藍牙挾生態系助攻環境物聯網　能量採集開創無限商機(1)

過去二十年，聯網裝置技術取得了顯著的進展。通訊技術最先用於連接昂貴的網路設備，後來逐漸普及到越來越簡單的裝置，催生出機器對機器(Machine-to-machine, M2M)通訊、物聯網(Internet of Things, IoT)、感測器網路以及大規模物聯網等後續技術。在物聯網的各個發展階段，裝置複雜度下降、外形尺寸縮小以及低功耗無線協定的出現，讓低成本、只需少量維護且專為實現特定功能而打造的裝置得以現身。隨著裝置朝向易部署、易維護、低成本的方向不斷發展，物聯網用例正不斷增多，聯網裝置也變得日益普及。

阻礙物聯網發展和普及的最大障礙之一，是如何為這些簡易、小尺寸的裝置供電。聯網裝置通常以交流電或電池作為主要能源，但這兩種能源都會為大規模物聯網落地帶來挑戰，其中包括現場裝置的自主性和維護，以及裝置在外型尺寸和成本方面的發展局限性。

環境物聯網(Ambient IoT)是物聯網裝置發展的下一個階段。環境物聯網專指一類新的聯網裝置，主要透過從任何可行的環境資源中採集能量來供電。環境能源包括無線電波、光、運動和熱等。環境物聯網推動了創新外形設計和低維護/免維護裝置的發展。

過去兩年，環境物聯網的討論熱度逐漸升溫。標準制定機構已經開始探索如何以最佳的方式支援此類新型裝置，並積極圍繞環境物聯網領域進行討論。然而，缺乏標準定義成為真正了解環境物聯網潛在商機的難點之一，因此無法吸引生態系統中的企業參與其中。

本文為理解環境物聯網提供指引，旨在助力物聯網生態系統對照環境物聯網的發展規畫相關策略。本文同時評估藍牙技術，尤其是低功耗藍牙(Bluetooth LE)在環境物聯網使用案例中的作用。低功耗藍牙是一種低功耗協定，已成為實現此類裝置的核心。許多物聯網解決方案供應商在以環境能量採集裝置為基礎設計應用時，都會選擇低功耗藍牙技術。本文將進一步討論如何為想要把握環境物聯網商機的物聯網生態系統提供長期支援。

什麼是環境物聯網？

環境物聯網(Ambient IoT)指主要使用從無線電波、光、運動、熱或任何其他可用環境能源中採集環境能量，並以此為驅動能源的新型物聯網裝置。

環境物聯網是現有物聯網的延伸。環境物聯網裝置具有許多與物聯網裝置相同的功能，但對照類似的應用場景，它需要額外的設計選擇以滿足解決方案的需求。此類裝置能夠從環境中獲取能量，可以開發出成本更低、體積更小且無需維護的環境物聯網裝置，提高物聯網在目前現有和待開發使用案例中的可擴展性。例如，原始設備製造商(OEM)可根據用例和應用場景，來選擇製造使用環境能源為自身供電的自給自足型裝置，並由電池或電容器提供輔助；或者，OEM也可以進一步製造出封裝更加靈活、材料清單(BOM)成本更低的無電池裝置。

從環境能源中採集的能量只能產生極少量的電能，進而要求環境物聯網裝置降低複雜度並提高能源效率(圖1)。對無線協定進行優化和新增附加功能皆有助於解決前述問題，例如，嵌入式智慧系統能夠以減少裝置喚醒和採集或傳輸資料的頻率，降低能源消耗，即為以附加功能解決環境物聯網裝置挑戰的範例之一。

此類新型的物聯網裝置蘊含巨大商機。目前，環境能量採集裝置主要環繞短距離無線連接，尤其是藍牙技術。展望未來，業界普遍希望了解並協助開發此類新型裝置。負責制定行動通訊標準的第三代合作夥伴計畫(3GPP)、負責Wi-Fi和網路標準的電機電子工程師學會(IEEE)以及負責藍牙技術標準的藍牙技術聯盟(Bluetooth SIG)正在與物聯網開發人員進行諮詢，共同探索促進環境物聯網發展的方法。如此合作凸顯了跨產業對於定義和支援環境物聯網的投入。

環境物聯網拓展應用可能

環境物聯網藉由將物聯網朝過去傳統裝置無法實現的方向擴展，來滿足技術採用者的需求。環境物聯網促進物聯網發展的主要途徑包括：

．免除裝置的維護需求：物聯網裝置的現場維護既費時又費錢，同時將增加運行的複雜性，與最初為了提高運行效率而採用物聯網裝置的目的背道而馳。環境物聯網裝置可部署在自主化的環境中，而不需要持續供電或更換電池。低維護或免維護裝置具有較長的使用壽命，將有效改變投資回報率(ROI)的計算方式。

．低複雜性和低成本：環境物聯網推動聯網裝置朝向更低成本和更簡約的趨勢發展。由於主要仰賴環境能源，環境物聯網將鼓勵業者設計通訊頻率較低、專為實現特定功能而設計的裝置，指出與高度可配置、即時串流資料的裝置趨勢相反的演進方向。

．永續裝置：物聯網持續發展面臨的主要挑戰之一，便是電池更換和過期電池裝置的處理。根據歐盟資助的EnABLES專案預測，假設物聯網裝置的電池壽命平均為兩年，預計到2025年，每天將有7,800萬顆電池被丟棄。不論是無限期延長電池或電容器供電裝置的壽命，還是使裝置完全不採用電池，廠商都能藉由從環境能源中採集能量這一特點，創造更加持久、可自主維持的環境物聯網裝置。

環境物聯網使用案例可應用於任何現有或新興物聯網用例以及其垂直市場，不過，預期具有以下特點的用例將是環境物聯網的最大宗的應用場域：

• 功能性低：這些用例需要設計專為實現特定功能的裝置，並且裝置可配置性較低。
• 成本低：對於這類用例來說，可擴展性至關重要，而使用傳統物聯網裝置的成本過高。一些環境物聯網用例依賴一次性標籤，因此成本極低。
• 完全自主化：此類用例需要在整個裝置生命週期內(無論是兩個月還是二十年)實現完全免維護的裝置自主性。
• 需要輔助裝置支援：雖然任何網路拓撲結構皆適用於環境物聯網，但在實際應用中，早期的環境物聯網需要閘道、控制單元或智慧型手機等輔助裝置來支援範圍有限的能量採集裝置。
• 能源環境可控：這類用例一般發生在能夠提前預測環境能源狀況的地方，並考量可能需要使用能源供應裝置的情況。

雖然環境物聯網的應用案例廣泛多樣，但根據ABI Research預測，短期內大多數環境物聯網裝置仍將用於從製造端到銷售端往後的供應鏈追蹤及監控。

嚴格意義上來說，其中有許多使用案例位於供應鏈之外，但它們皆與追蹤、監控及識別產品和貨物，直至銷售給終端使用者相關。促使該領域成長的動力包括(圖2)：

• 市場上需要在供應鏈產品生命週期的各個階段實現產品和資產的可見度。
• 可以在該市場建立多種不同使用案例，讓各種利益相關者皆可從中獲益。
• 圍繞環境物聯網智慧標籤的技術創新。

隨著支援環境物聯網裝置的技術日益成熟，並且開始支援環境能量採集，除了貨物追蹤和監控的使用案例外，其他類型的用例也將大幅增加。這些用例將涵蓋多個垂直市場。在工業市場中，潛在的用例包括基於感測器的機器狀態、裝置狀態、環境條件或電子標籤監測；在商業市場中的用例則包括建築自動化和控制、空氣品質監測，以及零售業的電子貨架標籤(Electronic Shelf Label, ESL)；消費市場的用例則包括個人追蹤或各種家庭自動化系統。正如這些使用案例所示，環境物聯網將首先作為新的裝置類別為現有的物聯網應用提供服務，隨著市場擴大，環境物聯網將有助於創造全新的應用領域。圖3顯示了環境物聯網目標市場的一些關鍵統計數據。

解決方案供應商已經針對多種使用案例開發相關環境物聯網裝置，EnOcean的智慧開關即為早期用例之一，這種開關利用動能向控制器單元發送訊號；Kontakt.io和Paragon ID提供無電池標籤，應用於即時定位系統(Real Time Location System, RTLS)；Wiliot則在智慧標籤的外形和成本上進行創新，以應對各種用例需求，最初用於供應鏈的產品監控和庫存管理，並在其他許多領域具有潛在應用；Everactive則針對轉動裝置和蒸氣卻水器提供狀態監測解決方案，從多個環境能量來源獲取能源。一些廠商也計畫在智慧家庭領域推出使用案例，如環境物聯網語音控制或遠端控制。

藍牙挾生態系助攻環境物聯網　能量採集開創無限商機(1)

藍牙挾生態系助攻環境物聯網　能量採集開創無限商機(2)

藍牙挾生態系助攻環境物聯網　能量採集開創無限商機(3)