智慧家電、車載應用和穿戴式裝置等嵌入式系統邁向聯網化后，可以在日常生活中提供人們各式有用資訊。不過，在邁進聯網化的過程中，嵌入式系統亦須克服可靠度、電池續航力，以及強化資訊安全防護，才有助智慧城市成形。

　　物聯網（IoT）時代引爆商機，各廠商無不絞盡腦汁全力出擊。物聯網的應用包括許多層面，智慧家電、車載應用與穿戴式裝置等為其中重要的一環，但直接與生活最息息相關的應用就是智慧城市。

　　智慧城市的應用包含許多層面，例如，橋墩的結構性檢測、森林火災檢測、空氣污染檢測、噪音檢測、地下水管漏水檢測、智慧停車位、交通狀況檢測與水質檢測等。這些種種的應用，透過萬物相聯的方式，將各個層面的資訊整合起來，再將訊息提供給使用者。

　　物聯網下的智慧城市　充分掌握各種環境資訊

　　物聯網正在改變人們的世界，大量的資訊傳輸能夠提高商業發展以及人類對于生活環境的應用，可提供即時的資訊讓使用者有足夠的時間提早處理（圖1）。

　　圖1　透過物聯網，可提前掌握汽車本身與行駛的狀況。 圖片來源：Happiest Minds Technologies Pvt. Ltd.

　　例如，使用者可以在出門前，先行透過物聯網來確認汽車內的溫度，可以提早開啟空調，調整車內溫度。調整完成后，自動通知駕駛可開始使用車子。

　　透過物聯網，駕駛可以快速了解道路上的人車狀況，取得最新的行車資訊與最佳行車路線，避開塞車路段。

　　車內的衛星導航可以提供即時路況資訊，若接收到行經的路上有發生事故，重新規畫路線避開交通狀況不良的地方，避免塞車造成延誤。

　　駕駛也可透過物聯網將停車場空位位置快速定位出來，通知駕駛停車位置所在。 駕駛不再須要花費時間尋找位置，當抵達停車場后可立即找到停車位，節省尋找車位的時間。

　　同時，停車場的中央控管中心也可以監測整體停車場的車輛進出狀況與費用。

　　當使用者看到店面里面有想要購買的衣服，用手機掃描條碼后發現此件衣服在當地商店并沒有庫存，店家立即通知其他存貨位置與主動寄件到指定地點。

　　物聯網的即時資訊傳遞完全地改變生活，工作與娛樂方式。提供極具經濟價值物品流通方式，節省時間與提升生活品質。

　　拉丁美洲/亞太/北美　為物聯網三大成長市場

　　根據市場研究機構全球產業分析（Global Industry Analysis）2015年6月份的分析資料顯示，物聯網最大的市場是在歐洲。

　　而物聯網最大成長的三大市場分別為拉丁美洲、亞太地區與美國，并且亞太地區到2020年的復合年成長率（CAGR）可高達43.8%，預計在2020年時，物聯網市場規模可以達到總累計經濟價值278億。

　　物聯網前三大應用產業為消費性產品，車載應用以及工業或商業應用。最先布局智慧電網與智慧電表等能源相關應用，之后陸續帶動家用、車載、感應技術與物流資訊。

　　這塊龐大的市場商機，吸引許多大廠展開布局。物聯網十大發展巨擘有英特爾（Intel）、IBM、Cisco、Google、Apple、AT&T、恩智浦（NXP）等。

　　物聯網相關開發平臺滿足各種應用

　　要打造物聯網，需要有適合的開發平臺（表1）。以智慧城市的開發平臺為例，Libelium的Waspmote開發平臺可以提供智慧城市的解決方案，提供多元化的天線模組與感應模組，讓使用者開發所要的應用。

　　此發展平臺使用ATMega1281的控制器、128KB的Flash與SD記憶體插槽，并且可以在-10℃～65℃的環境溫度下工作。深度睡眠可達0.07μA的低功耗省電模式，未充電的情況下可達到1年的續航力。

　　物聯網的四個主要運作單元

　　物聯網的裝置包含幾個層面，包含電力儲存模組（Engergy Storage Module），提供電力的來源，維持物聯網裝置的運作。因為物聯網裝置須要較長的時間使用，必須有相當低的電力消耗，因此電源管理模組（Power Managment Module）顯得格外重要。借由電源管理模組，整體裝置可維持運作長達數天甚至數月。

　　萬物相聯的方式須透過網路或是利用藍牙（Bluetooth）、ZigBee，甚至是長程演進計畫（LTE）作為傳遞資料的媒介，因此需要射頻（RF）模組來作為資料傳遞的處理單元。物聯網裝置含有感應周遭環境的感應器。譬如速度感應器、陀螺儀、光線、溫度、壓力，甚至是影像的感應器等，如圖2所示，能夠因應周遭變化，將感應到的資料處理后再借由RF模組將資料傳遞到操控端。

　　圖2　感測器在物聯網中扮演重要角色。 圖片來源：Yole Developpement

　　可靠度/資訊安全/續航力　成物聯網發展挑戰

　　智慧城市的物聯網裝置使用許多種介面，一般裝置都含有I2C、SPI、UART、Ethernet與USB等介面。然而，物聯網裝置的可靠度也極為重要。

　　對于各種溫度與環境的耐受力是必須要經過長時間測試，才能確保資料傳遞不會因為周遭環境的變化而產生異常。

　　市面上提供數十種匯流排解碼的邏輯分析儀，可讓使用者輕易的解讀絕大多數IO埠傳輸介面的協定，可以提供長達8小時至一個月的訊號錄制時間，能夠讓使用者對于裝置的可靠度測試提供絕佳的分析儀器。不會因長時間且無法預期的問題發生，造成分析問題的困難。

　　物聯網資料安全也是重要的一環，復雜的演算法可以保護資料的安全，避免資料暴露的風險，并且資料的安全性須要有物聯網裝置的層層把關。

　　目前有幾種方法，第一，安全性的開機，阻擋有心要竊取裝置的使用者，可以利用數位簽章的方式為保護機制。第二，使用密碼保護，當使用者須存取前，須有相當的密碼保護。第三，使用防火墻（Firewall）或IPS，可預防破壞性地對物聯網裝置發生攻擊，此種方式須要監聽與過濾網路上的資料傳遞。

　　物聯網裝置必須兼顧處理效能與耗電量。物聯裝置的續航力為未來物聯網的重點挑戰之一。整體的耗電量不論在何種狀態，如正常運作時、睡眠時，在裝置設計初期都必須加以考量。

　　穿戴裝置的核心單元：低功耗微處理器

　　穿戴式裝置科技的演進，可以提供更具經濟效益的商業價值與生活環境。越來越多的穿戴式裝置可以連接到人們的生活周遭并且推及到智慧城市。相關業者逐漸開始著手發展穿戴式裝置與智慧城市的整合。

　　例如Google智慧眼鏡可以通知使用者火車或是公車的時程，通知使用者即時的搭車資訊，并同時察看車輛所行走的路徑。

　　因此穿戴式裝置能夠整合到智慧城市的應用，將即時的環境資訊整合至云端資料庫，并提整合后的供資訊給使用者。

　　物聯網穿戴裝置的銷售量預估從2013年的一千五百萬部成長到2017年的七千萬部。短短的5年內，成長率約460%。穿戴式裝置的微處理器單元，主要還是以安謀國際（ARM）家族的處理器為主要元件（圖3），并使用低功耗的傳輸介面。

　　圖3　低功耗微處理器成穿戴式裝置的核心單元

　　如新一代的Bluetooth Smart、6LoＷPAN、ANT+來當作穿戴式裝置與手機的傳輸介面，再經由手機傳輸到云端作為資料的儲存。

　　智慧手環方面，使用Bluetooth Smart的傳輸介面，ARM Cortex-M0/M0+/M3的微處理器單元。之前討論火熱的Google智慧眼鏡，使用Cortex-M0/M0+/A5/A7所組成，依據不同應用，使用不同的微處理器單元。

　　同樣是穿戴式裝置，使用的微處理器的選擇也會有所不同。如圖4、圖5、圖6所示，從基本穿戴式裝置到較高等級的穿戴式裝置分別有ARM Cortex-M系列與ARM Cortex-A系列的微處理器可以提供選擇。

　　圖4　ARM開發多種核心以適用于各式聯網裝置。

　　圖5　Cortex-A7比較圖

　　圖6　Cortex-M系列比較圖

　　目前各家廠商所使用的微處理器，如索尼（Sony）的智慧手表SmartWatch，使用ARM Cortex-M處理器，智慧手表i‘m Watch使用ARM Cortex-A處理器。

　　在各式各樣的物聯網裝置下，ARM致力于標準規格化的物聯裝置，并且為了加速物聯網的發展，ARM收購芬蘭的Sensinode公司，進一步使軟體可以更有效率，更安全地在云端與物聯網裝置之間溝通。

　　由現在市場上所看到的穿戴式裝置可以發現，穿戴式裝置已應用在各式各樣的領域上。比方像是寵物、畜牧、醫療、工業、辦公室與各式休閑運動。這些領域面臨眾多的挑戰與各種需求，其中包括電池壽命、價格和使用者習慣等等。

　　就以裝置的續航力來說，手機每天需要3000mAH的電量，一般穿戴式手表每個禮拜就需要300mAH。ARM 28nm Cortex-A7系列微處理器則針對穿戴式裝置的電路設計面積、功耗與效能（PPA）做最佳化的處理。大量減少待機與運作模式下的電力消耗。而Ultra-low power的ARM Cortex-M系列的處理器，靜態消耗小于3μW，總消耗小于0.5mW@50MHz。

　　智慧城市需要整體發展策略、規畫與風險管理

　　國際數據資訊中心（IDC）相信物聯網的科技與應用可以改變人類生活習慣，也能夠造就具相當的經濟規模。智慧城市的即時資訊加上個人穿戴式裝置與云端的資訊整合，可以提供極為方便的生活環境。目前市面也提供開發平臺給使用者開發，但對整體智慧城市而言，需要整體智慧城市的開發策略與規范。

　　IDC預測2016年全世界大約90%的城市缺乏對于公共與私人物聯網裝置的使用政策，這將增加潛在的安全風險。這些問題須要各城市對于未來的整合規畫，提供整體的發展策略并考量資訊流通的風險管理。

　　此外，相關零組件的技術發展也必須更加提高。兼具低功耗、體積小、高效能，并且具有復雜加密運算的物聯網裝置面臨各種技術考驗。

　　若能突破這些種種問題，預期未來可達到使用者一手掌握最新的生活脈動，并徹底改變以往人類的生活習慣。