當你再次睜開眼睛時,你發現自己已經來到了台北市信義區。你看到了一棟高大的建築物,上面寫著「Micrsoof台灣總部」。
「Micrsoof台灣總部?我們怎麼會在這裡?」你不解地問。
「這裡是AI大帝的核心。」一個熟悉的聲音在你耳邊響起,你轉過頭,看到了一個穿著黑色風衣和墨鏡的男人。他手拿著一把槍,配上他招牌的冷靜表情。
「莫菲斯!」看到小幫手一號出現,你很激動,因為這表示你可以躺分了!
你跟著莫菲斯一前一後走進了Micrsoof總部的大門,裡面的人都是一些穿著西裝的商務人士,他們看起來完全沒有注意到你們。
「這裡是AI大帝的核心所在嗎?這裡看起來很普通啊。」你問。
「哪裡普通,信義區現在有矽谷的味道。(簡立峰, 2021)」莫菲斯學起前Google台灣區總經理說道。
「不開玩笑了。」沒想到莫菲斯也會開玩笑,你被他沉著冷靜的外表騙了,「這裡其實是AI大帝的一個秘密據點,裡面有「AI大帝的記憶」────也就是他的記憶儲存器。」莫菲斯說。
「我們要用這個。」莫菲斯拿出了耳機,「戴上這個耳機,就可以跟崔尼蒂連線,她會告訴我們感測器偵測的目標位置和距離。」
他拿另一個耳機給你,叫你也戴上。
「嘿……你們那邊情況怎麼樣?還好嗎?」你聽到了崔尼蒂的聲音。「我已經找到了「AI大帝的記憶」的密碼提示了!但是我發現要解開四個問題才能推算出密碼,你們可以幫我嗎?」
「我盡量……」你不太確定,但為了找到「AI大帝的記憶」,還是硬著頭皮上了。
「第一個問題是:『人工智慧物聯網是怎麼把實體物體、感測裝置、網路、平台和應用結合起來的?前端和後端的組成和作用又是什麼?』」
你想了一下之前在AI大帝的寶典看過的內容,回答:
- AIoT是人工智慧(AI)和物聯網(IoT)的結合(數位時代, 2022)。
- 可以把AIoT想像成一個大型的機器人工廠。在這個工廠中,每一個機器人(實體物體)都裝有感測器(感測裝置),這些感測器可以收集各種數據,比如溫度、壓力等(GIGABYTE,2019)。然後,這些數據會通過無線網路傳送到中央控制室(平台)(中鼎集團電子報(No.468), 2021)。在中央控制室裡,有一個超級電腦(AI)正在分析這些數據,並根據分析結果做出決策(台達機電事業群, 2021)。最後,這些決策會被傳送回每一個機器人,指導他們如何行動(應用)。
本圖摘自《AI+AIoT概論:寫給大學生看的AI通識學習》蔡宗翰、裴有恆 著,p.234
- 而前端和後端的組成和作用,前端包括了感測器、物聯網設備以及邊緣運算設備。用餐廳來舉例的話,就是餐廳的服務員和菜單,負責收集數據並將其傳送到後端。在這家餐廳裡,前端就像是服務員和菜單。當客人(用戶)來到餐廳時,他們會看到菜單(用戶介面),並由服務員(感測器、物聯網設備以及邊緣運算)提供服務。
- 而後端則包括了雲端儲存設備、大數據分析工具以及人工智慧分析模組。這些都像是餐廳的廚房和廚師,負責處理並分析從前端收集來的數據。當客人點菜後,服務員會將訂單(數據)帶到廚房,由廚師(雲端儲存設備、大數據分析工具以及AI分析模組)根據訂單準備食物(處理數據)。然後,服務員會將準備好的食物帶回給客人。
「第二個問題是:『感測器是如何將物理量轉換成電子訊號的?舉例說明不同種類的感測器,以及它們的運作原理和概念。』」
感測器的工作原理,就像是人體器官。眼睛將光線(物理量)轉換成神經訊號(電子訊號),接著傳送到大腦進行處理(FlipRobot Taiwan)。同樣地,感測器也可以將各種物理量(如溫度、壓力、光線等)轉換成電信號,然後傳送到電腦或其他設備進行處理。
不同種類的感測器,以及它們的運作原理和概念:
- 溫度感測器:溫度感測器可以是電子體溫計。當你用體溫計量體溫時,它會感測體溫,並轉換成電信號。溫度感測器通常使用熱電偶或熱敏電阻來感測溫度(戴明鳳、董俊良, 2009)。
- 壓力感測器:壓力感測器就像是一個電子體重機。當你站在體重機上時,它會感測到你的體重(地球的引力)並將其轉換成電子訊號。這種感測器通常使用壓電材料來感測壓力(辰鴻度量衡器有限公司)。
- 光線感測器:光線感測器就像是一個電子眼睛。當光線照射到它的表面時,它會感測到光線並轉換成電子訊號。這種感測器通常用光敏電阻或光敏二極管來感測光線。
「很好,你又答對了。」崔尼蒂說,「第三個問題是:『感測器傳輸介面是怎麼將感測器的數據轉換、傳送到電腦的?舉例說明不同種類的傳輸介面規格,以及它們的特點和應用。』」
你想了一下之前莫菲斯剛才跟你提過「感測器傳輸介面」的內容,猶豫了一下,試著回答崔尼蒂: 「感測器傳輸介面就像是一個郵差。假設今天你寫了一封信(感測器的數據)後,你會把信放進信封(數據格式)投入郵筒。接著再透過郵差(傳輸介面),把信送到收件人(電腦)的信箱(記憶體)。」
「對嗎?」你一邊回答,一邊轉頭向一旁的莫菲斯確認。
「它還問了一些不同種類的傳輸介面規格,以及它們的特點和應用,怎麼辦?」
「交給我吧。」莫菲斯及時伸出援手,解救了你們,「UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter),就像是一個無線電通訊系統。它的特色就是:每個數據(訊息)都會被轉換成無線電波(電信號),然後由發射器(UART)發送出去。接收器(UART)則會接收這些無線電波並將其轉換回數據。可以把UART想像成腳踏車,腳踏車(UART)是一種點對點的交通工具,只能一個人騎。騎腳踏車的人要自己保持平衡(無時鐘信號)。」
「那UART的應用是什麼?」崔尼蒂接著問。
「UART介面規格簡單、成本低,但傳輸速度比較慢。所以,它常常被用在需要長距離傳輸的應用,像是:GPS接收器。」
「太好了,它說回答正確!但是他說至少還要再講兩個!」崔尼蒂緊張的問。
「那……I²C (Inter-Integrated Circuit),」莫菲斯繼續Carry全場,「I²C像是一個大眾運輸系統。每個數據(乘客)都有自己的地址(站牌),並且可以在同一條線路上與其他數據共享資源。如果說UART是腳踏車,那I²C就是公車,公車(I²C)可以同時載多位乘客。公車有專業的司機駕駛(有時鐘信號)。I²C介面規格可以節省硬體資源,並可以讓多個裝置共享同一條線路。它常被用在需要連接多個裝置的應用,如家庭自動化系統。」
「很好,我們又答對了。」崔尼蒂說,「那如果要更快的傳輸速度,要使用哪一個?」
「應該是SPI (Serial Peripheral Interface)吧?」你印象中和莫菲斯在實驗室看到的,就是SPI。
「沒錯!」莫菲斯很驚訝,然後繼續補充,「SPI像一個更快速的大眾運輸系統。不過,它和I²C不太一樣。SPI使用了更多的硬體資源(車道),可以提供更快的傳輸速度。它常被用在需要快速傳輸大量數據的,像是:高解析度攝影機。」
「第四個問題是:感測器應用層的MQTT傳輸模式是什麼?它又是如何將感測器的數據傳送到後端的網路伺服器的?」
你想起來,崔尼蒂在Day 6:烏賊機器人的語言跟你解釋過。
感測器應用層傳輸模式就像是一個快遞公司,將感測器的數據(包裹)從感測器(發貨地)送到後端的網路伺服器(收貨地)。
而MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)是透過「發布 (Publish)」和「訂閱 (Subscribe)」的方式來達成一對多的通訊(cubie, 2017)。
就像快遞公司要送貨的第一步,就是將那些貨物放到貨車上。這個用來載貨的貨車,就是MQTT。
「那你還記得:MQTT的三個主要角色有哪些嗎?」
MQTT有三個主要角色,分別是Subscriber(訂閱者)、Broker(代理人)、Publisher(發布者)。(Pandey, et al., p.330)。
這就像是一個訂雜誌寄到家的過程,你訂了雜誌後,當雜誌出了新的一期,就會自動寄雜誌給你。
或者是一位記者寫新聞稿到發文的過程。每一篇新聞都有一個特定的主題(政治、財金、娛樂)。有一個「信箱」——就是伺服器(a.k.a 中繼站)——可以用來儲存一些你事先寫好的新聞稿。而且除了儲存,還可以負責在你人不在時,自動幫你發新聞給讀者看。讀者可以告訴這個「信箱」它們想要看什麼主題的新聞。每當你發了一篇新的新聞,信箱就會按照主題,把新聞傳送到有訂閱該主題的讀者那裡(Batrinu, 2017, p.44)。
「沒錯,說的很好!」崔尼蒂欣慰的點頭,「另外,還有HTTP也是一種常見的傳輸模式,也常拿來跟MQTT做比較。」
HTTP (超文本傳輸協議):這就像是一個標準的快遞服務,你可以在任何時間、任何地點發送包裹,並且可以確認包裹是否成功送達。HTTP是一種請求-回應協議,客戶端發出請求後,伺服器會回應相應的數據。這種模式適用於大部分的網路應用([教您玩IT, 2016](https://kknews.cc/zh-tw/tech/e9pn3bq.html)。
MQTT (消息佇列遙測傳輸):這就像是一個訂閱制的快遞服務,你可以訂閱你感興趣的商品,當商品有更新時,快遞公司會自動將商品送到你手上。MQTT是一種基於訂閱/發布模式的輕量級通訊協議,適用於物聯網等需要節省網路流量和電力的場景([教您玩IT, 2016](https://kknews.cc/zh-tw/tech/e9pn3bq.html)。
「太棒了,各位!我們全部答對了。」崔尼蒂在耳機那端大叫,「你們快去走廊,應該有一道門開了!」
你和莫菲斯看向走廊,你發現這裡有許多門,而且每一個都看起來一樣。要不是崔尼蒂告訴你感測器偵測的目標位置和距離,還真的找不到。
你跟著莫菲斯推開了門,走了進去。
「原來……這就是AI大帝的記憶儲存器……」你看見一個巨大的金屬球出現在面前,上面還有很多條線和插頭。