网络无缝接轨 智能家庭才有搞头

2014-09-02 13:18:03来源: CTIMES
   
    这几年来科技产业很喜欢把消费者常常使用的产品或是应用环境冠上「智慧」两个字,来提升消费者的便利性,例如智慧型手机、智慧电视或是智慧手表等,都是相当耳熟能详的名词。当然,有个名词相信你也不陌生,那就是「智慧家庭」。

我们都很清楚,智慧家庭演变至今,若要提升使用者在居家环境的便利性,透过无线与有线连网技术的交互使用,才有可能实现智慧家庭的愿景。而所谓的无线或是有线技术之间的市场竞争,演变到后来,产业界目前较为具体的共识是彼此之间应该是相辅相成,并没有直接的竞争关系。所以说,如果再探讨连网技术之间的竞争关系,还不如探讨技术间的合作与互补,还来得有意义许多。

网通技术在智慧家庭的发展问题

大体上,智慧家庭所需要的连网技术,就无线网通领域而言,仍然是Wi-Fi、ZigBee、蓝牙甚至是3G与LTE等,至于有线方面,目前来看还是PLC(电力线通讯)与光纤为主。尽管过去这几年在产业界的论战与竞争相当激烈,但各大技术阵营的发展都有不短的时间,加上技术各有优劣与一定的市场基础,要让这些技术从市场上消失,应该也不是件容易的事,所以也就形成了共存的发展态势。

问题在于,即便这些技术共存,我们距离所谓的智慧家庭的愿景,还是有很长的一段路要走。归纳其背后的原因,不外乎是商业模式仍未成熟、网通技术之间的互通性太低、建置成本高与人机介面的易用性过低等原因,造成了智慧家庭仍是雷声大,雨点小的尴尬窘境。

然而,如果再进一步观察物联网与智慧家庭现阶段的发展瓶颈,你我大概都可以发现到,两者所面临的问题,其实相似度相当高。物联网本来就是一种从技术到终端应用的网通交互应用的概念,涵盖的范围极广,智慧家庭亦属于物联网诸多应用情境的一环,所以这也不难理解物联网与智慧家庭两者之间有着相当密切的关系。

目前物联网之所以还无法有爆发性的成长表现,一方面是系统所需的半导体元件成本过高的关系,另一方面是物联网产业涵盖的范围太广,产业界并没有统一的标准可供依归,所以这一年多来,不论是ARM或是高通都成立物联网联盟或是建立产业标准,试图解决目前标准混乱不明的情况,来加速整体发展的速度。

无独有偶的是,就在今年COMPUTEX刚落幕没多久,英特尔、三星与博通等大厂,公开宣布成立以开源为主体架构的物联网联盟,也就是开放互联联盟(Open Interconnect Consortium;OIC),成立的理由也与高通、ARM相仿,但产业界的标准一旦过多,再加上这些公司彼此之间大多又是居于竞争关系,短时间内要看到物联网的产业标准统一,恐怕有其难度。



图一 : 在物联网标准众多的情况下,短时间内要看到物联网大一统的局面恐有困难。(Source:高通)
技术除了互补 也有进化

不过,虽然物联网在短期内仍然见不到大一统的局面,但如同前面所谈到的网通技术,像是ZigBee或是蓝牙等,其技术特性本就不甚相同,但可以彼此互补来克服自身技术的先天不足,相关的讨论在过去的产业与媒体界也有相当完整的资料可供参考,这里就不?述。它们之所以能在产业界屹立不摇,主要也是因为这些技术在发展上已有不短的时间,进而累积了相当庞大的市场基础,所以短时间内要这些技术阵营消失恐怕有着相当高的难度。

当然,这些技术阵营也没有闲着,近年来都有相当程度的进展,以蓝牙为例,自从4.0版本具备了低功耗版本与提升资料安全等级后,一定程度地解决了蓝牙过去在功耗过高(与ZigBee相较)与资料保护过低的问题。而在4.1的版本又与LTE(长程演进计划)可以进行无缝整合,进一步提升资料传输量,整体来说,蓝牙能涵盖的应用的确增加了不少,这对于智慧家庭的未来发展也会有不少助益。

至于ZigBee在自动化领域的发展已有相当长的一段时间,从工厂自动化再逐渐进入到家庭自动化,所凭藉的是超低功耗与区域型的网状网路,在某一节点失效的情况下,该网路可以自动寻找替代路径,来完成整个网路所要肩负起的资料传递工作。不过,正如物联网所涵盖的应用范围极广,单一的技术特性,不见得适应于多元的应用情境,所以ZigBee联盟也针对不同领域制订出相应的规格板本。

2013年9月,ZigBee联盟推出了HA(Home Automation;家庭自动化)1.2的版本,它能提升智慧家庭在感测监控终端产品的电池寿命达七年左右的时间,同时在安装程序方面也尽可能简化其步骤,以提升系统整合业者的采用意愿。另外,该联盟也在去年推出了Smart Energy(智慧能源)Profile 2与针对IPv6部署的ZigBee IP等新规范。



图二 : ZigBee联盟在能源管理与智慧家庭方面,都有推出相关标准,希望能进一步拓展应用领域。(Source:homeauto.com)
互补之上 更要「无缝」接轨

就目前智慧家庭各类系统的设计实务上,产业界大多都认定智慧型手机将会扮演整个环境的控制中心,只要是能够连线的终端装置,都可以透过智慧型手机来了解状况。举例来说,冷气温度的调节可以透过ZigBee、Wi-Fi甚至是蓝牙进行控制,冰箱内的食物状况也能透过无线方式,将资料传到智慧型手机,以让使用者决定是否要进行购买或是烹调行为。

ZigBee所传输的资料极小,所需要的功耗也相当低,在考量到终端模组电池寿命的因素下,像是冰箱或是烟雾侦测器这类产品,选择ZigBee是相当合理的选择。但是,智慧型手机并没有搭载ZigBee模组,若要将这方面的资讯传输到手机中,在讯号传输路径上,就必须建置ZigBee与Wi-Fi整合的无线闸道器,透过闸道器与Wi-Fi将资讯传至手机中。所以近两年来,许多MCU(微控制器)业者也开始推出低功耗版本Wi-Fi、ZigBee与802.15.4相关协定整合的MCU产品,希望能以高度整合的系统单晶片(SoC)来简化其产品的设计流程。

像是智慧照明应用,我们常看到的家用LED灯泡应用,已经有不少半导体业者可以将ZigBee模组与电源控制等解决方案整合到相当小的电路板上,并直接整合进灯泡底座中,以完成系统设计。



图三 : 原则上,智慧照明会以智慧型手机为中心,会透过ZigBee与Wi-Fi协同传输控制讯号。(摄影:姚嘉洋)
不过,如果你只是进行影音串流存取的话,直接透过Wi-Fi向家里的NAS或是网际网路存取即可,无需透过无线闸道器的讯号转换来达成目标。简言之,不同的终端装置,不见得需要同一种无线技术来传输资料。

至于Wi-Fi,大体上已经可以确认,无线影音串流会需要5GHz,甚至是60GHz的频段,来进行高画质影音传输,这当然也是属于智慧家庭的一环。但回到前面所谈到的,若ZigBee讯号进入无线闸道器后,闸道器本身就必须启动Wi-Fi资料传输,智慧型手机才有办法针对整个居家环境进行控制。也就是说,各类网通技术彼此之间必须无缝接轨,在兼顾能源效率、系统成本、控制与使用方便度等因素,达到最佳化,如此才有可能实现智慧家庭的梦想与愿景。

结论

大家或许会问,智慧家庭实现的这一天,究竟何时会来临?这个答案其实没人说的准,但很明显的是,智慧家庭或是物联网所面对的问题相当类似,但也相当明确,既然有了问题,其实就不难找出答案在哪。

撇除应用服务与软体层面不谈,物联网的大一统或是网通技术之间的接轨,都是意味着智慧家庭的实现,必须要由产业界乃至于厂商们来克服。至于时间点为何?也许只能问这些科技大厂。但从各大技术阵营在技术上的努力不懈与厂商们建置物联网生态系统的积极度来看,相信这样的愿景已经不远了。



关键字:智能家庭

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2014/0902/article_36509.html
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