决战智能家庭 ZigBee/Thread/蓝牙驳火 来源:新电子 发布时间:2015-02-06 725浏览
智慧家庭联网技术争霸战愈演愈烈。随着智慧家庭应用商机日益成形，蓝牙、Thread与ZigBee三者间的角力战也逐渐浮上台面；其中，蓝牙和Thread近期更是攻势连连，因此ZigBee联盟已着手研拟新的发展策略，以摆脱腹背受敌的窘境。 智慧家庭“钱”景闪耀，吸引ZigBee、Thread及蓝牙(Bluetooth)技术阵营竞相抢进，引爆激烈战火。特别是蓝牙技术，挟着在智慧型手机等行动装置极高的搭载率和4.0版低功耗优势，正积极朝向支援网状网路(Mesh Network)和网际网路协定(IP)架构发展，并已于近期接连发布4.1和4.2版新标准，为已在智慧家庭耕耘已久的ZigBee技术造成不小威胁。 不仅如此，由Google旗下知名智慧家庭装置开发商Nest所力拱的Thread技术，也以迅雷不及掩耳的速度兵临城下；且在2014年10月开放招收会员后，短短不到3个月的时间，就吸引超过五十家厂商加入，足见产业界对此一新兴技术的重视程度。 面对蓝牙和Thread技术来势汹汹的攻势，ZigBee联盟也已宣布将统整先前所有ZigBee Pro的应用规格(Application Profile)，打造ZigBee 3.0新标准，以降低ZigBee应用开发的门槛，吸引更多业者采纳。不过，由于ZigBee 3.0标准目前仅是草案阶段，最快要到2015年第四季才会定案，因此给了蓝牙和Thread趁隙而入的机会。三方隔空交火的局面，势将愈演愈烈。 抢攻智慧家庭 IP/Mesh支援是关键 事实上，现今智慧家庭的应用发展已渐具雏形，特别是在美国和欧洲市场接受度更高。调研机构Berg Insight指出，北美为全球智慧家庭发展最快的地区；预估2014年智慧家庭户数约七百九十万户，较2013年跃增70%，2019年更将达到三千八百二十万户，占北美总家庭户数比例高达28%。同期间，欧洲智慧家庭户数则将由二百七十万户成长至二千九百七十万户(图1)。 图1 2013∼2019年北美与欧洲智慧家庭数量分析 资料来源：Berg Insight(12/2014) 2015年初的国际消费性电子展，亦可感受到智慧家庭应用热烧的气势。无论是三星(Samsung)、Lowe's、博世(Bosch)、Belkin、D-Link等知名大厂，或原本即专精于家庭自动化市场的Kwikset、iDevices、iHome等业者，以及许多小型新创公司，皆竞相针对智慧家庭应用推出各种创新产品，成为今年展会的一大热门焦点。 现阶段来看，ZigBee无线连结技术由于最早进入智慧家庭市场，因而已占得一席之地，尤其在家庭自动化应用采用的比例更高，带动该技术方案需求在近几年大幅成长。 图2 芯科实验室台湾区总经理宝陆格(左)认为，ZigBee和Thread各有所长若能互补将可开创新局。右为台湾区资深应用工程师林仕文 芯科实验室(Silicon Labs)台湾区总经理宝陆格(图2左)表示，ZigBee在智慧家庭的发展已行之有年，产品稳定度已显着提升，加上投入厂商数目增加，带动晶片成本下降，因此ZigBee产品出货量从2014年开始已节节上升，目前正值蓬勃发展的阶段。许多美国有线电视营运商为增加营收来源，已纷纷利用ZigBee技术提供居家安全监控如门窗开启侦测、照明灯具控制等服务；此外，欧洲亦有许多大型水表、电表、瓦斯表建置案系采用ZigBee做为用户端资料传输途径。 宝陆格进一步分析，ZigBee针对家庭自动化领域已有完整的规格定义，加上其具备网状网路和多达上万节点数的支援能力，极适合须要布建大规模感测器的联网应用，因而受到智慧家庭市场青睐。 然而，要进一步实现物联网万物互连的远景，智慧家庭的网路环境不能只靠网状架构，还须同时具备IP网路支援能力，方能让各式联网装置彼此无缝相连，甚至与云端系统相结合。也因此，能否兼容网状网路和IP网路，已成为ZigBee、蓝牙和Thread三大无线技术争夺智慧家庭联网技术主流宝座的角力重点。 从标准进展的状况来看，蓝牙是现今最快兼备网状网路和IP网路支援能力的技术，且相关标准皆已发布；而Thread虽也同时拥有这两项特色，但第一版标准预计要到2015年5月底才会发布；至于ZigBee新的3.0版标准则尚未纳入IP支援。 4.2版IP方案添柴薪 蓝牙发展“羊”“羊”得意 随着支援IPv6通讯协定的蓝牙4.2版标准问世，无线连结晶片商正一窝蜂投入新一代蓝牙方案研发，期以更佳的IP网状网路连结能力和更高的安全性，扩大抢攻智慧家庭、穿戴式电子和信标(Beacon)装置等应用领域，以壮大蓝牙在物联网的地位，并促进蓝牙在物联网市场的渗透率，于2015年大幅跃升。 图3 蓝牙技术联盟产业暨品牌行销资深总监Errett Kroeter(右)提到，蓝牙4.2可支援数万节点。左为大中华区技术市务经理吕荣良 蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)产业暨品牌行销资深总监Errett Kroeter(图3右)表示，物联网已成为通讯产业众所瞩目的焦点，包括Thread、蓝牙和ZigBee相关标准组织无不加紧脚步研拟兼具低功耗、低成本、高安全性且易于连结的IP网状网路规范。其中，蓝牙技术联盟在4.2版标准中，已加入IPSP(Internet Protocol Support Profile)规格，可支援IPv6/6LoWPAN网路架构，以协助晶片商和系统厂加速实现万物互连解决方案。 事实上，蓝牙4.0版本发布后，已大大满足物联网应用所需的低功耗无线连结设计需求；而2014年底出炉的蓝牙4.2版更揭橥新的里程碑，可在极低功耗的前提下，将IP网状网路具备的高连结性、高安全性发挥得淋漓尽致，2015年有望在家电自动化控制、智慧照明、健身/医疗穿戴式电子和Beacon等应用市场再下一城。 蓝牙技术联盟大中华区技术市务经理吕荣良(图3左)补充，蓝牙4.2版除支援IPv6网路架构外，亦引进128位元先进加密标准(AES)引擎，同时将封包资料长度从25位元延展至250位元，提高十倍封包容量，更进一步满足物联网应用对资料安全及传输效率的严格要求，因而受到意法半导体(ST)、Nordic半导体及剑桥无线半导体(CSR)等晶片大厂，以及众多通讯模组和系统厂的青睐。 据悉，蓝牙晶片供应商大多可在新版标准发布后的6?9个月推出新产品，因此预估蓝牙4.2版晶片、模组和终端产品最快将于2015年中登场，并快速在物联网市场攻城掠地。 Kroeter指出，在蓝牙4.2版的推波助澜下，整体蓝牙装置的市场规模也可望在2018年暴增至四十九亿部；其中，内建蓝牙4.0版本以上方案的穿戴式电子、Beacon装置、消费性电子和智慧家庭(含照明)市场成长最为亮眼，2013?2018年的年复合成长率将达到77～232%的高水准。 尽管蓝牙在物联网领域还面临Thread和ZigBee两大劲敌，但Kroeter认为，Thread目前仅有暂定标准，后续发展还有待观察；至于ZigBee的认证产品数量与蓝牙相比，犹如小巫见大巫，对于希望达成广泛连结、高互通性的物联网应用开发商而言，选用蓝牙系大势所趋，因此可预见蓝牙未来的成长表现将格外突出。 虽然蓝牙联盟对该技术的发展前景信心满满，但由于其传输距离较短，未来能否建构出可靠且大规模的网状网路仍有待观察。此外，蓝牙目前仅针对医疗应用有较完整的规格定义，其余应用规格则尚未完备；再加上蓝牙纳入IP支援后，架构上会有明显的变动，是否会造成晶片成本增加，亦是往后必须留意的问题。 ARM/Google相挺 Thread技术气势如虹 不让蓝牙专美于前，Thread凭着Google在背后撑腰，以及处理器矽智财大厂安谋国际(ARM)相挺，近期声势也日益高涨，不仅会员数急遽增加，日前更宣布与UL合作，为相关产品进行认证，可望加速应用市场起飞。 不仅如此，有鉴于新创公司是智慧家庭创新应用的重要推手，Thread联盟还计画在2015年第一季发起一项创新计画，未来每一季将自申请加入该联盟的新创公司名单中挑选出一家，让其免费加入会员，以扶持规模较小但具有创新研发构想的公司，进而激发更多Thread技术应用的想像。 资策会智通所感测网路与智慧电网中心组长黄国峰认为，Thread可说是和ZigBee相似度最高的竞争技术，不仅两者都主打家庭联网应用，且皆以IEEE 802.15.4为基础，竞争态势相当明显。 宝陆格提到，随着物联网发展热潮兴起，市场对于能打造IP网状网路的技术方案需求已愈来愈殷切，而Thread同时兼具IP架构与网状网路的支援能力，是其先天的最大优势，可简化家庭路由器(Router)设计，并减轻软体开发的负担，让资料传输过程更为便捷，因而快速受到各界关注。 芯科实验室台湾区资深应用工程师林仕文(图2右)进一步解释，现阶段使用者若要以手机控制家中搭载ZigBee技术的联网装置，须透过路由器将手机发送的控制指令转成ZigBee可懂的语言，因此路由器的软体设计较为复杂；而透过在802.15.4的晶片上执行可支援IP架构的Thread软体堆叠，则用户端与装置端因为都具备IP支援能力，所以路由器可以快速将两者串连，大幅简化转译流程。 为加快采用Thread技术的产品问世，Thread联盟已携手UL展开产品认证流程规画，同时UL也和Granite River实验室合力开发测试治具，让产品开发者从建立、测试到完成认证皆能一路顺畅；预计2015年6月底，Thread产品认证服务即可上路。 迎战Thread/蓝牙 ZigBee拟纳入IP支援 眼看着蓝牙和Thread阵营步步进逼，ZigBee联盟亦未坐以待毙，除推出ZigBee 3.0应战外，也已研拟在下一新版本中纳入ZigBee IP，以在智慧家庭市场站稳脚步。 黄国峰表示，ZigBee 3.0最大的进展，是将过去ZigBee Pro所定义的ZigBee Home Automation、Light Link、ZigBee Building Automation、ZigBee Retail Services、ZigBee Health Care及ZigBee Telecom Services等应用层规格统一，企图吸引更多厂商采用，扩大智慧联网版图。 至于ZigBee IP则系ZigBee联盟针对智慧能源领域所开发的技术标准，又称为ZigBee Smart Energy 2.0，可支援IPv6和网状网路，极符合物联网应用需求。然而，由于ZigBee Pro在智慧家庭应用市场已有不错发展基础，加上考量到ZigBee 3.0若要纳入ZigBee IP，恐将造成硬体开发商额外负担，因此ZigBee联盟日前发布的ZigBee 3.0仅先就ZigBee Pro进行升级。 不过，黄国峰透露，有鉴于物联网对于IP网状网路技术的需求将日益殷切，ZigBee联盟亦已积极针对下一代标准纳入ZigBee IP进行讨论。目前业界还没有明确押宝哪一技术阵营，倘若ZigBee 3.0未来能朝向IP发展，将可一举拉开与其他竞争技术的差距，成为智慧家庭市场最具竞争力的无线连结标准。 宝陆格则认为，ZigBee Pro针对各种智慧家庭应用，已有一套相当完整的应用层(Application Layer)定义，而Thread则拥有IP架构的软体堆叠优势，因此若能将ZigBee在应用层上的发展经验移植到Thread技术上，可望能为物联网无线连结技术开创新的局面。
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