物联网概论

课程概况

物联网 (Internet of Things, IoT) 是近期非常重要也受到高度关注的议题, 主要要求是”物物联网”或是”万物联网”, 就是将全球对象以及各式各样的传感器 (sensors) 等等也连上网络, 除了数据与数据收集分析外, 也可以回馈进行各种控制, 这对于未来生活的便利性将有极大的影响. 物联网的应用极为广泛, 例如智能生活 (专戴式装置状, 智能手环, 智能手表), 智能城市 (绿能), 智能交通 (大众运输, 车载通讯, 自动车), 智能医疗 (居家照护), 智慧物流 (快递), 智慧农业 (温室或农场之温湿度环境), 智能安全 (安全保全监控系统), 智能电网 (智慧电表与电力输送), 智慧建筑 (智能绿建筑)等等. 最近热烈讨论的第五代行动通讯 (5G) 也标榜以实现物联网物物相连的目标, 包含无线传输要更快, 通讯时间延迟要更短, 基地台手机通讯密度要更高, 联网对象要更多等等.

物联网的架构主要分为三层: 1. 感知层 (Sensors and Sensor networks), 2: 网络层 (3G/4G/5G 通讯网络), 3: 应用层 (各种应用的云端服务). 感知层主要探讨各式有线或是无线传感器 (如温度,湿度, 亮度, 陀螺仪, 三轴加速器, 心跳, 血压, 脉搏等等) 以及如何建构感测网络 (sensor networks) 将传感器收集到的数据可以传送出来. 传感器要做到低功耗 (电池续航力要高), 低成本, 小体积, 无线传输距离长等等, 是极具挑战的任务. 网络层主要探讨如何利用现有无线或是有线网络来有效的传送收集到的数据, 例如利用现有的 3G/4G 无线传输技术, 或是未来的 5G 无线传输技术等等. 应用层主要是探讨各种应用领域如何使用大数据分析的结果来回馈并控制传感器或是控制器的调节等等. 整体来说, 物联网是一个活的生态体系, sensors 收集数据, 透过手机或是其他设备网络回传到云端处理中心, 经过分析后再将控制讯息回传给控制器, 进行各种精细或是细腻的调控.

本课程将介绍

(1) 物联网的基础架构与创新应用. 包含物联网基础架构的介绍以及多种创新应用, 如智能叉, 智能球拍, 智慧杯, 智慧牙刷, 智慧袜, 智慧镜, 智慧锁等等

(2) 物联网感知层/网络层/应用层技术. 包含传感器智能对象联网联盟 (IPv6 for Smart Object, IPSO), 6LowPAN 低功耗无线网络协议的特色, 以及 3G/4G/5G 网络, 物联网多种关键应用等等

(3) IPv6 协议运作原理与 IPv6 最新发展趋势. 包含 IPv6 协议的特色与物联网的关系, 以及包含 World Ipv6 Launch, Google, Akamai, APNIC 等等全球 IPv6 流量观测网站的分析.

(4) IPv4/IPv6 转移机制. 包含 Dual-Stack, Tunneling, Translator 等等机制. 如 DSTM, 6over4, 6to4, ISATAP, Teredo, Tunnel broker, NATPT, Reverse Proxy, NAT64, 464XLAT 等等技术.

(5) 物联网传感器平台 (Sensor Node Platforms): 如 Arduino 传感器平台设计, Raspberry PI 传感器平台, LinkIt ONE 传感器平台. 以及 ARM mbed 传感器平台与云端数据收集平台

(6) 物联网传感器网络 (Sensors Networks) 的路由协议 (routing protocols), 包含 DSR (Dynamic Source Routing) 无线网络路由协议, AODV (Ad hoc On-Demand Distance Vector) 随意无线网络路由协议, RPL (IPv6 Routing Protocol for Low power and Lossy Networks) 低功耗流失网络 IPv6 路由协议, CoAP (Constrained Applicaiton Protocol) 限制性应用讯协议 (CoAP 提供标准高阶 Restful API , 可以用来在资源有限的无线感测网络环境下存取传感器上的数据, 如温度湿度等等数据), 以及 MQTT (Message Queueing Telemetry Transport) 讯息储列遥测传输协议, 也是用来在资源有限的无线感测网络环境下存取传感器上的数据协议.

(7) 物联网无线传输技术, 包含物联网之物与物通讯的主流无线网络技术，如 IEEE 802.15.4 Zigbee 无线传输技术, 物联网专用长距离低功耗 IEEE 802.11ah 无线传输技术, 以及 Bluetooth 4.0 蓝芽无线传输技术等等

(8) 物联网框架标准 (IoT framework), 包含物联网的重要国际标准框架以及标准化的协议, 如 Thread, Allseen, IEEE IoT, ETSI OneM2M 等等.

*本课程由台湾新竹清华大学提供，因课程视频由主讲教师录制并上传，凡课程视频中“国立清华大学”均指“台湾新竹清华大学”。

课程大纲

第 1周: 物联网基础架构与应用简介 (IoT architecture and applications)
第 2周: 感知层/网络层/应用层技术 (Sensor/Network/Applicaiton technologies)
第 3周: IPv6 协议运作原理与发展趋势 (IPv6 protocol and deployment trends)
第 4周: IPv4/IPv6 转移机制与技术介绍 (IPv4/IPv6 Transition mechanisms)
第 5周: 物联网传感器平台 (Sensor Node Platforms)
第 6周: 物联网传感器网络路由协议 (Routing protocols for sensor networks)
第 7周: 物联网无线传输技术 (Wireless Communicaiton technologies for IoT)
第 8周: 物联网框架与国际标准协议 (IoT Framework and standards)