工業物聯網技術應用概況

工業物聯網技術應用概況

工業物聯網是物聯網發展的一個重要領域，也是一個指標，許多技術會優先用
在工業場域上，在工業物聯網有觀察到兩個技術趨勢：低功耗廣域網路以及邊緣運
算，分別帶來的場域的範圍擴充，以及專案設備配置的變化，以下為大家說明。

工業物聯網：

(1) 低功耗廣域網路(LPWAN)擴大私有雲場域範圍

北美市場一直是全球科技領先的地區，以智慧家庭應用而言，北美早已流行使
用Zigbee、Z-wave做為控制應用的通訊協定，輔以Wi-Fi 及BT作為寬數據(大檔案
傳輸)的應用。然而這樣的通訊協定在一般消費者場域 (例如二十坪，兩房的場域)
中可以滿足需求。但當場域擴增到兩層樓三層樓，原有的通訊協定就需要導入中繼
器，增強器，甚至採用Mesh Network的技術，來加強傳輸的效率。
然而當場域從室內延伸到室外，場域從單一建築物到跨建築物甚至因應更大規
模的場域如鄉鎮。為了因應物聯網裝置省電、長距離傳輸資料的需求，低功耗廣域
網路(Low Power Wide Area Network，LPWAN)因此而生。LPWAN由於不要求複
雜的影音、大資料傳輸、即時訊息等，是物聯網談論多年之後，最具體的萬物互聯
的實現。

無線通訊領域20年來的發展非常迅速，從行動電話問世到現在已經在討論5G
標準，然而在正式邁入5G前，低功耗廣域網路技術可以提供產業持續前進的動力
，許多低功耗長距離的技術陸續被提出，較受注目的包括使用授權頻段的窄頻物聯
網 (Narrow Band-IoT，NB-IoT)，以及採用非授權頻段的LoRaWAN、Sigfox等。低
功耗廣域網路滿足了基本連線需求，而非授權頻段帶來了低成本的佈建費用，因此
由IBM、Cisco領軍的LoRa可以說是目前為止最受產業支持的LPWAN技術。
過去的自動控制場域考量到網路架設及管理問題，多半以建築物為單位，甚至
於因連線能力的侷限而以一層為單位。然而在低功耗網路技術的發展，帶動場域的
擴增，產生更多可能性；例如以往需要拆成不同的系統，但因為通訊技術的提升，
可以在一個系統中整合。以往在大型場域中需要導入行動網路（2G、3G 或 4G）以
連結公有雲服務。但在藉由採用低功耗廣域網路技術後，資料的傳遞方式可以有更
多選擇，而在網路佈設的成本降低之後，因智慧閘道器及儲存設備的興起，物聯網
雲服務多考慮自建本地端雲服務作為搭配(私有雲)。

物聯網雲服務架構，第一層為最前端裝置如感測器等；第二層為網
路層包含行動網路(2G、3G 及 4G)，及前述低功耗廣域網路等；第三層的應用層主
要為基於資料儲存體延伸的資料應用，如資料呈現及資料分析等。

工業物聯網的應用需求明確，在低功耗廣域網路在網路層帶來突破後，以智慧閘
道器及儲存設備所建構的物聯網私有雲服務成為小型、中型場域主流。

LoRa :

(2) 邊緣運算(Edge Computing)逐漸受到重視

大型場域的裝置互聯問題，可以藉由行動網路及低功耗廣域網路技術來達成，
因此裝置的資料收集部分已經可以藉由閘道器(Gateway)搭配儲存設備或是雲服務
完成。一般而言閘道器負責搜集和詮釋資料的裝置，不同通訊介面，與外部的感測
器裝置、雲端連結。然而物聯網應用的需求逐漸提升，傳統單一功能的閘道器，無
法滿足需求，現以智慧閘道器(Intelligent Gateway)來做為新一代閘道器的定義，
相較於過去的閘道器有更高運算能力甚至整合資料分析功能。

除了閘道器的運算能力提升外，整體系統的資料處理的部分，也因為場域的擴
大，及應用的多樣性而開始有了變化。在過去以大型主機思維所延伸的公有雲架構
，在處理巨量資料，有其優勢。然而在物聯網應用中使用公有雲有其頻寬限制和網
路成本考量。資料傳輸並非免費，降低資料傳輸量將可為企業節省成本，例如把部
分資料分析轉移到邊緣，就有助於提高資料處理量，或是當終端監測數據未有改變
，就無需將相同數值上傳整個網路。

同時資料分析也可以轉移到邊緣，把資料儲存於區域，閘道器或工業電腦(IPC)
的分析應用程式來做基本的規則決策(Rule)，如環境溫度監控與空調強弱調整。而
也因應用的不同對於決策反應時間的要求也有所不同，如辦公室溫度監控與空調強
弱調整，以一小時為單位調整，已經可以滿足整個場域的需求；然而在工廠端的機
器監測系統，就不可能以小時為單位調整。這也是邊緣運算受到重視的原因，針對
不同的場域需求，及智慧應用的需求，而需要強化在地運算。如圖二所示，過去感
測器，閘道器，運算設備及儲存設備搭配中，閘道器僅需處理網路層應用，然而在
應用需求中有需要更多運算分析工作將集中在前端處理，閘道器運算功能需提升。
實務上也有既有設備原針對控制，為了不更動現有設備，並同時提升案場智慧應用
，因此從後端調整，增加運算功能於儲存設備，以架設服務。

邊緣運算：