许多人都听过网络连线的“最后一哩”，也就是延伸到全台用户的铜缆线路，在光纤时代则是光纤线路，有了“最后一哩”才有全台湾的电信线路。在即将来临的物联网时代，“最后一哩”则有了全新的定义：也就代表着在最终端，每个人身边一百米的无线连接技术，而这不但是兵家必争之地，同时也与物联网的发展息息相关。
物联网带有“物物相联”的涵义，总体而言，就是要所有的设备都能透过各种方式连上网络、或是能够透过某些装置相互连线而发挥作用，例如将冷气透过家中的光纤与手机连线，让你可以在外面就监控家中温度并决定是否先将冷气打开等，就是物联网的简单应用范例。
什么是“一百米”的距离？
那到底一百米的连线距离是什么？为什么对物联网这么重要，我们可以用下面的图片简略说明：目前网络连线大略可分为四种模式：包括个人网络（Personal Area Network，PAN）、局域网络（Local Area Network，LAN ）、邻近网络（Neighborhood Area Network，NAN ）以及广域网络（Wide Area Network，WAN ）这四种，其中 PAN 与 LAN 就是本篇所要探讨的，同时也是物联网中所谓“一百米”的无线通讯范围。
所谓“物联网的连线”不是指你家的沙发、电视都能直接接上 3G 或 LTE 等广域基地台，这样不但浪费功率、提高设备成本，同时也没有必要，因此这“一百米”的距离就是靠一些无线短距通讯标准连结，让装置可以间接连上互联网，比所有装置都具备互联网连线能力还实际，同时也不会浪费更多的资源。
以物联网发展的情况来说，无线通讯技术必须要满足下面几点需求：
- 低成本：因为许多设备的感测器都是低成本的小型设备，才能够更快速地普及，同时为了节省体积与成本，也必须要让无线通讯芯片与应用程序能同时使用微控制器运算。
- 低功率：你不可能要家里所有的装置都插电，因此低功耗也会是无线通讯技术的基础，连结耗费的电力低，也才可能让电力维持更长久──或是让某些较低功的能量收集技术成功。
- 进入门槛低：必须要让装置轻易连结装置或互联网。
- 安全性：万物连线意味着许多设备也可能受到攻击，因此相关的认证与加密也绝对不能缺席。
- 多样支援性：要能够有更多的支援性，例如连线到 iOS、Android、Windows，或是 PC、Mac 甚至 Linux 等系统，更多样化的支援，也会让整个物联网系统更加方便。
- 能支援各种领域的标准：物联网技术的标准相当重要，例如三星跟英特尔等公司的 OIC 联盟；还有 Linux、高通、松下、微软等公司组成的 Allseen 联盟等，都是目前的热门选择，这情况有点像是 HD-DVD 与蓝光光碟之争，但最终应该会有一个全面互通的标准出现，而这些标准也将支援大部分该有的无线通讯技术。
在这“一百米的距离中”，目前主要倾向是以星状或网状拓朴两种模式彼此连结：
▲ 左边是星状拓朴，右边是网状拓朴示意图。
星状拓朴是将所有装置连接到一个中心节点装置（例如手机或平板 ），而该中心节点也可以连线到互联网上；网状拓朴则是每个物品都是一个节点，节点之间可以彼此连接到其他节点。
星状拓朴比较符合一般人对物联网的观念，例如所有装置都连结到手机或平板上，使用手机或平板就可以遥控这些装置，例如用手机遥控电视、冷气，甚至是调整沙发倾斜的角度等，都是星状拓朴的应用概念。但使用星状拓朴的缺点，在于中央装置如果发生问题，很可能造成所有装置也无法使用。
在网状拓朴中，每个节点都可以跟其他多个节点连接，并彼此协助连线，即使一个装置正在忙碌或没有发生作用，另外一个装置也可以补上（有点类似 FireChat 的设计原理），但相较之下网状拓朴设计比较复杂，装置的应用撰写较困难、同时也会提高成本。
目前来说，目前物联网的无线通讯最大挑战，是让不同的厂商设备都能够彼此连线，为了面对这个问题，许多正在进行连线标准的组织或联盟也正在发展新设计，以保证设备彼此之间的相容性能够提高，而这也才能真正加速物联网的发展。
IP 化的差异
当然，物联网就是希望所有的设备都能连线到互联网上，而这也必须让所有物联网的设备都能过透过 IP 连线到网络进行数据交换。就算是使用非 IP 协议连线的局域网络设备，也可以透过闸道连接到网络上，或是让使用 IP 与不使用 IP 协议的设备相互通联。在这种情况下，闸道必须要能够将局域网络的数据以 TCP/IP 协议重组或撰写，好让局域网络的设备也能够连上网络。
如果设备本身就是使用 IP 连线，就代表闸道不需要修改任何固件即可让装置相互连结──例如我们的笔记型电脑在安装新的网络应用程序时，完全不需要更新我们的家庭网络，是因为电脑本身就使用 TCP/IP 协议，而路由器只需要担负连线的功能而无须做任何修改。
▲ 透过闸道 ( Gateway ) 的各种连线方式。
另一方面则是以家中的警报系统为例，通常警报系统会有一个安全相关的感应器，可以侦测你的家中是否安全，如果发现有盗贼破门而入进入家中时，感应器会将侦测的结果传到警报器上，而警报器就必须透过 TCP/IP 才有办法把相关资讯传送到你的手机上，但感应器与警报器之间不见得是使用 TCP/IP 协议传输──事实上，感应器与警报器之间也没有必要透过网络传输。
其实让物联网设备都连上网络这件事情已经不是很困难的事，TCP/IP 这种相对成熟的协议，可以减少设备间需要透过有转换功能的闸道才能彼此连线的问题。但相较于不透过 TCP/IP 的协议的设备来说，想要让设备透过 TCP/IP 协议连线，需要相对较好的处理器以应付较为复杂的设定，这也意味着成本更高，也必须要耗费更多的功率发送与接收资料。
也因为如此，不透过 TCP/IP 连线协议的无线通讯也不断发展与更新，许多厂商也宁愿使用比较简单的特殊无线通讯协议以降低成本。
▲ 目前在“一百米”内的连线还没有完备。
连线标准 IEEE 802.11
成立于 1963 年的“电机电子工程师学会 The Institute of Electrical and Electronics Engineers（简称 IEEE）”，于 1997 年为无线局域网络制订了第一个标准 IEEE 802.11，此后这个标准也成为最通用的无线网络标准，802.11 催生出了 Wi-Fi ，同时也因为版本的更新而让 Wi-Fi 能有更进步的速度，而 802.15.4 则定义出了一些“无线个人网络 WPAN”的连线标准，其中也包括了 ZigBee、6LoWPAN 与 WirelessHART，在加上以 802.15.4 标准所推出的蓝牙，就成为这一百米战争中的主要竞争者。
Wi-Fi
以 IEEE 802.11X 标准发展出的最主要技术，主要是由 Wi-Fi 联盟所推动，最早 Wi-Fi 就是要与网络连结而发展出来的技术，因此 Wi-Fi 同时也包含着 TCP/IP 协议，因此也需要使用 TCP/IP 协议才能够连接。
拜笔记型电脑、智能手机、平板电脑三者的巨大成功，Wi-Fi 也因此得以发展成熟，即使是 LTE 开始发展的现在，Wi-Fi 也仍然保持着一定的优势，同时也是一个发展上相对成熟的技术。Wi-Fi 主要是以星状拓朴结构为主，高功率的 Wi-Fi 通常足以涵盖一般家庭的公寓大小，而在企业或办公室的区域中，通常会布置多台 Wi-Fi 以增加覆盖率。
▲ Wi-Fi 基地台可说是目前让物联网设备连线到网络上最方便的选择。
包括 ISM 2.4GHz 频段与 5GHz 频段， Wi-Fi 的传输速率远高于其他无线传输技术，但由于需要包含 TCP/IP 协议的标准，因此能够使用 Wi-Fi 的设备通常得包含 MCU（微控制器；Microcontroller Unit）与大量的内存，包括笔记型电脑、智能手机自然是轻松达到 Wi-Fi 的需求，但如果是像自动恒温器或家电等不需大量运算的物联网设备来说，使用 Wi-Fi 连线的成本效益就相对过高。
但硅半导体技术则成为 Wi-Fi 的重要突破口，新技术减少了 MPU 的开支，同时也让 MCU 就足以内含无线连结网络的能力，同时也解决了 Wi-Fi 的耗电问题，毕竟为了实现高速传输以及室内覆盖率，Wi-Fi 的耗电量相比其他技术来看是较大的──而且在传输上的峰值电流几乎没办法减少，但硅晶体技术让 Wi-Fi 可以利用休眠、快速开关等方法降低平均的功耗。
一些降低不必要电耗的方式成为 Wi-Fi 省电的基础，由于大多数物联网产品都不需要 Wi-Fi 如此高速的数据传输，因此电源管理设计可以让 Wi-Fi 的电量消耗有显著的降低，同时也能轻易地应用在例如智能手表、手环等体积较小的设备上，并且利用 Wi-Fi 轻易连到网络上传输数据。
Wi-Fi 能连接的也是一大优势，许多 Wi-Fi 的基地台宣称可以同时连接 250 个设备，企业级的基地台可以拥有更大的连接数据，就连消费型的 Wi-Fi 基地台都可以有接近 50 个装置连接的水准，因此在整个物联网时代中，Wi-Fi 很难成为完全标准，比较有可能成为整个家庭的连线节点或中继站。
蓝牙
蓝牙主要是作为“个人局域网络”为主，于 1994 年由易利信发展，并在之后获得其他业界公司支援，最终发展成“蓝牙技术联盟”。蓝牙技术联盟与 IEEE 达成协议，在 2001 年正式列入 IEEE 802.15.1 标准，此后该标准就由蓝牙技术联盟所发展，也因为列入了 IEEE 标准，让蓝牙迅速获得了各家厂牌的支持。此后蓝牙几乎成为所有手机必备的标准。
最早蓝牙主要是用于短距离的通讯，功耗远比 Wi-Fi 还低，同时也有一定的数据传输量，现今蓝牙主要是以点对点传输为主，并针对一对一连线最佳化，但其实蓝牙也可以支援星状拓朴结构，支援一对多的连线。
在 2010 年推出的蓝牙 4.0 规范改变了蓝牙传统的思维，一开始推出的 4.0 标准主要是以“低功耗”作为号召，但其实 4.0 是第一个综合协定规范，纳入了 Nokia 开发的 Wibree 低功耗无线通讯技术，而 Dual Mode 也能够让蓝牙 4.0 向下相容。
▲ 蓝牙已经有一 定的市占率，也是目前最有优势的无线通讯标准。（图片来源：mbientlab）
低功耗蓝牙也让蓝牙能够再应用于更多智能装置，低功耗的特性大大地打开了蓝牙的市场，除了智能手机与平板电脑以外，蓝牙也涵盖了健康，游戏、汽车的新应用，甚至可以提供地理位置与地标的基础功能。
而在物联网即将爆发的时代，蓝牙也在今年不断提出全新的愿景，除了将支援 IPv6 并透过 IP 管理实现网状拓朴架构外，也将大幅改进资讯安全性问题，甚至打算与 NFC 合作推出相容标准，并且改善传输距离过短的问题（事实上这个问题已经在蓝牙 4.0 中改善）。以蓝牙目前的市场覆盖率来说，它很有机会成为物联网时代的无线通讯霸主。
苹果的 iBeacon 也是基于支援低功耗蓝牙之下的通讯技术，但苹果利用 BLE 技术传送资讯，因此可以传递 ID 相关资讯，让采用同样技术的信号得以辨识不同的设备与装置。
ZigBee
以蜜蜂为名的 ZigBee，名字可说是完全符合了这个通讯技术的特性－－网状结构就如同蜜蜂般相互传递，设备间也能够依靠 ZigBee 技术连结，每个设备都能够同时支援大量网络节点、同时也能支援多种网络拓朴，而且技术的复杂度低、快速、而且较为安全。目前加入 ZigBee 联盟的公司有三星、西门子、德州仪器、摩托罗拉、三菱、飞利浦等公司。
ZigBee 历史其实也不算短，是在 2001 年被纳入 IEEE 802.15.4 标准中，是种低传输、低功耗、低成本的技术，主要是采用 2.4GHz 的 ISM 频段，不过 ZigBee 同时也支援 868 MHz 与 915 MHz 频段。ZigBee 的传输量约为 250kbps，但通常都不会用到这么多数据传输量，而 ZigBee 的长时间休眠功能与省电能力也令人赞叹，只要一颗钮扣电池就可以使用年余，因此也有 ZigBee 设备是采用无电池模式，只需要一些能量采集科技就能供应足够的电力。
ZigBee 本身并没有自行连接到网络上的机制，因此只能利用节点（例如 Wi-Fi）连接到网络上，而不能自行连网。
低功耗、网状结构、安全是 ZigBee 的三大魅力，但相较于已经被掌握的蓝牙来说，ZigBee 在应用上的难度较高，而初创事业一般来说也大都会宁愿投入已经有一定市占的蓝牙，而不见得愿意选择 ZigBee 当作连线标准。也因此 ZigBee 联盟已经转了方向，主要是以发展 802.15.4 协议为主，而该联盟所发展的 SEP 2.0 智慧电网标准已经广获采纳，很可能会成为智能电网的主流标准。
▲ ZigBee 的网状结构与安全性都是此标准的魅力。（图片来源：ZigBee.org）
6LOWPAN
与 ZigBee 同样采用 802.15.4 的无线通讯标准，6LOWPAN 是属于比较新颖的技术，但与 ZigBee 最大的不同点，则是 6LOWPAN 打破了无线通讯低功耗的专用协议，一开始就以低功耗且可连线到 IPv6 做为坐大的号召，而且由于加密方式与 ZigBee 采用同样的 AES-128，相对之下也较为安全。
跟 Wi-Fi 一样，6LOWPAN 主要是使用 2.4 GHz 的频段（同时也支援 868 与 915 MHz 频段），但发射功率只有 Wi-Fi 的 1%，这也使得 6LOWPAN 的传输距离因此而受到了限制，必须利用类似 ZigBee 的网状拓朴结构，利用多台设备一起连线，才能减少障碍物、并让讯号可以传递的更远。
随着 IPv4 已经不敷使用，IPv6 将会成为往后物联网的重要标准──因为物联网的发达，必然伴随而来庞大的 IP 位置，能够在 802.15.4 的低功耗标准下，透过 Wi-Fi 基地台连线至互联网，是 6LOWPAN 标准最大的魅力。
Zigbee 联盟也在新的 SEP 2.0 应用协议中加入了 6LOWPAN 的支援。
802.15.4 有巨大潜力，但蓝牙是其最大障碍
其实相比于传统的蓝牙、Wi-Fi 来说，802.15.4 协议超低功率的连线方式，似乎更适合使用于物联网的使用模式，但蓝牙也不会轻易让出目前的霸主地位，尤其是蓝牙在 4.0 开始加入低功耗、广域连线（理论值 100 米）等重要架构后，朝物联网迈进的目标更为明显。尤其是 802.15.4 的连线协议缺乏智能手机、平板电脑等行动装置的支援，会是 802.15.4 协议难以切入的点。
▲ 功耗、传输距离与传输速率的比较。
根据调研机构 Gartner 提出的数据显示，未来物联网的“一百米”连线战争中，主要将会是以蓝牙占 76%，Wi-Fi 则占 23% ，等于相当看好蓝牙连线的未来发展。不过 ZigBee 联盟所发展的 SEP 2.0 则已经切入了美国的智慧电网标准，未来 802.15.4 很可能会更往“智慧城市”部分的发展，协助公共设施的物联网发展，而蓝牙则可能切入“智慧家庭”中，成为家庭设备进入物联网的连线标准。
但在技术不断进步的情况下，要让家用无线基地台能够同时容纳低功耗蓝牙与 802.15.4 标准也不是难事，但如果无线通讯标准是依靠如 Wi-Fi 般的广域通讯网络做连结，因为以 802.11x 标准技术的广域局域网络装置已被证实不太安全、更容易受到攻击，通讯技术在不断发展演化下，都有可能更进步，因此安全性反而会是物联网未来最终、也最重要的考量。
（首图来源： Pedro Szekely Flickr CC by 2.0）
图片与参考资料来源：
- The 6 Basic Building Blocks Of The Things In The ‘Internet Of Things’
- Future-Proofing The Smart Home: Staples Thinks It Has The Answer
- Comment: What is the wearables reality?
- Short Range Low Power Wireless Devices and Internet of Things
- Wireless Connectivity for the Internet of Things
- Wiki：蓝牙
- Wiki：ZigBee
- 百度百科：6LoWPAN
- ZigBee 和 6LoWPAN 在物联网中应用对比
- 兼容 ZigBee / NFC 功能，蓝牙将开创物联网霸业
- TSMC presents processes for IoT
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