何謂物聯網裝置（IoT 裝置）？運作原理、類型與關鍵挑戰

物聯網 (Internet of Things, IoT) 透過讓日常物品能夠在網路上連接、溝通並分享數據，徹底改變了現代科技。「物聯網」一詞是指由連網裝置所組成的集體網路，以及促進裝置與雲端之間、或是裝置彼此之間溝通的技術。物聯網將日常「物品」與網際網路整合在一起。事實上，電腦工程師從 90 年代開始就一直在為日常物品添加感測器和處理器。

物聯網不只是透過無線連接開啟或關閉風扇開關或電燈。這些裝置已經改變了各個領域，包括醫療保健、農業、工業自動化和智慧家庭。

1. 什麼是物聯網裝置？

物聯網裝置是嵌入了感測器、軟體和網路連線能力的物理對象，使它們能夠收集和交換數據。這些裝置的範圍從簡單的智慧家庭用品（如恆溫器和照明系統），到複雜的工業機械和醫療設備。物聯網裝置是硬體設備，如感測器、小工具、家電和其他在網際網路上收集和交換數據的機器。它們針對特定應用進行編程，並可以嵌入到其他物聯網裝置中。物聯網不單僅限於家庭自動化。

例如，您汽車中的物聯網裝置可以識別前方交通狀況，並自動發送訊息給您即將見面的人，告知您的延誤情況。

2. 物聯網裝置如何運作？

不同的物聯網裝置可能有不同的功能，但它們在運作方式上都有相似之處。首先，物聯網裝置是感知物理世界中發生事情的物理對象。它們包含整合的 CPU、網路卡和韌體，通常連接到動態主機設定協定 (DHCP) 伺服器，並且需要一個 IP 地址才能在網路上運行。物聯網裝置透過感測器、連接協定、數據處理和使用者介面的組合來運作。基本運作過程包括：

- 感測：裝置使用感測器從環境中收集數據。

- 處理：微控制器或嵌入式系統處理收集到的數據。

- 連線：裝置透過 Wi-Fi、藍牙、Zigbee 或其他協定傳輸數據。

- 執行動作：根據接收到的數據，裝置執行動作，例如發送警報或調整設定。

- 使用者互動：使用者可以透過行動應用程式或網頁介面監控和控制裝置。

為了執行動作和使用者互動，物聯網裝置會透過軟體應用程式進行設定和管理。例如，智慧型手機上的 App 可以控制家中的燈光。

3. 物聯網的重要性？

物聯網讓物理世界與數位世界得以相遇並相互協作。它透過讓組織能夠自動化並簡化日常任務，為組織提供了眾多好處。透過這種方式，現在任何人只要有網路連接，就可以在世界任何地方監控或控制他們的家電。隨著物聯網逐年呈指數級增長，企業正在利用其提供的巨大商業價值。以下是物聯網一些最重要的優點：

- 產生新的商業模式和收入來源

- 透過物聯網數據的驅動洞察來改善業務決策

- 提高業務營運的生產力和效率

- 提升客戶體驗

物聯網裝置的類型：

物聯網裝置可以根據其應用分為各種類型：

物聯網步驟與層級：

物聯網的架構遵循層級化方法，從這裡我們可以看到數據是如何被收集、處理、發送、接收並最終顯示在使用者介面上的：

1. 感知層：由收集數據的感測器和執行器組成。

2. 網路層：處理使用各種通訊協定的數據傳輸。

3. 邊緣層：在將數據發送到雲端之前進行本地處理。

4. 雲端層：儲存和分析數據，使其可供應用程式存取。

5. 應用層：允許使用者與裝置互動的介面。

4. 物聯網裝置使用的連線類型：

物聯網裝置使用各種連線類型，包括：

5. 物聯網可以在沒有網際網路的情況下運作嗎？

是的，物聯網可以在沒有網際網路連接的情況下運作，但有一定的限制。在某些情況下，裝置只需要一個通訊管道；如果有本地主機可用，裝置就可以在沒有網際網路的情況下工作。物聯網裝置可以獨立運行的場景包括：

- 在封閉環境中使用自架的 MQTT 代理伺服器 (Brokers) 進行通訊

- 形成用於本地裝置間通訊的網狀網路 (Mesh networks)

- 採用邊緣運算進行本地數據處理

-  利用短距通訊技術，如低功耗藍牙 (BLE) 和近場通訊 (NFC)。

或者，我們可以利用藍牙、Zigbee 或 LoRa 實作區域網路。

6. 使用物聯網裝置安全嗎？會被駭嗎？

物聯網裝置提供了顯著的便利和效率，但也帶來了顯著的安全風險。由於處理能力和記憶體有限，許多這些裝置具有固有的漏洞，這限制了強大安全功能的實施。

軟體和網路安全不足：過時的韌體和不足的網路保護會使裝置易受攻擊。

隱私考量：未經授權訪問物聯網裝置收集的個人數據可能會導致隱私洩漏。

7. 物聯網裝置的實例有哪些？

讓我們看看當今使用中的一些物聯網系統實例：

聯網汽車：

- 監控租賃車隊以提高燃油效率並降低成本。

- 幫助家長追蹤孩子的駕駛行為。

- 在發生車禍時自動通知親友。

- 預測並預防車輛維護需求。

智慧家庭：

- 自動關閉不使用的裝置。

- 租賃物業管理與維修。

- 尋找遺失的物品，如鑰匙或錢包。

- 自動化日常任務，如吸塵、煮咖啡等。

智慧城市：

- 測量空氣品質和輻射水平。

- 透過智慧照明系統減少能源費用。

- 檢測橋樑、管道等關鍵基礎設施的維護需求。

- 透過高效的停車管理增加收益。

從智慧恆溫器到工業感測器，每一個物聯網裝置的核心都依賴於可靠的印刷電路板 (PCB)。隨著物聯網裝置的複雜性和小型化程度增加，高品質的 PCB 製造對於確保性能、穩定性和長期耐用性變得至關重要。無論您是在製作穿戴式感測器的原型，還是擴大智慧家庭產品的生產規模，擁有一個快速且精確的 PCB 製造合作夥伴都可以加速您的開發過程。JLCPCB 為全球的創客、新創公司和工程師提供先進的 PCB 製造服務。

(在我們的專題文章中了解更多關於 PCB 技術如何支持物聯網裝置的資訊）

結論：

總之，物聯網 (IoT) 改變了我們與科技互動的方式，將日常物品連接到網際網路，實現了無縫溝通和自動化。雖然物聯網提供了眾多好處，但安全性、連線性與互操作性等挑戰必須得到解決。透過適當的實施和保障措施，物聯網可以提高多個領域的生產力、效率和便利性。透過在創新與安全之間取得平衡，物聯網有潛力打造一個更智慧、更緊密連接的世界，提升個人和工業體驗。