【劉建志談IoT】物聯網的潛力與挑戰

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物聯網科技的出現將為人類生活帶來正向巨大的改變,然而這個領域仍在初生階 段,不少的獨特性為投入者帶來許多發展上的挑戰。臺灣想從過去的代工思維轉型投入 物聯網,待克服的因素更是各方必須正面以對,建立以我們為主體的生態圈與平台將是 發展方向。

物聯網的發展挑戰較互聯網更艱鉅

互聯網蓬勃發展已經超過20年,重新 定義了全球大部份人的生活。光是從 Google Play或App Store裡面各有超過100萬 個應用程式(apps)就可以知道互聯網、乃 至移動互聯網早已無孔不入地深入你我的生 活。不過,互聯網都在處理人與人之間的 互動(H2H),直到網路基礎設施的日漸完 善、資料傳輸速度提昇、雲計算與雲儲存設 施建立等因素具備後,人們開始朝人與機器 互動、機器與機器互動(H2M, M2M, M2H) 等方向探索,這些構成了物聯網應用的主要 方向。互聯網專注在面對特定對象(target audience)的需求,面對的是統一規格的PC或 行動裝置,主導的廠商也早早一統江山,所 以行動apps開發商只要了解Google Play或App Store的單一串接標準。與此相比,物聯網的 發展面對的挑戰遠遠大於互聯網曾經面臨的 障礙。

首先,不論是桌上型或筆記型電腦,其 規格全球均一致,智慧型手機亦然。運作其 上的作業系統,在桌機或筆電不是Microsoft 就是Mac,在手機上不是Android就是iOS。 至於手機晶片是否採用ARM架構、是否採用 聯發科或高通(Qualcomm)設計的晶片,完全不在apps開發團隊考慮之列。而物聯網的 應用範圍無比廣大,應用在工廠智能化被德 國人稱作工業4.0,或被美國人稱為工業物聯 網,導入農業耕作或漁產養殖就是智慧農漁 業,結合家庭內各項家電或設施就是已經熱 炒了幾年的智慧家庭。但是在這些不同領域 的應用方案內採用的感測器與閘道器,有的 要適應工廠內可能高熱或各種不良環境,有 的要適應戶外的嚴酷氣候條件,有的可能要 配合家庭消費者的收入條件而強調低價;此 外,因應不同的使用場域,對於網路訊號的 強度、傳輸距離與穿透性等等也不盡相同, 在空曠的地方可以採用較高頻率、功率較強 的通訊技術,反觀在家庭室內,因為電源充 足且隔間較多,需要的通訊技術偏向也不相同。硬體方面的挑戰除了種類、功能、價格 等等因素需要評估,在物聯網時代,數量龐 大的被連結裝置將是管理上更重大的挑戰。 依照Cisco IBSG的估計,2020年全球的連網裝 置將到達500億個,平均每個人身邊有6.58個 裝置連網,屆時如何維持所有裝置間被有效 串連、已串連的裝置數據能夠穩定正確的收 集、收集回來的資料如何高效地確保資料正 確性及做好分類處理等等,都不是傳統資訊 業者有能力應對。

再者,絕大部份的物聯網裝置因為只是 感測器,而且為了成本考量不會同時附掛微控制器(MCU)或中央處理器(CPU), 因此不具備思考能力。裝置與裝置間 (M2M)、人與裝置間如何溝通,都有賴人 類撰寫「協定」(protocol),讓裝置間有 語言溝通。目前物聯網因為發展方興未艾, 百家爭鳴,因此非常多的組織都推出各類協 定,傳統電信業採用 TR-069,行動裝置則 是 OMA DM,工業有非常多的協定,諸如: MQTT、XMPP、LWM2M 等等,智慧家庭應 用則有OCF的Iotivity、Apple 的 Homekit 與 Google的Thread。未來的物聯網應用跨越數 種通訊協定的情形將比比皆是,舉例來說, 當我們開著電動車在路上遇到電力不足的 緊急狀況,我們可能透過車載裝置(vehicle control unit)預訂最近的緊急充電樁。這個簡 單的應用包含了移動端裝置與智慧城市管理 單位的雲端平台溝通,然後平台再與設置在 智慧路燈的充電樁溝通。這個場景內包含了 一個電動車上的應用服務與一個固定端的智 慧城市服務方案;兩個方案內各自採用不同 的感測器與其他硬體裝置,使用不同的通訊 協定,兩個方案之間又需要相互溝通。甚至 同一個智能工廠內可能有幾十種不同機器設 備,各自間未必全部採用同一種協定,因此 大大提高了物聯網方案的開發困難度。

再從另一個角度來看物聯網應用方案的 組成困難之處:舉在宅養老銀髮照護的物聯 網方案為例,應用方案開發團隊,必須由了 解大多數老人生活習慣、熟稔老年人生活障礙的專家(可能是專精於高齡醫學的醫生) 提出需求,由有能力開發應用程式的系統整 合專家搭配物聯網裝置管理平台與數據分析 團隊,根據需求找到各種合適硬體裝置,例 如保健的穿戴式裝置、居家偵測跌倒的雷達 或攝影機、智慧的照護機器人,前述的數據 分析團隊還要結合高齡醫學專家開發合適的 演算法,收集到的個人健康數據還要即時傳 送給老人照護機構、醫院,甚或是獨居老人 關懷的政府單位(如社會局)或非營利組 織。簡言之,一個好的在宅養老物聯網應用 方案的開發需要集結多少種軟、硬體,串連 多少個不同的關係人(stakeholders),考量 多種領域的知識與法規。

物聯網發展的主要障礙、服務型態 與監管

 世界經濟論壇(World Economic Forum, WEF)調查顯示,推動工業物聯網前三個 需要克服的障礙,第一就是缺乏交互運作能 力與共同標準(lack of interoperability and standard),點出的就是上面這種令廠商多到 無法選擇的「共同」協定,以及採用不同協 定間的裝置或方案之間如何相互溝通與交互 運作。其二就是因為物聯網生態系內常常橫 跨不同的硬體裝置、應用軟體,乃至多領域 的專家知識(domain know-how)需要在同一 個方案內呈現。所以2014年11月WEF在德國 慕尼黑的工作討論,才提出生態系內的軟體平台可以促進資料彙整與交換,同時可以促 成跨產業的合作,迸出全新的商業關係與新 的專業。

物聯網應用方案開發極度需要跨界思 維與生態系通力合作,可惜的是,臺灣的廠 商過去因為專精於製造個別的零組件或單一 裝置,欠缺將多種異質性裝置組合成一個系 統,解決單一裝置無法解決的問題的能力。 因此普遍無法理解如何善用軟體平台將生態 系內的裝置變成一個系統,更不用說這樣的 方案要被組成、被應用來提供「服務」,而 不是單一裝置強調的「功能」。這兩者的差 別在於,服務是對人的,唯有有能力釐清、 定義被服務者的需求的廠商,才能針對已 經釐清的需求提出對應的價值設計(value design),從而搜尋適合的硬體裝置,設計對 應需求的軟體整合這些裝置,才能提出使用 者有感的物聯網應用方案。

物聯網應用方案的出發點雖然是前述的 H2M、M2M、M2H,但它終究是透過軟硬整 合的方式,用各種「物」(things)的組合去 滿足「人」的需求。所以說物聯網的本質是 「服務」,而且是藉由軟體組成的一整套裝 置,滿足一個已經存在但尚未被滿足或者過 去不曾想像的需求。舉例來說,在水質不佳 的地區,人們自力救濟的方式往往是帶著桶 子出門買水,未來可以透過裝置水質感測器 且具備聯網能力的淨水器,人們在家依照使用量付費,廠商則在遠端掌控淨水器運作狀 態,視情況而不定時主動前往更換濾芯;又 或者未來我們可能不需要購買空氣清淨機, 也不用主動了解應否清洗濾網,未來可能出 現一種服務,它是根據我們希望自己處在什 麼程度的空氣品質環境,方案廠商負責提供 不同等級的空氣清淨機,根據遠端監測主動 調整機器運作速率,決定維修或清洗時間, 這是因為我們未來要購買的是所處環境的空 氣品質,而非單一的空氣清淨機。這兩個例 子分別就體現了WEF描述的物聯網發展第二 階段的「新產品與新服務」(new products & services)與第三階段「需求導向方案設計」 (結果經濟,outcome economy)的特徵。

同一份WEF調查裡面提到的第三個障 礙,是投資物聯網應用方案的回報(ROI) 很難證明,導致已經設計出來的物聯網應用 方案很難說服買方願意付費。對於一個工廠 老闆來說,採用物聯網科技與否不是簡單的 跟風流行,想說服他們買單,至少要做到 WEF指出的物聯網發展第一階段特徵:營 運效率提升(operational efficiency)。白話 一點的說法,上門推銷的方案開發商至少要 能清楚指出這個方案訴求的是生產效率提升 或是不良品減少,而且必須有數據佐證效率 提升多少或不良品減少多少。其中一個經常 被提到的課題就是預防性維修(preventive maintenance),然而預防性維修這個效果不 會因為機台上裝了數個感測器,就自動產生預防性維修的示警能力。這樣的效果仰賴數 據科學家根據感測器收回一定數量的數據, 透過機器學習等方式逐步找出規律,最重要 的是找出不正常型態的數據(abnormal pattern detection)後,每逢系統發現這種不正常型態 就發出通知。

這種「預言」能力來自於數據累積與數 據科學家結合專業知識的分析判斷,它不是 一蹴可幾,也很難在應用方案導入之初就清 楚得知改善的程度,畢竟機器學習是一種學 習過程,電腦多久學會,學會後智商多少, 都會因為不同的數據團隊專業能力以及對相 關產業的專家知識掌握度而有差異。而這種 期初決策佐證資料不足的狀況,對於工廠老 闆來說顯然風險過高,自然影響到採用物聯 網應用方案的意願。

至於WEF調查裡面的第二個影響物 聯網推廣的因素— 資料安全(security concern),依筆者之見仍屬於「想像中」的 問題。究其原因,目前真正廣泛被採用的物 聯網應用方案並不多見,即便是各國政府相 對廣泛考慮引進的各種智慧城市方案,不管 是智慧路燈、汙水處理、交通管理、警政安 全等等,由於收集的數據有限,更絕少聽到 實際發生的駭客事件。事實上互聯網存在已 久,雖然有為數不少的駭客興風作浪,企業 與個人也不曾因為駭客的存在而降低對互聯 網的倚賴。何況,互聯網世界的各項資安攻擊,不管是透過軟體或硬體提高防駭圍牆的 科技所在多有,相類似技術未嘗不能同樣導 入物聯網應用。固然,物聯網應用方案使用 裝置數量按平均每人6.58個的預測來看,必然 較現有每人一到兩支手機的密度更高,資安 風險更大,但是防駭措施從來就是一個在交 易風險與交易效率求取平衡的問題。一般人 為了防止小偷進到家裏,當然可以鎖上20道 鎖,提高小偷的被捕獲風險,代價就是每次 進出家門,要花非常多的時間開鎖,不過這 明顯就是過度妨礙生活便利。如何適度防止 駭客入侵,又不過度損害物聯網方案的運作 效率,與其說是一個不可能的任務,更像是 防毒軟體公司為了提升銷售,到處宣傳駭客 的可怕,遂行其業績增加目的的手段。

WEF所描述的第一階段(營運效率提 升)、第二階段(新產品或新服務)、或第 三階段(結果經濟)一旦實現,對於生產效 率的提升、人類生活型態或品質的改變,與 互聯網對於人類的影響相比,一點都不會稍 遜。舉例來說,目前已經存在我們身邊的一 個物聯網應用就是Google Map,許多開車的 朋友已經逐漸放棄使用衛星導航裝置,改用 Google Map,理由是Google Map包含即時路 況。萬能的Google可以提供這樣的資訊服務 是因為,每一支Android手機只要GPS處於開 啟狀態,Google就知道特定Android手機所在 位置,刪除移動速度低於一定速率的手機, 可以合理推測就是在路上行走的駕駛持有,這時候每一支 Android 手機就是 Google Map 的感測器,隨時提供道路上車輛數量。這種 新服務的出現給了我們更多的用路資訊,填 補了一個傳統衛星導航裝置無法滿足的需 求,因此嚴重打擊了傳統衛星導航裝置的銷 售。它帶來了質性的變化,尤其是結果經濟 階段的物聯網方案,以上述的空氣品質保證 方案為例,更將完全顛覆空氣清淨機的銷售 與傳統維修商的生存模式。隨著具有類似顛 覆性質的方案逐一被找出來,我們的生活必 然會因為一定數量的物聯網應用方案的普及 而與今日完全不同。

根據美國電信營運商Verizon公布的一 份報告,未來十年物聯網將重構製造業、醫 療、能源及公用事業、運輸及配送、農業科 技、智慧城市、零售與金融服務等八個領 域。可以料想到的,因為跨界整合產生的新 服務乃至結果經濟型的服務對於既有法規的 衝擊必然巨大。正如同Uber提出的分享經濟 概念,讓任何有車有閒的非職業駕駛與職業 駕駛產生競爭關係。未來出售空氣品質保障 服務的營運商,他們負擔的法律責任必然要 高於製造空氣清淨機的廠商,但是這樣的空 氣品質保障服務不管在民法上、健康衛生法 規或環保法規上會產生什麼樣的影響,誰是 這樣形態服務的主管機關都必將出現爭議, 特別是因此而失業的電子產品零售商及其從 業人員、相關賴此維生的空氣清淨機維修人 員的利益再納入考量後,產生的又是另一場跨領域的戰爭。我們目前很難想像某些顛覆 性服務會是什麼型態,所以無法做出清楚的 法規變動預測,但這樣的爭議仍舊值得拭目 以待。

與臺灣業有關的物聯網發展機會

 美國國務院前技術顧問Alec Ross今年 八月來臺演講時盛讚臺灣將是物聯網時代的 重要推動者,對於這樣善意的恭維我們萬勿 沾沾自喜。臺灣的資通訊製造業的確曾經引 領一代風騷,但是隨著周邊國家的加入競 爭,我們的領先距離逐漸被拉近。而且如上 所述,物聯網科技的生態系龐大,雖然眾多 臺灣廠商製造的硬體裝置是各種物聯網應用 方案中不可或缺的一部分,然而物聯網方案 的核心是有意識地透過軟體將必要的裝置整 合成一個系統,用這個系統性的方案去服務 人。面對這種挑戰,以下提出企業和政府必 須努力的四個方向:

(一)想要掌握物聯網商機,首先臺灣 企業老闆們必須放下對單一裝置功能性追求 的慣性思維,放下過去對研發的輕忽,只追 求製造效率提升與訂單規模的渴望,轉而擁 抱系統研發。這個改變必須從上到下深入到 整個組織,否則就算在內部成立物聯網事業 部,這個事業部仍將受制於代工思維,對於 單一訂單數量遠小於以往的物聯網應用方案 訂單肯定不願意分配資源支持。

(二)其次,過去臺灣的企業家大多靠 硬體製造發跡,導致過去各大學培養的資工 人才或者去他國發展,或者紛紛投效硬體製 造商負責韌體撰寫,或者投效更容易短期獲 利的遊戲產業,或者投入目前當紅的apps開 發。在個別產業(例如:醫療、農業、工廠 自動化、精密機械)長期投入的資訊人才寥 寥可數,遑論在臺灣默默耕耘能見度很低的 物聯網裝置管理平台,至於數據分析也不過 是過去兩年爆紅之後才吸引到不少人才開始 投入,遠遠談不上具有強大的國際競爭力。然而,擁有足夠數量具有產業專家知識 又有軟體撰寫能力或數據分析的人才、具有 規劃系統性方案的人才、有能力開發巨型裝 置管理平台的人才,是臺灣能否真正逐鹿物 聯網商機的致勝關鍵,臺灣本地因為上面種 種理由導致人才供給嚴重不足。解決方法只 能外求,來源包含邀請已經在海外擁有相關 能力的公司或敦聘滯留海外的臺籍資訊菁英 回國,用各種方式向周邊國家吸引他們的資 訊軟體團隊或個別人才加入。另一種方式是 吸引歐美的孵化器/加速器到臺灣設立專門培 養物聯網應用方案團隊或是設法吸引更多的 歐美天使投資人到臺灣,藉由這些國際性經 驗與資源的引入,提昇國內既有人才的國際 經驗與思維。此外,國內各大學仍有不少老 師默默研究或培育物聯網系統或軟體人才, 這些都是政府在培植更多的物聯網應用方案 開發團隊人才這個項目上的可施力點。

(三)總統提出的五大創新產業中亞洲 矽谷與智慧機械之都,本質上都是物聯網科技 的應用。在這兩個計畫下,政府應該特別著重 在鼓勵物聯網生態圈與平台構建(connected ecosystem and platform),筆者草創的物聯網聯 盟目的就是為臺灣與周邊國家有意投入物聯 網的廠商建立一個物聯網生態圈,其中也包 含符合具備串聯巨量裝置、支援大部分協定 (protocol)、具有統一(unified)管理介面、 提供快速客製介面、智能連動、具備遠端自動 軟體維護與韌體升級能力的裝置管理平台,目 的就是讓企業層(enterprise tier)的應用方案 開發團隊可輕易地串連各種異質性裝置(edge tier),快速形成聯網生態圈(connected ecosystem),非常適合協助政府廣泛性地建構 各種物聯網生態系。

(四)他山之石可以攻玉,政府主導加 強國內廠商與其他國家物聯網企業的交流與合作,也是一個快速的方法,舉凡與美國矽 谷、法國IoT Valley、以色列、日本、韓國、 新加坡物聯網新創企業等,都可以是國內廠 商切磋琢磨的對象。國際性的物聯網論壇或 展覽,也是政府可以積極組團帶領國內團隊 參展或觀展的機會。

綜上所述,物聯網商機方興未艾但潛 力無窮,臺灣的起點與優勢在於我們的硬體 裝置製造能力,以此為基點,我們可以積極 吸引其他國家企業或人才到臺灣共同爭取這 個龐大的商機。只是不管是行業本身特性帶 來的挑戰或者是臺灣獨有的不足或有待改進 之處,都需要政府、企業主、投身其中的逐 夢者在眾多面向拋下過去硬體製造的成功經 驗,投注比以往發展竹科工業更多心力,轉 向系統、少量多樣的思維,組成以我們為主 的生態圈與物聯網平台,我們才有機會迎來 下一波的榮景。

原文參考:中華經濟研究院 雙月刊 經濟前瞻 第168期 P.037-P.043

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圖片來源:http://www.freepik.com/free-photo/the-world-in-a-tablet_905707.htm

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