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網通無縫接軌 智慧家庭才有搞頭
發現問題 才能找到解答

【作者: 姚嘉洋】   2014年09月01日 星期一

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這幾年來科技產業很喜歡把消費者常常使用的產品或是應用環境冠上「智慧」兩個字,來提升消費者的便利性,例如智慧型手機、智慧電視或是智慧手錶等,都是相當耳熟能詳的名詞。當然,有個名詞相信你也不陌生,那就是「智慧家庭」。


我們都很清楚,智慧家庭演變至今,若要提升使用者在居家環境的便利性,透過無線與有線連網技術的交互使用,才有可能實現智慧家庭的願景。而所謂的無線或是有線技術之間的市場競爭,演變到後來,產業界目前較為具體的共識是彼此之間應該是相輔相成,並沒有直接的競爭關係。所以說,如果再探討連網技術之間的競爭關係,還不如探討技術間的合作與互補,還來得有意義許多。


網通技術在智慧家庭的發展問題

大體上,智慧家庭所需要的連網技術,就無線網通領域而言,仍然是Wi-Fi、ZigBee、藍牙甚至是3G與LTE等,至於有線方面,目前來看還是PLC(電力線通訊)與光纖為主。儘管過去這幾年在產業界的論戰與競爭相當激烈,但各大技術陣營的發展都有不短的時間,加上技術各有優劣與一定的市場基礎,要讓這些技術從市場上消失,應該也不是件容易的事,所以也就形成了共存的發展態勢。


問題在於,即便這些技術共存,我們距離所謂的智慧家庭的願景,還是有很長的一段路要走。歸納其背後的原因,不外乎是商業模式仍未成熟、網通技術之間的互通性太低、建置成本高與人機介面的易用性過低等原因,造成了智慧家庭仍是雷聲大,雨點小的尷尬窘境。


然而,如果再進一步觀察物聯網與智慧家庭現階段的發展瓶頸,你我大概都可以發現到,兩者所面臨的問題,其實相似度相當高。物聯網本來就是一種從技術到終端應用的網通交互應用的概念,涵蓋的範圍極廣,智慧家庭亦屬於物聯網諸多應用情境的一環,所以這也不難理解物聯網與智慧家庭兩者之間有著相當密切的關係。


目前物聯網之所以還無法有爆發性的成長表現,一方面是系統所需的半導體元件成本過高的關係,另一方面是物聯網產業涵蓋的範圍太廣,產業界並沒有統一的標準可供依歸,所以這一年多來,不論是ARM或是高通都成立物聯網聯盟或是建立產業標準,試圖解決目前標準混亂不明的情況,來加速整體發展的速度。


無獨有偶的是,就在今年COMPUTEX剛落幕沒多久,英特爾、三星與博通等大廠,公開宣布成立以開源為主體架構的物聯網聯盟,也就是開放互聯聯盟(Open Interconnect Consortium;OIC),成立的理由也與高通、ARM相仿,但產業界的標準一旦過多,再加上這些公司彼此之間大多又是居於競爭關係,短時間內要看到物聯網的產業標準統一,恐怕有其難度。



圖一 : 在物聯網標準眾多的情況下,短時間內要看到物聯網大一統的局面恐有困難。(Source:高通)
圖一 : 在物聯網標準眾多的情況下,短時間內要看到物聯網大一統的局面恐有困難。(Source:高通)

技術除了互補 也有進化

不過,雖然物聯網在短期內仍然見不到大一統的局面,但如同前面所談到的網通技術,像是ZigBee或是藍牙等,其技術特性本就不甚相同,但可以彼此互補來克服自身技術的先天不足,相關的討論在過去的產業與媒體界也有相當完整的資料可供參考,這裏就不?述。它們之所以能在產業界屹立不搖,主要也是因為這些技術在發展上已有不短的時間,進而累積了相當龐大的市場基礎,所以短時間內要這些技術陣營消失恐怕有著相當高的難度。


當然,這些技術陣營也沒有閒著,近年來都有相當程度的進展,以藍牙為例,自從4.0版本具備了低功耗版本與提升資料安全等級後,一定程度地解決了藍牙過去在功耗過高(與ZigBee相較)與資料保護過低的問題。而在4.1的版本又與LTE(長程演進計畫)可以進行無縫整合,進一步提升資料傳輸量,整體來說,藍牙能涵蓋的應用的確增加了不少,這對於智慧家庭的未來發展也會有不少助益。


至於ZigBee在自動化領域的發展已有相當長的一段時間,從工廠自動化再逐漸進入到家庭自動化,所憑藉的是超低功耗與區域型的網狀網路,在某一節點失效的情況下,該網路可以自動尋找替代路徑,來完成整個網路所要肩負起的資料傳遞工作。不過,正如物聯網所涵蓋的應用範圍極廣,單一的技術特性,不見得適應於多元的應用情境,所以ZigBee聯盟也針對不同領域制訂出相應的規格板本。


2013年9月,ZigBee聯盟推出了HA(Home Automation;家庭自動化)1.2的版本,它能提升智慧家庭在感測監控終端產品的電池壽命達七年左右的時間,同時在安裝程序方面也盡可能簡化其步驟,以提升系統整合業者的採用意願。另外,該聯盟也在去年推出了Smart Energy(智慧能源)Profile 2與針對IPv6部署的ZigBee IP等新規範。



圖二 : ZigBee聯盟在能源管理與智慧家庭方面,都有推出相關標準,希望能進一步拓展應用領域。(Source:homeauto.com)
圖二 : ZigBee聯盟在能源管理與智慧家庭方面,都有推出相關標準,希望能進一步拓展應用領域。(Source:homeauto.com)

互補之上 更要「無縫」接軌

就目前智慧家庭各類系統的設計實務上,產業界大多都認定智慧型手機將會扮演整個環境的控制中心,只要是能夠連線的終端裝置,都可以透過智慧型手機來了解狀況。舉例來說,冷氣溫度的調節可以透過ZigBee、Wi-Fi甚至是藍牙進行控制,冰箱內的食物狀況也能透過無線方式,將資料傳到智慧型手機,以讓使用者決定是否要進行購買或是烹調行為。


ZigBee所傳輸的資料極小,所需要的功耗也相當低,在考量到終端模組電池壽命的因素下,像是冰箱或是煙霧偵測器這類產品,選擇ZigBee是相當合理的選擇。但是,智慧型手機並沒有搭載ZigBee模組,若要將這方面的資訊傳輸到手機中,在訊號傳輸路徑上,就必須建置ZigBee與Wi-Fi整合的無線閘道器,透過閘道器與Wi-Fi將資訊傳至手機中。所以近兩年來,許多MCU(微控制器)業者也開始推出低功耗版本Wi-Fi、ZigBee與802.15.4相關協定整合的MCU產品,希望能以高度整合的系統單晶片(SoC)來簡化其產品的設計流程。


像是智慧照明應用,我們常看到的家用LED燈泡應用,已經有不少半導體業者可以將ZigBee模組與電源控制等解決方案整合到相當小的電路板上,並直接整合進燈泡底座中,以完成系統設計。



圖三 : 原則上,智慧照明會以智慧型手機為中心,會透過ZigBee與Wi-Fi協同傳輸控制訊號。(攝影:姚嘉洋)
圖三 : 原則上,智慧照明會以智慧型手機為中心,會透過ZigBee與Wi-Fi協同傳輸控制訊號。(攝影:姚嘉洋)

不過,如果你只是進行影音串流存取的話,直接透過Wi-Fi向家裡的NAS或是網際網路存取即可,無需透過無線閘道器的訊號轉換來達成目標。簡言之,不同的終端裝置,不見得需要同一種無線技術來傳輸資料。


至於Wi-Fi,大體上已經可以確認,無線影音串流會需要5GHz,甚至是60GHz的頻段,來進行高畫質影音傳輸,這當然也是屬於智慧家庭的一環。但回到前面所談到的,若ZigBee訊號進入無線閘道器後,閘道器本身就必須啟動Wi-Fi資料傳輸,智慧型手機才有辦法針對整個居家環境進行控制。也就是說,各類網通技術彼此之間必須無縫接軌,在兼顧能源效率、系統成本、控制與使用方便度等因素,達到最佳化,如此才有可能實現智慧家庭的夢想與願景。


結論

大家或許會問,智慧家庭實現的這一天,究竟何時會來臨?這個答案其實沒人說的準,但很明顯的是,智慧家庭或是物聯網所面對的問題相當類似,但也相當明確,既然有了問題,其實就不難找出答案在哪。


撇除應用服務與軟體層面不談,物聯網的大一統或是網通技術之間的接軌,都是意味著智慧家庭的實現,必須要由產業界乃至於廠商們來克服。至於時間點為何?也許只能問這些科技大廠。但從各大技術陣營在技術上的努力不懈與廠商們建置物聯網生態系統的積極度來看,相信這樣的願景已經不遠了。


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