IoT概念帶來智慧家庭新願景
2016/05/30 - DIGITIMES企劃
財團法人資訊工業策進會工程師江肇元提到，30年前的電視影集就有想以電腦來控制環境的想法，到最近幾年才真的有智慧家庭時代來臨的感覺。我們希望家電設備之間能夠互動，並透過網際網路由手機、智慧手錶來做監控，也透過網路取得醫療照護。目前商品化範例有Apple HomeKit和Google Thread。若家中家電或裝置支援HomeKit，就可使用低功耗藍牙(Bluetooth Low Energy； BLE)跟你的iPhone/iPad/AppleWatch或AppleTV連線，蘋果提供認證機制；若要連外並透過雲端控制，則需以AppleTV作為Gateway。從HomeKit協定堆疊來看，BLE層提供Attribute Profile (ATT)層服務，JSON、HTTP、TCP與IP層則負責網際網路的溝通；上面再堆砌一個HomeKit Accessory Protocol，以及HomeKit應用。
至於Google Thread使用ZigBee 802.15.4技術，任何ZigBee裝置透過軟體升級支援Thread；由電池或太陽能供電的淺灰色裝置(Sleep device)，連接有插電、充當路由的藍色裝置(Router)，最後連接到提供Wi-Fi或其它無線技術的深灰色Border Router。從Thread堆疊協定來看，最底層是Physical Radio(PHY)與802.15.4 MAC，往上則是6LoWPAN與Distance Vector Routing，能簡短的區網定址或展開成IPv6位址；其捨TCP/IP而就UDP+DLTS通訊協議，在偏區網的環境下可發揮較高的傳輸效率。
尋求跨平台共通精神的軟體開發
還有其它像Intel的OCF(原名OIC)的IoTivity、高通的AllSeen AllJoyn等，作業系統則有ARM針對Cortex CPU的mbed、Google的Brillo、嵌入式Linux與開源的Contiki等；硬體平台則有Arduino、Raspberry Pi，以及晶片供應商Intel Quark、Marvell Xscale等。這些平台雖規格不同互共通，但有些精神共通，像是精簡化的硬體設備、軟體環境，與互聯、互通的能力，其具備的Gateway能力，在家庭自動化的角色也會越來越重要。
軟體部份則要看寫程式概念，跟使用者及設備間的互動的使用介面(UI)。應用三十多年的Modbus，每個設備╱感測器╱開關狀態都有專屬register；SNMP網管協定則是MIB entry－每個網路裝置有很多MIB entry(條列項)；BLE則是GATT-attribute控制，裝置可以註冊很多Attribute，傳輸時交換這些Attribute值；其它框架則提供像get/set的函數功能供業界應用。資料庫常見的ER(Entity Relationship)實體關係圖，可以在IoT用來描繪各裝置、提供功能/項目、外接週邊/模組的串連關係，或以近代的物件導向語言，像是將裝置視為因群組或情境的控制物件，而燈具、空調、窗簾可繼承這個控制元件。
IoT裝置包含與使用者互動，以及跟環境、設備間的互動的多元化。前者像Siri語言辨識命令、Gesture手勢控制，後者則像前面提到的各種網路通訊協議。而像If This Than That(IFTTT)這類雲端自動化服務，則是簡化用戶透過雲端控制IoT裝置的流程。
江肇元進一步指出，要剖析(Parsing)使用者自然語言(Natural Language)並了解其語意，需要可容錯、允許模糊空間的文法，或採取關鍵字的作法；而動作偵測可藉由Neural networks(神經網路)、Sport Vector Machine(SVM)，還有像是判斷動作為打掃、運動、看電視的動作。
設備間的互動，尤其是不同通訊協定的裝置如何共存，除了IoT裝置走向IP化，以HTTP、JSON-RPC統一文字標準來轉寫溝通的軟體程式，以及可具有自我定義能力的XML、JSON等資料格式。像JSON(Javascript Object Notation)剖析速度比XML快，且儲存/傳輸資料量比XML少。
最後則是最近兩三年才提出的WoT(Web of Things)，也就是所有IoT裝置，都內嵌了一個很精簡的瀏覽器或HTTP伺服器，僅需1~200KB儲存空間，可用URI網址，或以JSON-RPC語法，透過HTTP或服務插槽(Socket)方式做遠程呼叫(Remte Procesure Call；RPC)。
江肇元介紹了幾個目前常見的軟硬體解決方案，對於目前眾多軟體、平台等解決方案提出了屬性、物件導向等共通的設計概念。這些共通的概念將有助於入門者在面對這些解決方案時，不至於眼花撩亂，同時講者也認為掌握這些概念，將有助於開發者更容易開發相關的應用程式與系統，讓家庭自動化的未來發展更值得期待。
圖說：財團法人資訊工業策進會工程師江肇元
