Cisco Consulting Services 报导，DHL 声称物联网将彻底的颠覆供应链目前的结构与物流过程，尤其是“Last-Mile”送货的方式；货物从物流中心到达目的地(称为“Last-Mile”)面临着新的挑战----找到有成本效益的解决方法，来让消费者及物流业者都能获益。借助在”Last-Mile”使用物联网的解决方式，将会让物流业者与消费者产生深刻的印象，同时也开始推动新的商业模式。
例如：DHL 结合现近的科技(如 RFID 和实时交通信息)到该公司的运送卡车，来加快运送的服务、减少驾驶的里程数来提供客户服务。DHL 智能卡车使用无线射频技术(RFID)及全新的路线规划软件，来避开拥塞的路段。这个智能导航系统使用卫星定位及电子讯息系统数据来寻找车辆的位置及分析交通状况。数据传送到动态路线规划系统，将会依照目前的状况及车流量来重新规划路线；智能卡车司机会自动分配到一个可以让任务快速完成的群组，如果该司机无法准时交货，则他的工作会转移给目标区里的另一个同事；不只如此，智能卡车也对环境有帮助，透过有效的路线规划能降低车辆的燃料消耗及二氧化碳的排放量。智能卡车的技术可以用更有效的方式处理同步的讯息及数据，进行实时的沟通与避免错过收取货物及超过运送的有效时限。总之，这样的应用提供客户更有效率的服务，同时也减少车辆浪费的路程及油耗。
图 9-6 DHL 智能卡车
五、智能物流是工业 4.0 的一部分
随着全球化和重要客户不断的增加需求，物流也将面临巨大的挑战；递送货物所花的时间必须更短，以应付未来的生产方式，这就是为什么有必要适应不断变化的市场条件和无法预期的附带效果；满足未来的需求需要更快速的反应，为了达到这样的转变，运输与物流要有新的巧思与创新的方法出现；工业 4.0 是一个可行的解决方案，具有灵活的生产组织系统和结合价值链各个阶段的网络。工业 4.0 是各种概念的结合，如物联网、服务网和虚实整合系统当中透过传感器收集数据，提供制造商、生产者和大数据分析师做后续的分析。在蒸气机、输送带及计算机的发明之后，现在网络技术已经预言着第四次工业革命的开始。
图 9-7 第一次工业革命至第四次工业革命
从根本出发，工业 4.0 将包含虚实整合技术(CPS)整合到制造与物流业并使用在工业生产过程中使用物联网及服务网，这会对价值创造、商业模式、下游的服务及作业组织产生影响；物联网及服务网能够将整个生产过程建立成网络，使工厂变成一个智能型的工作环境；虚实整合系统包括智能机器、仓储系统和生产线数字化，从原料的入厂物流到生产、销售及货物出厂后的物流及售后服务都有终端对终端的 ICT 整合，这不只让生产更灵活的配置，也因为更多样的管理与控制而带来更多的机会；除了优化现有以 IT 为基础的生产流程，工业 4.0 将因此解开流程的细节与影响全球的潜在差异，这在以前是不可能被记录的。这样的推进，将使业务合作伙伴(如供货商与客户)及员工之间密切的合作，也同时创造更多双赢的机会。
图 9-8 工业 4.0 的环境
工业 4.0 中最重要的是它与其他智慧基础设施的连结，如移动智能化、智能电网、智慧物流及智能家居及建筑；在智慧物流方面，智慧机器已经开始可以思考，透过嵌入式的芯片与传感器结合虚实整合系统(CPS)便可以与环境互动并对改变做出回应，然后将数据透过无线电波传入计算机，并在计算机内做更进一步的分析。如此，智能对象就会”记得”正确的程序，当需要时也可以存取及使用他们的”知识”，这特殊的科技使大量生产的产品可以客制化，个人化的需求可以被满足。为了达到越来越多的产品与服务可以符合消费者个人的需要，同时要快速的大量生产。因此让机器被控制的地方能自发性的反应。
第十章、物联网工厂的应用
第一节 介绍
为了反应日益复杂的外部市场和内部生产环境，制造商必须要快速发展。制造商的新种类正在兴起以迎接这些挑战并且迈向”工业 4.0”，它促进了智能工厂的愿景。借助无缝地连接制造厂的实体世界和虚拟的 IT 系统，同时，去激励有意义的决定并不断带动营运和战略的弹性。
第二节 工业 4.0
工业4.0一词首次被使用在2011年的汉诺威工业博览会于第四次工业革命，一个新阶段在整个价值链的组织和管理中遍及整个产品生命周期。从一个世纪到一个世纪，有显著的发展。图 10.1 描述在工业里新技术的改进。
图 10.1 智能工厂的未来是基于第四次工业革命工业 4.0，并且集中在虚实整合系统的使用
一、第一次工业革命：18 世纪，利用水和蒸汽动力的工业应用
二、第二次工业革命：19 世纪，利用电力在产品的大规模生产
三、第三次工业革命：20 世纪，利用计算器生产过程的自动化
四、第四次工业革命：生产的持续数字化(虚实整合系统、物联网)去实现最大的弹性和最佳的资源使用与效率
工业 4.0 的架构(图 10.2)借助所有涉及价值链的组件的网络所提供，使得相关信息可以实时获得，并且使用这些数据导出最佳值随时加入串流。连接人、对象和系统产生动态的、自我管理的和跨公司的增值网络，它可以实时的被更新且在不同标准下优化，包括成本、可用性和资源消耗的基础。这个概念激发了智能工厂的建设。
图 10.2 所有事物在工业 4.0 中连接
第三节 智能工厂
德国联邦教育部与研究院定义工业 4.0 为“存在于借助虚实整合制造系统(CPPS)价值创造的网络的弹性”，如图 10.3 所示。这使得机器和工厂能够去调整它们的行为，以透过自我优化和重新配置去改变订单和工作条件。智能工厂可以被描述为生产环境，其中涉及生产过程的所有组件(例如，工件、物流链、工程)彼此通讯，以确保资源有效的利用加倍灵活性。
图 10.3 智能工厂中的虚实整合制造系统(CPPS)连接有形和虚拟的世界
主要的重点在于系统去感知信息的能力，从中得到结论并相应地去改变它们的行为，以及储存从经验中获得的知识。智能生产系统与过程以及合适的工程方式与工具，将会是成功实现在未来智能工厂分布和相互连接生产设施的关键因素。
图 10.4 显示智能工厂提供顾客连接到互联网的智能产品和服务。接着，智能工厂将会从智能产品和相关的智能应用程序收集和分析数据，使工厂能够更恰当地去定义顾客行为和需要，并且提供顾客新的且能持续发展的产品和服务。此外，物联网技术使得顾客能够去参与产品设计过程。
图10.4智能工厂和消费者在工业4.0中的互动
一、在智能工厂的虚实整合系统和物联网
智能工厂是网络信息化技术在整个生产和供应链企业的普遍应用。该定义技术的主题是时间、同步、综合性能指针和虚实整合劳动力的需求。虚实整合系统是一群组件的组成，如机器、工具和工件以目标性的方式相互沟通。当为了工业环境中的不同机器系统设计一个 CPS，很难一步到位去达到最高水平，因为它包含不同层次的技术实施。CPS 可以从基本的连接和数据到信息级别来实现，然后透过更高层级的增加先进的分析且弹性的功能，增加其对用户的价值。在CPS 中有五个等级在图 10.5 中描述。
图 10.5 虚实整合系统价值论点
（一） 智慧连接层：如何以有效率且可靠的方式从机器或组件中获得数据，包括本地代理(用于数据纪录、缓冲和精简)，并利用通讯协议来传送本地机器系统数据到远程中心服务器。
（二） 数据到信息的转换层：在工业环境中来自不同资源的数据，包括控制器、传感器、制造系统(ERP、MES、SCM 和 CRM 系统)以及维修纪录等(其代表监测机器系统的状态)，需要被转换成对于现实世界应用有意义的信息。
（三） 网络层：从监测系统中提出的信息可以代表系统在该时间点的状态。如果它能被与其他相似的机器或与不同时间历程的机器相比，用户可以获得对系统变化和机器寿命预测更深入的了解。
（四） 认知层：机器利用在线监测系统来判断其潜在的失误。提前了解其潜在的下降，并预估达到一定程度故障的时间。
（五） 结构层：机器状态的信息将会被发送到操作层级，使工厂管理者可以基于维修的信息做正确的决定。在同一时间，为了减少机器故障的损失并且最终达成一个弹性的系统，机器本身可以调整它的工作负荷或生产排程。
图 10.6 两个汇聚发展线作为创新的驱动因素
物联网是互联网应用的扩展，使得人们、机器和组件，包括工件和对象能够利用新技术的可能性。所有实体的智能对象，例如工件、机器、操作上的资源、仓库与运输系统和生产控制中心，经由互联网或是其他网络来通讯。它们将会在同个基础上通讯。这使得信息交换(识别、寻址、数据格式、传送)标准化且一致化。从 IT 领域已有的技术(硬件及软件)，可以因此被使用在如生产制程和物流链的新领域。基于如大数据、云端运算和智能设备的全球数据网络，使得数据和服务互联网成为一个可能性，如图 10.6 所示。
二、智能工厂的概念和参考架构
在图 10.7，有 15 个概念用于识别未来的智能工厂所描绘的，并非全部都直接与物联网(IoT)相关，但它们都带来了使工厂更为聪明显著的变化。
图 10.7 未来智能工厂的要素
它包括智能供应网络、下一代制造系统、云端储存及处理、数据分析、网络安全、智能(传感器和执行器)、虚实整合系统、智能维修、移动工作人员、自驾车辆、智能产品、附加制造、机器人和先进材料。有几组技术(图 10.8)和几个观点将会成为以物联网为基础的智能工厂在工业4.0 里的参考架构，例如：
（一） 智慧机器：包括 M2M 通讯、机器与其他设备和人沟通。
（二） 智慧设备：包括在工厂内的连接设备，例如现场设备、移动设备、操作设备等。
（三） 智能制造过程：包括动态、高效率、自动化及实时过程通讯，透过物联网启用一个高度动态的制造环境的管理和控制。
（四） 智能工程：包括产品设计和开发、产品工程、生产及售后服务。这可能需要在规划过程中使用从制造流程里收集到的数据，并且将机器优化（机械、电子、等等）。
（五） 制造业的 IT：首先包括软件应用被一或更多支持价值型网络的企业使用；第二，透过传感器、智慧电表和智慧移动式设备智慧监测和控制；第三，从物联网 到生产管理逻辑整合数据的智能生产管理。
（六） 智慧物流：包括智能物流工具和制程。自我组织的物流是一个聪明的内部物流例子，它在生产中反映意想不到的改变，例如瓶颈和物料短缺。
（七） 大数据和云端运算数据：包括算法和分析应用等。大数据分析将会带给提升未来工厂、制造流程极深的机会，并且使工厂能够提供新产品。
（八） 智慧供货商：包括与供货商建立持久的关系。借助增加实时信息分享；同样地，透过基于工厂需求选择最佳供货商来增加弹性。
（九） 智慧联网：包括智能工厂在能源供应领域的智慧基础建设。尤其，对能源价格方面的改变产生反应是必要的(即需求面管理)。
图 10.8 基于 IoT 的智能工厂参考架构
三、智能工厂的过程
二十一世纪的新时代，智能工厂将会借助开始将其转化为利润中心来优化工厂和供应网络。智能工厂将信息、技术和人类智能结合，对于企业各方面在智能制造开发和应用上实现快速变革。这将会从根本上改变产品如何创造、生产、运输和销售。智能工厂预计发生于三个阶段(图 10.9)。
图 10.9 智能制造的三阶段
（一） 工厂和企业范围的整合
智能工厂(制造)将互相连接并协调生产过程的各个阶段，通过使用几乎所有的传感器和电机/驱动器、计算机控制和生产管理软件，越来越多不同的讯息技术与处理器芯片促进全工厂的效率。每一个管理制造业程序的一个特定的阶段或操作。这种“智能制造”的出现将迎接智能化制造的第二个阶段。
（二） 从工厂范围的优化到智能制造
智能制造将会借助成品配送的原物料供应和客户需求连接工厂特定的信息到数据。在低需求期它将会促进智能联网的使用来安排能源密集的活动，并在最高能源需求期间缓慢生产，使更多的产品能够订制化及新产品仿真和更高效率的制程。它将会支持更安全的产品生产且更准确的定义、更快速的产品追踪。
（三） 制造业知识将会扰乱市场
达到第三阶段”制造知识”的企业将会赢得长期优势，使制造商对于个别的需求去订制化产品，如特定剂量和配方的药品。顾客将 " 告诉 " 工厂顾客想要借助制造生产哪一类型的产品。
因此，许多物联网技术的应用被认为具有高潜在价值，包含以 物联网系统对工业的系统作翻新改进。实际上在工业中应用物联网的目标是借助减少现实世界和虚拟世界之间的差距，将现有程序优化。
四、智能工厂的特色
以下为这些特色如何提升智能工厂的永续性的信息。
（一） 大量订制化
生产过程满足生产订单的不同需求，其允许个体纳入设计之中，并能够在最后一分钟改变。大量订制化(MC)的概念可以被用来处理经济效益和范围之间的不均衡(仍然在低产量中获利创造利润)。
（二） 弹性
智能制造过程和自我配置将会考虑很多方面，例如时间、质量、价格和生态方面(例如，避开高峰时间等)。
（三） 工厂能见度和优化的决策制定
物联网提供终端到终端几乎是实时地的透明(如生产状况)，允许在生产领域扩大到工厂用地的优化，进而提高工厂效率。例如，借助实时提供决策者生产状况来减少浪费，以便他们能做出更有效率的决策。在他们继续生产不良品前机器将会关闭。
（四） 工厂新的规划方法
对于资源生产率和提高能源利用率的目的，让制造业的程序被在实时中的不同的水平和以个案方式优化是必需的。
（五） 从大数据收集创造价值
新的进步和价值可以借助透过物联网设备收集的数据(即大数据)大量的分析来提供。例如，在机器提供者方面，大数据可以被使用来理解在不同时期机器的行为。因此，那些提供者能提供最好的维护服务，并且改善机器效率及建立和他们的顾客的强烈关系。
（六） 创造新的服务
物联网(如智能设备和移动应用程序) 将会为顾客在购买前及购买后创造服务和价值开启一个新的方式。
（七） 远程监控
物联网技术将将允许由第三方(如供货商)监测，以一个新的服务操作和工厂维护。
（八） 自动化和改变人的角色
生产作业能以一个人类的最小干涉优化。这提高了效率、减少错误和能源与其他资源的浪费。
（九） 主动维修
监测产品系统和实时收集性能的数据，对提高主动的维修有正面的影响。例如使用传感器去监测温度，当它超出范围可以采取先发制人的移动避免故障。
（十） 连接的供应链
物联网将帮助制造业者得到供应链在实时中被递送的数据的进一步理解。
（十一） 能源管理(HVAC 和生产)
能源效率的提高需要对生产线和设备水平能源消费行为的认识。智能仪表可以提供实时的数据并且根据自己的能力和与外部服务的合作来做决策。
第四节物联网 为工业企业带来价值
有 6 个物联网驱使的价值如图 10.10 中所描述，
一、 更快的上市时间
物联网使产业能够加快新产品上市和执行供应链调整，速度比以前还更快。
二、 卓越经营，提高生产率
物联网的连接提供操作资产的新阶级，经常嵌入”自我意识”的传感器和致动器，它能够与其他机器通讯无需与人工干预。
三、 人
在物联网中，人们将以无数的，更有意义的和有价值的方式连接到互联网。
图 10.10 物联网带来价值到工业企业
四、 制程
有了正确的物联网制程，连接将变成有意义的，并且因为对的信息在对的时间以恰当的方式被传的给对的人而增价价值。
五、 数据
借助物联网，设备通常收集数据并且串流它在互联网上传送给中心资源，用来分析和处理。当被连接到互联网的事物的能力继续推进，它们将借助整合数据变成更有用的数据而更加智能化。
六、 事物
物联网层包括了实体项目，像是传感器、设备和企业资产都连接到互联网并且相互连接。在物联网，事物将成为环境感知的感应到更多的数据,, 而且提供更多经验讯息来帮助人们和机器做出更有价值的相关决定。
第五节 案件研究：在纺织品生产中的虚实整合系统
在德国，许多纺织企业沿着生产链试着在工业 4.0 的水平上得到他们的制程炼，然而信息流透过各层级的企业需要被连接到纺织程序中的其他成员。这使得有弹性且快速的生产，借助数字技术和 CPS 去处理批量的订单将会提升公司的生产率。在这种情况下，工厂将会重新配置自身去满足顾客的生产订单。
一、具有虚实整合系统的纺织机器
纺织机器具有开放的接口将会是非常有弹性的，它能够去基于一个全面的信息平台独立地调整状态。金属容器，盘头和布料将会成为信息载体，这将会通向一个自动化纺织制程炼。未来生产的主要方面将会是人机相互作用。智慧的个人设备使用，如智慧手机、平板和头戴式显示器，也提供一个巨大的创新潜力，借助一个复杂的方式来提供相关的生产关键参数使得生产更加透明。此外，指导程序能够轻易的引导出由机器产生的优化生产，或在机器故障或修复时快速的反应支持。
纺织机器借助使用数字技术的自我优化是一个通往工业 4.0 的路径，它使织布机能在没有减少制程稳定性下，在一个最小水平上自动设置经线张力。自我优化的第一步是模块化制程。因此一个方法被发展在优秀”高工资国家的综合生产技术”群里。也因此，一个自动化程序的例行对基于模块的纺纱机设定在回归模型的帮助下被创建，并且在编织的过程中实现。因此，对于一个给定的制程领域，纺纱机能够独立的创建自己的制程模块。所以，机器进行实验的设计和自动判定在各个测试点的经线张力。工作点以质量标准的辅助来判定，如经纱张力变成最小的。
二、作为纺织产品的虚实整合系统
纺织产品也可以作为 CPS，在这种情况下，产品可以被描述为智能纺织品。纺织触摸板、具有电极的衬衫以及监测睡眠质量的床垫都只是智慧纺织品的少数几个例子。智能纺织品是一个不断成长的和有令人着迷的领域。智慧纺织品的市场看似非常有前途，专家预测，在未来的几年内会两位数的成长。
第六节 结论
现有的物联网应用快速的发展在为工业创造价值的工业部门，它从现实世界产生实际且详细的信息，并基于信息去优化商业和技术流程。处理和管理数据，特别是提取相关讯息，关联其他工厂信息程序的物联网 数据会决定物联网工业应用上的成功。越来越多运用物联网技术的贡献显示技术正不断的发展，而且有一个由标准化成果支持的学习和应用的过程。稳健性、标准化、易于安装、配置和服务是必要的，让物联网系统持续运作并且从而为行业经营和服务提供价值。从物联网的应用和可持续性的行业的角度来看创造价值是必要的，这将会影响物联网技术在未来几年规模较大的行业中的使用。这将使得智能工厂和供应网络可以更好的对国家利益和战略的需求做出反应，并且可以透过促进全球竞争力和出口提供稳定的就业机会，从根本上的提升绩效并促进制造业的创新来振兴工业部门。
未完待续...
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创新新国家战略推进委员会 智慧物流课题组
北京城市学院 创新力培养 外聘导师
国财驰骋物流有限公司 白智兴
2017.09.11
第二节 物联网应用在物流业的实际例子---仓储的作业方式 91
《物联网发展趋势展示内容》研究报告
第一章、物联网的历史
第一节 介绍
在全球化的时代，世界正透过各种技术的进步变得更加相互连结了。由于整合系统的好处越来越被了解，智能环境中的创新也渐渐的推进。智能手机的高操控支持配置，更容易在链接传感器和对象时，建构用户的应用程序。为了实现技术的融合，使得任何东西可以在任何时间，任何地点与任何项目和任何人使用任何的路径/网络和任何的服务来连结，物联网这方面的研究日趋完善。
被誉为下个数字时代的浪潮，物联网嵌入电子、软件、传感器和联机的实体对象或是物品的网络，借助与制造商、操作者及/或其他的连接设备进行数据交换使得能够实现更大的价值与服务。他是连接事件、传感器、致动器和其他智能技术的基础，因而使得个人对对象以及对象对对象能够沟通。IERC(欧洲物联网研究集团)定义物联网 是有自我配置能力的全球动态网络基础建设，依据标准以及可互相操作实体与虚拟物品的特性和使用智能界面，能无缝整合到信息网络通讯协议。
物联网 是一个代表未来计算和通讯的技术革命。发展于一些动态技术创新的重要领域，无线传感器到纳米科技。物联网的愿景是智能传感器(模拟和数字的)和致动器(模拟和数字的)以及在创造智能环境中使用 IP 改善的性能和效率。MarkWeiser，为普适计算(ubicomp)的始祖，定义智能环境为“实体环境是丰富且无形中交织着传感器、致动器、显示器和计算元素，完美的进入到我们日常生活中的物品并且透过连续网络的连接”
借助开放技术如蓝牙、无线射频识别(RFID)、Wi-Fi 和电话数据服务以及嵌入式传感器和致动器节点的盛行，使得 物联网的愿景就快要实现了。正如 Lee & Lee的陈述，成功的物联网产品与服务有五个主要的物联网技术，分别是1.RFID，2.无线感测网络(WSN)，3.中间件，4.云端运算以及最后但并非最不重要的 IoT应用软件。设计新的应用创造力将会影响下一代移动通讯系统的演进。对创造完全创新的 app 来说，物联网 是一个理想的新兴技术革命性应用软件，借助提供新的发展数据和所需运算的资源来影响这个领域。物联网的应用有广泛的领域，可以改善包含医疗保健，环境，节约能源，运输系统，生活，商业/零售，物流工厂，大数据和智能城市。然而，在我们开始不同的物联网应用之前，物联网就已被视为下一个重要议题了，让我们回顾一下物联网是如何开始兴起。
第二节 物联网发展
智能设备的网络概念早在 1982 年就被讨论了，一群卡内基梅隆大学的学生开发网络的可乐机，它可以告知冰箱里的存货以及新放入的饮料是不是已经变冰。这台机器被称为第一个网络家电以及启发了其他改良版本，让人们能经由网络远程来排队购买。然而，物联网一词是由 Auto-ID 实验室的执行董事 Kevin Ashton所创。Auto-ID 实验室成立于 1999 年除此之外，也是在物联网领域领先全球研究网络的学术实验室。有 GS1 作为他们主要的研究伙伴，他们协助发展了电子产品代码或称为 EPC，是以全球性 RFID 为基础的物品识别系统，目的是取代UPC 条形码。Neil Gershenfeld 在他的书 When Things Start 中也谈到来自麻省理工学院 Media Lab 中类似的事情以及在 2001 年建立 Center for Bits and Atoms 的事情。
在 2000 年的六月，LG 推出世界上第一台网络冰箱，数字网络 DIOS。这台冰箱将会感测到里面所存放的物品并且使用条形码和 RFID 扫描来追踪库存。尽管如此，这个冰箱仍然是个不成功的产品，因为消费者将他视为一个不必要的产品而且高成本以及要解决的问题是模糊不清的。
在 2003 和 2004 年间，物联网IoT 一词在主流的出版物像是卫报(Guardian)，科学人杂志(Scientific Americam)和波士顿环球报(the Boston Globe)被提出。一些计划像是 Cooltown，Internet 0，和 Disappearing Computer(DC)提倡落实的一些想法，并且物联网一词第一次开始出现在书名。这表明了在这方面的研究兴趣日益成长。RFID 也被美国国防部大规模运用在萨维计划(Savi program)以及 Walmart 大规模运用在商业上。
物联网达到了另一个层次，当联合国的国际电信联盟(ITU)在 2005 年发表了对其专题的第一个报告。这个报告说明"一个新的层面已经加入到信息和通讯技术(ICTs)的世界了：从任何人对任何时间，任何地方的连结，我们现在任何东西都将会有连结。链接将会倍数增加而且创造一个全新的动态网络-物联网。该报告在细节里详尽的阐述关于物联网，技术，市场机会，挑战和显示出的影响。
同样在 2005 年的 Nabaztag，一个有 Wi-Fi 功能兔子形状的环境电子设备，最初是由 Violet 公司制造和 Rafi Haladjia 与 Olivier Mével 所创建。小 Wi-Fi 功能的兔子能提醒以及跟你谈论股市行情，头条新闻，闹钟，RSS-Feeds，e-mail。虽然这不是一个极大的成功，但他被视为物联网小装置的一个先驱，让我们认识了当我们在现实世界也能透过网络连接东西的可能性。
从 2006 年-2008，物联网开始获得欧盟认可，并举办了第一届欧洲物联网会议。这个会议在苏黎士召开，并且是第一个拥有一流的研究人员以及来自学术界和工业界的专家一起分享相关应用、研究结果和知识。
一群公司在 2008 年推出 IPSO 联盟促进网络协议(IP)，在“智能对象”网络的使用，物联网也能够如此。IPSO 联盟透过培养兴趣，提供工业发展的基础、教育、推动工业、产出研究，并且创造一个更好理解的 IP 以及他在物联网中的所扮演的角色。IPSO 联盟现在拥有超过 50 家会员，包括 Bosch，Cisco，Ericsson，Intel，SAP，Sun，Google and Fujitsu。
根据思科网络业务解决方案组(IBSG)，物联网诞生于 2008 年和 2009年之间，使得更多的东西或是对象被连接到网络。列举智能手机和平板计算机的成长，当世界人口增加至 68 亿，被连接到网络的设备数量提升到了125 亿，使得第一次每人所连接的设备超过 1 次(确切来说是 1.84)。
在 2008 年，美国国家情报委员会将物联网列为六项”颠覆性民用的技术”的其中之一以及对美国至 2025 潜在的影响。他们相信借助透过众多分布的对象结合传感器数据的能力简化或甚至借助物联网 彻底改变供应链和物流，能对国内经济和美军有长期的优势。
不只在美国，其他国家也已经在物联网领域产生兴趣，例如中国总理在2010 年称物联网是中国的重点产业并计划做出重大投资。这个发言包括了这个公式：网络+物联网=智能地球。他不断地鼓励在网络和物联网的关键技术上突破。在同一年间，国家物联网中心在上海成立了。政府在物联网上的投资将会在 2014年每年增加到 100 亿人民币而且将会推动数个关于物联网中国产业和物联网应用的重点政策。中国也继续资助和支持发展物联网领域研究的机构，像是上海研究院和中国社科院。
当 IPv6 被公开推出，2011 年成为重要的一年。确切的说，是 2011 年 6 月 8号，世界 IPv6 日-由网络协会和其他几家大公司和组织举行了一个 IPv6 24 小时全球性的测试，例如:Facebook，Google，Yahoo，Akamai Technologies 和 LimelightNetworks。新的协议允许 2 的 128 次方地址或是像是 Steven Leibson 所说的”我们可以指派一个在每个在地球表面上 IPv6 地址的原子，而且仍然有足够的地址留下去做另外的 100+。”按照最初世界 IPv6 日的成功，这个活动在 2012 年 6 月 6号重复进行，这时间点所表示的用意为，所有参与的网站 IPv6 将永久启用。
接下来的几年，在 物联网领域有很多的技术突破。在 2014 年发行 Google 眼镜，是一种增强现实技术的眼镜。这个眼镜可以用在任何的无线方法-从 RFID，红外线，蓝牙到 QR code-去辨识可以被操作的连接设备，并且操作他。在 2014 年，苹果公司宣布，HealthKit 和 HomeKit 两个健康与家庭自动化的发展。和HomeKit 一起，家庭自动化公司可以与 IPhone 配对，让用户可以用他们的 IOS设备控制物联网。HealthKit 和独立的健康 app 将会让用户持续追踪他们的健康指标，像是走了几步路和燃烧的卡路里。苹果公司也提出 iBeacon，是一个可以发展环境和地理定位服务的广播设备。
一般情况下，物联网发展的里程碑可以在表 1.1 看到。
图 1.1 各种 IoT 的发展(顺时针方向)：LG 智能冰箱，Nabaztag，Google 眼镜，iBeacon，苹果的HealthKit
表 1.1 物联网里程碑
第三节 物联网的未来
随着积极的趋势朝向物联网的应用，我们可以看到，预计未来几年越来越多的发展将快速成长。预估2017年全球物联网设备安装数量高达285亿个，较2016年的230亿个，成长23.9%。到2020年全球物联网安装设备预估会增加到500亿个。在这庞大安装的连网设备中，除了有我们熟悉各式各样的设备(如智能手机等)外，其他分布广泛各种目前尚未连网的众多设备和对象(如家电产品)，将会是将来物联网的重大的商机。
消费物连网连网设备是目前连网设备的最大应用市场，智能手机、平板计算机、笔电、机顶盒、连网电视等是目前消费市场安装数量最大的设备。除此之外，汽车的连网设备，将会是快速成长的市场，具连网能力的汽车将成为汽车市场的主要功能。
预估2017年消费市场的物连网联机设备的安装数量将达315亿个，占整体物连网联机设备的安装数量的63%。
智能家居、智慧城市、智能建筑、智能制造以及智能医疗等，将是物连网设备在商业上最大的应用市场，智能电表、安全监控数字摄影机是目前商业用途数量较大的物连网联机设备。大楼的空调控制、LED照明控制、路灯控制、轨道安全监控、医疗设备实时监控、发电厂实时传感器(Sensor)等等，物联网在商业用途的发展方兴未艾，随着连网设备技术的进步，功能将提升，价格下降，应用将愈来愈广。麦肯锡全球研究机构估计在 2025 年物联网对全球经济的影响将会高达 6.2 万亿美元。
第二章、物联网技术
第一节 介绍
物联网描述网络的成长状态，能够让物体(例如：对象、环境、交通工具或衣服……等)相互传达之间的相关信息。例如设备(M2M：机器对机器)就是整合网络的一部分。
图 2.1 物联网技术和通信
第二节 迈向更聪明的网络
想象一下在一个世界里，数十亿个对象可以感觉、沟通和分享讯息，它们都可以在公共或私有网络协议（IP）网络相互连接。 这些相互关联的对象经常地将数据收集、分析和使用，以采取移动并提供丰富智能的规划、管理和决策。 这是物联网（IoT）的世界。 物联网的概念是在 1999 年被射频识别（RFID）开发团体中的一员所创造的，它最近因为移动设备的成长、嵌入式和无远弗届的沟通、云端运算及数据分析而变得更切合现实世界。
此后，许多有远见的人抓住了物联网这个词，认为它是一个很普遍的概念，尤其是日常生活中的物体，它们不论沟通方法(不论是否通过 RFID、无线网络、广域网或其他方式)通过网络而变得可读的、可识别的、可定位的、可寻址的和/或控制。日常的物体不仅包括电子设备、高技术开发的产品，如车辆和设备，但是我们并不只局限在电子设备，如食品和衣物。 举例说明物联网里面的对象包括：人、 位置（对象的）、 时间讯息（对象的）、 条件（对象的）。现实世界中的这些对象应无缝地整合到虚拟世界中，实现随时随地的连接。 在2010，连接到网络的对象和设备的数量约为 125 亿。 思科预测，因为每一个人拥有更多的智能设备，在 2015 年物联网的对象数量将倍增至 250 亿，更进一步地，在 2020 年预计数量将会到达 500 亿（见图 2.2）。
图 2.2，在 2020 年连接设备的数量 (来源：Cisco IBSG, April 2011)
第三节 技术的发展趋势
一些技术的发展趋势将有助于让物联网成形。 这里有七个确定的宏观趋势：RFID设备的小型化技术的进步、第六版的网络协议（IPv6）、改善沟通的吞吐量和延迟、实时分析、采用云端技术和安全性。
第四节 可穿戴技术及设备
可穿戴设备特别指的是被戴在身上、附着于或嵌入在衣服或配件上的移动电子设备。 这些微电脑和传感器可以显示、处理或收集讯息，并具有无线通信能力。 这是过去计算周期的逻辑延伸，从桌面计算机到笔记本电脑再到最近平板计算机和智能手机，每个设备变得个性化及携带方便。 可穿戴设备是物联网一个很好的例子。
分析传感器是物联网（IoT）计算周期的延伸：想象你的手腕上有一个物联网库，来做以下的逻辑延伸：
一、 个人资料收集：穿戴式设备收集个人生理数据-活动、健康和地点-关于一个能影响行为而且被产业使用来带出商务价值的个体。
二、 基于行为的零售促销：零售商可以更好地了解顾客如何花费时间在他们的商店，并提供有针对性的优惠券或有关产品的信息。
三、 订制化汽车保险：汽车保险公司可以根据影响顾客安全的消费行为来订定保费。
四、 药物监测：制药公司能改善处方填充率并且医生可以更好地监视药丸的摄取。
五、 工厂程序和效率监视：制造业可以监控员工的工作效率，并改善流程。
六、 信用卡安全性和效率：信用卡发卡机构可以减少欺诈行为，同时也增加使用量、客户满意度。
穿戴式设备让付款变得更有趣，它可以明显地减少交易时间，不必再从口袋拿出皮夹来付款而是用智能手机，而且不需要用签名来完成交易手续。 我们认为这是一个在手机上更方便的体验与技术。 重要的是，易用性提高了使用比例，这意味着商家、卡的网络、发卡机构和像 Apple Pay 的支付平台可能全部获利。
下图是 2012 - 2017 年穿戴式设备的销售市场。
图2.4 穿戴式设备市场
全球电子穿戴式设备市场可以划分为五个类别。头戴式：包括头盔产品和视觉辅助。颈部设备：具有环和项链的产品，用珠宝等装饰掩盖电子设备。手臂穿戴类：最蓬勃发展的类别，拥有多样化的产品，腕带、智能手表、戒指、臂章……等。身体佩戴设备：包括智能服饰及监控背部或脊椎的设备。 而最后一类是关于脚部穿戴设备。
第五节 MEMS 技术
微机电系统，简称 MEMS，其最一般的形式可以定义为利用微细加工技术制造小型化的机械和机电组件（即设备和结构）的一种技术。 MEMS 设备的临界实物尺寸可以从远低于一微米光谱的下端一路变化到几个毫米。 同样地，MEMS 设备的类型可以在集成微电子控制之下从相对简单具有非移动式组件的结构，到复杂具有多种移动式组件的机电系统的结构变化。MEMS 其中一个标准是，不论这些组件是否能够移动，它们至少一些组件具有机械工能。 用于定义 MEMS 的术语因所处地区而有所不同。 在美国它们称为“微机电系统”，而在其他地区被称为“微系统技术”或“微机械加工设备”。
而 MEMS 的功能组件是微型化结构、传感器、致动器，以及微电子，最显著的（也许是最有趣的）组件是微传感器和微致动器。 微传感器和微致动器被适当地分类为“换能器”，它被定义为转换能量的设备。在微传感器的情况下，该设备典型地将一个测量的机械信号转换成电子信号。
图 2.6MEMS 组件
在过去的几十年中，MEMS 研究人员和开发者已经证实非常多微传感器的几乎每一个可能感测模式，包括温度、压力、惯性力、化学物种、磁场、辐射……等，值得注意的是，许多这些微机械加工的传感器的性能已证明超过那些他们的宏观同行，也就是微机械版本，例如，一个压力传感器，通常优于采用最精确的宏观级加工技术制成的压力传感器。 不仅是 MEMS 设备性能优秀，而且它们的生产的方法是利用在集成电路工业中使用的同一批制造技术 –它可以降低单位设备的生产成本，以及许多其他的益处。 因此，就有可能在相对较低的成本水平下，达到恒星设备的性能。 不意外地，以硅为基底的离散微传感器很快地被商业开发并且这些设备将在市场上持续快速增长。
最近，微机电系统的研究和开发团体已经发表了一些微致动器，包括：微型阀的气体和液体流量控制；光学开关和镜像复位向或调节光束；用于显示器独立控制微型镜数组。微共振器的许多不同的应用，微型泵浦开发正流体压力、微翼在翼型件上调节气流，以及许多其他的应用。 出人意料的是，尽管这些微驱动器非常小，它们经常会导致在大层面的影响；也就是说，这些微小的致动器可以执行的机械能力远大于它们的大小。 举例来说，研究人员在飞机的机翼前缘放置小的微致动器，他们已经能够仅使用这些微型化的设备来操纵飞机。
图 2.7MEMS 组件
以下是应用于智能手机的 MEMS 组件。
图 2.8MEMS 组件
第六节 基于 MEMS 传感器的小型化技术
微机电系统（MEMS）上的无线感测网络感测节点微型化技术在近几年有卓越的进步。MEMS 的核心技术是实现微电子技术、微型加工技术和包装技术的结合。 基于微电子和微型加工技术，可以生产不同二维或三维层级的敏感性结构，例如微型感应组件。这些和电源供给和讯号调节电路的微型传感器可以整合并封装成为一个微型 MEMS 传感器。
图 2.9 硬件无线感测网络感测结点的结构
目前，在市场已经有许多微型 MEMS 传感器的类型，可以用于测量各种物理、化学和生物量讯号，包括位移、速度、加速度、压力、张力、拉力、声音、光、电、磁、热、pH 值……等。在 2003 年，美国加州大学伯克利分校（UCB）的研究人员开发了一个配有微传感器的 WSN 传感器节点（mote）。该MEMS 感应模块的实际长宽只有 2.8 毫米、2.1 毫米。
图 2.10 设备下的 MEMS 半导体市场成长 2 倍，2006 年至 2017 年
第七节 设备小型化
物联网利用科技将实体物品连接到网络。电子组件的大小（和费用）需要支持其功能性，例如感应、追踪和控制机制，在广泛采用 物联网的各种行业应用中扮演了重要的角色。在半导体行业的进展一直很激烈，业界一直保持每两年加倍摩尔定律的晶体管密度。
于 2000 年，技术发展状态是 1000 纳米（nm），但 2010 至 2011 年，该工业转移到商用系统级芯片（SoC）芯片解决方案，利用 28 至 45 纳米光刻技术实现了 2-3 芯片组件，可以整合能处理数字讯号的无线电收发器、基频微芯片或图形加速器。这里有许多应用，例如远程医疗和环境监测需要这些合成芯片组，不仅是因为体积小，并且可隐藏和充当”小型”计算机来感应实体物品。 幸运的是，多年来设备小型化已快速实现，且每个芯片的晶体管数量也呈倍数增加。
现今，晶元芯片制造技术是由平面金属氧化物半导体场效应晶体（MOSFET）技术主要在推动。 在芯片设计和结构等领域的进展，已经允许半导体工业降低生产晶体管的尺寸、密度和成本。像光刻、度量衡学和纳米技术被使用（和探索）来大幅提高单芯片上晶体管的数量。 例如，半导体制造过程也从 2010 年的 32纳米节点提升到 2011 年的 22 纳米节点，2013 的 16 纳米到 2015 年迈向 11 纳米（见图 2.3）。 Intel9 在 2012 年 4 月正式推出，是全球第一款商用微处理器-以 22 纳米与 3D 三栅极晶体管制程制造的版本。这种 22 纳米芯片比之前的晶体管还能够适应超过 29 亿个晶体管，能提升 37％性能、降低超过 50％的功耗。
图 2.12 半导体设备制造的发展趋势
正如芯片的尺寸越来越小，感应组件的成本也下降到变得更实惠。 Gartner公司预测，大多数科技组件，如收音机、无线网络、传感器和全球定位系统（GPS），将在 2010 年至 2015 年，成本下降 15％至 45％（见图 2.5）。为了说明这一点，我们用较便宜的温度传感器举例，由于易腐产品横跨了供应链，冷链零售商会考虑部署多个温度传感器来监测他们的易腐产品。
随着尺寸的缩小和技术组件成本的下降，企业未来一到三年将在推行物联网中，看到更小的成本以及更大的机会。
一、无线射频识别(RFID)
无线射频识别（RFID）技术对 物联网特别的重要，因为物联网 在产业中第一个实现的应用是使用 RFID 技术来追踪与监控在物流和供应链行业中的商品。 RFID频段范围从 125 千赫（低频/ LF）到高达 5.8 GHz 的/超高频（SHF），此标签至少有三个基本组件：
（一） 芯片包含有关对象的信息并经由无线空中媒介将数据传送到读取器。
（二） 天线允许讯息从读取器传输。
（三） 包装包住芯片和天线，并允许卷标附着到物体进行识别。
现今，一维（ID）条形码在供应链和其他行业有明显的贡献，如资产管理。 二维（2D）条形码提供了更丰富的数据来源，但是打印技术却没有跟上时代。 RFID能在其环境中永久地搜集和处理数据，证明为产品鉴定的下一个技术。 许多垂直行业，特别是在物流和供应链，持续使用 RFID 作为标签解决方案，以提高他们的追踪和监测过程。
放眼未来，RFID 在提供数据流具有潜力，能实时提供特定项目的数据给信息系统，并且具有灵活性来放置在极小的空间和位置上，例如线圈芯片(coil-on-chip)的技术。 随着技术的发展，像是芯片设计、能源使用和保存、射频技术和制造、RFID 新的使用方式应用将会出现，如自动抄表，远程家庭自动化和实时车辆追踪。
二、互联网通讯协议第 6 版（IPv6）
IPv4 地址有效地按照业界公认的指标释出，在现有框架下的最后地址分配已经完成，引发网络地址指派机构(IANA)分配最后五个 IPv4/8 区段。 随着 IANA的 IPv4 地址用尽，没有其余的 IPv4 地址能被分配到提供地址给组织的区域注册机构。
IPv6 是用来取代 IPv4 的下一个互联网地址协议。在 IPv6 中，大约有 3.4×1038（340 trillion trilliontrillion）个独立的 IPv6 地址，让网络继续发展及创新。 由于连接的设备（500 亿）的数量庞大，IPv6 可能会被用来代表所有这些设备（和系统），消除网络地址转换（NAT）的需要和促进终端到终端的连接与控制。 这些功能提供实体对象无缝整合到网络世界。
三、增加讯息吞吐量和降低延迟
物联网仰赖一个普遍的通讯网络让“任何东西，任何地点”连接发生。 多年来，网络经营者为了现有的基地台、收发器和互连设施，提高了他们的基础设备来支持数据的容量和加强网络的吞吐量。 借助加入通用封包无线服务技术(GPRS)，全球移动通讯通话系统(GSM) 经营者已经为了 GSM 增强数据率演进(EDGE)大幅度地提高数据服务。现今，全球大多数的营运商正在部属高速封包存取(HSPA)技术的通用移动通讯系统(UMTS)来提高吞吐量和降低延迟。HSPA 一班被称作”3G”，显示出我们的力量和永远在线的潜力，任何地点的网络连接已经引发一波大规模跨越设备和应用的产业创新。
随着科技趋势转移导向提供更快的数据传输率和更低的延迟连接，第三代合作伙伴计划(3GPP)标准机构制订了一系列的改进来强化 HSPA 演进，也被称作“HSPA+”。 HSPA 演进代表宽带分码多重存取(WCDMA)的一个合理的发展，并且跃升到称为 3GPP 长期演进技术（LTE）的全新 3GPP 无线电平台。 LTE 提供了许多明显的优点，例如增加的性能属性、高峰值数据率，低延迟和利用无线频谱的效率。
四、云端运算
物联网连接数十亿个设备和传感器来创造新的创新应用。为了支持这些应用，一个可靠的、有弹性的且灵敏的平台是必要的。云端运算是支持物联网中的一个有利的平台。云端运算是一种能协调多种技术能力，例如多租户、自动化配置和使用运算，同时依赖网络和其他连接技术，像是更丰富的网页浏览器实现运算效用愿景的架构。 云端运算可以看到逐渐被采用，而云端运算有三种常见云端服务模式，即软件即服务（SaaS）、平台即服务（PaaS）和提供基础架构的云端服务（IaaS）。 举例来说，在 IaaS 硬件的使用，像是传感器和致动器，可以提供给客户云端资源，客户可以经由云端资源来设置任意的服务和管理硬件。 PaaS可以提供一个存取物联网 数据和制定物联网应用程序（或主机获取的物联网的应用程序）的平台。 SaaS 可以在 PaaS 方案上供应提供者拥有自己的 SaaS 平台给特定的物联网领域。 像 Axeda18、ThingWorx19、DeviceWise20 这些公司已经提供了软件开发平台建造创新的 M2M 和物联网的应用。
第八节 技术展望
物联网 是层级架构，这些技术已被分为三组。第一组的技术影响设备、微处理器芯片：
一、 低功耗传感器电源和能源持续性；
二、 在领域上传感器的智能化；
三、 芯片组的小型化；
四、 无线传感器网络的传感器连接。
第二组包含支持网络共享、处理能力和延迟问题的技术：
一、 网络共享技术，像是软件定义的无线电和认知网络；
二、 解决能力和延迟问题的网络技术，像是 LTE 和 LTE-A。
第三组技术影响支持物联网应用的管理服务：
一、 智能市场决策技术，如上下文感知运算服务、预测分析、复杂事件处理和行为分析；
二、 高速数据处理技术，如内存内运算和使用分析。
第九节 传感器连接和网络
一、三年内：
（一）线圈芯片技术
线圈芯片让天线线圈制造在硅芯片的表面，可以借助无线射频读取器感应与互动。这样的芯片通常测量近似为 2.5x2.5 毫米，可用在微小物体或在具有非常小的空间区域使用。芯片的制造是光刻技术，它因为有高度的精准度和可重复性能够制造出非常小的结构。
现今，线圈芯片已经在某些 RFID 卷标和专门的应用程序中实现，如磁振造影。当与传统的和天线线圈的比较，线圈芯片的RFID 卷标实现了更小的空间且很少发生故障，因为缺乏天线线圈和 IC 芯片之间的外部焊接连接点的劣化。 RFID 线圈芯片有基本的存储量，从 128 bytes 到 4 kilobytes 且无位移的部分，因此它可以承受恶劣的环境包括在湿和干的条件下。
在物联网上，线圈芯片的技术是特别有用的，因为它能够用小线圈芯片上传感器对小型的实物进行标记并使用应用程序进行监控。其中一些实物可能是活的东西，如鸟类或昆虫，可以透过气候来监测牠们的迁徙模式。 Maxell–在全球拥有记忆和存储技术的领导地位，已经发展线圈芯片具有 1kbit 存储容量的读写功能（的 RFID 标签。这种微小的 2.5x2.5 毫米 RFID 芯片允许数据被记录、删除并重新纪录以及添加新的数据直到存储容量填满。这使得线圈芯片在项目生命周期进行长期数据管理的时候为一个不错的选择。芯片上的数据可以被删除和重新使用，或处理后保存归档。
（二）低功耗设备和电池
功耗为传感器的最大挑战。现今传感器需要能够维持较长的电池寿命，以减少硬件维护和防止通讯失败，特别像在室外。在许多部署的情况下，为了延长在户外的传感器的可用性，大型电池必须连接到传感器，而这样使得该传感器设备变得庞大且笨重。
物联网支持传感器普遍地连接和需要它们彼此互动，即同时充当标签和读取器。为了支持这样的连接和通讯，低功耗芯片组的设计和使用将会为未来传感器的功耗产生显著的影响和思考。超低功耗设计的芯片组电路是现正持续研究的领域，具有从单闸板移动到多栅极晶体管和碳纳米管设计的技术。
（三）ZigBee（无线传感器网络的情况下使用）
无线传感器网络（WSN）或无处不在的传感器网络（USN）由传感器直接互相通讯，以形成网状网络的能力（通常称为节点）定义。在网络中的传感器可以充当读取器且经常移动。如果它们无意中移动时，它们可以电子化弥补，无需人工干预，即它们是“自动校准”。一个节点可以由大量的电子硬件所组成，一个传感器、一个致动器、一个微处理器、一个无线电和电源，有些可能来自不同的给定系统中，形成了“异构网络”。
IEEE 802.15.4 无线技术是为了提供无线感应网络吞吐量和延迟需求的应用的短程通讯息统。802.15.4 无线技术的主要特点是透过设备的支持，短距离传输、低功耗和低成本。基于 IEEE 802.15.4，大多数无线传感器网络使用无线网状技术，有时被称为 ZigBee。ZigBee 是一种规范，是一套对个人局域网络（PAN）基于 IEEE 802 标准的小型、低功率数字无线电的高阶通讯协议。使用 ZigBee协议，传感器能够以低功率、2.4GHz 频段 250kbps 可靠的比特率传输相互沟通和安全的数据传输，即 128AES+安全。 ZigBee 无线电设计对低成本生产和小于 100 微米的传输范围进行了优化。
无线传感器网络在支持多种物联网应用上扮演了关键的角色。许多智能的物体，具有不同的通讯、讯息和处理能力，一个可靠的网络在当中提供无缝的互动为当务之急。由于需要无缝连接物体和人沟通的大范围，可扩展性是 IoT 的另一项议题。最后，当对电池供电的智能物体进行处理，低功率通讯成为一个重要的面向，以确保这些对象持续连接。无线传感器网络的特性，支持这些网络的要求。无线传感器网络部署的一些例子，是在医疗卫生、环境监测和智能建筑。
二、三至五年：
（一）适性化学习分析
适性化学习分析是一系列的分析算法，它是由传感器和移动设备执行使实时数据智能化分析。 该算法根据出现的情况和可用的计算资源调整数据流处理参数，例如电池的电量和可用的内存，来做出最佳决策或建议。例如，在智慧型房间的情况下，信息可以被用来解释状况，而不是从光、噪音和动作单独的感应监测环境，诸如“开会中”、”展示“或”研究”，能够更好的了解环境。它还提供了环境的一个更抽象的视野，而不是把重心集中在个别环境区块。 根据感测设备的计算资源的优化，这样的讯息输出被定制，且减少了需要被发送到后端系统用于分析处理的数据量。
（二）IPv6 和 6LoWPAN
IPv6 是用于取代其正式在 2011 年 2 月释出（亚太网络讯息中心，APNIC）IPv4 地址 128-bit 的互联网地址方案。 在 IPv6 中，大约有 3.4×1038 独立的 IPv6地址，在可预见的未来有足够的地址空间来容纳云端化的设备。IPv6 允许网络自动配置，让设备容易进行管理且一旦他们在网络上将自动的配置。 IPv6 的可以借助一个分级的方式分配地址空间，带来地址有效的分配和管理。 例如，分配一个 IPv6 地址给组织，可以根据网络架构拓扑进一步分配。另外，IPv6 地址可以根据一个国家的地理位置指派，即东、西、南、北，以及更进一步基于街道和建筑层级来分配。借助 IPv6 地址有效的分配，它能够有更好的可管理性、对设备是别的可用性和易用性。
6LoWPAN 是“IPv6 低功率无线个人局域网络”的英文缩写。这是一个通讯标准，它允许低功耗设备借助 IPv6 进行沟通和交换数据。使用基于 IP 连接形成感应存取网络有许多好处：
1. IP 容易连接到其它 IP 网络而不需要转译网关或代理服务器。
2. IP 网络允许现有网络基础设施的使用。
3. IP 被证明可用且有范围，SocketAPI 是广为人知且被广泛使用的。
4. IP 是公开且自由的，借助标准，处理流程和提供给任何人的文件。 它鼓励创新且很好理解。
5. 6LoWPAN 在 IPv6 协议的工作原理是基于 IEEE 802.15.4 标准。 因此，它具有低成本、低速率和低功率的部署特性。底层采 IEEE802.15.4 的物理（PHY）和媒体访问控制（MAC）层标准，并使用 IPv6 作为联网技术。该协议的参考模型迭层如下。
物联网应用需要双向、低功率的通讯网络，从使用 6LoWPAN 受益。例如，在智能电网系统，发电厂可以传输电力和讯息到客户端， 另一方面，通过双向通讯，用户还可以将讯息发送到电厂。透过双向通讯，功率利用可以以更有效的方式来调整。 凭借其经济性和实用性，6LoWPAN 展现了市场的显著机会。
三、五年以上：
（一）纳米技术
纳米技术是能够从一发展到几百纳米设备的开发。在这个规模，纳米机器被定义为最基本的功能单元，并整合成纳米组件来执行简单的任务，例如感应或致动。在数个纳米机器的协调和讯息共享，都将在复杂性和经营范围方面扩大个别设备的潜在应用。
美国国家纳米技术计划用第一代纳米结构来描述纳米技术的四代发展，第一代是设计用来执行一项任务的材料。第二阶段看到多任务活性纳米结构的介绍，例如，致动器和传感器。第三代，在 2010 年左右出现的，有成千上万相互作用组件的功能纳米系统。从现在到 2015 年会出现综合纳米系统，与系统内的分层系统功能来执行复杂的任务。
随着纳米技术，未来传感器的设计可以更小、耗电更少，并且比电流传感器更灵敏。因此感应应用将享受的好处远远超出现有技术提供，例如 MEMS。在发电和存储的区域，纳米技术使用的纳米材料，可以明显降低能量存储设备的大小，并增加了相同的设备能量密度。
第三章、物联网生活上的应用
第一节 简介
在过去的几年中，无线通信和物联网（IoT）的链接网络发展成为一个新的模式，以及获得学术界和工业界更多的关注。物联网大量的潜在应用实现在日常生活中的应用，以及潜在用户的行为。
物联网的设施到 2020 年将增长至约器 2 兆 120 亿的设备，包括 300 亿连接的设备，其中智能生活应用中占有很高的比率。 物联网应用的智能生活是集合设备和服务，提供通知、安全、节能、自动化、通讯、计算器和娱乐为一个单一的生态系统，共享用户界面。
本节讨论通过智能生活的应用物联网创造的机会。 智能生活包含了许多面向，生活质量文化、卫生、安全、住房、旅游 ……等。 物联网在生活应用，包括智能购物应用，能源和水的使用，远程控制家电，气象站，气体监测，安全监控，智能珠宝，智能家居，智能建筑，生活辅助……等。
第二节 物联网在智能家居的应用
一、物联网智能家居的一般应用：
智能家居是一栋房子或生活环境，包含多种不同类型的传感器的聚集（如图1 所示）的技术，以允许家庭设备和系统进行自动控制。 智能家居提供的舒适、休闲、安全和卫生保健，因此，智能家居可以提高居民的生活水平。 智能家居的概念与家庭自动化的领域密切相关，也被称为家庭自动化，和最近的领域智慧环境。
对 Wi-Fi 的家庭自动化角色的兴起，主要是配置的电子产品的联网的本质，其中电子设备已开始成为家庭 IP 网络的一部分，以及采用了速度越来越快的移动计算设备。 一些组织正在使用技术装备的家园，让住户能够用一台设备来控制所有的电子设备和电器。 该解决方案最初运用在环境监测、能源管理、辅助生活、舒适和方便。
图 3.1：智能家居物联网的应用
智能家居让我们的居家舒适度提升了一个层次，保持均匀的温度、控制灯光和娱乐、确保安全，并帮助节省资金。 特别是，冰箱装有液晶显屏幕，能够显示内容物、即将到期的食物、你需要购买的原料，且所有的讯息可以从智能手机应用程序里得到。 可以远程监控洗衣房里的洗衣机，并在电费最低的情况下自动运行。 厨房的范围接口可以连接到智能手机应用程序，允许远程调节温度和监视烤箱的自洁功能。
在文献综述，有智能家居的四大应用领域，如老年/老龄化/家庭护理； 能源效率； 舒适/娱乐； 安全/保安。
一、对于老年/老龄化/家庭护理 ：
此应用领域的出现，以解决在全球中许多已开发国家迫切需求。 其实，这个应用程序的趋势是大家一般都有兴趣的一部份，发展一个新的智慧技术，为了解决与长者健康、孤独、残疾、长者的认知问题。在这领域内有主要有两个子领域：
（1）随时随地的援助是专注于在长者的日常活动协助任务级别，以及协助他们的残疾和认知局限。
（2）无处不在的看照网络是帮助解决长辈的社交限制，为他们提供的服务和设施，社会包容性，以减少他们的孤独感。
二、能源效率
降低能耗成为了一个非常迫切渴望能在现代社会有新的技术突破，这对人类的未来发展有重大的影响。而技术发展过程中需要越来越多的能量，该能量资源也越来越有限。电网正在发展成为一个新的更聪明的网络被称为智能电网。 它以讯息和通讯技术的进步增强了传统的电力输送系统，以平衡供需的用电量，以及用于开发可再生能源。以下是有关效能的两个主要应用领域：
（1）节能：旨在利用智能家居中的传感器和执行器，来控制节能，判定目前还没有使用或根据用户首选项设置，关闭或低功耗模式。
（2）智能电网整合将智能家居的能源意识融入到智能电网。
舒适/娱乐
一个智能家居的典型和特殊的功能是解决用户的舒适性和娱乐。 例如，智能家居往往环境控制的功能（例如灯光和背景音乐），先进的用户接口（根据语音或手势为例），增加日常活动……等的自动化水平。
三、安全／安全
安全性是侦测智能家居里的异常情况，例如像火灾、水灾、意外事故（如：身体障碍者或老人跌倒）。 安全性是指侦测智能家居里的恶意行为，例如窃贼，非法入侵……等。在安全或安全违规的情况下，智能家居都配有子系统，屏幕监控，远程监控，报警和急救铃能够发出讯号和响应安全状况。
二、智能家居结构
智能家居的组成如下：家庭自动化系统、控制系统和家庭自动化网络。开放式平台的技术，拥有智能传感器网络，提供有关家庭的状态消息。 这些传感器监控系统，如能量的产生与计量； 加热，通风和空调（HVAC）； 照明；安全； 环境关键绩效指标。讯息是处理过的且可透过多个接口取得，如触摸屏、移动电话，和 3D 的浏览器。 在网络方面带来在线流媒体服务或网络回放，成为控制网络设备的功能到达平均。 同时行动设计确保消费者能够获得一种携带式控制器，用于连接到网络的电子设备。
（一）家庭自动化系统
该家庭自动化系统可以含有大量的各种取决于具体应用的家用电器。 家电产品的技术和市场的进展非常快速，且在文献中，智能对象的新理念，出现了对先进的设备包括家电更准确地描述。 智能对象是由三个重要部分所组成：
（i）在真实世界中，实体的部分能够代表此对象；
（ii）对象对象的该硬件基础设施必须拥有智慧能力；
（iii）所述软件层实际上提供了对象的智能功能。
（二）家庭自动化网络
家庭自动化网络的特点是实体技术和通讯协议。 家庭网络技术被分为三大类：电力线、公交线路和无线。 电力线家庭网络是重复使用内部电网。 他们是历史上最古老的、较便宜、有些不可靠的、可扩展的。公交线路的家庭网络使用一个单独的物理介质用于传输电信号。 它们较难以配置且因为布线系统的原因，让家庭住户感到不舒服。 无线家庭网络是使用无线通信，例如，红外线或调频，并且具有令用户更加愉快的优势，因为它们不需要任何电缆。
用于家庭网络有许多通讯协议。 它们大致可分为：
（一）专有协议，由私人公司拥有，不向公众披露；
（二）公共协议，通常由一家公司或财团维护，向公众开放；
（三）是由标准化机构认可的标准协议。 一些最普遍的标准，家庭网络协议：IEEE 802.15.4 / ZigBee、EIB / KNX ISO / IEC 14543-3、IEEE 802.11/ 无线网络连接。
（三）控制系统
控制系统可能是一个智能家居的最复杂的部分。 它的功能可以很简单，比如提供对特定事件的反应行为，像烟雾探测、温度变化、或更复杂的策略，通过混合被动和主动的行为，以实现家庭住户的高层次目标，比如最大化的舒适和降低成本，或者在社会，最大限度地减少污染和环境保护。在文献中提出的种类繁多的计算方法是为了复杂控制系统的设计和开发，其中不乏采用人工智能，多智能体系统和自动化控制的结果。
第三节 物联网在智能建筑的应用
在过去的几年中，许多公司正在考虑将建筑平台整合为将自动化与娱乐、医疗监控、节能监测和无线传感器监测为一体。
物联网的应用程序使用传感器收集有关运行状态和云端托管的分析软件的讯息，用于分析不同的数据点，帮助设施经理用最佳效率主动管理建筑物。 从技术角度，它可以更详细地识别智能建筑中的不同楼层，去了解系统、服务和管理操作的相关性。 对于每一层，重要的是要了解隐含的参与者，利益相关者和最积极者，以实现不同的技术解决方案。
以下有一些建筑拥有人、经理或用户之间建筑所有权的议题，如谁付了初始系统的成本和谁在这段时间得到了好处。 如果这些问题没有完全解决，新技术不能迅速的运用在建筑行业。 具体而言，缺乏建筑行业的分部门之间的合作会降低新技术的采用，且会阻止新的建筑，完成能源、经济和环境绩效目标。
在这一研究领域的无线传感器网络（WSN 中）功能的开发，以促进在建筑的智能能源管理以增加用户的舒适性，同时降低能源需求，他们是高度相关的。除了从引进这种智慧化能源管理的建筑物显而易见的经济效益和环境效益，其他正面的影响将得以实现。 建筑控制的意义并非最不重要； 作为配售监测、讯息回馈设备和控制能力在一个单独位置将使建筑物的能源管理系统，让决策者，大楼经理，维修人员及建筑物的其他用户，更加容易操作。
与能源管理系统利用网络还提供了一个机会，可以在全球的任何位置，从一台笔记本计算机或智能手机连接建筑物的能源讯息和控制系统。 这有巨大的潜力，给管理者、决策者和居民提供建筑能源消耗的回馈和根据讯息采取行动的能力。
在未来物联网的背景下，智能建筑管理系统可以被认为是一个更大的讯息系统的一部分。 该系统被设备经理所使用去建筑管理能源的利用和能源的采购以及维护建筑系统。 它是根据现有的内部网络和网络的基础设施，因此，利用此标准作为其它 IT 设备的标准。 根据本文，降低成本和无线传感器网络的可靠性正在将建筑转变为自动化，通过能量效率、健康的维持。 在建筑中，富有成效的工作场越来越具有成本效益。
第四节 物联网的应用可在环境辅助生活
物联网应用和服务将在独立生活产生重要影响，提供支持老年人利用的可穿戴和环境传感器检测日常生活的活动，使用可穿戴和环境传感器的监督社交互动，使用可穿戴式的重要讯号传感器监控慢性疾病，和人体感应。 随着模式检测和机器学习算法的出现，这件事情发生在患者的环境里，将能够注意和照顾病人。 此应用可以学习规律的日程和发出警报或发送异常情况的通知。 这些服务可以被整合为医疗技术服务。 物联网正在改变着我们的工作和生活的方式，能够节省时间和资源，并打开新的机会。
在辅助生活的领域，一些研究活动试图在某段时间去追踪用户的活动并监测其健康，通常会假设一个给定的情况（分类任务），或分析特定的序列（时间序列分析的任务）。环境辅助生活包括技术系统，以支持老人在他们的日常工作，能够尽可能长时间的，有独立和安全的生活方式。 通过物联网，中央环境辅助生活模式，可实现老人住在自己家中拥有智能对象，因此智能家居可以透过智能和目标导向的方式连络外界。
环境辅助生活和“智慧环境”有很强的关系，这是一种物联网的技术领先。为了使提高自家的安全性和福祉，家中要有智能对象的帮助，成为智能家居，这是智慧环境的愿景。 环境辅助生活场景的特征在于，可被链接，情况敏感的，个人的，适应的和预期的。 物联网被认为能够提供所有必要的环境特征去辅助环境。透过物联网，便可能去完成上述所有老人的需求。 监控慢性疾病（健康）、按照需求提供新鲜食品（安全）、报警系统（安全性）、提醒服务（安心）、人们对人们的通讯，例如亲戚（社交）到技术的背后只是透过几个提到的 AAL 的应用。
一、环境辅助生活的技术
保持联系技术（KIT）和闭环医疗服务的结合，导致环境辅助生活场景的应用物联网基础设施。 这些应用程序是有用的且为老人所接受的，他们发展了让人与人沟通的新模式的基础建设，叫做 P2P 沟通。 在老人、所处环境和照料者相关团体之间的个人通讯是 AAL 的一个重要方面。 保持联系（KIT）使用智能对象和技术（近距离通讯和无线射频识别），方便远程监控流程。 闭环医疗服务需要使用 KIT 技术，并能够处理相关数据，建立老人和他们的环境和不同群体的照顾者（医生，亲戚，移动服务提供商）之间的沟通渠道。
二、保持联系（KIT）
保持联系（KIT）已发展为一种技术，用于收集和转发必要的（健康）数据给慢性病患者和老年人以监测健康状况和治疗的完成。KIT 是根据 RFID 技术，结合近距离通讯（NFC）和移动电话。 NFC 是一种基于磁、电感耦合的无线连接技术，且在 13.56MHz 频段工作。这使得仅仅通过把他们紧密的放在一起就能让智能物体之间可以短距离通讯使用 KIT NFC 配备手机能够仅通过触摸相应的对象，收集特定应用程序的数据，其也配备有 RFID 标签或 NFC 技术。 移动电话因此成为几个医疗设备或智能对象的通用通讯终端。
三、闭环医疗服务
闭环医疗被指定用于收集数据的过程和获取回馈。图 3.2 显示了在医疗闭环的原则。 从病人收集到的数据被发送到服务中心，这是由治疗医生看诊而得到的。 医生监测病人的健康状况，如果需要的话，可能给予远程医疗咨询，并因此提高待遇。
图 3.2：医疗闭环原则
KIT（智能对象）和闭环医疗保健服务的结合，导致对环境辅助生活的应用基础设施。
图 3.3 显示了这两种技术相结合的结果。 一方面，它包括通过物联网来获得年长者环境的数据也链接到相关照护团体。因此，另一方面，此连接能够联络治疗医生为慢性疾病和药物的适当监控； 亲属或行动护理人员关心他们的社会和个人需求。
图 3.3：物联网在环境辅助生活
第五节 物联网在生活的其他应用程序
物联网在生活中的应用不仅在智能家居、智能建筑和辅助生活，还应用在购物；能源和水的利用；遥控设备；气象站；气体监测；安全监控；智能饰品；旅游服务。
一、 在智能购物的物联网应用，根据客户的习惯、偏好、他们的成分、或到期日来得到建议销售点。
二、 能源和供水消耗监测，以获得关于如何节约成本和资源的建议。透过引进照明和取暖的产品，如灯泡，恒温器和空调来提高能效。
三、 打开和关闭的远程设备，以避免事故的发生和节约能源
四、 透过远距离传输数据的能力，显示室外的天气条件，如湿度、温度、气压、风速和用公尺来测量降雨水平。
五、 有关燃气使用和煤气管道的状态的真实讯息可以通过连接小区域煤气表，以网络协议（IP）网络提供。 至于水的监测，可能的结果可以是降低劳动和维护成本，提高精确度和降低仪表读数成本，并且可能减少气体消耗。
六、 婴儿监控，摄影机和家庭报警系统，使人们感到安全的家中生活。
七、 穿着一件装有蓝牙技术的首饰，可以提高个人的安全，透过一个简单的按键与你的智能手机建立联系，上手机APP可以发送警报到你在社交圈中选定的人，告知你需要帮助的消息和你的位置。
八、 讯息和通讯技术 （ICT 技术）的使用和应用，提供创新的方法和技术解决方案，以提升旅游行业的技术基础，可以提供整个城市有趣和有用的旅游讯息。 这些讯息可能包括博物馆、美术馆、图书馆、旅游景点、观光局、古迹、商店、公交车、出租车、花园……等。
第六节 物联网在生活应用的局限性
物联网在生活应用的限制是:智慧设备的内存、资源和计算能力的限制；这阻碍了物联网领域的安全的生活记录应用成熟的安全算法和技术机会。
第四章、物联网医疗保健的应用
第一节 简介
物联网（IoT）对于整个医疗保健行业而言，扮演着催化剂的角色。从管理慢性疾病，到使用光谱来预防疾病，物联网（IoT）在医疗上的应用，除了有着重要的地位，也有广泛且显著的作用。物联网在医疗保健上的运用，可以从远程来监测患者的各种疾病，例如：糖尿病、心律失常、老年痴呆症以及早老性痴呆等，并把这些重要的救命数据，例如：CT 扫描、检查结果和病历，在多个设备装置上随时随地将这些资料，送达至医疗小组的手中。
门诊监测和远程医疗或“值班医生”的应用程序带来与患者们新的互动模式，并实现更好的接触到远程地区。在许多状况之下，医疗保健服务提供商的诊所就诊，因透过运用了无线技术，而被家庭监控所取代。
图 4.1 以物联网为基础的医疗记录
第二节 如何运作
在一般医疗应用上，先收集患者数据，并将该数据处理、分析，之后透过无线链接到医疗入口装置，最终会将数据传送到云端上面。而在一些应用中，如果设备本身配备有最新的功能，可能就不需要经过这个入口装置。医疗保健行业在一些技术使用上。举例如下：
一、 门诊监控：
该运用使医生能够在远程就可取得各种健康参数和咨询的患者有谁。因此，患者不一定要去到医院就诊，只在有需要或必需时才会前往。该运用可以帮助医院有效的管理床位，进而增加收入，并在同一时间使客户满意。监测设备在有限的时间限制中，能提供病人可出院的时间，这有助于医生继续监测病人，并给出建议且纠正。
图 4.2 门诊监测
二、临床护理：
住院病人的生理状况需要密切关注，所以可利用物联网推动的非侵入性监测，不断地进行监测。这种类型的运用是采用传感器收集全面的生理讯息，并使用网络和云端分析以存储讯息，之后透过无线发送的数据进行分析，让照顾者进行进一步的分析和审查。这种方式透过不断地关注，以提高护理的质量，也因为不需护理人员参与数据的收集和分析，而降低了医疗成本。
三、呼叫远程监控或农村卫生或医生：
有些人还没准备好使用健康监测系统。在远程/农村地区建立一个全面的医院有许多的挑战。但透过物联网的无线运用，即使是远程现在也能够监测这些病人。这些运用可用来安全地从各种传感器采集病人的健康数据，运用复杂的计算对数据进行分析，之后透过能有适当健康建议的医疗专业人员进行无线连接共享。
第三节 健康物联网的运用
在未来的几十年，医疗保健的服务模式，将从目前以医院为中心慢慢转换，于 2020 年是医院与家庭保持一个平衡，到最后 2030 年以家庭为中心。未来的医疗系统应以层状为结构，如组织由低到高，包括个人、家庭、小区和医院层，下层具有较低的劳动强度和运营成本，慢性疾病有较高的使用频率，急性疾病有较低的使用频率。因此，透过物联网技术（即所谓的健康物联网），使家庭医疗保健（IHH）行业有望都能实现传统医疗行业和信息通信技术行业。健康物联网服务是无所不在且个人化的，它将加速医疗卫生事业，从以事业为中心，转变为以患者为中心。健康物联网的典型应用场景如图 4.3 所示。
图 4.3 家庭保健站的应用程序
一般而言，健康物联网的应用包括以下功能：
一、追踪和监控：
搭载普及的标识、传感器和通讯能力，所有的对象（人、设备、医学……等）在以 24/7 为基础之下穿戴 WSN 设备监视来被追踪。
二、远程服务：
医疗保健和辅助生活服务，例如紧急检测和急救、中风居住和训练、饮食和药物管理、远程医疗和远程诊断以及健康的社交网络……等等，都可以透过网络和现场设备来达成。
三、讯息化管理：
在物联网的全球连接功能后，所有的医疗讯息（物流、诊断、治疗、康复、用药、管理、财务，甚至是日常活动）可以收集、管理和整个价值链的利用。
四、跨组织整合：
医院讯息系统（HISs）延伸到病人的家中，并且可以整合到较大规模的医疗保健系统，或许可能是一个小区，城市。
第四节 医疗设备和物联网
可穿戴式设备及协助患者家庭健康监测的设备现在是常见的事，会说话的医疗设备都非常吸引任何年龄层的患者。这些设备有足够的能力，将生命重要数据从患者家发送至医院的工作人员手中，这使他们拥有了患者健康的实时监控。这些设备采用无线的方式来连接血糖仪、体重秤、心脏和血压监视器。设备能帮助监测实时 ICU 的过程，确实是组成物联网中一个重要的部分。医院环境中的设备有无线超声监测和远程生命体征监测。
可穿戴式设备越来越受到重视，因为许多患有慢性疾病的人，从这个设备得到真正的好处。设备上的按钮可立即发出警报，以求紧急医疗救助。很多时候，该装置可以让他们与专家讨论并采取正确的措施。健身带是另一种在医疗设备和物联网上的应用。这些连接带采集一整天重要数据，并使用无线从主体发送到用户设备，如计算机、智能手机和芯片。因为它们的确是好用的工具，能减少医疗费用，甚至是健康保险公司也有兴趣来采用、推动他们。
第五节 会说话的医疗设备和应用程序
作为物联网的主要部分，会说话的医疗设备要继续朝这个方向前进。这设备包括提醒服用某种药物的剂量、检查血压、散步等等。事实上，会说话的设备所执行的事情，比我们在此所讨论的还多了很多。它让我们知道相关的程序，并提供健康咨询和其它讯息。
这些设备不仅用于患者，还广泛用于医院员工。有说话的温度计，当按压上面的一个按钮，它会告诉你现在的温度；OK 绷，能够指示伤口是否痊愈；或是一个报时音乐设备，当它需要提醒的时候，会启动提醒需要补充处方等等。
第六节 透过设备产生临床数据
一些医疗设备产品的公司提供了一个云端平台，使无线传输的临床数据可以存储和显示，这个平台允许各种医疗设备和应用程序互相操作，该平台无疑能产生大量的临床数据，在很多方面上将有助于在医疗卫生行业。最有趣的是，在 HIPAA（健康保险流通与责任）的合规性顾虑被考虑得最多，因此有很多的关注都在这方面，这就是消费者使得技术成长。预计这些医疗设备将很快成为医学物联网的一部分，而来自这些设备所产生的数据将是当前和未来的数据分析的重要来源。
第七节 为患者安全所连接的医疗设备
在过去的三十年来，医疗卫生技术人员实现了一个简单的道理：监测患者以改善结果。这项概念催生了几十个今天病房内的设备：脉搏血氧仪、多参数监护仪、心电监护仪、动态心电图监测器等。而之后的几年里，技术和智能算法改进了许多其他的医疗设备，从输液泵（IV 给药）到呼吸机。因为这些新技术的出现，使得现今的医疗越来越好。
如今，一个新技术的中断正在透过病人护理传播：智能分布式医疗系统。透过网络设备，报警也变得更智慧，只有当发生多台设备同时显示错误的生理参数时，它才会发出警报。借助连接测量处理，智能药物递送系统，可以比繁忙的医院工作人员动作更快更可靠地反应患者状况。透过追踪在医院的病人，并将它们连接到云端的资源，照顾效率得以明显改善。在医疗保健的物联网网络出现，将解救成本和寿命。
第八节 综合临床环境（ICE）
研究人员和设备开发人员，在医疗设备的连接上正在快速的进步。综合临床环境（ASTMF2761）的标准，是建立连接系统里的一个关键成就。ICE 结合的标准，是从 IEEE11073（X73）的标准健康信息来定义数据和术语，它指定透过数据分发服务（DDS）标准。然后 ICE 定义控制、数据记录和监控功能来创建一个连接，建立以智能为基础的智能临床连接系统。
图 4.5 综合临床环境
这是一个聪明的病患镇痛控制系统。这个监控结合血氧仪和呼吸机的读数，以减少误报和停止输注药物以防止过量。RTI Connext DDS 连接所有适当的实时可靠的传送组件。
第九节 病人监控
现代医院使用数百种的病人护理和监控设备。这些系统必须在一家大医院的环境之下工作，要整合医院里成千上万的设备，会出现许多的挑战。
为了证明设计是可行的，RTI 模拟了一家有 90 位病人和 270 个设备的医院。该模拟发送在现实中一百左右的数据，让它流动于这些应用之间，RTI 服务开发了一个矩阵（Excel 电子表格）来配置原型建立者，从实际设备发送数据类型和预期价格的组合。RTI 开发了自动测试工具，并部署整个实验室的测试计算机、应用程序和收集结果。RTI 的测试工具收集这个拓扑数据流速率和加载。RTIConnext DDS 处理现实的规模、性能和探索。
由于最重要的是进行通讯的实时波形和视频，潜在网络范围内的数据流是很大的。DDS 过滤和 RTI 传播那些数据的能力给发送者，消除了带宽的浪费。由于 62％的医院病人天天都在移动，系统测试的网络位置之间也要转换。在部署时，新的系统将缓解病人的追踪。它会与每个房间内的设备协调，并连结到每一个病房，到最后整合整间医院。讯息可以容易并安全地流动到以云端为基础的电子病历数据库。未来的医院在物联网产业里，将成为一个分布式智能机器。
图 4.6 病人监护系统
医疗设备必须在一个复杂的医院环境中来运作。该系统必须能够找到数据源，追踪他们病人的移动和缩放处理负载。这个真实的测试模拟了大医院。
第十节 紧急医疗系统
消防员和急救医疗人员（EMT）需要携带可携带式诊断和治疗系统到一些危险的地方。救护系统必需要在到医院的路途中来照顾病人紧急医疗系统的软件架构，在可携带式设备和车子内整合了各种以患者为面向的设备。它还连接这些系统到云端，如电子病历和医院，使他们能够对病人的到来做好准备。它同时支持在病人周围和安全上的第三认证医疗设备，与所有数据的加密通讯。这种连接提高了响应和效率，并减轻忙碌的急救人员之负荷，与医生和医院的讯息共享，在患者到达医院之前提高对病人的照护。
世界上最大的紧急医疗设备制造商正在使用 Connext DDS 的软件架构，充分地利用物联网的优势。而现在，借助 RTI 让急诊医学进入到物联网的产业网络。
未来的急救医疗系统将整合多个设备，提高现场和转运过程中病人的照护。他们会到云端存取、收集患者的病史和过敏症的医疗记录。医师将能够在整个过程中监测预定的治疗疗程。该系统也将连接到医院，以帮助抵达做立即治疗准备。
第五章、物联网在能源中的应用
第一节 简介
由于目前的能源危机，已开始要求各个地区需节能减碳。二氧化碳的排放和全球暖化已成为世界严重的问题，许多研究的发展目的是为了减少能源的消耗。为了实现节能环保技术，监测和分析能源的消耗是基本的技术。
物联网是二十一世纪的现象，是实体消费产品连接到网络，并开始通过传感器和致动器的装置相互沟通。智能电网是物联网（IoT）大多数的应用之一。由于讯息认知、传输、处理广泛地存在于智能电网，物联网技术在电网建设、安全管理、安全监控、数据采集和互动等将扮演重要的角色。自从实施智能电网技术后，能够在高峰时段视情况调整系统的负载平衡，以及对于居民的目标是利用以时间为基础的定价通知需求响应机制，减少在高峰时期的电用量。
第二节 什么是智能电网
智能电网的概念可以被定义为下一代电网，它利用先进的控制和通讯技术，将能量产生、分配和消耗优化。智能电网可以使用各种工具，例如先进的定时器，双向通讯和智能控制的设备，以提高系统的效率。此外，由于这些系统的种种优点，智能电网扮演减少温室气体排放的作用。在智能电网中，能透过双向通讯让供货商能实时观察一间房子所消耗的能量，并经由智能电表将讯息发送给消费者。因此，智能电网能提高消费者的参与度，以达到能量消耗优化。
智能电网系统基本上可以分为三个主要部分，分别为产生、分配和消费，如下说明：
一、发电：电力是使用各种可再生和不可再生资源（如使用煤，气，风厂，核电站，水电站，太阳能电站等火电厂）的方式由发电厂产生，发电机根据消费者需求及有限的资源来生产电力。
二、配电：电力分配系统的网络将电力从电力产生器传递给消费者。配电通过配电站和输电线路。该电力在电力传输的过程中损耗最小。某部分电力慢慢流失是因为传输线所产生的热。
三、电力消耗：电力消耗会因不同机构的消费者（例如，家用，工业和政府机关）而有所不同。因此，必须确认各电力的需求，使得电力供给及分配优化。为了实施这一目标，智能电表装置可以快速、准确地收集电力消耗的数据。
四、智能电表：智能电表，它能收集家里家电的消耗数据。家电和智能电表共同建立一个家庭局域网络（HAN）。
五、集中器／通讯闸：一个集中器，作为数据的有效转发器的设备。集中器收集在家庭中特定区域的智能电表的消耗数据以及储存在缓冲器的数据。M2M 的协议转换集讯器从缓冲区中取出排列第一的封包，并将封包(本地网络所产生的讯号流量)传送连回至电信网络的节点并进一步与电信核心网络链接传输。
六、广域网（WAN）基地台：广域网基地台从集中器累积数据，并将这些数据经由回程有线网络传送至控制中心。广域网基地台分配带宽给每个集中器。
七、控制中心：控制中心从 WAN 基地台接收储存数据后，用这些数据来估算电力的需求，使发电和配电优化。
图 5.1 智能电网提升能源系统，客户可以使用该系统提供更高的可靠性和讯息来节约能源
第三节 物联网在智能电网中的应用
为了将物联网的应用扩展到智能电网，关键是这些新技术。利用新材料技术，讯息技术和通讯技术等，物联网的设备正朝向更小、电力消耗更低、电池寿命更长的方向前进。在生活中，有着无所不在的通讯沟通、更宽的带宽、更强的计算能力、决策和智能控制的能力。在智能电网中物联网应用的主要情况如下：
一、自动抄表系统（AMR）与高可靠性
自动抄表系统在智能电网中有着明显作用。它是一个负责采集、智能处理和实时监控电力消耗资讯的系统。物联网支持自动采集、异常测量、电能质量监测与消费行为分析。此外，该系统还有以下功能，如讯息发布或是分布式能源监视与智能功率装置之间的讯息交换。
图 5.2 根据 PLC 和 OPLC 的 AMR 架构
在传统上，电力消耗的讯息是经由人工在现场收集一段时间，这导致时效性不足、准确性和适应性也都不够。远程抄表系统是利用无线传感器网络（WSN）、电力线通讯（PLC）和光纤电源线通讯（OPLC）来收集电量数据，并经由私人电力线通讯网络和公用通讯网取得有用的实时信息，而今后能经由先进的通讯技术、估算技术和电能计量技术达到电力消耗统计、分析的使用状态。此系统的意义在于它的实时、准确、有效率的电能质量统计和监测方面。此系统将大大增强传统 AMR 系统的稳定性和准确性。人们可以从该系统享受到许多好处。他们可以根据统计和电力消耗分析来调整用电，以及实施阶梯电价以达到省钱的目的。
二、电力输送、变电和配电的智慧巡逻
电力输送、变电和配电设备的巡视，主要是在固定的时间运用人工来进行。受到外在因素影响，如气候和环境，巡逻的数量和质量并不好。在这些情况下，智能巡逻会是一个更好的选择。它根据物联网功能的无线传感器网络（WSN），以及可以帮助识别的标签定位设备，提高巡视工作的标准化和规范化。智能巡逻可提高巡视质量和效率，并确保电力系统的稳定性和提高供电的可靠性。智能巡逻的应用主要包括巡逻人员定位、设备环境及状态检测、状态检修协助和规范运作的指导等。
三、智能家居服务
作为智能电网重要组成的部分，智能家居是实现用户与电网之间的实时互动，提高电网的综合服务能力，满足互动营销的需求，提高服务质量的重要方法。智能家居服务被广泛应用于日常中。例如，居民可以让自己的洗衣机和充电器在半夜时进行切换，这样会使电费相对较低。他们可以在回家前透过电话或透过简讯，将家中的空调和电热水器打开，他们可以一到家就享受到空调和热水。也可随时监控家中的情况，若不在家的时候，家中出现小偷，可以透过监控立即打电话报警。透过转移住宅的负荷高峰，可以减少用于输电和配电容量的需求，因而减少电力系统上的花费。同时，将住宅的负荷高峰转移给工业和商业用户，有助于提高电网企业的收入而不增加发电量。
图 5.3 智能家居和大楼自动化系统概述：无论是经由电源线或无线都可以相互沟通
物联网可以应用于智能电网的各个方面。可在一般家庭传感器网络协议来使用智能家居服务系统，它提供了智能家电控制、万用电表抄表、电力消耗（包括电力，天然气，水，热力等）的讯息收集、家里的敏感负载监控和控制、再生能源的存取、用户互动、讯息服务等。它也可以采取开发一般性平台，在研究无线传感器、电源线通讯以及电源线复合电缆上，和下一代宽带无线通信的整合网络技术同时进行。最后，物联网的应用将加速数字化、通讯城市、AMR、分析和专家决策系统的发展。因此，我们将能节约能源以及有效地使用各种资源的目标。
物联网（IoT）在建筑环境智能自动化中有更多的机会，这样的好处对于节能与智慧能源网的整合、智慧建筑与住宅都代表着有很大的机会可以减少企业和家庭的电力消耗。电力供货商可根据时间表，以及大楼居民使用模式的效率进行优化。智能电表和电器将与智慧电源沟通，以帮助平衡供应和需求。
能量感知智能家居的智能电网整合，无疑地会引出一些智能电网的主要目的并成功整合。从相互作用所产生的好处说明如下：
（一）更有效的讯息回传
国内每家每户的能源浪费占了相当大的比例，问题可归因于缺乏适当的讯息回传。月底的账单就是一个例子。虽然提到了我们的整体消费，和我们在付款上花了多少钱，但电费不能帮助我们节约能源，因为它没有透露我们到底把大部分的电力花在何处。毫无疑问地，智能电网，可与我们的智能家居之间不断地互动，将进行更有效的讯息回传。如果某设备设定在一个特定时刻会被开启通知，价格讯号电价可在任何给定的时间发送到家中，让我们的设备立即通知我们所耗费的能源量（以金钱计算）。这种能源消耗的详细图，有望给消费者更深入的了解自己的能源使用模式，并有机会降低月底的电费。不仅有利于口袋里的钱，也帮助消费者做出更明智的决策。
（二）调节高峰时段的能力
该智能家居和智能电网的互动，提供同样具有价值的好处是引入动态定价机制，根据目前的需求和所需充电的时间，来进行充电。这种方案使消费者能够在非高峰时段用较低的费用使用能源，并让需求有更好的分配。从高峰到非高峰期中移动的一部分，这个过程称为调峰。
（三）能量交换
从智能家居和智能电网之间的双向通讯，所得到的另一个好处是，智能电网消费者有权选择成为能源的生产者。透过其处所安装分布式能源资源，客户可以产生、储存和卖出能量回传给电网。
四、电动汽车之讯息管理系统
电动汽车（EV）提供一个有趣的智能电网的潜力并超越环保交通。它可用于储存能量。电动汽车充电站包括四个方面：供电系统、充电设备、监控系统及相关配套设施，如图 5.4 所示。供电系统主要负责安全输出和电力计量管理，例如变压器和谐波控制设备等等。电动汽车的充电和放电，透过充电设备来完成，包括直流充电和交流充电。交流充电提供慢速充电的电动车，而直流充电提供快速充电模式和计费功能，监控系统负责环境和安全的实时监测。
图 5.4 运用智能电网整合电动汽车包括多个数据交换
EV 被视为智能电网的移动蓄电装置，并且有助于电网减轻峰谷的影响。这新功能将能更好地管理资源，相当地环保。消费者还可以在非高峰时间使用到较便宜的的电力。为了实施电动车的互连充电站和电网，它需要同时开发电动汽车行业，通讯辅助设备和管理平台。
根据智能感应和高容量的传输设备，物联网技术可提供智慧感应和高效互动的电动汽车、电池与充电站。智能感应装置包括无线传感器、RFID 标签和 GPS，而高容量的传输设备包括电力光纤网络、电力线载波通讯和无线宽带。另外，在管理整个生命周期的在线监控、集中控制、优化资源分配和设备，可透过综合讯息分析来实施。透过感知的可用资源和资源的利用状态，统一资源分配和有效率的服务，可提供给充电站和消费者。
第六章、物联网空气监测架构
第一节 介绍
气候变迁成为近年来的环境议题。在城市地区，车辆为主要污然的来源。车辆数目急剧增加也导致各种污染的排放负荷量明显的增加。空气污染来自轿车、巴士及卡车，尤其地面臭氧和微粒物会加重呼吸性疾病与引发哮喘发作。为了控制空气污染，空气污染量必须被监测，并且因车辆而造成的污染应该被鉴定。环境监测、模块和管理使我们能够对自然环境获得更深的了解。
物联网(IoT)可能对于在城市监测车辆的空气污染而变得有帮助，且在城市不同道路上污染数量的相关数据也能被收集和分析。物联网被实行作为一个连接对象的网络，其中的每个对象都可以被使用独特的 ID 来称呼，并且基于标准通讯协议来通讯。以两种技术传统上被认为是物联网模式的关键推动者：无线感测网络(WSN)和无线射频辨识技术(RFID)。
第二节 污染监测系统
一、GPRS 传感器数组
对于空气污染监测的在线 GPRS 感测数组已经被设计、实行和测试了。被提出的系统包括移动数据撷取单元(Mobile-DAQ)和固定式具有网络功能的污染监测服务器(Pollution-Server)。移动式数据撷取单元整合了单片微处理器、空气污染传感器数组、通用封包无线服务调制解调器(GPRS-Modem)以及全球定位系统模块(GPS-Module)。Pollution-Server 是一个高端可网络链接的个人计算机应用服务器。移动式数据撷取单元聚集了空气污染程度(CO、NO2 和 SO2)，并且将它们与 GPS 实际位置、时间和日期装进一个结构。这个结构随后被上传至GPRS-Modem，并经由公共移动式网络发送至 Pollution-Server。数据库服务器借助各种客户端，如环境保护机构、车辆登记管理机构以及旅游和保险公司连接到Pollution-Server 作为更进一步的用途。Pollution-Server 被接到 Google Map，以显示大都市地区实时的污染程度和位置。
图6.1系统硬件基本建构模块
该系统在沙迦的城市-UAE成功地测试。该系统报告以24小时/7天为基础的实时污染程度和位置。系统整合了单片微处理器、数个空气污染传感器(CO、NO2、SO2)、GPRS-Modem和通用定位系统(GPSs)模块显影。综合的单元是移动式的物体和利用无线移动式公用网络的无线数据撷取单元。该单元可以被放置在任何移动式设备，例如公共运输车辆。当车辆在移动中，微处理器产生一个结构，包含了从传感器数组所获取的空气污染程度和从所链接的GPS模块报告的实体位置。污染物的结构随后被上传到通用封包无线射频服调制解调器(GPRS-Modem)并经由公用移动式网络发送到Pollution-Server。数据库服务器借助有兴趣的客户端，例如环境保护机构、车辆登记管理机构、旅游和保险公司等连接到Pollution-Server
66储存污染程度作为进一步的使用。Polution-Server连接到Google Map去显示在大都市地区实时的污染程度和他们的位置，例如沙迦市城市-UAE。
二、室内空气质量监测
室内空气质量(IAQ)是这些日子里一个新兴的议题。受能源成本上升的驱使，建筑物越盖越多或是改造得密不透气来减少不必要的热损失，结果空气质量水平在这样的建筑物下降低。在这种情况下，无线传感器网络对在建筑物监测IAQ是帮助的。包含各种IAQ传感器，这个网络能够同时测量在一个建筑内各个不同位置的IAQ水平。网络在建筑物内整合了加热、通风和空调系统，以确保可接受的室内空气质量。使用传感器网络，各种室内通空气污染物(CO、CO2、VOCs和悬浮微粒)可以在容纳污染物产生的潜在来源的空间中被测量。当测量到的污染物程度高于可接受的，网络将会提醒室内人员，建筑物的气候控制设备触发器启动，排出污染的空气并且从外面带入新鲜的空气。这项研究最终的目标是实现传感器网络部署在各种不同的建筑物。为此，付担得起的、低成本的无线IAQ控制器可以被容易地设置，避免昂贵的需要被开发。
图 6.2 室内空气质量的测量
三、移动式空气质量监测网络(MAQUMON)
网络嵌入式系统实验室在ISIS创建了由许多装置在车辆的传感器节点组成的移动式空气质量监测网络(MAQUMON)测量空气中不同的污染物。数据点利用机载GPS标记了位置和时间，该测量会被定期地上传到服务器并处理，然后发布到微软SensorMap入口网站。给定一个足够数量的节点和多样的移动性模式，一个在大区域的空气质量详细图将会以较低成本获得。传感器平台支持自主地去收集、储存，和脱机数据检索或是现场感测读数的串流技术。内建无线蓝牙模块提供给桌面计算机或PDA一个无线接口。
图6.3传感器节点结构
或者，该系统可以通过USB被存取。该有线的界面还可以提供电源板给无论是在线操作或是充电式的锂电池。该装置的电池寿命受限于几个小时（在活动数据撷取节点），但在车上安装的情况下，它可以不断地从打火机供电。此外，一个两轴的MEMS加速计用来检测是否系统在运转并且可以自动地关闭所有没有在使用的耗电组件(GPS、蓝牙、气体传感器)。位置和时间信息由一个机载20个频道SiRF-III型GPS模块以1赫兹的采样频率提供。气体浓度水平是由三个模拟的传感器来测量：O3、NO2与CO/VOC。这些读数随着温度和相对湿度数据被储存在一个序列快闪的设备2MB。一个2x16规格的LCD屏幕提供有关系统状态立即的视觉反馈（连接的接口、GPS锁定、时间、移动侦测以及传感器读数）。英特尔8051型的微控制器控制系统的各方面从电池充电到模拟／数字转换和USB协议。传感器的移动性使用SensorMap移动代理功能来处理。整体的空气质量将会被显示在一个利用图像迭覆的等高线图。特定的传感器和/或特定的地理位置的时间序列数据将会是可得的。
四、实时的空气污染监测
空气污染对大气中造成全球暖化和酸雨成分的浓度有明显的影响。为了避免在自然界如此不利的不平衡，空气污染监测系统是最重要的。在这种情况下，无线传感器网络(WSN)对在实时基础下使用无线传感器网络(WSN)，也就是实时无线空气污染监测系统是有效的解决方法[5]。市售感应气体浓度的离散气体传感器，像是CO2、NO2、CO和O2被使用适当的校准技术来校准。这些预先校准的气体传感器与无线传感器微粒整合，使用多跳的数据聚合算法在校园和Hyderabad城市现场布署。简易的中间件和网站接口，可以从网络上任何地方来查看从被开发的测式床而得的数字和图表形式的现场污染数据。其他参数像是温度和湿度也伴随气体浓度被感测，使得数据的分析能够透过数据融合技术。
实验进行使用了成熟的无线空气污染监测系统，在不同物理条件下证明系统收集实时精细的污染数据的可靠来源。这种情况下的目标是想出符合成本效益的、可靠的、可扩展的和准确的具有无线传感器网络的实时空气污染监测系统。市售的电化学和电阻加热式传感器用来感应O2、CO2、CO和NO2的气体。
（一）无线传感器网络的CO2气体监测
CO2气体传统的测量方法在大多数情况下使用人工监测，其高度依赖工作人员手动地以CO2检测仪深入环境监测和数据采集。传统的测量缺点像阳光一样的清楚，像是数据的收集受限不能全面地反映环境的条件、采样间隔太久不能追踪实时的异常状况。此外，人工的监测受限于一些环境，像是在某些恶劣的自然环境或甚至是一些有害的地区，导致人工监测不能实施。无线传感器网络整合了三样主要的传感器技术，嵌入式运算与无线通信。由于它的灵活性和布署方便，它可以被应用到无人的环境监测和其他特殊的区域。
无线传感器网络代表了一个明显的进步，在这些传统方法大范围测量的增强。这种设计结合了原本的WSMN节点模块的基础与扩展CO2传感器接口。它可以在任何时间被使用在实时CO2气体含量监测检查数据，和借助远程监控功能传送讯号到低阶节点。由于它的安全性和效率，该系统可以被广泛地使用在不同的方案。
1. 系统架构
该系统采用层级式架构，如图6.4所示。底层含有被用于收集CO2气体含量的网络节点。这些网络节点根据环境特质和用户需求分布在测量的环境中，并且根据不同的地理位置形成一些子网。所有网络结点所收集的CO2气体含量信息，并且透过射频设备的多跳的方式发送它到上层的网关。中间层是中心服务器，它维持数据存放到数据库并且连接到网络。最后，在移动电话和终端PC上，用户可以存取网络数据库并且经由服务器程序获得CO2气体含量的信息。
图6.4系统架构
第三节 车辆的污染监测案例
空气质量的连续监测是必要的，以确保污染程度和一些有害物质的存在。几个平常交通流量高的地点可以被识别出来被监测。在这种系统结构下，对于每个被监测的位置，RFID读取器被置于道路上的任一侧，在它们之间有着固定的短距离。每辆通过道路的车都配备着被动式RFID标签，由气体传感器组成的感应节点被放置在荡路旁边，这些节点持续收集感应到的资料并且将其无线地发送至服务器。当传感器节点感应到污染急剧上升，便开始搜索有关的RFID标签，换言之，用贴在上面的RFID标签来辨识车辆所造成的污染。RFID读取器借助它检测一辆车通过，如图6.5
图6.5无线射频识别(RFID)技术如何作业
RFID读取器辨识对应的卷标号码并经由GPRS调制解调器发送到服务器，当污染程度增加时这个结构也会产生警报。管理机构可能会采取适当措施相应。所有收集的数据可被相关的机构监测和分析，如图6.6所示
图6.6系统架构
该系统相较于其他基于非RFID的车辆检测系统，在成本和有效性方面具有一个较重要的意义。图像处理的解决方法、GPS和卫星解决方法需要大量昂贵且有力的设备，一旦污染的程度超过可允许的程度，驾驶者可能被建议去避免到该特定区域，它可以在一定的时间减少污染程度。
第四节 应用技术
一、Arduino
Arduino是个开放性硬件平台，它能够与多样传感器和通讯技术一起作业。它是一项弹性的微处理器和开发环境，它不仅用来控制设备还可以用于从各种传感器读取数据。它的可扩展性和简单性性吸引用户和开发者。因此，各种硬件的扩展和软件库被开发，它可以借助网络使得有线和无线通信。为了在物联网的世界实现系统，Arduino是一个在物联网世界实行系统的完美开放资源硬件平台。
二、无线射频辨识(RFID)技术
无线射频辨识(RFID)[8]对于电子识别、定位、和追踪产品、动物和车辆是一项非常有用的技术。只是最近，低成本和增加功能才使RFID技术成为商业上可行的技术。RFID技术在这个案例是去检测车辆造成的空气污染。通讯发生于读取器和转发器（硅芯片连接到天线）之间，经常称之为标签。标签可以是主动的（由电池供电）或是被动的（由读取器领域供电），并且允许各种形式，包括卷标、智能卡、卷标贴、手表、甚至是嵌入式移动电话。用于通讯的频率取决于应用。
三、无线传感器网络
气体传感器技术仍然处于发展阶段，而且尚未达到他们在功能和使用上全部的潜力。有一些技术是非常准确的，但对大范围部署非常昂贵。另一方面，透过传感器网络的使用，低成本技术能被使用，而且错误的问题可能以借助多重性的数据潜在地被减少。为了更准确的分析，大量从个别传感器搜集的输出可以被比较。因此，无线传感器网络提供很有用的新方法来监测空气质量。
第七章、物联网在贸易/零售的应用
第一节 介绍
另一个著名的物联网应用是在零售行业的部分。就像电子商务和网络零售已经改变了整个零售行业的原有模式，物联网具有潜力，能对零售和电子商务领域做出不同的改变，并从根本上改变该行业现今经营的方式。
物联网对于零售商有着不同的优点，因为它可以利用更有效的操作，并提供更多的价值给消费者。我们列出物联网对零售商的影响如以下：
一、供应链、库存、物流及车队管理等领域 。现有的技术如条形码和无线射频识别（RFID）已经让零售商得以监控他们的库存。而物联网将使它们被带到一个新的水平，有更多的数据进入监测系统以及在供应链中移动的产品。这可以大大提高供应链效率，拥有更精简的库存。大型零售商，如 Walmart 已经使用物联网的供应链和库存管理。
二、物联网已显示能彻底改变，零售商与客户互动的实时分析和智慧促销的迹象。这就是大数据和物联网的结合，并且是可以无止境的延续下去。在商店和客户数据上使用连接设备做组合，零售商可以为客户量身定作促销活动。在许多方面，物联网能让实体零售商，能像网络零售商那样，能实时获得客户的讯息。
在另一方面，物联网也将对消费者产生正面的影响。物联网可透过提供全方位的管道，从根本上改变客户商店和零售商购物体验。物联网可以帮助客户减少时间和精力来购物，并在同一时间，给他们更多的选择或有帮助的建议。
在本节中，我们将讨论物联网在零售业的一些应用，如智能自动贩卖机，移动销售时点情报系统（mPOS），在零售商实施 RFID，智能购物应用程序，和 NCR Retail ONE 商业中心。我们用日常生活中的实际例子来讨论说明，指出它的价值与这些应用程序的好处。
第二节 智能自动贩卖机
我们知道设置在自动贩卖机上的物联网技术日渐进步，这些技术能产生出一个与目前完全不同的自动贩卖机。自动贩卖机可以配备新的功能，例如脸部识别与客户个人辨识，透过智能手机应用程序的用户，能有更好的互动，和用户个人数据数据（年龄，病历，饮食要求）、偏好和购买历史来产生订制化建议。有了这些认知，我们希望增加使用大数据和远程管理工具，以减少成本，创造更多的收入。
有很多可以透过智能自动贩卖机提供的功能。下面列出了一些特点：
一、 让用户透过 QR 码或近距离无线通信（NFC）设备，登录且开启个人账户。
二、 辨认和招呼用户，记住一个人的喜好，甚至根据购物者的年龄、病历、饮食要求或历史购买纪录来排除某些产品。
三、 根据以前购买和收藏的产品，来预测客户可能喜欢什么样的东西。
四、 在监控库存中存放着最畅销的产品。
五、 使产品维持在一定的适当温度。
六、 透过显示营养讯息和热量计算的资料，帮助提升健康。
七、 与会员的互动，可透过金融卡和会员卡、智能手机或甚至是蓝牙技术来完成。
八、 提供智能手机应用程序，以帮助客户在发现有什么想买的时候，他们要如何使用正确的付款方式，以及提供建议。一些应用的例子像是 Vndr 和VendingMychine。
图 7.1 SAP 智能自动贩卖机
第三节 移动销售时点情报系统（MPOS）
在零售商店设计一个良好的支付程序，是一项重要的任务，因为它是能影响客户体验的最后机会。我们可以利用避免排队排很长、不好的服务，来控制服务水平的销售时点情报系统（POS），我们可以轻松利用工具--智能手机和平板计算机。智能手机和平板计算机市场普遍对电子支付行业有明显的影响，因为他们从繁琐的现金卡到其他形式的电子支付都能满足立即和迫切的日常交易。
一个 MPOS（mobile point of sale）可以是一台智能手机、平板计算机或专用的无线设备，它能完成一个收银的功能或电子销售时点情报系统的终端（POS系统终端）。MPOS 包括可以连接到商店的无线网卡，单独或卡上的支付交易读取器，如果在现场需要打印，可以用一个小型轻便携带式蓝牙功能的打印机，可以轻松地配戴在皮带上。
下面是一些 MPOS 技术的关键优势：
一、增加排队系统效率的付款流程
使用移动 POS 能保持客户在排队付款时有效地移动，即使是在销售的尖峰时段。使用 mPOS 可以避免收款机断电而重来。这是因为 POS 系统的灵活运用，使储存服务支付过程更容易服务客户。因此，这将提高客户满意度，并有助于避免销售损失。
二、更好的人力资源分配
使用 MPOS，收银员可以成为销售顾问，因为它使用多个点支付程序。透过帮助客户更快地做出购买决策，零售商也能藉此获得更高的收入。
三、在商店的不同位置进行销售
零售商可以使用移动 POS 系统这个新途径，在任何地方服务客户。例如透过店内示范推广的产品或服务，直接与客户达成交易。
四、价格和可用性的即时消息
当客户询问有关项目的价格或使用性，但店内员工没有足够的工具提供一个快速的答案，这是令人非常苦恼的一件事。提供员工的移动装置可与 mPOS 库存管理系统相链接，全部需要的讯息，都可以实时找到，以提高客户的满意度。
五、提供收据选项
越来越多的消费者更喜欢他们的收据透过电子邮件发送，让它们具有组织性。随着 MPOS，消费者可以选择他们接受的收据方式。
六、建立一个顾客数据库
越来越容易建立客户数据库，例如运用 mPOS 来询问他们的电子邮件。提供电子邮件收据选项是一个询问电子邮件的简单方法，并可以使用 MPOS 建立客户数据库。
七、拓展您的业务
因为 mPOS 所提供的流动性，有机会开拓到真正销售的地方。零售商可以使用在线连结回传至商店的 POS 以及库存系统，在任何地方开发他们的客户。因此，零售商们并不仅仅局限于实体店铺的销售。
八、拥有较低的总成本
许多商家已经拥有合适的移动设备，这样他们可以避免有关采购、配置和维护 POS 终端的额外费用。
图 7.2 移动销售时点情报系统（MPOS）
第四节 RFID 在零售商店
当我们获得一个新的库存管理更新系统和消费者研究时，在零售商店实施RFID 技术，将提供这些价值给零售商。RFID 可以让零售商识别个别的项目、案和栈板都是以同样方式的条形码制成，但以无线的方式，能有更丰富的数据。这种技术获得大量的运用，以提高效率，从而增加了系统的利润。能从库存追踪以及消费者研究范围里，来取得的增加的价值。
一、库存追踪
随着 RFID 技术跟踪和追踪的功能优势，RFID 是提高零售商的库存管理的完美方法。RFID 读取器可以读取标签远至 20 英尺，记录每秒数百个标签，这意味着员工可以快速扫描货架上记录的数量和位置。
以下是在零售商店实施 RFID 的优点：
（一） 提高库存准确性和能见度。
（二） 减少和加强对产品偷窃、遗失和伪造的安全性。
（三） 广泛的实时监控警报系统，为了监控物品的移动。
（四） 减少错误的接收、放置、拣货和送货。
（五） 使用手持式读取器，并迅速找到丢失的物品。
（六） 一次就能自动识别几百个物品状态的变化，提供更精确、可重复性并管理至系统中。
（七） 消除寻找遗失或放错位置的物品所浪费的时间
（八） 增加库存周期点算频率，无需额外的员工。
（九） 提高存货周转率，并根据准确的数据进行决策。
二、消费者研究
RFID 卷标的产品编号具有唯一性。如果消费者对商品使用信用卡、金融卡或购物的优惠卡支付，零售商可以连结这个购买，收到已记录的 RFID 数据，并透过商店使用该市场信息绘制出个别消费者的动线。这类型的数据可以帮助零售商店进行改进，例如，透过帮助店面布置优化，以满足消费者的行为。
第五节 智能购物的应用
随着人们更深入的参与数字化时代，明显可知实体店面应使用数字化的通路，以带动更多的客户。德勤(Deloitte)数字指出 “ 店内零售销售手机的影响力呈倍数增长，在智能手机普及率上升的带动下，购物者越来越多人采用，减少使用障碍，并为零售应用改进它的移动功能。”透过智能购物应用程序，实体店面可提供让他们的客户增强购物体验的活动，同时得知客户的行为会比单做分析所产生的结果更好。因此，实体店面可提高客户满意度，并提供个人化的服务和/或促销活动给特定客户，以获取更多的收入。
以下有个很好的例子，有关于运用新技术来购物。伦敦的 Regent Street 以聪明的购物应用程序与 iBeacon 整合。iBeacon 是一种低成本的硬件，小到足以附着到墙壁或台面，并且使用了省电电池，低能量蓝牙来连接传输信息或直接在智能手机或平板上发出讯号。亦适用于室内的位置检测器，因为室内空间往往阻断讯号，使不能透过 GPS 来定位。在商店中利用智能手机知道用户的精确定位，销售人员可以提供高度相关的商品，并针对消费者具有吸引力的内容来影响最后的购买决策。
该项目开始于 2014 年夏天，而 Regent Street 也成为欧洲第一条引进手机应用程序的著名街道，此程序能在顾客逛街时，提供消费者想要并具有独特性的商品。此应用程序与每家商店都有一个讯号来互相链接，当购物者经过的时候，他们会透过蓝牙收到有关新产品的讯息，与即将推出的优惠活动，而这活动只专属于当天在此街上进行购物的消费者。花费了十亿英镑使用这个应用程序，使 RegentStreet 重新再生的这项计划，已经有许多一系列的国际知名品牌之旗舰店，例如：Burberry、JCrew 和 Cos 都有在此购物街上设点。应用程序为免费下载的，信息来自于大部分摄政街上的零售业团队。除此之外，应用程序也会依据每位购物者的喜好，为他们建立专属的一个文件夹，让他们收到的信息都是他们所喜欢的商品或服务。
第六节 NCR Retail ONE 商业中心
随着数字化时代的发展，由德勤研究的统计显示，有 84％的消费者在他们购物时，会使用他们的智能手机或平板计算机来上网并与社交平台互动。有75％的消费者表示，社群交流平台会影响他们的购物决策。但是，消费者依旧非常重视实体店面，因为可以实际的去感受商品，进而发现到独特的产品或找到不错的价格。为了满足这项新的市场特质，零售商正朝着达到全方位的零售环境来前进。
NCR Retail ONE 是一种新的商业中心，它结合了零售应用程序和数据的开放式生态系统和全方位的软件平台，为消费者提供更好的购物体验。这个全方位零售策略本身是一个概念，它提供了一连串的跨频道体验，因此结合实体和数字的世界，来创造一个新的无缝购物环境。NCR Retail ONE 商业中心，能够帮助零售商提供卓越的购物体验，并成功的在新的零售格局上实施。它由一个全方位平台来提供创造零售应用的开放式生态系统。
加速了以商店为中心到以消费者为中心的转变，这样新的商业模式的优点包含，产品的上市时间可以更快，透过打破技术料仓能够真正实现全方位电子商务进而加速创新。这也将使零售商能透过顾客的手机来了解顾客，网络上和店内的行为，让零售商可以找到适合消费者的策略。与消费者的直接沟通，可透过移动上网前，或是在逛街时来实现。保持客户趋势最新的准确数据和消费模式，卖场就可以快速地适应客户的需求。最后，也可提高从仓库到店面的整个供应链效率。
NCR 公司日前宣布，领先的零售技术创新，其中包括 Microsoft、Inmar、Freshub、Cisco 和 Intel，都表示支持 NCR Retail ONE 商业中心的愿景和策略。
图 7.4 NCR Retail ONE
第八章、物联网在交通运输中的应用
第一节 引言
随着信息科技的日新月异，出现一个全新的概念并发展出物联网。透过智能装置的广泛分布，物联网有使运输加强基本服务及扩展的潜力。
高性能的运算、数据数据的收集、分析并让资料透明化，这些因素正在推动交通的进步；装载在汽车或大众交通工具上的传感器数量正在上升，同时，也有很多的汽车制造商提供远程监控电池的电量及充电进度的应用；此外，许多其它方面的应用也已经可以丰富人类生活中的交通运输，例如：Google 地图取代传统的地图，并确保用户不会迷路。展望更远的未来，完全智慧化的交通工具将结合智慧车道、交通信号、车道标志、路灯及停车等，汇集成一个别于以往的交通系统；在城市内，智能网络、数据分析和智能汽车等各项发展将结合并形成一个智慧的平台，为社会大众提供在耗能控制、交通管理及安全性等方面更创新的服务。因此，物联网会是我们改善公共交通，建立“智慧城市”的一个基石。
图 8-1，智慧城市
接下来，我们将探讨物联网与交通运输结合后创造的新概念，包括：物联网在大众交通、汽车及停车系统上的应用。
第二节 物联网在大众交通上的应用
在独立装置(对象)与网络的基础设施(联网)间的链接被用来收集数据，包括：使用智能车票的装置、乘客数的计算、标志、地理位置的服务及日常使用的沟通系统。接下来将提供一些物联网与大众交通结合的例子。
一、伦敦城市机场
物联网有助于运输时使用大数据工具及特定运送方式的数据应用，借此优化网络及提高服务的质量。伦敦城市机场是第一个测试物联网如何改变运作方式的机场，机场结合传感器及数据中心来追踪、了解并管理乘客的流动及行为，并在关键时刻与乘客互动，这样的特点，包含：管理乘客通过机场时的动向、计算旅程花费的时间、客户的忠诚度及特定地点的服务，如：个人路线规划、登机提醒、食品的预订、寻找失踪的乘客、行李追踪、追踪机场所属物品及在紧急情况时定位的能力。未来，因为指标(beacon)技术的提升，旅客的服务会与旅客个人的旅程有更直接的关联，如图二，特定位置使用蓝牙触发的功能在平板或智能机显示相关讯息。
图 8.2.，物联网应用在机场，透过蓝牙为旅客提供规划及登机提醒
二、首尔城市机场，名为 TOPIS 的信息中心
TOPIS 是首尔市交通运输系统的控制塔，他借助收集和处理实时的讯息，有效的管理路面及地下铁的交通；TOPIS 的中心使用 GPS、线圈传感器、路面的传感器、摄影机的影片及市民提供的讯息收集街道、公交车、出租车及市民的数据，这些数据让交通管理的政策可以更客观且科学化，同时，旅客也可以得知 24 小时内公交车到站的时间，使他们可以规划自己的路线和搭乘的公交车班次；TOPIS 借助提供大众清晰的讯息提高运输的效率、降低交通的拥塞感并提升大众交通可以服务的旅客也让旅客的满意度上升。
图 8.3，TOPIS 的运作方式
第三节 汽车与物联网的结合
一、智能汽车
英国交通部对交通事故进行估计，发现 2012 年大约花了 343 亿英镑在交通事故上，且 90%的事故属于人祸。但借助车辆链接到网络可以带来新的应用及可能性，使运输更加安全与方便；如今，自动驾驶的汽车还在原型的阶段，这个想法只是运算业部分清单上的技术；透过车载视觉芯片，汽车能分析出周围环境，包括：侦测行人、红绿灯、意外、疲劳驾驶及车道上的标志，但 Google、Volvo及其他厂商渐渐地开始把脚步转向用计算机控制车辆。
Google 推出的无人驾驶车是个令人印象深刻的例子。搭载 Google 自动驾驶软件，车辆可以在高速公路及城市街道进行无人驾驶，但车上依旧配有方向盘及踏板，因此驾驶员可以随时转换驾驶权；从 2011 年年中至 2014 年年初，这种车已经遍及 125 万平方公里，主要是在加州、哥伦比亚、佛罗里达州、密西根及内华达州。在一个宣传影片里，Google 请一位视障人士坐上无人驾驶车，这间接说明无人驾驶车满足所有关于”看”的需求，并为视障人士提供新的移动方式。有着成功发明无人驾驶车的基础，Google 更进一步开发全自动驾驶的 Bubble car。
图 8.5，Google 研发全自动的 Bubble Car
二、无人驾驶飞行器(UAV)
交通运输严重的依赖化石燃料，其造成的二氧化碳排放量只仅次于生产能源时的排放量；透过 GPS 与计算机运算的辅助，现今的货物运送已能达到更明智的路线规划及更高效率的管理；最近的技术也让运送的世界有新的剧变，其中一个例子是无人驾驶飞行器(UAV)，UAV 是台没有驾驶的飞行器，他的飞行主要是透过机上的计算机或由地面或另一个飞行器上的驾驶员远程控制；UAV 把让运输跳脱平面的束缚，把天空也纳入运输的范围，能为内陆城市提供舒缓的作用；到目前为止，虽然 UAV 的载量有限，但还是可以支持第一里及最后一里的物流网络运作。无人机改变物流与供应链的运输过程；德国邮政与物流集团 DHL 测试他们的 parcelcopter(见图 8-6)，这个空中无人机可以附载 1.2 公斤内的货物，主要使用在远距但需要短时间送达时，它是由电动马达驱动的，并可以透过 GPS 定位到达递送地点，其被认可的最大上升高度达 100 公尺；第一次测试飞行在 Bonn进行，测试过程中，parcelcopter(或称 Pakerkopter 或 Packer copter)上的药品只飞掉了几包。
图 8-6，DHL
在 2013 年 12 月的月初，Amazon 开始测试远程遥控的无人驾驶机来递送订单到客户端，Amazon 的无人驾驶机可以负重货物 2.25 公斤，其服务被称为 Prime Air，Amazon 声称这个无人驾驶机的递送系统可以在 30 分钟内递交货物到客务手中。无论是 DHL 的 parcelcopterc 或 Amazon 的 Prime Air 服务都力求当地的民航居批准，让空中运送的服务启航。
图 8-7，Amazon 的 Prime Air
由无人机递送货物对环境也有帮助，发展中的国家倾向使用廉价但会引起污染的能源及过时的技术。然而，增加财富时也应该投资绿色的能源与更好的技术而新的运输模式在对抗贫穷与正在开发的经济中扮演重要的脚色。
第四节 物联网应用在停车系统
一个停车位是一件耗时且令人崩溃的事；据估计，在都市中高达 30%的拥塞状况主要原因都是司机为了找停车位而引起的；违规停车更是像流行病一样在许多主要城市里肆虐，这个行为的比例高达三分之一，这不仅增加塞车的机会更减低城市的收益。以全球的角度来观察，低效率的停车会流失数十亿的生产力并产生数百万吨的温室气体。智能停车可以帮助减少马路及高速公路壅塞的状况，并增加停车空间的选择。
图 8-8 设置在 Santander 市的停车位截图，可以在图中观察温度、亮度、 CO 及噪音
在 Santander 和 San Francisco 有些智能停车的例子。在 Santander 市，埋了近 400 个停车传感器(利用磁力技术)在市中心主要停车区的柏油底下，以便随时可以侦测这区域里哪里的停车位是空着的；2011 年在 San Francisco 也设立类似上述的停车系统，名为SF Park，在 28800 个计时停车位及 12250处市属车库中设置 7000 个停车传感器及现代计时电表，当有车子进入或离开停车位时都会透过无线装置发射讯号来纪录哪些车位是空的；旧金山市交通局(SFMTA)除了会分析收集到的数据外，同时也会透过 SFpark 网站、智能手机的 App 或拨打当地的交通信息系统号码 511 公开他们取得的数据提供给需要的大众。
图 8-9 San Francisco 的停车计时表
SFMTA借助SFpark停车引导计划来了解停车管理能达到有高的预期收益，这个计划也确实成功的帮助司机们找到停车位；在 SFpark 计划施行的区域内，大多数人表示找车位花的时间减少了 43%，对照区域只减少了 13%。
图 8-10 在 San Francisco 找停车需要花的时间
另外的好处是减少温室气体的排放量；在施行区内，每天可以减少 7 万吨用来找停车位所排放的温室气体，在 2013 更达到 30%的下降，而对照区域只下降6%；在施行区与对照区里，停车位的问题都被改善了，与 4.5%上升停车位难求的区域比交通量也下降约 8%。
第九章、物联网货运物流上的应用
第一节 物联网对物流的影响
随着更多智能装置的感应技术被应用在物联网上，旧有的物流作业方式慢慢被改变了；物联网可以连接供应链上不同的物品、实时分析收集到的资料且这些事大多都不再依赖人工；更多微型处理器(MPU)的使用，机器与机器间的沟通及无线技术将会对物流业造成庞大的转变。
在 Forrester Research 最近的研究显示，超过 80%的物联网使用者表示，物联网对他们机构来说是将是近十年内最重要的关键技术，而由 Forrest Consulting 在2014 年 10 月对 Zebra 技术表现的调查说明了关于物联网的另一个事实，90%的运输与物流业者都表示在未来一年内有计划或正在使用物联网的技术来解决问题，这个调查结果说明物联网对物流产业来说有多重要；透过物联网来解决追踪货物的位置及状况等数据的使用可以改善消费者使用的经验、创造更多的收益来源、与其他竞争者显现出差异并增进员工的合作。
图 9-1 各种传感器及网络技术对物联网的重要性
第二节 物联网应用在物流业的实际例子---仓储的作业方式
随着物联网装置的数量提升，到底物联网对仓储有什么影响呢?以下会提供一些物联网应用在仓储的好处。
一、实时的能见度和库存的准确度
借助传感器不间断的追踪与传递仓库楼层间的数据，可以实时了解货物从栈板到堆高机间的动向。仓储经理便可得知堆高机花多少时间在载运、是否采取最节省的路径和如何改进货物栈板在仓库里的动向。当货物通过入站通道时，透过无线读取器可以读取出每个货物栈板的信息。这些信息可以提供一些货物的细节如体积、尺寸等信息。然后这些数据会被统整并传送到仓储管理系统(WMS)处理。
出入口上架设的摄影机可以用来侦测损伤的发生，一旦栈板移动到适当的位置，卷标会发送讯号到 WMS 提供实时的库存水平，来避免缺货的情况。当任何货物被放到错误的位置时，传感器会提醒仓库管理员来追踪货物的确切位置并修正。
而耗时的任务，例如：仓库里需要的人工计算及感应货物体积，可以透过物联网来减少。用人工搜集库存资料常常在精准度上会有一些出入，因此有很多仓库浪费不成比例的时间来追踪遗失或放错位置的货物，而造成数据输入上的错误。
如图六所示，在仓储时使用物联网，上述的问题可以被解决，因为传感器可以去除人为因素而达到 100%库存准确度。
图 9-2 RFID 智能型栈板
图 9-3 仓储中的物联网
二、自动装载货物与运送
因为大数据及物联网的缘故使工厂智慧化；大数据提供需求方面的设计、产量及所在位置。物联网成为产品的感应输入，让工厂可以 24 小时自动启动无人搬运车实时的装载及供应货物。仓储里的无人搬运车不只可以运输货物外，也结合装载及卸货的功能来增加整个流程的效率；除了能增进效率外，无人搬运车也提高运输及装载货物过程的安全性。
Fraunhofer IML 和 Dematic 合作开发的 MultiShuttle Move 是一个解决例子，内容是装载着一些货物及货物栈板的无人搬运车可以在任何地方操控，而车辆与车辆之间可以沟通与合作；整个系统可以适应季节性及每日性的变化，并可以调整订单，客户的优先级及产品结构来因应变动。这些车子可以在储存与运输过程中切换性能适应特定的工作地点，例如：货架上、特定的楼层及空间、收货区和运输区。
但无人搬运车是如何知道他要送什么及应该把货物送到哪呢？又怎么知道如何调配他们的工作？到底无人搬运车之间到底是如何沟通运转的呢？“讯息”会在他们之间传递。他们以软件为媒介并应用蚂蚁优化算法。这些都是仿照真实蚂蚁觅食行为所组合的优化过程。当一个新的任务来的时候，软件会通知无人搬运车；透过WI-FI沟通，在讯息的往返间决定哪一台无人搬运车来接任务。由最接近且可以执行任务的机器接受任务，这样的作业模式同时也使用被使用在出租车公司。
使用定位和导航技术，使无人搬运车可以自由的在楼层移动，每台无人搬运车都配备新开发的混合传感器，传感器有无线电位置、距离与惯性传感器及雷射扫描，这些装置可以让无人搬运车计算出最短路径同时避免碰撞。
图 9-4无人搬运车在仓库自行移动
三、拣货辅助
在 A、B 两地间传送的问题继续往下讨论，下个值得探讨的是仓储中工作者的部分。当进行人工拣货作业时，工作车会变的沉重，不符合人体工学的工作车更会降低过程的速度。此外，往返放置区间的运送过程也常耗费不少时间；加入自动化科技时，当拣货工人在机台间穿梭的时后，辅助拣货的工作车会自动跟在工人的身边，当工作车快装满时，也可以轻松的将他发送到放置区或包装区；同时，开始拣货工作并放置到另一台可以使用的工作车，这个应用的主要好处是，借助把货架装到自动车上的工作车，而更有效率且让拣货过程更贴近人。
图 9-5 自动拣货操作系统---Kiva
2012年网购零售巨头Amazone采用创新的辅助拣货技术-------Kiva自动仓储系统，Kiva 的主要功能是提升拣货的效率，固定在货架底部的自动车可以仓库中的货架自行行动并借此把货架移动到订单拣货员面前，当 Kiva 移动时拣货员就只要固定站在一个地方即可；透过智能控制软件，这群 Kiva 舰队就可以在仓库的楼层中依照设置好的条形码移动，这可大量的减少拣货花的时间；不同于只设计处理特定尺寸的系统，Kiva 可以自动运输多种在仓库中的货品。
四、利用案例 “Last-Mile”优化
Cisco Consulting Services 报导，DHL 声称物联网将彻底的颠覆供应链目前的结构与物流过程，尤其是“Last-Mile”送货的方式；货物从物流中心到达目的地(称为“Last-Mile”)面临着新的挑战----找到有成本效益的解决方法，来让消费者及物流业者都能获益。借助在”Last-Mile”使用物联网的解决方式，将会让物流业者与消费者产生深刻的印象，同时也开始推动新的商业模式。
例如：DHL 结合现近的科技(如 RFID 和实时交通信息)到该公司的运送卡车，来加快运送的服务、减少驾驶的里程数来提供客户服务。DHL 智能卡车使用无线射频技术(RFID)及全新的路线规划软件，来避开拥塞的路段。这个智能导航系统使用卫星定位及电子讯息系统数据来寻找车辆的位置及分析交通状况。数据传送到动态路线规划系统，将会依照目前的状况及车流量来重新规划路线；智能卡车司机会自动分配到一个可以让任务快速完成的群组，如果该司机无法准时交货，则他的工作会转移给目标区里的另一个同事；不只如此，智能卡车也对环境有帮助，透过有效的路线规划能降低车辆的燃料消耗及二氧化碳的排放量。智能卡车的技术可以用更有效的方式处理同步的讯息及数据，进行实时的沟通与避免错过收取货物及超过运送的有效时限。总之，这样的应用提供客户更有效率的服务，同时也减少车辆浪费的路程及油耗。
图 9-6 DHL 智能卡车
五、智能物流是工业 4.0 的一部分
随着全球化和重要客户不断的增加需求，物流也将面临巨大的挑战；递送货物所花的时间必须更短，以应付未来的生产方式，这就是为什么有必要适应不断变化的市场条件和无法预期的附带效果；满足未来的需求需要更快速的反应，为了达到这样的转变，运输与物流要有新的巧思与创新的方法出现；工业 4.0 是一个可行的解决方案，具有灵活的生产组织系统和结合价值链各个阶段的网络。工业 4.0 是各种概念的结合，如物联网、服务网和虚实整合系统当中透过传感器收集数据，提供制造商、生产者和大数据分析师做后续的分析。在蒸气机、输送带及计算机的发明之后，现在网络技术已经预言着第四次工业革命的开始。
图 9-7 第一次工业革命至第四次工业革命
从根本出发，工业 4.0 将包含虚实整合技术(CPS)整合到制造与物流业并使用在工业生产过程中使用物联网及服务网，这会对价值创造、商业模式、下游的服务及作业组织产生影响；物联网及服务网能够将整个生产过程建立成网络，使工厂变成一个智能型的工作环境；虚实整合系统包括智能机器、仓储系统和生产线数字化，从原料的入厂物流到生产、销售及货物出厂后的物流及售后服务都有终端对终端的 ICT 整合，这不只让生产更灵活的配置，也因为更多样的管理与控制而带来更多的机会；除了优化现有以 IT 为基础的生产流程，工业 4.0 将因此解开流程的细节与影响全球的潜在差异，这在以前是不可能被记录的。这样的推进，将使业务合作伙伴(如供货商与客户)及员工之间密切的合作，也同时创造更多双赢的机会。
图 9-8 工业 4.0 的环境
工业 4.0 中最重要的是它与其他智慧基础设施的连结，如移动智能化、智能电网、智慧物流及智能家居及建筑；在智慧物流方面，智慧机器已经开始可以思考，透过嵌入式的芯片与传感器结合虚实整合系统(CPS)便可以与环境互动并对改变做出回应，然后将数据透过无线电波传入计算机，并在计算机内做更进一步的分析。如此，智能对象就会”记得”正确的程序，当需要时也可以存取及使用他们的”知识”，这特殊的科技使大量生产的产品可以客制化，个人化的需求可以被满足。为了达到越来越多的产品与服务可以符合消费者个人的需要，同时要快速的大量生产。因此让机器被控制的地方能自发性的反应。
第十章、物联网工厂的应用
第一节 介绍
为了反应日益复杂的外部市场和内部生产环境，制造商必须要快速发展。制造商的新种类正在兴起以迎接这些挑战并且迈向”工业 4.0”，它促进了智能工厂的愿景。借助无缝地连接制造厂的实体世界和虚拟的 IT 系统，同时，去激励有意义的决定并不断带动营运和战略的弹性。
第二节 工业 4.0
工业4.0一词首次被使用在2011年的汉诺威工业博览会于第四次工业革命，一个新阶段在整个价值链的组织和管理中遍及整个产品生命周期。从一个世纪到一个世纪，有显著的发展。图 10.1 描述在工业里新技术的改进。
图 10.1 智能工厂的未来是基于第四次工业革命工业 4.0，并且集中在虚实整合系统的使用
一、第一次工业革命：18 世纪，利用水和蒸汽动力的工业应用
二、第二次工业革命：19 世纪，利用电力在产品的大规模生产
三、第三次工业革命：20 世纪，利用计算器生产过程的自动化
四、第四次工业革命：生产的持续数字化(虚实整合系统、物联网)去实现最大的弹性和最佳的资源使用与效率
工业 4.0 的架构(图 10.2)借助所有涉及价值链的组件的网络所提供，使得相关信息可以实时获得，并且使用这些数据导出最佳值随时加入串流。连接人、对象和系统产生动态的、自我管理的和跨公司的增值网络，它可以实时的被更新且在不同标准下优化，包括成本、可用性和资源消耗的基础。这个概念激发了智能工厂的建设。
图 10.2 所有事物在工业 4.0 中连接
第三节 智能工厂
德国联邦教育部与研究院定义工业 4.0 为“存在于借助虚实整合制造系统(CPPS)价值创造的网络的弹性”，如图 10.3 所示。这使得机器和工厂能够去调整它们的行为，以透过自我优化和重新配置去改变订单和工作条件。智能工厂可以被描述为生产环境，其中涉及生产过程的所有组件(例如，工件、物流链、工程)彼此通讯，以确保资源有效的利用加倍灵活性。
图 10.3 智能工厂中的虚实整合制造系统(CPPS)连接有形和虚拟的世界
主要的重点在于系统去感知信息的能力，从中得到结论并相应地去改变它们的行为，以及储存从经验中获得的知识。智能生产系统与过程以及合适的工程方式与工具，将会是成功实现在未来智能工厂分布和相互连接生产设施的关键因素。
图 10.4 显示智能工厂提供顾客连接到互联网的智能产品和服务。接着，智能工厂将会从智能产品和相关的智能应用程序收集和分析数据，使工厂能够更恰当地去定义顾客行为和需要，并且提供顾客新的且能持续发展的产品和服务。此外，物联网技术使得顾客能够去参与产品设计过程。
图10.4智能工厂和消费者在工业4.0中的互动
一、在智能工厂的虚实整合系统和物联网
智能工厂是网络信息化技术在整个生产和供应链企业的普遍应用。该定义技术的主题是时间、同步、综合性能指针和虚实整合劳动力的需求。虚实整合系统是一群组件的组成，如机器、工具和工件以目标性的方式相互沟通。当为了工业环境中的不同机器系统设计一个 CPS，很难一步到位去达到最高水平，因为它包含不同层次的技术实施。CPS 可以从基本的连接和数据到信息级别来实现，然后透过更高层级的增加先进的分析且弹性的功能，增加其对用户的价值。在CPS 中有五个等级在图 10.5 中描述。
图 10.5 虚实整合系统价值论点
（一） 智慧连接层：如何以有效率且可靠的方式从机器或组件中获得数据，包括本地代理(用于数据纪录、缓冲和精简)，并利用通讯协议来传送本地机器系统数据到远程中心服务器。
（二） 数据到信息的转换层：在工业环境中来自不同资源的数据，包括控制器、传感器、制造系统(ERP、MES、SCM 和 CRM 系统)以及维修纪录等(其代表监测机器系统的状态)，需要被转换成对于现实世界应用有意义的信息。
（三） 网络层：从监测系统中提出的信息可以代表系统在该时间点的状态。如果它能被与其他相似的机器或与不同时间历程的机器相比，用户可以获得对系统变化和机器寿命预测更深入的了解。
（四） 认知层：机器利用在线监测系统来判断其潜在的失误。提前了解其潜在的下降，并预估达到一定程度故障的时间。
（五） 结构层：机器状态的信息将会被发送到操作层级，使工厂管理者可以基于维修的信息做正确的决定。在同一时间，为了减少机器故障的损失并且最终达成一个弹性的系统，机器本身可以调整它的工作负荷或生产排程。
图 10.6 两个汇聚发展线作为创新的驱动因素
物联网是互联网应用的扩展，使得人们、机器和组件，包括工件和对象能够利用新技术的可能性。所有实体的智能对象，例如工件、机器、操作上的资源、仓库与运输系统和生产控制中心，经由互联网或是其他网络来通讯。它们将会在同个基础上通讯。这使得信息交换(识别、寻址、数据格式、传送)标准化且一致化。从 IT 领域已有的技术(硬件及软件)，可以因此被使用在如生产制程和物流链的新领域。基于如大数据、云端运算和智能设备的全球数据网络，使得数据和服务互联网成为一个可能性，如图 10.6 所示。
二、智能工厂的概念和参考架构
在图 10.7，有 15 个概念用于识别未来的智能工厂所描绘的，并非全部都直接与物联网(IoT)相关，但它们都带来了使工厂更为聪明显著的变化。
图 10.7 未来智能工厂的要素
它包括智能供应网络、下一代制造系统、云端储存及处理、数据分析、网络安全、智能(传感器和执行器)、虚实整合系统、智能维修、移动工作人员、自驾车辆、智能产品、附加制造、机器人和先进材料。有几组技术(图 10.8)和几个观点将会成为以物联网为基础的智能工厂在工业4.0 里的参考架构，例如：
（一） 智慧机器：包括 M2M 通讯、机器与其他设备和人沟通。
（二） 智慧设备：包括在工厂内的连接设备，例如现场设备、移动设备、操作设备等。
（三） 智能制造过程：包括动态、高效率、自动化及实时过程通讯，透过物联网启用一个高度动态的制造环境的管理和控制。
（四） 智能工程：包括产品设计和开发、产品工程、生产及售后服务。这可能需要在规划过程中使用从制造流程里收集到的数据，并且将机器优化（机械、电子、等等）。
（五） 制造业的 IT：首先包括软件应用被一或更多支持价值型网络的企业使用；第二，透过传感器、智慧电表和智慧移动式设备智慧监测和控制；第三，从物联网 到生产管理逻辑整合数据的智能生产管理。
（六） 智慧物流：包括智能物流工具和制程。自我组织的物流是一个聪明的内部物流例子，它在生产中反映意想不到的改变，例如瓶颈和物料短缺。
（七） 大数据和云端运算数据：包括算法和分析应用等。大数据分析将会带给提升未来工厂、制造流程极深的机会，并且使工厂能够提供新产品。
（八） 智慧供货商：包括与供货商建立持久的关系。借助增加实时信息分享；同样地，透过基于工厂需求选择最佳供货商来增加弹性。
（九） 智慧联网：包括智能工厂在能源供应领域的智慧基础建设。尤其，对能源价格方面的改变产生反应是必要的(即需求面管理)。
图 10.8 基于 IoT 的智能工厂参考架构
三、智能工厂的过程
二十一世纪的新时代，智能工厂将会借助开始将其转化为利润中心来优化工厂和供应网络。智能工厂将信息、技术和人类智能结合，对于企业各方面在智能制造开发和应用上实现快速变革。这将会从根本上改变产品如何创造、生产、运输和销售。智能工厂预计发生于三个阶段(图 10.9)。
图 10.9 智能制造的三阶段
（一） 工厂和企业范围的整合
智能工厂(制造)将互相连接并协调生产过程的各个阶段，通过使用几乎所有的传感器和电机/驱动器、计算机控制和生产管理软件，越来越多不同的讯息技术与处理器芯片促进全工厂的效率。每一个管理制造业程序的一个特定的阶段或操作。这种“智能制造”的出现将迎接智能化制造的第二个阶段。
（二） 从工厂范围的优化到智能制造
智能制造将会借助成品配送的原物料供应和客户需求连接工厂特定的信息到数据。在低需求期它将会促进智能联网的使用来安排能源密集的活动，并在最高能源需求期间缓慢生产，使更多的产品能够订制化及新产品仿真和更高效率的制程。它将会支持更安全的产品生产且更准确的定义、更快速的产品追踪。
（三） 制造业知识将会扰乱市场
达到第三阶段”制造知识”的企业将会赢得长期优势，使制造商对于个别的需求去订制化产品，如特定剂量和配方的药品。顾客将 " 告诉 " 工厂顾客想要借助制造生产哪一类型的产品。
因此，许多物联网技术的应用被认为具有高潜在价值，包含以 物联网系统对工业的系统作翻新改进。实际上在工业中应用物联网的目标是借助减少现实世界和虚拟世界之间的差距，将现有程序优化。
四、智能工厂的特色
以下为这些特色如何提升智能工厂的永续性的信息。
（一） 大量订制化
生产过程满足生产订单的不同需求，其允许个体纳入设计之中，并能够在最后一分钟改变。大量订制化(MC)的概念可以被用来处理经济效益和范围之间的不均衡(仍然在低产量中获利创造利润)。
（二） 弹性
智能制造过程和自我配置将会考虑很多方面，例如时间、质量、价格和生态方面(例如，避开高峰时间等)。
（三） 工厂能见度和优化的决策制定
物联网提供终端到终端几乎是实时地的透明(如生产状况)，允许在生产领域扩大到工厂用地的优化，进而提高工厂效率。例如，借助实时提供决策者生产状况来减少浪费，以便他们能做出更有效率的决策。在他们继续生产不良品前机器将会关闭。
（四） 工厂新的规划方法
对于资源生产率和提高能源利用率的目的，让制造业的程序被在实时中的不同的水平和以个案方式优化是必需的。
（五） 从大数据收集创造价值
新的进步和价值可以借助透过物联网设备收集的数据(即大数据)大量的分析来提供。例如，在机器提供者方面，大数据可以被使用来理解在不同时期机器的行为。因此，那些提供者能提供最好的维护服务，并且改善机器效率及建立和他们的顾客的强烈关系。
（六） 创造新的服务
物联网(如智能设备和移动应用程序) 将会为顾客在购买前及购买后创造服务和价值开启一个新的方式。
（七） 远程监控
物联网技术将将允许由第三方(如供货商)监测，以一个新的服务操作和工厂维护。
（八） 自动化和改变人的角色
生产作业能以一个人类的最小干涉优化。这提高了效率、减少错误和能源与其他资源的浪费。
（九） 主动维修
监测产品系统和实时收集性能的数据，对提高主动的维修有正面的影响。例如使用传感器去监测温度，当它超出范围可以采取先发制人的移动避免故障。
（十） 连接的供应链
物联网将帮助制造业者得到供应链在实时中被递送的数据的进一步理解。
（十一） 能源管理(HVAC 和生产)
能源效率的提高需要对生产线和设备水平能源消费行为的认识。智能仪表可以提供实时的数据并且根据自己的能力和与外部服务的合作来做决策。
第四节物联网 为工业企业带来价值
有 6 个物联网驱使的价值如图 10.10 中所描述，
一、 更快的上市时间
物联网使产业能够加快新产品上市和执行供应链调整，速度比以前还更快。
二、 卓越经营，提高生产率
物联网的连接提供操作资产的新阶级，经常嵌入”自我意识”的传感器和致动器，它能够与其他机器通讯无需与人工干预。
三、 人
在物联网中，人们将以无数的，更有意义的和有价值的方式连接到互联网。
图 10.10 物联网带来价值到工业企业
四、 制程
有了正确的物联网制程，连接将变成有意义的，并且因为对的信息在对的时间以恰当的方式被传的给对的人而增价价值。
五、 数据
借助物联网，设备通常收集数据并且串流它在互联网上传送给中心资源，用来分析和处理。当被连接到互联网的事物的能力继续推进，它们将借助整合数据变成更有用的数据而更加智能化。
六、 事物
物联网层包括了实体项目，像是传感器、设备和企业资产都连接到互联网并且相互连接。在物联网，事物将成为环境感知的感应到更多的数据,, 而且提供更多经验讯息来帮助人们和机器做出更有价值的相关决定。
第五节 案件研究：在纺织品生产中的虚实整合系统
在德国，许多纺织企业沿着生产链试着在工业 4.0 的水平上得到他们的制程炼，然而信息流透过各层级的企业需要被连接到纺织程序中的其他成员。这使得有弹性且快速的生产，借助数字技术和 CPS 去处理批量的订单将会提升公司的生产率。在这种情况下，工厂将会重新配置自身去满足顾客的生产订单。
一、具有虚实整合系统的纺织机器
纺织机器具有开放的接口将会是非常有弹性的，它能够去基于一个全面的信息平台独立地调整状态。金属容器，盘头和布料将会成为信息载体，这将会通向一个自动化纺织制程炼。未来生产的主要方面将会是人机相互作用。智慧的个人设备使用，如智慧手机、平板和头戴式显示器，也提供一个巨大的创新潜力，借助一个复杂的方式来提供相关的生产关键参数使得生产更加透明。此外，指导程序能够轻易的引导出由机器产生的优化生产，或在机器故障或修复时快速的反应支持。
纺织机器借助使用数字技术的自我优化是一个通往工业 4.0 的路径，它使织布机能在没有减少制程稳定性下，在一个最小水平上自动设置经线张力。自我优化的第一步是模块化制程。因此一个方法被发展在优秀”高工资国家的综合生产技术”群里。也因此，一个自动化程序的例行对基于模块的纺纱机设定在回归模型的帮助下被创建，并且在编织的过程中实现。因此，对于一个给定的制程领域，纺纱机能够独立的创建自己的制程模块。所以，机器进行实验的设计和自动判定在各个测试点的经线张力。工作点以质量标准的辅助来判定，如经纱张力变成最小的。
二、作为纺织产品的虚实整合系统
纺织产品也可以作为 CPS，在这种情况下，产品可以被描述为智能纺织品。纺织触摸板、具有电极的衬衫以及监测睡眠质量的床垫都只是智慧纺织品的少数几个例子。智能纺织品是一个不断成长的和有令人着迷的领域。智慧纺织品的市场看似非常有前途，专家预测，在未来的几年内会两位数的成长。
第六节 结论
现有的物联网应用快速的发展在为工业创造价值的工业部门，它从现实世界产生实际且详细的信息，并基于信息去优化商业和技术流程。处理和管理数据，特别是提取相关讯息，关联其他工厂信息程序的物联网 数据会决定物联网工业应用上的成功。越来越多运用物联网技术的贡献显示技术正不断的发展，而且有一个由标准化成果支持的学习和应用的过程。稳健性、标准化、易于安装、配置和服务是必要的，让物联网系统持续运作并且从而为行业经营和服务提供价值。从物联网的应用和可持续性的行业的角度来看创造价值是必要的，这将会影响物联网技术在未来几年规模较大的行业中的使用。这将使得智能工厂和供应网络可以更好的对国家利益和战略的需求做出反应，并且可以透过促进全球竞争力和出口提供稳定的就业机会，从根本上的提升绩效并促进制造业的创新来振兴工业部门。
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