智能家居互通有望 网状网络营造住居整合基础

2020年，每个家庭将会有多达50个装置连上网络，且联网的标准不仅限于Wi-Fi，还会有蓝牙(Bluetooth)、Zigbee、Thread等技术，促使网状网络需求一触即发。如果能解决破碎化的问题，不同标准的互操作性、不同设备的整合、智能家居联网前景可期。
　　家庭中联网装置与数据传输量逐年攀升，家电产品像是空调、游戏机、电视和无线喇叭等用品都将连上网络，根据GSMA报告指出，2012年，每个家庭大概有8个终端产品会链接到Wi-Fi路由器(Router)，而2020年，每个家庭将会有高达50个装置链接上网，且联网的标准不仅限于Wi-Fi，还会有蓝牙(Bluetooth)、Zigbee等技术相继出现，促使网状网络(MeshNetworking)需求一触即发。
　　Computex2017大致来说延续过去几年的产业发展趋势，物联网(IoT)是近几年必定谈论的重点，随着家中联网装置越来越多，未来几年这些装置预计也将从现阶段的破碎化各自独立连网，发展到结构化的网状网络，加上产业这两年的几个关键进展，如智能语音助理，让厂商不约而同嗅到联网智能家居的商机蠢蠢欲动，纷纷提出家庭无线连结解决方案。
　　智能家居蓄势“再”发
　　智能家居从被提出到现在已经超过20年，但其间不乏大厂戮力投入，不过截至目前为止，大致而言是失败的，而从网络架构来观察，大概是透过无线个人网络(WPAN)如蓝牙，与无线局域网络(WLAN)如Wi-Fi，控制网络如采用802.15.4协议的Zigbee、Thread等，这些标准发展成熟，通常都是运作于2.4GHz或Sub-GHz频段，并且具备低成本的整合解决方案，也支持网状网络架构。
　　另外，AmazonEcho在2016年窜起，成为智能家居控制中枢，掀起一股智能语音助理的开发风潮，DialogSemiconductor产品营销经理同伟指出，该公司推出的低功耗智能家居解决方案就支持AppleHomeKit开发平台，另外，包括Google与Amazon预期是此领域三大平台，除了开发的便利性与支持度之外，终端应用上，语音助理Alexa、Siri、GoogleAssistant使用便利性与服务的丰富度也是决胜的重点。
　　从实际应用情境来看，高通创锐讯(QualcommAtheros)产品管理部门资深总监HugoSwart表示，联网家庭应用其实就是一个具体而微的物联网，也由于IoT应用破碎化的特性，不同标准的联网装置会出现在同一个环境中，未来长距离广域网应用的智能三表：水表、电表、瓦斯表也会是家庭联网的终端节点之一，可以整合这些不同标准网络装置的技术/厂商，就很容易脱颖而出。
　　高通资深副总裁暨连接技术业务总经理RahulPatel表示，在物联网的带动下，正使得家庭自动化的连接技术与网络架构急速也转换，联网标准、垂直领域的生态系统以及输出与控制的平台皆有所不同，各家厂商选择各自喜好的阵营，无形中垫高家中网络的复杂度，更进一步提升用户网络使用难度。
　　家庭无线联网各显神通
　　Computex2017包括Qualcomm、芯科科技(SiliconLabs)、DialogSemiconductor与安谋国际(ARM)等厂商都积极提出家庭无线连结解决方案，以下就针对各家的技术与产品简要介绍：
　　ARM
　　嵌入式处理器核心授权商ARM，针对物联网时代，除了该公司的专长处理器之外，也推出从软件、硬件到云管理平台的mbed，包括系统底层mbedOS以及云平台mbedCloud，再透过并购的方式成立无线通信事业部，提供物联网所需的短距离与中长距离无线传输技术IP。
　　ARMmbed计划始于英国剑桥，主要是与芯片商以及开发板厂商合作，提供物联网装置开发的高度整合性以及安全性，mbed目前约有25万名开发者，ARM物联网事业群亚洲市场总监潘劭齐表示，透过mbed希望开发者更能由统一的云平台管理，为装置进行统一管理与韧体更新；而mbedOS也提供物联网所需的连接性，从短距离包括蓝牙低功耗、以太网络、Wi-Fi、Thread等，到长距离的4G与NBIoT，都提供完整的资源。
　　ARM的嵌入式核心近年发展顺利，已经在业界建立起非常高的品牌知名度，该公司无线通信事业部技术营销经理窦振诚表示，Cotex与Radio合起来就是Cordio，这个解决方案支持蓝牙、Zigbee与Thread标准，应用领域同样锁定在智能家居与穿戴式周边。另外，智能家居联网的应用中，也包含部份长距离的应用需求，Cordio-N就是针对NB-IoT的IP。
　　走向物联网时代，智能家居很可能是多网络、多标准、多规格混合的应用环境，ARM特别针对短距网络与长距离网络提出解决方案，就是看好这些应用的市场潜力，所以也可能发生在同一个节点中同时有短距与长距离传输需求的现象，因此设计上有机会共享同一个运算核心，并整合不同的无线电(Radio)IP，让节点的设计可以更简单、成本更低、整合度更高。
　　Qualcomm
　　家中网络复杂度提高，对一般使用者来说，像是家中长辈的使用挑战变大。也基于此，网络服务商需要花费许多时间教导民众使用网络，间接花费许多客服电话和到府维修的成本。为降低联网复杂度与客服成本，网络服务商应提供消费者更健全的联网架构做为因应策略。
　　高通资深副总裁暨连接技术业务总经理RahulPatel谈到，网络营运商的需求有三点，第一、需要可以自动启动与修复问题的平台；第二、保障网络环境的安全与个人隐私；最后则是提供可以覆盖家中整体范围的网络架构。
　　为此，高通推出一款结合众多技术的高通网状网络平台方案(QualcommMeshNetworkingPlatform)，可因应上述营运商的三大诉求，协助OEM厂商与宽带电信业者能够提供新世代联网住宅体验。搭载高通网状网络平台的装置将可设计用来为家中各种智能家居装置提供稳健且一致的连接功能，并提供包括语音控制功能、中控式管理与防护以及各种电信商等级网络必备的网状系统功能。
　　Patel指出，2016年以前MeshRouter使用量很低，但随着网络复杂度的攀升，刺激MeshRouter的需求成长，2016年底采用MeshRouter占了23%，预估2017年秋季将会有更多联网产品进入家中，预计2017年底将有50%消费者购买MeshRouter的相关产品，而标准型Router使用量则会逐年下降。
　　另外，高通也提出以QCA4020三频系统单芯片(SoC)构成物联网集线器(IoTHub)的智能家居解决方案。QCA4020支持蓝牙5低功耗版本、双频Wi-Fi、IEEE802.15.4，包括Zigbee、Thread，方便IoTHub整合区域内所有居家装置。高通也将Google的语音方案支持纳入，未来用户只需透过手机向IoTHub下语音指令，即可将新添购的装置新增至家庭网络中，简化繁复的设定流程。另外，QCA4024则是支持蓝牙5低功耗版本和802.15.4，为功能精简低价版本，应用于终端节点(Node)。
　　SiliconLabs
　　专注于家庭自动化、连接照明、穿戴式装置和工业物联网的多重协议、多重频段应用，SiliconLabs于Computex展示EFR32xG12WirelessGecko解决方案，功能上强调RF性能、强化的安全加密加速器、更大的内存容量选择、内部电容式触控及额外的低功耗周边和传感器接口。
　　SiliconLabsIoT产品资深策略市场经理JasonRock说明，EFR32xG12系列支持Zigbee和Thread网状网络、Bluetooth5和专有无线协议。SiliconLabs藉由优化其无线协议堆栈架构实现不同网络协议间的高效切换。例如，设备制造商可以利用单芯片透过智能手机上的Bluetooth来部署和配置装置，之后使其加入Zigbee或Thread网状网络，以连接几十甚至数百个终端节点。
　　为确保IoT安全性，EFR32xG12SoC包含了第二个内部安全加速器，以专门用于多重协议无线电和NIST认证的真实随机数生成器(TRNG)。此额外的硬件加密区块以最新的安全算法运行，相较于传统的软件建置可提供更高性能和更低功率。JasonRock强调，联网装置的安全性越来越重要，Thread标准加入更多安全防护规范，防止物联网的黑客或网络安全危害。
　　DialogSemiconductor
　　智能家居应用包罗万象，Dialog针对该公司投入的应用分为四类，同伟说，第一类控制应用包括智能插头(SmartPlug)、智能照明(SmartLighring)、遥控器(RemoteControl)等，第二类安全应用包括智能门锁(SmartDoorLock)、门窗传感器(DoorandWindowsSensor)、检烟器(Smoke/CO)，第三类能源应用包括空调(HVAC)、控温器(Thermostat)、传感器(Sensor)，第四类舒适应用包括智能家电(SmartAppliance)、感应标签(ProximityTag)、信标(Beacon)等。
　　以上这四类应用分别有不同的要求，同伟解释，安全性应用重视可靠度、安全、低功耗、小型化与快速反应时间，能源应用重视的面向则是可靠度、安全、低功耗、先进传感器支持、小型化等，舒适性应用则要求可靠度、安全、低成本、先进传感器支持、快速反应时间，控制类应用则强调可靠度、低成本、小型化与快速反应时间。
　　目前Dialog在已经提供支持蓝牙标准的DA1458x系列与DA14680产品；DA1458x系列功耗低、尺寸小且系统成本较低，适合Beacono与感应标签等较为简易的应用。DA14680则是一个穿戴式装置单芯片解决方案，整合蓝牙、微控制器(MCU)以及充电功能，只须搭配传感器与电池即可完成一个完整的穿戴式解决方案。
　　综上所述，物联网的复杂环境与破碎化应用特性，是目前推动的一大瓶颈，所以先专注于范围相对较小，但与每个人生活息息相关的家庭，应该是一个可以突破的方式，如果能解决破碎化的问题，不同标准的互操作性，不同设备的整合，在家中发展一个完整的网状网络，届时智能家居的愿景就不再只是口号，甚至有助于未来更大型物联网的应用与发展。