隨著無線寬頻網路與行動通訊技術的蓬勃發展，各式各樣的行動裝置大量普及。多樣化的載具與應用服務讓使用者開始習慣透過行動裝置處理工作、交際、娛樂等各種層面的生活大小事，然而現有技術的資料與控制訊號皆須透過核心網路傳遞，將帶來核心網路壅塞的問題，因此利用毋須透過基地台的直接通訊(Direct Communication)技術便逐漸受到重視。
然而，不同裝置與系統間的相容性以及通訊傳輸介面的差異，是採用直接通訊模式將遭遇的挑戰，發展支援不同通訊模式、跨載具、跨系統的整合通訊平台，將是裝置與裝置間通訊(Device-to-Device Communications, D2D)技術發展的關鍵議題。
因應此需求，以D2D通訊技術為主軸發展的平台，必須使各種連線產品與應用服務得以透過簡便的方式，以共通的通訊協定快速進行配對及互動，開發商毋須考慮因新終端設備加入或離開會話所牽涉的複雜底層處理、演算法與安全性等問題，且須能夠適用相鄰裝置間的直接通訊傳輸，例如高通(Qualcomm)成立的高通創新中心(Qualcomm Innovation Center, QuIC)推出的AllJoyn軟體研發計畫，致力於因應裝置可見性、連線能力、安全性、動態管理鄰近裝置間會話連結等需求的核心服務，並以開放原始碼的授權方式提供完整功能版本，吸引製造商與開發商的投入，期望藉此擴展AllJoyn的應用範圍。
為此，本文將介紹跨裝置、跨系統、跨通訊技術的D2D鄰近通訊技術平台之運作概念、技術架構及應用發展。
D2D鄰近通訊技術運作機制
進行D2D通訊行為的成員通常由至少兩個以上的相鄰終端裝置所組成，並啟動相同的應用服務，如社交互動、合作遊戲、多螢控制、Push-to-Talk等，透過裝置搜尋(Discovery)、配對(Pairing)等程序建立連線，其運作概念與可能採用的技術架構如下所述。
呼叫與被呼叫端藉虛擬通道傳遞訊息
使用者執行D2D鄰近通訊應用服務時，最基本的通訊運作可簡單地分為呼叫端(Caller)與被呼叫端(Callee)，呼叫端與被呼叫端可能代表不同的行動裝置、由不同的作業系統操作。
被呼叫端中可能具有多個代表不同功能的物件(Object)，呼叫端若欲對被呼叫端的某個物件進行呼叫，可建立一個代表該物件的代理物件(Proxy Object)，做為呼叫端的應用程序便可利用此代理物件向被呼叫端發出請求(Method Call)，收到呼叫請求的被呼叫端執行相關操作後，可將執行結果回傳(Method Reply)。被呼叫端另外也可根據不同情況發送訊號(Signal)給呼叫端，呼叫端收到後將根據各種訊號進行相對應的處理。
無論是雙向的呼叫請求、呼叫回應或單向的訊號，皆可稱為訊息，這些訊息將透過虛擬通道，於呼叫端與被呼叫端間傳遞；此虛擬通道類似Bus的概念，負責訊息的傳送與接收、辨認不同的來源與處理程序，並將訊息送往正確的目的地。D2D鄰近通訊運作概念如圖1所示。
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| 圖1 D2D鄰近通訊平台運作概念 |
D2D技術平台分兩種通訊架構
為讓設備與應用服務開發商毋須擔心底層於如Linux、Android、Windows、iOS等不同的作業系統、相異的程式語言或是各種通訊技術之間實作上的複雜差異，僅須專注於開發更高階層的應用功能及情境，因此提供D2D鄰近通訊的技術平台可分為Peer與Daemon兩種主要通訊架構，前者負責應用程序層級的交流，後者則實質處理底層各種訊息的運作細節，兩者以相對應的技術層次(Layer)交互溝通，可能具備的功能如後所述。
事實上，Peer及Daemon的概念脫胎自一種程序間的通訊方式(Inter-Process Communication, IPC)，即D-Bus，常見於Linux作業系統應用程序間的通訊，具有以訊息形式表達溝通內容、非同步且雙向的溝通通道、為使連線可靠將連線情況狀態化、以常駐系統程式型態服務其他應用程式等特色。
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不同的應用服務程序無論做為Client、Server，或兼具兩者身分的角色，皆適用於Peer的通訊架構，基本功能即群組(Group)通訊的建立與維持，包括裝置搜索(Device Discovery)、服務搜尋(Service Discovery)、群組管理、Peer狀態維護等；並提供安全性(Security)層次負責認證、授權應用程序的訊息傳遞權限和使用方式，並加密傳送與接收的訊息內容。訊息轉送的工作，則可交由訊息及路由(Messaging and Routing)層次處理，在此層次會將訊息傳遞時所需的參數與內容封裝後送出；最後統一由端點(Endpoint)層次接收訊息並解封裝，接著進一步處理。此外，亦可提供系統及語言的繫結(System and Language Binding)層次，以符合各種作業系統與不同程式語言的開發者需求。 |
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每個終端裝置上可執行多個應用服務程序，同時存在一個負責裝置與裝置間溝通的角色，即Daemon的概念，所有在各種通訊技術上傳遞的訊息實際上由Daemon負責處理及轉送，如此一來便使得應用服務程序彼此互動時，認為自身是在本機端通訊，而不會意識到與自己互動的應用程序可能位於不同作業系統的遠端裝置上，其運作示意圖如圖2所示。 |
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| 圖2 應用服務程序與Daemon運作示意圖 |
Daemon通訊架構可能的功能層次，包括處理會話(Sessions)連線建立與維持的會話層次，使各種訊息能夠透過虛擬通道(Bus)相互溝通與辨認彼此；透過網路傳輸(Network Transport)層次，可實作各種通訊傳輸技術的內容，讓Daemon能夠處理來自各種傳輸技術的服務要求及訊息傳遞，包括藍牙(Bluetooth)、Wi-Fi、Wi-Fi Direct、IP-based網路技術、本機內通訊等。
此外，Daemon架構亦可提供讓系統管理員設置系統特定執行權限的配置(Configuration)層次，包括限制Daemon所消耗的資源量、限制認證時的連線數量以防止阻斷服務(Denial of Service)攻擊、依需求安排系統呼叫執行某些應用服務程序等。
D2D鄰近通訊應用多元發展
同樣採用D2D鄰近通訊平台的終端裝置可透過藍牙、Wi-Fi或Wi-Fi Direct等無線通訊技術快速準確的配對互連，進行定位、點對點通訊、互動操作與資料共享。其中，Wi-Fi Direct為當前極受矚目的直接通訊技術，因其具有在周遭無基地台、熱點時，仍能提供點對點傳輸、通訊距離及速度表現甚佳，且較傳統技術支援更多終端數量的優勢。
由於D2D通訊技術支援直接通訊的溝通方式，藉由與Wi-Fi Direct技術的結合，可不須仰賴全球衛星定位系統(GPS)及營運商的數據網路，裝置與裝置之間便可直接進行通訊交流，為未來D2D鄰近通訊應用服務創造無限可能。
除此之外，D2D鄰近通訊技術亦可結合定址服務(LBS)技術提供適地性服務(Proximity-based Services, ProSe)，適用範圍非常廣泛且多元，無論於戶外、家庭或車用環境中，任何品牌與系統的終端產品，皆能以簡單的連線方式與其他裝置互動，進一步實現智慧家庭、物聯網等概念。運用D2D鄰近通訊技術的數個應用實例如下：
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多螢的概念促使智慧家庭的娛樂體驗大幅度的躍升，透過D2D鄰近通訊技術，使用者毋須負擔昂貴的額外數據費用，平板裝置與智慧電視得以分享各式多媒體影音串流，跨裝置的應用服務將攜手運作且完全同步，搭配高效能應用處理器、擴增實境(Augmented Reality, AR)、手勢介面等技術的加持，提供使用者嶄新獨特的觀看與互動體驗。 |
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根據Pew Internet網路調查公司的研究指出，美國有四分之一的人們在使用適地性服務，以社交(Social)、在地(Local)與行動(Mobile)組合而成的SoLoMo概念正引領目前網路應用潮流，透過D2D鄰近通訊技術，使行動裝置的搜索(Discover)及連接(Connect)迅速又準確，使用者可輕易找到周遭的朋友進行互動與共享體驗，重新定義社交服務的概念。例如，在研討會中找到有興趣的人士分享資訊、交換名片，或者抵達某家咖啡廳、商場或景點時，可與附近的朋友共敘或分享等。 |
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目前已有多種利用D2D鄰近通訊技術開發的遊戲應用，使用者只要打開應用程式，便可跨平台、跨裝置，快速簡單地與同區域範圍內的多個玩家連線對戰，或與好友透過各自的行動裝置共同塗鴉創作，甚至使用同樣應用的玩家接近自己時可即時獲得提醒，使用者藉此能夠得到更有趣、更具吸引力與更多樣的互動體驗。 |
廠商相繼投入 D2D前景樂觀
由於無線寬頻通訊網路技術與各式行動終端裝置的普及，裝置與裝置間的連結與通訊需求也隨之日益擴增，因應此潮流，發展跨裝置、跨系統、跨通訊技術解決方案的D2D鄰近通訊技術平台已成必然趨勢。本文介紹此技術整合平台之設計概念，透過Peer與Daemon通訊架構的交互溝通，可降低因不同網路通訊技術、程式語言、作業系統運作細節差異造成的開發障礙。相鄰的不同終端設備如Android智慧型手機與Linux桌上型電腦、平板電腦與智慧電視等的應用服務程序亦可進行快速、便利、安全的裝置探索與配對、服務搜尋與連結，使應用服務的使用情境有更多發展性。
此外，支援直接通訊模式的D2D鄰近通訊技術，允許終端裝置無須透過核心網路，可直接與相鄰裝置進行通訊，為使用者節省昂貴數據費用外，亦可為電信商或設備商紓解有限的頻寬與基地台壅塞困境、有效利用無線資源及降低核心網路設備建置成本，並連接起通訊技術的最後一哩。高通(Qualcomm)、阿爾卡特朗訊(Alcatel-Lucent)、華為、英特爾(Intel)等國際大廠均表現出對鄰近通訊市場的高度重視，由於D2D鄰近通訊技術的應用發展具備無限可能，未來各家廠商如何克服不同情境下的技術挑戰，提出滿足各種功能需求、發揮最大效益的解決方案，值得拭目以待。
(本文作者任職於資策會智通所)