近年來，嵌入式系統的製造成本逐年下滑，伴隨快速的網際網路頻寬，連結物聯網的人口及智慧型裝置呈現爆炸性的成長。為打造智慧化生活，應確保物聯網應用所需的嵌入式系統，能被快速地研發多樣化智慧型裝置，開啟「嵌入式-物聯網」嶄新的一頁。
如果業界要成功地大量生產出數以兆計的智慧型裝置，其關鍵之一將會是如何確保物聯網應用所需的嵌入式系統能被快速地開發出來並投入生產，因此理所當然應將之正名為「嵌入式-物聯網」。
這是因為物聯網所帶來的各種可能性是無邊際的，它涵蓋了任何事物，從智慧型冰箱、智慧型汽車及智慧電網(Smart Grid)，乃至於能監測您身上重要統計數據的穿戴式設備。此外，根據預測，到了2030年將會有100兆個設備被連接到物聯網。簡單地說，學者專家們相信任何能夠被連接上的都會被接上，而這會帶領起一波新的工業革命，也就是物聯網。
但既然嵌入式系統是構成物聯網系統的主要元素，是否稱之為「嵌入式-物聯網」(Embedded-Internet of Things)或「e-IOT」會更為精準貼切呢？
首先，必須靠加入感測器、處理器及通訊模組，才能讓每日生活中使用的物品變得「智慧化」，它們能記錄真實世界中的過程(Process)，將其連結到網際網路的虛擬世界，以提供物聯網的基礎。因此，任何屬於物聯網域的設備都應具有某種的特性(Attributes)，像是較低的耗電、強大處理能力、與其它智慧型物件連接的能力等。然而，沒有任何單一元件(Component)能只靠自己來實現這些千變萬化的功能。也就是說，每一個物件(Thing)都需要由包含了某些元件的嵌入式系統所構成，而它的每一個元件負責完成「物件」所需的其中一項特性。
本文將針對物聯網，以及在人與人、人與物件、及物件與物件之間的連結或關聯性的開發上，類比及數位元件所扮演的關鍵角色，做一較深入的檢視，並說明被設計入訊號鏈及嵌入式系統設計中的多種元件，如何成為讓物聯網得以實現的基柱。
兩大重點組成物聯網定義
物聯網是一種網路，它讓無線射頻辨識系統(RFID)技術、無線通訊、即時位置探測(Real-time Localization)、與感測器網路等各種資訊傳送設備，能夠將任何的實體物件連結到網際網路，以便進行資訊的交換。這些實體物件被設計為擁有辨識身分與虛擬特質，能在智慧型空間(Smart Space)中動作，並透過其智慧型介面，在社交(Social)、環境(Environmental)、及使用者(User)情境中進行連結與通訊。
物聯網此一名詞，最早是由Kevin Ashton在1995年所提出的，但在隨後的幾年，此名詞並未受到重視。根據Jeremy Rifkin在其著作「零邊際成本社會」(The Zero Marginal Cost Society)中的解釋，主要的可能原因有兩點：
然而，透過新版本網際網路協定IPv6(使用128位元做為其網際網路位址)的實現，將可把可用的位址數量擴大到340兆兆兆(2^128)，數量上將遠超過正不斷出現中的「物件」的大量需求。
四大重點建構e-IOT
物聯網作業系統的核心是由感測(Sensing)、能量(Energy)、運算(Computing)、通訊、及軟體，在一種緊密結合的作業平台上集結而成，如果其中每個成員都與其它成員之間保持孤立，就不可能建立出物聯網，並追求智慧化社會(Smart Society)及可永續發展世界的願景。
上述的這五個構成者之間，具有相輔相成、缺一不可的關係。如果沒有感測，我們就量不到任何東西。如果沒有能源，我們也無法產生資訊或完成運送；如果沒有運算能力，我們就不能對產生出來的資料進行分析或做任何推論；如果沒有通訊，我們就無法進入互聯的世界；如果沒有軟體支援，也就不可能將每一個物件與其它物件相互連接起來。這在實際面上定義出了物聯網應用的訊號鏈，亦即「感測-運算-通訊」，而其接下來的工作就是要巧妙地將它們加以整合/嵌入。
以ADI為例，該公司察覺到改變遊戲規則的科技正快速出現中，包含了感測器及感測器節點的爆發性成長，以及與其相關且可確保低能耗的解決方案趨勢。
感測器
智慧型物件使用感測器來捕捉它所處的環境狀況，量測出溫度、動作、或位置等參數，很多公司都開始沿著商業通道(Commercial Corridor)安裝感測器，以便監測及追蹤貨物的流動。
感測器可量測建築物、橋樑、道路、及其它基礎建設中的震動與材質狀態，以取得建築環境的結構健康狀況，並判斷何時需進行必要的維修。物聯網所需的感測節點種類非常地多樣化，端視使用於何種應用中。MEMS感測器結合了許多功能於大小只有數毫米(mm)的單一外殼中，因此非常適用於物聯網的應用。
另一個主要趨勢，是基於不同功能材質的結合技術，將感測元件直接「印」到智慧型物件的表面。這種印出來的電子元件，能實現低成本且更穩固的感測器量產。
無線通訊
低功率無線(Low Power Wireless)被設定為，扮演著為物聯網的應用產品提供連結能力的重要角色。因此，對於嵌入式系統開發者及工程師而言，將無線功能加入其嵌入式產品的任務將會持續地加重。
可用的解決方案之一，是低功率sub-GHz無線。比起其它同類對手技術，sub-GHz是一個好選擇，因為它提供了較長的通信範圍及潛在提高的穩固性。典型的sub-GHz無線ICs可跨越於大範圍的資料速率及通道帶寬，實現多重頻帶(Multi-band)與多重模式動作。
它們使用了彈性的封包管理特點及MAC層支援，以便因應在sub-GHz頻帶中非常普遍的基於自有協定(Proprietary Based Protocol)的要求。對於高頻設計工程師而言，sub-GHz無線IC的彈性特性，能在產品的開發上發揮很高的價值。然而，對於負責在應用產品中導入sub-GHz無線的嵌入式工程師，採用sub-GHz無線IC來做為開始，有可能會是一項非常令人畏懼的挑戰。
運算
物聯網要求極高成本效益、省電、但又功能強大的處理器。現今的半導體業界提供的微處理器，特點包括每MHz運算能力只消耗數微安培的低耗電電路設計。這些MCU就相當於是物聯網的可程控大腦。
現今的處理器被要求在消耗非常小的電力及佔用非常小面積的條件下，實現更多的控制、感測、及介面功能。此外，能夠透過選擇、最小化、調整、或減少處理器特性，輕易地對處理器進行設置，以針對特定應用的需求達到客制化的性能，對於處理器來說也是必要的。
能量/電力管理
低功率需求是構成部分物聯網訊號鏈的所有元件(感測器、MCU、收發器)的一個主要特性。根據Gartner的報告指出，直至2020年，將會有260億個裝置互相連接，並連接到網際網路上。一旦這些裝置全部連接起來，現有的傳統能源產生方式將無法因應所有裝置的電源需求。對於物聯網上大多數的應用產品而言，一般的電池由於必須定期更換，維護負擔將會過大。
對此，能量收集(Energy Harvesting)技術目前被視為可永續發展的解決方案，它所需要的電力是由周圍環境的能量來源，亦即光線、運動、及熱量等所產生。對於典型的物聯網智慧型感測器應用而言，在整個進行感測器資料擷取及無線傳送的活動週期內，無線感測器節點事實上大部分時間是處於閒置狀態的。其結果就是，無線感測器系統的功耗模式會呈現週期性出現峰值，峰值之間則是長時間的靜止動作(Quiescent Operation)。為因應此峰值電力要求，就必須使用諸如超級電容(Super Capacitors)及薄膜電池之類的能量儲存裝置。
總結來說，網際網路在過去、現在、及未來都將持續以它本身好與不好的方式來改變社會(Social)與經濟(Economic)的世界。現今隨著「物件」再加入到此網際網路，越來越多半導體產品內容上的需求將會是不可避免的。如果業界要成功地大量生產出數以兆計的智慧型裝置，其關鍵之一將會是如何確保物聯網應用所需的嵌入式系統，能被快速地開發出來並投入生產，因此理所當然應將之正名為「嵌入式-物聯網」。
(本文作者任職於亞德諾半導體)