智慧應用與物聯網發展趨勢 (A Development Trend of Smart Applications and IoT)

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For the contents created in this document, the Copyright belongs to William W.-Y. Liang. © 2005-2015 All Rights Reserved.

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智慧應用與物聯網發展趨勢

A Development Trend of Smart Applications and IoT

William W.-Y. Liang (梁文耀), Ph. D. http://www.ntut.edu.tw/~wyliang 本投影片由以下演講彙整：

“智慧應用整合設計發展趨勢,” in Digitimes

DTF 2014 嵌入式技術與應用論壇, Jan. 2014

“智慧連網與 Web 及雲端運算整合趨勢,” in

HTML5 趨勢發展與技術應用論壇, Dec. 2014

“智慧應用與物聯網發展趨勢,” in

國立成功大學資工系, Mar. 2015

© 2015 William W.-Y. Liang, All Rights Reserved.

大綱

智慧應用三大組成

物聯網與雲端整合趨勢

物聯網軟硬體與平台

Web/HTML5 與智慧應用整合

結論

2 The IoT Trend


大綱





結論

3 The IoT Trend


何謂智慧應用裝置

嵌入式系統

電子裝置 + 處理器 + 軟體

智慧裝置

嵌入式系統 + 通訊機制 (+ 感測/控制能力)

智慧應用

軟硬整合 + 創新應用(+雲端運算資源)

4 The IoT Trend


智慧應用涵蓋的三大組成領域

物聯網與感測裝置

生理感測、智慧家庭、安全監控、車用

電子、交通運輸、智慧電網、大氣偵測

智慧終端

資訊查詢、生活輔助、居家照護、

智慧助理、互動操控、決策管理、汽車儀表

雲端運算

巨量資料、智慧分析

智慧應用的骨幹：物聯網、互聯網、高速無線網路

4G LTE / 5G 將是智慧應用進一步發揚光大的關鍵元素

5

http://chinese.engadget.com/tag/jennet-ip/

The IoT Trend


智慧裝置的分類

嵌入式智慧裝置

環境感測與控制裝置、穿戴式裝置

如：智慧手環、智慧手錶、智慧眼鏡、

智慧玩具、智慧汽車、智慧家庭、

安全監測、環境監控、智慧載具、

機器人

6 The IoT Trend


智慧裝置的分類 (續)

智慧終端裝置: 資訊擷取與控制平台

手持裝置：手機、平板

傳統電腦：筆電、桌電

大屏裝置：TV 、數位看板

其他資訊平台

7

https://www.kickstarter.com/projects/47457

0093/sentri-welcome-to-a-smarter-home The IoT Trend


智慧應用裝置市場趨勢

8 http://www.businessinsider.com/decoding-smartphone-industry-jargon-2013-11

http://electronics360.globalspec.com/article/4364/companies-pin-hopes-on-the-internet-of-things

The IoT Trend


智慧裝置應用示例

Android Car: an example that

we’ve realized between

2011~2012.

9 The IoT Trend

http://youtu.be/11Z8r-eRJ7w





大綱





結論

10 The IoT Trend


智慧應用整合

物聯網/感測裝置與大數據收集

Big Data (大數據) 是由 Small Data (感測網路/物聯網) 匯集而成

11 The IoT Trend


智慧應用整合 (續)

雲端與大數據分析

透過雲端進行數據收集、

追蹤、統計及分析

雲端計算對智慧應用的影響

大數據將提供更精確的用戶

使用行為數據，顛覆傳統的

數據統計方式

12

趨勢：大數據、感知運算、人工智慧

The IoT Trend


感知運算與人工智慧

雲端運算的下一步：感知運算 & 人工智慧 (AI)

感知運算

為使用者進行環境估測與預測，主動協助或提醒用戶日常工作並提供建議

感知運算三到五年內將逐漸普及，透過各種智慧終端裝置實現於日常生活之中

13 The IoT Trend


感知運算與人工智慧 (續)

人工智慧

AI將成為繼雲端與感知運算後最重要的應用

行動網路頻寬逐步提昇，透過雲端進行AI資料處理將更為可行

4G/5G 網路將進一步提升AI的應用

14

http://www.nownews.com/n/2012/12/18/352477

The IoT Trend


智慧應用運算複雜度分類

低複雜度運算

感測前端：資料收集、

資料前處理、裝置間通訊

中複雜度運算

使用者終端：語音辨識、

人臉偵測、多媒體與UI處理

高複雜度運算

雲端智能分析：語意分析、

影像辨識、感測資料分析預測、

使用者行為預測、商業需求分析、

科學計算、進階人工智慧應用

15

http://jerrydrussell.com/business-2/ibms-cloud-

supercomputer-powers-artificially-intelligent-consumer-apps/

http://www.scientificamerican.com/article.cfm?

id=yahoo-supercomputer-google-open-source

Shallow Water Equations

is equal to 0.05, as a representation of light brush surface over floodplain

u

xy

NVIDIA_CES14_FINAL_published

The IoT Trend


智慧應用前後台分工整合運算

資料處理負載分配

前端：感測裝置與智慧終端

資料預處理與過濾

低功耗：感測裝置

高效能：終端裝置

後端：雲端巨量資料處理

高性能平行運算資料分析

16

智慧終端軟硬體高度整合優化重點：UI 順暢度透過GPU與硬體加速方式優

化繪圖與UI 效能 CPU 與 GPGPU 異質HSA運

算架構 The IoT Trend


大綱





結論

17 The IoT Trend


物聯網裝置開放平台

Intel Edison

ARM mbed

Raspberry Pi

Arduino

Actions/Linaro 96Boards

18 The IoT Trend

http://en.wikipedia.org/wi

ki/Mbed_microcontroller

http://en.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi

http://en.wikipedia.org/wiki/Arduino

https://www.96boards.org/

http://www.intel.com.tw/content/ww

w/tw/zh/do-it-yourself/edison.html


智慧裝置的硬體平台 -- 微處理器

低階(如感測節點)

Cortex-M, 8051, other MCUs

中階(如穿戴式裝置)

Cortex-R , Quark, MIPS, etc.

高階：

終端 – Cortex-A, x86/64, MIPS, etc.

雲端 – IA64, PowerPC, ARMv8, GP/GPU, etc.

19 The IoT Trend


智慧裝置的軟體平台 -- 作業系統

感測端: TinyOS, mbed OS, Brillo, other RTOS, Linux

終端: Android, iOS, Linux, Web-based OS, Windows

雲端: Linux, Unix

20 The IoT Trend

& Brillo


IoT 平台範例: ARM mbed 開發平台

All mbed hardware appears as USB mass storage device.

Build the binary and download to your mbed device’s drive.

Once downloaded, reset the device and your program should run.

21 The IoT Trend


mbed 開發環境

22 The IoT Trend


mbed 開發環境 (續)

23

Save it to the location of the mbed Microcontroller drive,

and then hit reset on the microcontroller to start it running!

The IoT Trend


新一代 mbed OS 架構

24 The IoT Trend


mbed OS 主要特色

Supports a wide range of ARM Cortex-M based hardware

platforms from major MCU vendors

Provide a C++ Application Framework and component

architecture

Automation of power management

Connectivity protocol stack support for BLE® , Cellular,

Ethernet, Thread, Wi-fi® , Zigbee IP, Zigbee NAN, 6LoWPAN,

TLS & DTLS end-to-end IP secure communication channels,

OMA LWM2M protocol for device management

Software asset protection and secure firmware updates for

device security & management

25 The IoT Trend


大綱





結論

26 The IoT Trend


Web 與 HTML5 的發展現況

HTML5 App是唯一被所有OS支持的跨平台程式

超過 480億個網頁即是潛在的 Web App (Google’s index)

網頁與內容開發者遠大於原生程式開發者數目

雲端整合為 HTML5 與生俱來的能力

HTML5 標準已於 2014 年 10 月完成！

27

HTML5 對智慧裝置的支援

The IoT Trend


HTML5 推薦標準化過程

28

Status@2011

Status@2013

Recommended@2014

The IoT Trend


Web 與物聯網的關係

Web 是最廣泛被採用的連結技術，亦為雲端

運算發展過程的一部分

HTML5 是原生跨平台 App 設計工具與最方便

的運行方式

智慧終端、IoT、及雲端即包含跨平台設計的議題

HTML5 允許 App 於各式 IoT 與智慧終端裝置運行

29 The IoT Trend


Google Physical Web

將真實世界的物件透過 Web URL 連結起來

智慧物件(Smart Objects)，即是 IoT

允許智慧裝置透過探詢方式

發現智慧物件URL

物件透過 Bluetooth, WiFi, 或

NFC 以廣播或近場通訊提供

連結資訊給智慧終端裝置

智慧裝置不需事先安裝 App 即可透過 Web/HTML5

方式操作智慧物件

Examples: 自動販賣機、停車場、交通工具資訊、商店

30 The IoT Trend


mbed Device Server

31

Analogous to a Web Server

that accepts connections

from mobile phones or web

browsers, a Device Server

handles the connections

from Internet of Things

(IoT) devices.

The IoT Trend


智慧終端 vs. HTML5

智慧終端透過豐富的軟體元件使其快速發展

HTML5 的定位：Web App!

方便地串接雲端大數據服務

Android 與 Chrome OS 的融合趨勢

隨著 W3C 標準的確立(2014 Oct.)，HTML5將成為

下一世代作業系統與應用開發的選擇

32

HTML5:

1. 解決真正跨平台(HW/SW)的問題

2. 與雲端較緊密結合

The IoT Trend


HTML5 與 Android 的融合

Android 與 Chrome OS 的融合趨勢

Google SVP Sunder Pichai 同時掌管 Android 與 Chrome

OS 部門、而由Android Engineering VP Hiroshi

Lockheimer 掌管這兩個 OS 的工程團隊

Android 5.0以 Chromium 為內建 WebView

Android 與 Chrome OS 互通與 UI 的整合

Chrome OS 開始允許 Android App 運行於其上

33

我們將看到 Web 與 HTML5 的技術越來越重要! The IoT Trend


大綱





結論

34 The IoT Trend


結論

智慧應用三大組成：感測裝置與物聯網、終端裝置、雲端

大數據收集與雲端資料分析將顛覆傳統統計方式，提供更精確的預測與判斷

感知運算與人工智慧應用將更為普遍與實際

終端雲端前後台整合與異質架構將成為高效能智慧應用系統設計主流

Web/HTML5 將在智慧應用與雲端整合占一席之地

結合物聯網與感測裝置、智慧終端、及雲端的智慧應用生態體系將引發一連串的破壞式創新應用，大幅改變我們的生活方式

35 The IoT Trend


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關於講者：梁文耀 (William W.-Y. Liang) • Free Lancer / 顧問 (2014.10~) • 鴻海科技集團創新數位系統事業群資深處長 (2013.01~2014.09) • 安佐立科技顧問公司技術總監 (2012.08~2013.07) • 國立台北科技大學資訊工程系專任助理教授 (2005.02~2012.07) • 先前經歷: 聚興科技研發處協理、晶慧資訊研發副總經理、晶慧資訊研發部經理、晶慧資訊資深工程師、美商 Avant! 軟體工程師

• 專長領域：作業系統、嵌入式系統、計算機結構、平行與分散式系統 Linux 系統軟體 (1993~Now) Android 與 Linux 嵌入式系統核心及軟硬整合開發 (2001~Now)

• 國立台灣大學資訊工程博士、國立清華大學資訊科學碩士

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