物聯網DEF

前言：深耕物聯網技術，是社會創新的根基

吳瑞北

物聯網不該只有導論，應該有持續的闡述。就像《物聯網ABC》是由臺大電機系所開授的「物聯網導論」的教材淬鍊而成，本書係集結每學年下學期所開授的「物聯網應用系統專題」內容，取名「物聯網DEF」是因為本書重視部署（deployment）、賦能（enablement）及實踐（fulfillment）的議題。

寫這本書的另外原因是為了開課方便，當作補充教材。物聯網課程以實作為主，修課人數必須有限制。不少同學對物聯網有興趣，上學期選課選不到，下學期直接來修「物聯網應用系統專題」，因此修課學生不只跨不同學院，背景迥異，而且對物聯網的造詣，層次懸殊。如何讓所有學生都有收獲，成為很大的挑戰。這本書就是把基礎的實作內容翔實記下來，初學的學生至少可按圖索驥而跟得上進度；對於物聯網已有相當專業知識的同學，不應以此處所列的內容為滿足，本書列了五個專題都是開放性的技術議題，應該要以開放的態度，創新的精神，精益求精，好還要更好。

物聯網包含物端及雲端，其中物端包含數以千萬計的端點設備，透過感知與控制整合真實與虛擬（數位）世界，這是網聯物；而雲端包含前端（front-end）與後端（back-end），是物聯網可否成功運行的關鍵，在實際產業應用上特別重要，吾人將之歸類第五層的永續進化層（continuity layer），在一般導論的課並不會接觸，因此本書首先就討論物聯網系統的全端開發（full-stack development），包括前端與後端，前端用於資料視覺化與系統管理操作，需提供使用者介面（user interface, UI），而後端則著眼於資料的儲存與整個網路的連結設計。

第二個實用議題是裝置的管理問題，物聯網的端點數目快速增多，必須能夠透過遠端遙控；種類及功能也會繁多，必須要考量端點相異性，同時也要考慮聯網端點的識別，這些都牽涉管理議題，需要考慮裝備的部署與組態的管理，需注重伺服器及裝置部署的初始化議題，其次就要進行裝置的識別、認證與授權議題。

接著本書提及兩個非常重要的議題，一個是物聯網資安，除了介紹資安的基本知識以及加解密原理以外，也設計了實戰演練，以早期基於無線加密協定所設計的WEP，讓學生了解如何進行滲透測試與解密。另一個是無線室內定位，本書詳述了如何蒐集資料，並利用場景分析法來求得待定物體的位置，進而可以進行定位的服務（location-based service）。實作上讓學生發想各種機器學習（machine learning）方法，求得定位的更高準確度，是典型結合AI與IoT的應用，可說是AIoT的範例。

本書最後介紹無人車自動化搬運貨物專題，這是智慧物流的基礎，除了結合上述室內即時定位技術外，還需要動態路線規劃與物料空間存放管理，使學生能組裝其無人車隊與管理系統，以了解無人搬運車與系統的特性，實現穩定且有效率的物流搬運工作。本章會詳細介紹硬體料件單元及組態，系統架構含前端使用者介面，及後端系統開發，可以說結合本課程的各單元的完整範例。

本書承襲前冊特色，每個內容均會設計實作，讓讀者從實作中學習整個單元的內容。全學期共有五個專題，每個專題三週，第一週授課，第二週實作，第三週則為展示或競賽，課程十分緊湊。前兩個專題以展示為主，為確保學習成效，提供自我檢視表，檢討所建置系統是否具有基本功能，也是未來進一步功能強化的努力方向。第三個專題實作則以有無成功突破資安弱點為檢視標準，而室內定位及無人搬運車隊專題則設計為跨組競賽，前者以定位準確度結果為指標，後者則以成功過關且使用時間最短為優勝。值得提醒的是本書所述僅為最基本之設計，把前人的學習經驗寫下來作為未來加速學習的參考，但它絕不應該成為創意發想的限制，學生需要跳脫框架思考（think outside the box），隨時追求創新與突破。

這本書的完成要感謝許多優秀學生的共同創作，他們非常努力學習，同時也產生傑出成果，而本人僅是將之綜整而成，可謂是教學相長。為此，我要特別感謝參與撰寫的修課學生，把他們的設計分享出來，包括曾思銓／吳奕寶的智能家居系統、吳孟橋／施星宇的裝置管理、以及陳秉嘉／歐鎧豪就無人搬運車隊管理的實戰演練。尤其要特別感謝前後三年的助教趙汝晉、李兆祥及白佳灝同學，他們花了最多心力把這幾年的教學內容精華整理列出，沒有他們，這本書將無法完成。

趁著本書出版之便，我們也把近幾年優秀學生修習物聯網專題的期末專題實作範例收錄其中，包括黃泰誠／黃鳳翎的「災害預防及危害檢測遙控車」、王威凱／侯冠哲的「智慧鼠籠」、吳少鈞／郭東穎的「兒童視力保健居家智慧服務解決方案」、楊雅婷／謝宗儒的「加入雲端應用和即時監測的智慧植物澆水系統」、李育倫／羅國泰的「太陽能板監控系統」、陳芃彣／洪緯濬的「智慧停車整合管理系統」。我們喜見學生所關切的面向愈來愈多元，而以物聯網為基礎的解決方案也愈來愈豐富。

最後本書撰寫的因緣也值得一提。2021年4月2日臺灣發生嚴重的鐵路列車出軌事件，造成262人死傷，當時臺大電資學院張耀文院長感於書生報國，學校師生應積極關切社會問題，並以創新解決方案貢獻於社會，因此提出以物聯網為基礎解決軌道問題的學生創意競賽，並鼓勵繼續出版專書以推廣物聯網應用，且提供經費支援本書之編撰。相關學生創意競賽也引起不少迴響，第一名得獎作品則邀稿並收錄書中，參見吳沛林／謝明圜／李宇烜的「軌道異物入侵偵測系統」。

臺灣經過多年努力，在硬體技術與產品已有長足進步，建立深厚的實力，下一步就該以硬體為基礎推動軟硬整合，致力於解決未來人類面臨的人口、環境以及公義問題，而深耕物聯網技術，是社會創新的根基，需要大家共同努力。

前言：深耕物聯網技術，是社會創新的根基

吳瑞北

物聯網不該只有導論，應該有持續的闡述。就像《物聯網ABC》是由臺大電機系所開授的「物聯網導論」的教材淬鍊而成，本書係集結每學年下學期所開授的「物聯網應用系統專題」內容，取名「物聯網DEF」是因為本書重視部署（deployment）、賦能（enablement）及實踐（fulfillment）的議題。

寫這本書的另外原因是為了開課方便，當作補充教材。物聯網課程以實作為主，修課人數必須有限制。不少同學對物聯網有興趣，上學期選課選不到，下學期直接來修「物聯網應用系統專題」，因此修課學生...

前言：深耕物聯網技術，是社會創新的根基

第0章　緒論
0.1　由構想到實踐的物聯網
0.2　物聯網與系統生命週期之重要性
0.3　臺大電機系IoT參考架構及物聯網賦能與實現
0.4　結語

第1章　物端到雲端：全端系統開發
1.1　全端開發
1.2　裝置端
1.3　使用者介面與視覺化
1.4　後端系統
1.5　實戰演練：智能家居應答系統
1.6　全端開發專題檢核表
1.7　結語

第2章　設備部署與組態管理專題
2.1　裝置發現
2.2　裝置識別、認證與授權
2.3　組態管理
2.4　實戰演練：設備部署與組態管理
2.5　系統開發、設備布建與組態管理檢核表
2.6　結語

第3章　物聯網與資通安全
3.1　物聯網資通安全的主要挑戰
3.2　物聯網通訊協定安全：以Wi-Fi為例
3.3　Wi-Fi封包截取與解密工具
3.4　實戰演練：WEP滲透測試
3.5　防禦對策
3.6　結語

第4章　室內定位系統與定位服務
4.1　定位方法
4.2　室內定位常用訊號
4.3　實戰演練：Wi-Fi定位
4.4　結語

第5章　無人導引車隊應用實作專題
5.1　自動導引載具
5.2　車隊管理
5.3　實戰演練：無人車隊與車隊管理系統
5.4　結語

第6章　物聯網實作範例
6.1　災害預防及危害檢測遙控車╱黃泰誠、黃鳳翎
6.2　智慧鼠籠╱王威凱、侯冠哲
6.3　兒童視力保健居家智慧服務解決方案：Smart Eyes╱吳少鈞、郭東穎 / 工研院：賴才雅、張時明
6.4　加入雲端應用和即時監測的智慧植物澆水系統╱楊雅婷、謝宗儒 / 臺灣大學農藝系：劉力瑜教授
6.5　太陽能板監控系統╱李育倫、羅國泰
6.6　軌道異物入侵偵測系統╱吳沛林、謝明圜、李宇烜
6.7　智慧停車整合管理系統╱陳芃彣、洪緯濬 / 資策會：曾聖嘉
6.8　結語

中英文專有名詞索引

前言：深耕物聯網技術，是社會創新的根基

第0章　緒論
0.1　由構想到實踐的物聯網
0.2　物聯網與系統生命週期之重要性
0.3　臺大電機系IoT參考架構及物聯網賦能與實現
0.4　結語

第1章　物端到雲端：全端系統開發
1.1　全端開發
1.2　裝置端
1.3　使用者介面與視覺化
1.4　後端系統
1.5　實戰演練：智能家居應答系統
1.6　全端開發專題檢核表
1.7　結語

第2章　設備部署與組態管理專題
2.1　裝置發現
2.2　裝置識別、認證與授權
2.3　組態管理
2.4　實戰演練：設備部署與組態管理
2.5　系統開發、設備布建與組態...