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物聯網基礎架構與應用簡介
All rights reserved. No part of this publication and file may be reproduced, stored in a retrieval system, or transmitted in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording or otherwise, without prior written permission of Professor Nen-Fu Huang (E-mail: [email protected]).
黃能富特聘教授 國立清華大學資訊工程系 E-mail: [email protected]
物聯網簡介 - 2
大綱
物聯網基礎架構簡介
實體層 (Physical devices with sensors)
感應層 (Sensors and Sensor networks)
網路層 (Networks)
應用層 (Applications)
物聯網簡介 - 3
資訊技術發展趨勢
物聯網簡介 - 4
物聯網:下一個萬億產業?
Forrester 預測,到 2020年,”物物互聯”的業務,跟
“人與人通信”的業務相比,將達到30:1.
也有預測這個比例未來可達到100比1甚至1000比1,
極具發展前景,對經濟和社會將有巨大影響
物聯網簡介 - 5 資料來源: 資策會 FIND(2009)
人與物互動關係
物聯網簡介 - 6 資料來源: 資策會 FIND(2009)
物件與物件之間的溝通
物聯網簡介 - 7
物聯網產業架構鏈
RFID, Sensors, Sensor Networks
2G/3G/4G/5G Networks
Applications (Cloud
Computing)
物聯網簡介 - 8
物聯網產業架構鏈
資料來源: 自強基金會 (TCFST) (2015)
物聯網簡介 - 9
Sensors 感應層
物聯網簡介 - 10
Networks 網路層
物聯網簡介 - 11
Applications 應用層
物聯網簡介 - 12
物聯網國際標準組織簡介
物聯網簡介 - 13
物聯網國際標準組織簡介 如 EPCGlobal 的
Physical Markup
Language (PML) and
Object Naming
Service (ONS) 標準體系
Telematics 行業推出的 NGTP 協議,以及EDDL、FDT/DTM、M2MXML、BITXML、oBIX等。
傳感層的數據交換格式和模型有:TransducerML、IRIG、SensorML、CBRN、EXDL、TEDS 等。
物聯網簡介 - 14
大綱
物聯網基礎架構簡介
實體層 (Physical devices with sensors)
物聯網創新應用
物聯網創新應用元素
感應層 (Sensors and Sensor networks)
網路層 (Networks)
應用層 (Applications)
物聯網簡介 - 15 https://www.hapi.com/product/hapifork
1. 智慧叉
物聯網簡介 - 16
1. 智慧叉
https://www.hapi.com/product/hapifork
物聯網簡介 - 17
2. 智慧網球拍
http://en.babolatplay.com/
http://en.babolatplay.com/
物聯網簡介 - 18
2. 智慧網球拍
http://en.babolatplay.com/
物聯網簡介 - 19
3. 智慧杯
https://www.myvessyl.com/
https://www.myvessyl.com/
物聯網簡介 - 20
3. 智慧杯
https://www.myvessyl.com/
物聯網簡介 - 21
3. 智慧杯
https://www.myvessyl.com/
物聯網簡介 - 22
4. 智慧牙刷
http://www.beamtoothbrush.com/toothbrush/
物聯網簡介 - 23
4. 智慧牙刷
http://www.beamtoothbrush.com/toothbrush/
物聯網簡介 - 24
4. 智慧牙刷
http://www.beamtoothbrush.com/toothbrush/
物聯網簡介 - 25
5. 智慧蛋盒
http://www.quirky.com/shop/619
物聯網簡介 - 26
5. 智慧蛋盒
http://www.quirky.com/shop/619
物聯網簡介 - 27
6. 智慧襪
http://www.sensoriafitness.com/
http://www.sensoriafitness.com/
物聯網簡介 - 28
6. 智慧襪
http://www.sensoriafitness.com/Technology
http://www.sensoriafitness.com/Technology
物聯網簡介 - 29
6. 智慧襪
http://www.sensoriafitness.com/
物聯網簡介 - 30
6. 智慧襪
http://www.sensoriafitness.com/
物聯網簡介 - 31
7. 智慧鏡
http://www.poshimirror.com/
物聯網簡介 - 32 http://www.poshimirror.com/
物聯網簡介 - 33
7. 智慧鏡
http://www.poshimirror.com/
物聯網簡介 - 34
8. 智慧球棒
http://cn.zepp.com/
物聯網簡介 - 35 http://cn.zepp.com/
物聯網簡介 - 36
8. 智慧球棒
http://cn.zepp.com/
物聯網簡介 - 37
http://cn.zepp.com/
物聯網簡介 - 38
9. 智慧鞋墊
http://lechal.com/
物聯網簡介 - 39
http://lechal.com/
物聯網簡介 - 40
http://lechal.com/
物聯網簡介 - 41
物聯網簡介 - 42
http://lechal.com/
物聯網簡介 - 43
http://lechal.com/
物聯網簡介 - 44
9. 智慧鞋墊
http://lechal.com/
物聯網簡介 - 45
10. 智慧棒
http://www.variableinc.com/
物聯網簡介 - 46
http://www.variableinc.com/
物聯網簡介 - 47 http://www.variableinc.com/
物聯網簡介 - 48
http://www.variableinc.com/
物聯網簡介 - 49
10. 智慧棒
http://www.variableinc.com/
物聯網簡介 - 50
10. 智慧棒
http://www.variableinc.com/
物聯網簡介 - 51
10. 智慧棒
http://www.variableinc.com/
物聯網簡介 - 52
10. 智慧棒
http://www.variableinc.com/
物聯網簡介 - 53
10. 智慧棒
http://www.variableinc.com/
物聯網簡介 - 54
http://www.variableinc.com/
物聯網簡介 - 55
11. 智慧灑水器
https://lono.io/
物聯網簡介 - 56
https://lono.io/
物聯網簡介 - 57
12. 智慧血糖機
http://www.telcare.com/index
物聯網簡介 - 58
12. 智慧血糖機
不須使用無線網路, 不須連接手機
http://www.telcare.com/index
物聯網簡介 - 59
13. 智慧鎖
http://www.keynie.com/
物聯網簡介 - 60
http://www.keynie.com/
物聯網簡介 - 61
http://www.keynie.com/
物聯網簡介 - 62
13. 智慧鎖
http://www.keynie.com/
物聯網簡介 - 63
物聯網創新應用元素
Idea 創意
Micro Sensors 微型感應器 (MEMS)
Fashion design 時尚設計 (工業產品設計)
Blue tooth 藍芽通訊
Low power 低功耗 (充電方式)
APPs 手機應用程式 (數據資料呈現或分析)
Domain Knowledge 專業知識
目前較偏重個人使用習慣之資料呈現
尚未彙整為大數據資料庫或雲端應用
物聯網簡介 - 64
MEMS 微機電感應器
MEMS 微機電感應器技術是關鍵
物聯網的目標為建構智慧感測世界,感測器將隨處可見
感測器市場熱度急升,國內外 MEMS大廠以及感測器晶片商也競相卡位,MEMS技術競賽白熱化。
感測器體積將越來越小、成本下降
須從感測結構設計、製程和封裝技術多層面考慮,研發多軸、異質功能整合的感測器。
物聯網簡介 - 65
MEMS 微機電感應器
下一階段的技術競賽將聚焦於植入式感測器設計,應用於醫療級的生物感測、病況追蹤等等。
物聯網簡介 - 66
IPv6 與物聯網關係多密切 ?
Sensors (時尚生活用品) 需要也往往跟手機連結
Blue tooth 為主 (sensors ---> blue tooth ----> 手機)
手機連網傳送資料到雲端
電信公司 4G 網路開始使用 IPv6 網路
手機使用 464 XLAT 轉換機制 (手機 --- IPv6---> 雲端)
物聯網簡介 - 67
Android + CLAT on a UMTS IPv6-only network with DNS64/NAT64
Mobile phone: Nexus S phone with CLAT software
Mobile network: T-Mobile USA IPv6 Beta
https://sites.google.com/site/tmoipv6/464xlat
NAT 46
NAT 64
IPv6 only Cell network
CLAT daemon PLAT server
IPv4 service
IPv4
IPv6
APPs
物聯網簡介 - 68 https://sites.google.com/site/tmoipv6/464xlat
NAT 46
NAT 64
IPv6 only Cell network
CLAT daemon PLAT server
IPv4 service
IPv4
IPv6
APPs
物聯網簡介 - 69
IPv6 與物聯網關係多密切 ?
最後一哩路 ? 也是最難的一哩路.
Sensors (時尚生活用品) 需要 IP address 嗎 ?
IPSO
6LoWPAN
物聯網簡介 - 70
大綱
物聯網基礎架構簡介
實體層 (Physical devices with sensors)
感應層 (Sensors and Sensor networks)
感應器平台
感應器聯網聯盟 (IPSO)
感應器聯網協議 (6LoWPAN)
網路層 (Networks)
應用層 (Applications)
物聯網簡介 - 71
感應器平台
Octopus II
Arduino
Intel Edison
Raspberry Pi
MediaTek LinkIt ONE
物聯網簡介 - 72
• MSP 430 + Zigbee / IEEE 802.15.4 • 完整支援主流感測平台作業系統 – TinyOS • 50 Ports 擴充界面 • 低成本雙層板硬體設計 • 國立清華大學資工系許健平教授團隊開發 • 台灣數十所大學物聯網應用研究與教學使用
Octopus II 感應器
物聯網簡介 - 73
Octopus II 感應器
Top View
物聯網簡介 - 74
Octopus II 感應器
Bottom View
物聯網簡介 - 75
OCTOPUS II – Spec.
TI MSP430 microcontroller –最省電的八位元微處理器
Expandable flash memory – 最多可儲存1 Mbytes的資料
TI CC2420 RF Chip (2.4GHz) 符合IEEE 802.15.4低耗電無線通訊協定
External oscillator 擁有精確的計時功能,可達到最深層的睡眠模式
A connector with 50 expansion I/O pins – 擴充性高
Reduce hardware cost –雙層板設計,成本低廉
Sensors in board (option)
Two light sensors – 兩個光度感測器
One temperature-humidity sensor – 溫濕度感測器
物聯網簡介 - 76
Octopus II 感應器架構
物聯網簡介 - 77
Sensor 作業系統 Operating Systems (OS)
物聯網簡介 - 78
Tiny OS vs. Contiki OS
TINY OS CONTIKI OS
Event-driven OS with non-
preemptive multitasking
Event-driven OS with
optional preemptive
multitasking
Static linking Dynamic linking
nesC (network embedded
systems C) programming
language
C programming language
物聯網簡介 - 79
Contiki OS
Open source, highly portable, multitasking operating system
First OS for sensor networks to provide TCP/IP
Official website
http://www.contiki-os.org/
http://www.contiki-os.org/http://www.contiki-os.org/http://www.contiki-os.org/http://www.contiki-os.org/
物聯網簡介 - 80
Contiki OS features
Multitasking kernel
Preemptive scheduling
Managed memory allocator
TCP/IP networking, including IPv6
物聯網簡介 - 81
uIP Introduction
Two communication stacks in Contiki
uIP – TCP/IP
Rime – low overhead
Applications can use either or both
Or none
uIP can run over Rime
Rime can run over uIP
物聯網簡介 - 82
uIP Introduction
Ethernet Low-power
radio
uIP Rime
Application
Application
Application Application
物聯網簡介 - 83
TWNIC 研究計畫
感應器大量使用有助於 IPv6 普及
但是目前感應器節點只有 ID, 沒有 IP
因為
IPv6 protocol stack 厚重
Sensor node 計算能力弱, 記憶體少, 低功耗
IPSO 為 IPv6 瘦身版
發展具IPv6 通訊能力之感應器及感測網路平台
使用科技部 Octopus II 無線感測器平台
IPv6 感應器與無線感測網路之建置
物聯網簡介 - 84
Sensor Node
Hardware platform
Octopus II with IEEE 802.15.4 transceiver
Operating System
Contiki OS
Tiny OS (Optional)
Communication Stack
IPv6 protocol (uIP)
物聯網簡介 - 85
System Architecture
Sensor Network Environment
Smart object:Octopus II
Gateway:Computer with sensor bridge
End user:Notebook、Smartphone
物聯網簡介 - 86
Arduino
https://www.arduino.cc/
物聯網簡介 - 87
Arduino products
https://www.arduino.cc/en/Main/Products
物聯網簡介 - 88
Arduino Uno
https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno
物聯網簡介 - 89
Intel Edison
https://software.intel.com/en-us/iot/hardware/edison
物聯網簡介 - 90
Intel Edison Sensors
物聯網簡介 - 91
Intel Edison Gas Sensor
物聯網簡介 - 92
Raspberry PI (樹莓派)
https://www.raspberrypi.org/
物聯網簡介 - 93
Raspberry PI 2 Model B
https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-2-model-b/
物聯網簡介 - 94
Raspberry PI Community
https://www.raspberrypi.org/community/
物聯網簡介 - 95
Raspberry PI blogs
http://www.recantha.co.uk/blog/
物聯網簡介 - 96
MediaTek LinkIt ONE
https://labs.mediatek.com/site/global/developer_tools/mediatek_linkit/whatis_linkit/index.gsp
物聯網簡介 - 97
MediaTek LinkIt ONE
https://labs.mediatek.com/site/global/developer_tools/mediatek_linkit/whatis_linkit/index.gsp