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2013年1月4日星期五

M2M整合3G通訊模組建構高通訊服務品質之物聯網應用

M2M應用熱潮逐漸加溫，但建構M2M網路必須先確認物聯網的應用網路型態，網路服務必須具備滿足M2M需求的傳輸距離、低功耗要求，與一定程度的傳輸效能表現，在眾多無線通訊技術中，以GSM為基礎的3G無線數據網路，開始被物聯網應用開發業者注意，相關的解決方案也一一出爐...

物聯網(Internet of Things)的概念，為利用網路通訊科技，將原本獨立的電子設備賦予連接網際網路的應用功能，而在IC整合技術持續精進下，想讓電子設備、電子配件均可連網，現在也僅需利用嵌入式系統與連網解決方案就可輕鬆完成設計，甚至於有針對M2M(Machine to Machine)需求同時整合通訊功能的應用解決方案，滿足越來越多的M2M產品設計需求。

物聯網整合無線通訊技術提供豐富加值服務

在物聯網應用網路中，為透過機器與機器間的連結，甚至包含機器與人的聯繫所整合，在物聯網應用中，「網路」就成為相當關鍵的重要角色！尤其是無線通訊技術，本身即肩負維持M2M環境通訊暢通、穩定的關鍵，不只需用以連接各種無線終端，還需整合穩定、低干擾的通訊管道，讓M2M應用環境可以有效發揮戰力。

早期M2M的應用開發，在長距離無線通訊需求方面，大多會直接選用較無距離限制的GSM(Global System for Mobile Communications)通訊架構進行功能整合，或是選擇蜂巢式(Cellular)行動通訊網路，如3G、HSPA(高速封包轉送)，甚至更新穎的4G、LTE(Long Term EvolutionLTE)無線通訊技術，來與物聯網應用進行整合搭配。

而物聯網的應用型態，將開啟M2M網路更多元化的應用型態，同時也可能創造M2M應用的產業價值，但M2M應用型態要能成形，最大的關鍵就在M2M應用所選擇的網路品質，如果 M2M系統動不動就使終端出現失聯，自然用戶對於M2M應用也會開始失去信心，而如何透過維持機器間有效、順暢的網路通訊傳輸，將左右M2M服務架構的使用體驗。

低傳輸量可用2G通訊M2M整合方案

在不同的M2M應用場合中，可能會因為終端裝置擷取資料量的大、小差異，甚至是功能傳輸上本身機器對機器傳送的資料量不同，就必須針對系統的應用需求調整所使用的通訊技術與架構。目前常用的無線通訊技術有GSM、3G/3.5G、4G/LTE/WiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Access)等不同數據通訊傳輸技術，其中GSM/GPRS(General Packet Radio Service)速度較慢，而4G/LTE/WiMAX傳輸效能相對較佳。

而一般來說，對於一般M2M應用，若傳輸資料量本來就不高，可以選擇速度表現一般的GSM/GPRS無線通訊網路進行M2M環境架構。若M2M應用環境需要更高的傳輸效能因應，如遠距醫療應用、車載應用資訊 (Telematics)、教育服務應用，這時M2M的溝通網路基礎，就必須更換到可因應更高頻寬的無線通訊網路技術，例如以3G或具更高效能的4G服務網路，來進行應用整合，以滿足如行車資料傳輸或大量病理資料的無線傳送需求。

高傳輸應用需改用3G/3.5G以上無線通訊技術

但針對車載系統、遠距醫療或是教育端點、智慧電網(Smart Grid)等M2M應用方面，其應用傳輸資訊量相當高，基本上GSM/GPRS等無線通訊網路可能無法支應這類M2M服務架構，極可能因為傳輸效能受限，而影響到M2M網路服務應有的服務品質，甚至造成應用服務延遲或是功能限制。

而針對這類高資料傳輸的M2M應用型態，必須將無線通訊技術至少升級至3G/3.5G，甚至是更先進的4G(LTE或WiMAX)無線通訊技術，早期的2G無線通訊技術早已不敷所需，尤其是網通業者已看準M2M物聯網裝置所需的大量無線通訊晶片需求，相繼推出整合M2M應用與3G無線通訊模組的整合解決方案，如M2M在汽車娛樂電子、智慧電網等應用激增，也連帶使得M2M整合3G無線通訊技術的整合解決方案成本持續下滑，加速M2M應用市場提前升級到3G通訊應用整合。

反觀採取更高傳輸效能的4G無線通訊技術，因為使用尚不普及，加上相關應用在基地台的佈建服務覆蓋率仍與現有的3G/3.5G服務網路相差甚遠，因此4G相關M2M應用方案沒有3G M2M來得完整與全面。

業界人士評估，由於傳輸效能的大幅改進，4G行動通訊網路長遠來看勢必成為M2M的殺手級應用整合技術，但目前礙於模組成本較高，加上全球的4G服務網路仍以都會區的佈建較為完整，若M2M應用在非都會區，如遠距醫療應用本來就是用以解決偏遠鄉區就醫不便的應用需求，這對於4G服務網路的佈建速度來說肯定無法滿足；此外，相關M2M應用仍未出現巨量無線數據資料傳輸需求，因此業界評估，最快也必須等到2013年，採用整合4G無線通訊網路支援的M2M解決方案，才會在市場上形成新應用趨勢。

M2M應用通訊模組方案成本仍為主要考量因素

即便目前M2M解決方案為了壓低整體M2M網路的架構成本，整合通訊技術的方向仍以2G無線通訊模組為大宗，而3G M2M應用仍以平板電腦、智慧型行動電話、車用影音系統等消費性電子產品為主，但實際上採行2G無線通訊技術為基礎的M2M應用環境，在未來應用已經顯得有點捉襟見肘，因為未來持續發燒的車用娛樂系統、智慧電表(Smart Meter)...等M2M開發應用，已經逐步導入雙向數據高速傳輸需求，這對於基於GSM/GPRS的通訊技術，在傳輸頻寬肯定無法提供高品質的無線數據傳輸環境，相關應用將持續轉移改用3G M2M應用解決方案進行產品整合。

目前採2G無線通訊模組的M2M方案，因2G通訊模組的成本最多只有3G模組的30%左右，這一 2G模組成本遠低於3G模組方案的現況，使得多數M2M業者可能為了維持系統較佳的性價比而選用2G模組方案。但隨著M2M應用傳輸資料可能不再僅有控制資訊，而逐步走向整合同步傳送監控視訊、控制資訊、娛樂影音資訊等大量數位內容，即便3G通訊模組應用方案的成本高達3倍，在中／高階M2M應用仍是主流選擇。

政策加溫 M2M整合通訊模組市場應用

針對M2M應用市場，M2M應用模組選擇內建用戶身分識別(Subscriber Identity Module；SIM)也成為一個重要的趨勢，由於在M2M模組內設置SIM插槽，將可提供M2M系統連線、裝置管理等應用整合，同時由於M2M系統僅有搭配電信商的服務網路，才得以有效發揮系統服務價值，整合型態的設計方案可以讓終端產品設計更為簡潔，同時運用與電信業、SIM卡供應商的緊密合作，甚至推出內嵌SIM卡的應用整合產品，讓M2M與通訊、識別應用提供更深度的應用整合。

而M2M模組整合SIM卡的加值應用，可與SIM卡供應商合作，進行發展不同2G/3G頻段的跨國M2M應用方案，快速打入新市場，同時，利用高度整合SIM的優勢，提供SIM卡、遠端模組管理等加值服務，對於發展監控保全、智慧電表報表、服務資費計算...等，都可以由應用供應商提供網通服務支援。

台灣優奎士物聯網與ZigBee 實驗系統，結合UBIKIT 6612嵌入式系統和ZigBee無線感測模組，為自主設計和製造的實驗系統，並曾榮獲匹茲堡國際發明展銀牌殊榮。其中ZigBee無線感測模組具備有GPRS/GSM模組，教材裡並有規畫相關情境應用章節，可帶領使用者學習如何透過ZigBee無線感測網路接收感測到的資料，並透過GPRS/GSM模組發送簡訊至使用者手機。此外UBIKIT 6612嵌入式系統具備3.5G模組和SIM卡插槽，並整合WIFI、Ethernet等無線和有線網路，可方便使用者開發雲端的相關應用。

物聯網與ZigBee實驗系統其實驗範例基於Android 上開發，使用者不僅可以學習到如何在Android上，利用RS-232序列介面傳輸和接收的基本概念，還可以學習到Android 應用程式的開發，以及嵌入系統開發的相關知識和技術。另外針對ZigBee無線感測模組，有提供Visual Basic 視窗介面的應用開發範例，可直接透過電腦開發相關應用，讓學習的層面更加廣泛。

物聯網與ZigBee實驗系統搭配三本教材，範圍包括Linux、Android和ZigBee相關的應用和知識。透過由大學教授編排的完善內容和實驗範例，可帶領使用者無障礙學習。

圖1. 物聯網與ZigBee實驗系統

圖2. 匹茲堡參賽照片

Reference:

DIGITIMES中文網原文網址: M2M整合3G通訊模組建構高通訊服務品質之物聯網應用 http://www.digitimes.com.tw/tw/iot/shwnws.asp?cnlid=15&cat=30&cat1=10&id=0000313388_4TK4MP6572302K978VR1P#ixzz2GzIcS2DE

2012年10月25日星期四

智慧交通浪潮來襲

物聯網近年來被各國政府視為重點發展項目，以台灣為例，政府在南投推行i236智慧生活科計計畫正是物聯網應用的代表之一。最終的目標則是要打造一個智慧城市，智慧城市除了以物聯網為基礎以外，車聯網也是核心的架構之一。交通是一個城市發展的動脈，唯有良好的交通建設，才有可能帶動一個城市的發展。近年來由於汽車的普及，所造成的交通擁塞、排放汙染都已經成了不可漠視的問題。此外車輛的主被動式安全性，不僅保護著駕駛人的生命安全，也可以減少交通意外所奪走的無辜性命，因此包括智慧運輸系統((Intelligent Transportation System；ITS)、車載資通訊(Telematics)及車用電子(Auto Electronics)等皆可涵括在車聯網的範疇內。

什麼是車聯網

車聯網(Internet of Vehicle；IOV)是指車與車、車與路、車與人、車與傳感設備能交互聯繫，實現車輛與公眾網路通信的動態移動通信系統。它可以通過車與車、車與人、車與路互連互通實現資訊共用，收集車輛、道路和環境的資訊，並在資訊網路平台上對各方資訊進行加工、計算、共用和即時發布，根據不同的功能需求對車輛進行有效的引導與監控管理，並能提供專業的多媒體與移動互聯網應用服務。

從網路上看，IOV系統是一個「端管雲」三層體系：

第一層(端系統)：端系統是汽車的智慧感測器，負責採集與獲取車輛的智慧資訊，感知行車狀態與環境；是具有車內通信、車間通信、車網通信的通信終端；同時還是讓汽車具備IOV定址和網路可信標識等能力的設備。

第二層(管系統)：解決車與車(V2V)、車與路(V2R)、車與人(V2H)等的互連互通，實現車輛自組網及多種異構網路之間的通信與漫遊，在功能和性能上保障即時性、可服務性等。

第三層(雲系統)：車聯網是一個雲架構的車輛運行資訊平台，它的生態鏈包含ITS、物流、客貨運、特殊車輛、汽車維護、汽車租賃、企事業車輛管理、保險、緊急救援、移動互聯網等，是多源資訊的彙聚，因此需要虛擬化、安全認證、存儲等雲計算功能，其應用系統也是圍繞車輛的資料彙聚、計算、調度、監控、管理與應用的複合體系。

因此，為了能讓所有車輛靜、動態資訊，都可在資訊網路平臺上進行存取和有效利用，許多感測技術如將電子標籤裝載在車輛上，並透過無線射頻等識別技術，如RFID技術、GPS技術、行動通訊技術、無線網路等，對所有車輛的運行狀態，依照不同需求，進行有效的監管和提供綜合服務，形成一個車與車(V2V)、車與路(V2R)及車與人(V2H)互連互通的「車聯網(Internet of Vehicle；IOV)」，便成為智慧交通應用能否成功的關鍵。

全球通用的汽車ID：GID

IOV最核心的技術之一是根據車輛特性，給汽車開發了一款GID(Global ID)終端。它是一個具有全球連網能力的通信閘道和車載終端，是車輛智慧資訊感測器，同時也具有全球定位和全球網路身分標識(網路車牌)功能。

GID具備了目前車聯網所需要的V2V、V2I和全球漫遊與覆蓋功能，不單純是一種Telematics(車載通訊)設備。更突出的是，GID使汽車具備了「網路車牌」或「網路身分證」的能力，解決了物聯網中最困難的移動定址與可信標識無法分離的問題，且增強了網路身分的可信度。此外，配合雲後台系統，GID可隨時把車況、行車狀態，甚至是交通事故黑盒子即時上傳。

從GID獲得的多方動態資訊是車聯網、機器移動、ITS、雲計算領域的一種創新型應用技術。當車輛裝載了GID終端後，汽車與交通狀態資訊可以從其衍生的技術被有效蒐集，這些狀態涉及車輛行駛(位置、方向、速度、加速度)，車體(內外溫度、空氣流量、胎壓)，動力(油壓、轉速、機油)，車輛安全(安全帶、氣囊、門窗鎖)，環境(天氣、路況、擁塞)等，從而讓車輛從一台台毫不相干的個體成為了解決道路和交通矛盾的智慧互聯主體。

中國智慧交通官方戰略已出爐

目前各國政府包括巴西、印度、日本及美國等，都已經或即將強制所有車輛安裝各種可用來辨別汽車身分的技術，包括GPS、RFID、安全ID晶片等，顯示車聯網已經成為未來非常重要的趨勢。

以大陸為例，目前也已大舉投入車聯網的建置規劃，由於中國機動車數量龐大，根據中國公安部的資料，截至2012年6月底，中國機動車總保有量達2.33億輛，與2011年底相比，增加826萬輛，增長3.67%。其中汽車1.14億輛，摩托車1.03億輛。全國機動車駕駛人達2.47億人，其中汽車駕駛人1.86億人，已成為僅次於美國的第二大汽車消費市場。

目前中國大陸的智慧交通與車聯網產業，才剛剛進入導入期，主要是透過物聯網技術，載入車載資訊終端，高速公路、城市交通的感知設備應用，也才開始普及，一些基本的車載資訊服務如導航、定位、娛樂等功能，也才剛開始應用，但由於車聯網項目已被列為中國國家重大專項中的重要專案，「交通運輸業智慧交通發展戰略(2012-2020年)」也已經發布，這將是中國第一部通過政府檔形式發布的智慧交通發展戰略。

中國交通運輸部科技司副司長洪曉楓透露，政策推出後，希望能在公路電子收費、交通資訊服務、交通運行監管、集裝箱運輸、公車輛、營運車輛及船舶動態監管等領域，實現規模應用和產業化，爭取2020年相關產值過人民幣千億元，勢必會引發相關產業的高度關注，造就另一波新商機。

由於目前車聯網相關的研究，皆側重在解決車與車(V2V)、車與路(V2R)、車與人(V2H)等的通訊問題上，然而車聯網的主體還是在車輛本身。因此在跨入車聯網的研究領域，還是需要先從瞭解車輛本身的架構及車內通訊網路開始。然而隨著車輛電子控制系統日趨複雜，且新的車內通訊網路不斷的被開發出來，而各國際汽車大廠間又有各自的通訊格式，對新跨入此領域的學習者而言會造成莫大的負擔。

台灣優奎士推出的智慧車載資通訊實驗系統，是一經過精心設計的實驗平台，搭配由國內知名學者撰寫的教材，不僅介紹了常見的車內訊通網路，並以現今汽車電子系統最常使用的CAN BUS為主軸，講解了CAN BUS的原理並精心設計許多實驗引領使用者入門。本實驗系統並搭配UBIKIT 6612嵌入式實驗系統，其搭載現今最普遍使用的Android 平台，並有CAN BUS控制介面，可教導學生開發Android 應用程式透過CAN BUS去控制 ECU節點。UBIKIT 6612嵌入式實驗系統並具備3.5G行動上網模組，可讓使用者開發雲端相關的應用程式，是一套能符合車聯網所需的實驗平台。