物聯網感測器與感測網路設計




  • 開課學校: 國立清華大學
  • 開課平台: 學聯網
  • 講師介紹: 黃能富


  • 課程簡介

    物聯網 (Internet of Things, IoT) 目標就是 "物物聯網"或是"萬物聯網", 就是將全球物件以及各式各樣的感應器 (sensors) 也連上 Internet, 除了資料與數據收集分析外, 也可以回饋進行各種控制, 這對於未來生活的便利性將有極大的影響. 物聯網的應用極為廣泛, 例如智慧生活 (專戴式裝置狀, 智慧手環, 智慧手錶), 智慧城市 (綠能), 智慧交通 (大眾運輸, 車載通訊, 自動車), 智慧醫療 (居家照護), 智慧物流 (快遞), 智慧農業 (溫室或農場之溫溼度環境), 智慧安全 (安全保全監控系統), 智慧電網 (智慧電表與電力輸送), 智慧建築 (智能綠建築)等等. 最近熱烈討論的第五代行動通訊 (5G) 也標榜以實現物聯網物物相連的目標, 包含無線傳輸要更快, 通訊時間延遲要更短, 基地台手機通訊密度要更高, 聯網物件要更多等等. 物聯網的架構主要分為三層: 1. 感知層 (Sensors and Sensor networks), 2: 網路層 (3G/4G/5G 通訊網路), 3: 應用層 (各種應用的雲端服務). 感知層主要探討各式有線或是無線感測器 (如溫度,濕度, 光度, 陀螺儀, 三軸加速器, 心跳, 血壓, 脈搏等等) 以及如何建構感測網路 (sensor networks) 將感測器收集到的數據可以傳送出來. 感測器要做到低功耗 (電池續航力要高), 低成本, 小體積, 無線傳輸距離長等等, 是極具挑戰的任務. 網路層主要探討如何利用現有無線或是有線網路來有效的傳送收集到的數據, 例如利用現有的 3G/4G 無線傳輸技術, 或是未來的 5G 無線傳輸技術等等. 應用層主要是探討各種應用領域如何使用大數據分析的結果來回饋並控制感應器或是控制器的調節等等. 整體來說, 物聯網是一個活的生態體系, sensors 收集數據, 透過手機或是其他設備網路回傳到雲端處理中心, 經過分析後再將控制訊息回傳給控制器, 進行各種精細或是細膩的調控.

    本課程內容將介紹 (1) 幾個較為廣泛使用的物聯網感測器平台設計與應用 (Sensor Node Platforms): 如 Arduino 感應器平台設計, Raspberry PI 感應器平台, 以及 LinkIt ONE 感應器平台. 也包含由許武龍先生提供的 LASS (Location Aware Sensor System) 感應器應用開放平台 (2) 物聯網感測器網路 (Sensors Networks) 的幾種路由協議 (routing protocols), 包含 DSR (Dynamic Source Routing) 無線網路路由協議, 以及 AODV (Ad hoc On-Demand Distance Vector) 隨意無線網路路由協議, (3) RPL (IPv6 Routing Protocol for Low power and Lossy Networks) 低功耗流失網路 IPv6 路由協議, 以及 (4) CoAP (Constrained Applicaiton Protocol) 限制性應用訊協議, CoAP 提供標準高階 Restful API , 可以用來在資源有限的無線感測網路環境下存取感測器上的數據(如溫度濕度等等數據).