物联网时代下智慧家庭的自动控制方案解析

范，即可让产品有不错的相容性。而在商品整合的部分，有相容于某种服务架构的标示，对于相关人员选择产品进行部署，甚至是消费者选购，都会更加方便。

　　除整合服务架构外，更往硬件层面看，就是控制器、感测器所使用的微型操作系统了。早期的产品多半使用厂商自行开发，或是委由软件厂商开发的封闭式微型操作系统。近年来出现一些基于UNIX-like、POSIX操作系统架构开发的开放原始码微型操作系统，例如Mbed、Contiki、FreeRTOS等。

　　这类型操作系统功能较为单纯，同时间须执行的处理程序也比一般电脑少很多，但须考虑资料处理的即时性，不能有太大的延迟。因此除核心、软件模组的档案大小都很小外，架构上也是针对指令集较为精简的控制器芯片设计并最佳化，且多采用事件触发导向（Event-driven）、即时操作系统（Real -time OS）等概念设计，以满足需求。

　　就控制芯片的设计层面，也出现许多更省电、又有强大运算能力的芯片，搭配适当操作系统、服务架构与应用程式，都是未来IoT普及所需的重要元素。目前软、硬件厂商，甚至是开源社群，皆投入不少心力在整合解决方案上，合作比单打独斗带来更大的力量，透过软/硬件整合、优化，将让新型态的IoT感测、控制元件在可靠度与能源效率上更容易达到实用需求。

　　不论是IoT还是自动控制，与装置通讯时最基本的动作都是读取、写入，读取感测器撷取的值、控制器的开关状态或是装置的设定值等，当有控制需求时写入开关状态、设定值等。每个装置可视为是一个拥有多个属性值的实体。

　　早期相当流行的Modbus使用暂存器（Register）的概念进行管理，每个装置上有数个暂存器，每个暂存器代表不同的开关状态、感测值、设定值等。读/写暂存器上的值即代表读取感测值或状态，或是控制开关的状态、写入新设定值等动作。而装置实作层面只须将感测器、开关等状态与暂存器进行对应。

　　同样的概念也应用在BLE上，BLE提供ATT协定（Attribute Protocol）与GATT架构（Generic Attribute Profile），每个装置可以定义数个属性质，用读写属性质的方式达到存取、控制的目的。

　　在资料库与软件工程领域常使用到ER模型（Entity-Relation Model），这样的概念也可套用在IoT中，每一个装置可视为一个实体（Entity），每个实体拥有若干属性（Attribute），而这些实体与属性间的互动关系（Relation），就是IoT所实作的。

　　在IoT的概念中，将有更多数量、更多种类的装置同在网络上，这意味着IoT网络比起传统控制网络，需要更大的定址空间与更强的定址甚至是选径能力，同时需要支援更多元化的资料型态（图2）。

　　图2 生活中一些常见的IoT应用装置与其属性范例

　　网络汇聚与资源管理

　　在拥有许多装置的IoT网络中，可能会有多种不同的实体网络介面，例如IEEE 802.11、IEEE 802.15、电力线网络等，如何汇聚这些网络将成为重要的课题。

　　在现存的连接层（Link Layer）解决方案中，常使用的解决方式为将不同网络桥接（Bridge）起来，使得不同类型的网络可形成连通的网域。但对于装置同时拥有多种网络介面、网络拓扑较为复杂的网络环境，就需要一些异质网络整合方案的协助。

　　举例来说，高通Hy-Fi解决方案所实作的IEEE 1905.1即是一种异质网络汇聚的协定，透过抽象连接层（Abstract Layer）的帮助，让上层架构更容易实作，并且达到更高的网络效率。

　　在网络层（Network Layer）的部分，使用IP网络的好处除前面所述的拥有更大定址空间、具有良好的选径能力、容易整合外，也可以使用如IPSec、TLS等网络层、传输层（Transport Layer）安全机制。这也是6LoWPAN会兴起的原因之一，6LoWPAN为针对IEEE 802.15成员设计的轻量化网络层协定，标头（Header）较短、且赋予很有弹性的标头定义方式，使得6LoWPAN可以在不浪费频宽资源的情况下具备如IP网络的定址、选径功能，且6LoWPAN标头具有扩充与IP网络相容的能力，使得与整个区域网络整合也相当容易。

　　在下层都整合到TCP/IP通讯协定架构范围后，剩下的就是应用层（Application Layer）了。基于IoT架构，Dominique Guinard等人于2009年提出WoT（Web of Things）概念，许多IoT的通讯都将会以HTTP、JSON等协定架构下进行，并搭配CoAP、MQTT或JSON-RPC作为事件发生时的通知讯息推播机制。

目前一些整合服务架构，如HomeKit、IoTivity、AllJoyn等都提供类似架构，而相关的控制器操作系统，也提供轻量的HTTP伺服器与浏览器满足这种需求。这个现象也呼应了前面所提用属性值看待每样东西的概念，在使用HTTP当作应用层协定的