智能家居居頭功 無線通信技術三國鼎立

　　隨著智慧居家的興起，過去一年來，無線網(wǎng)絡技術的演進也受到了矚目，在未來數(shù)年，Wi-Fi、Bluetooth及ZigBee這三個標準，仍是會三分天下。

　　去年開始，智能居家及物聯(lián)網(wǎng)的應用，又被重新矚目，主要有下列三個原因：

　　一、無線網(wǎng)絡科技的快速成長：使得無論是需要高帶寬的設備，或是支持設備的同時連接數(shù)目，都比以前呈倍數(shù)成長，使得萬物連網(wǎng)的概念更容易。

　　二、智能手機的普及：讓一般消費者習慣用手機來控制所有東西，解決了以前需靠遙控器來設定或操控的不便性(過去需要多個遙控器或是一個超級復雜的萬用遙控器)。

　　三、云端運算的成熟：讓許多應用可以透過網(wǎng)絡來連接及運算，家中就不用安裝一個昂貴又需要24小時開機的網(wǎng)關。

　　無論是智能手機及云端運算，都是每個人日常生活中每天所接觸的事物，比較容易理解，但是網(wǎng)絡技術的變遷就不是那么司空見慣。所以接下來筆者希望可以深入淺出地介紹過去一年來，無線網(wǎng)絡技術的演進以及對智慧居家的影響。

　　無線網(wǎng)絡技術的演進

　　Wi-Fi 802.11ac

　　早在2011年，802.11ac就發(fā)布了第一個草案，但是正式版本卻在2014年1月才定案，但是2014年一定案，就馬上造成轟動。主要原因是蘋果的大力支持，從Mac Air到iPad Air2到iPhone 6，蘋果的新設備都義不反顧地立即支持802.11ac，除了顯示出蘋果始終保持領先的地位的決心，更重要的是果粉使用蘋果設備的主要應用都以影音為主，而影音串流在家中使用，由于2.4G此頻段的泛濫使用，干擾非常嚴重，播放非常不順暢。

　　如果有興趣而且是使用安卓手機的話，可下載此A p p-NETGEA R W i F i Analytics，掃描一下附近的無線的SSID，就可發(fā)現(xiàn)你周遭存在有多到超乎你想象的2.4G無線路由器，因此筆者許多朋友以為家中上網(wǎng)速度變慢，只要增加ADSL速度即可，后來發(fā)現(xiàn)主因還是家中的路由器只支援2.4G，而在2.4G頻段上有太多路由器同時使用造成干擾，讓上網(wǎng)速度變慢，更換成支持802.11ac的路由器后，并將家中的iPad及iPhone切換至5G頻段，上網(wǎng)速率便大大地改善，如果家中的舊型筆電不支持5G，也只要添購802.11ac網(wǎng)卡接到筆電也可大幅改善。不過802.11ac對于智慧家居的改進，不只是5G頻段的使用，還有下列幾個特色：

　　一、 波束集中(BeamForming)技術的標準化

　　由于無線網(wǎng)絡主要的管制機關為FCC(臺灣為NCC)，為了避免電磁波對人體的影響，功率有一定的限制，在功率限制下如何提高無線收訊率，及減少死角，波束集中技術就成為802.11ac所采取的技術，它會將無線訊號集中波點，也吻合了現(xiàn)今家庭用戶，在家中愈來愈少使用筆電及桌機，而改采用手持式裝置的趨勢。

　　二、 支持同時多人多裝置的數(shù)據(jù)收發(fā)

　　以前在802.11n的設備雖然支持MIMO(多天線同時收發(fā))，例如：路由器有搭載4支天線，所以當你使用支持MIMO的筆電連接路由器時，MIMO功能會同時透過4支天線傳輸你要的數(shù)據(jù)到你的筆電，所以使用者會立即感受到無線速率的提升，但是它只能同時支持單一使用者，也就是同時有多個使用者要下載文件，或觀賞影音，那就會有人產(chǎn)生lag的現(xiàn)象，而這些問題，只要改用802.11ac的路由器，配上支援802.11ac的終端設備，就迎刃而解，家中同時有爸爸看電影，有老婆看韓劇，小孩玩在線游戲(這是筆者家中真實應用寫照)，都不會有不順暢的現(xiàn)象發(fā)生了。

　　所以Wi-FI的802.11ac解決了智慧家居中的影音娛樂的需求的問題，也解決了多設備同時連接的問題(舊型的無線路由器無法連接超過20個無線裝置)。而且Wi-FI為了支持物聯(lián)網(wǎng)，更開始制定傳輸距離更遠的802.11ah，目標是在1公里以上的傳輸距離，希望仍可傳輸100kbps以上的數(shù)據(jù)試圖挑戰(zhàn)ZigBee及Z-Wave，由于Wi-Fi的普及性降低了芯片成本，及設定的方便性，在未來幾年，802.11ah有可能變?yōu)閆igbee的最大挑戰(zhàn)者。

　　低功率藍牙

　　低功率藍牙(Bluetooth Low Energy)加入戰(zhàn)局-低功率藍芽已成為穿戴式裝置上必備的功能，從小米手環(huán)到Apple Watch，都成為其主要的通信鏈接網(wǎng)絡，由于它可以讓手機可以直接連結終端設備(Wi-Fi還需要經(jīng)過路由器來連接)，所以相對簡化了連接設定步驟，藍芽組織為了支持物聯(lián)網(wǎng)在4.0時提出低功率BLE的標準，在4.2版更顯示了他們企圖心，加入對IPv6的支持，此功能可讓藍芽裝置直接上網(wǎng)。

　　你可想象以后的小米手環(huán)或Apple watch不用透過手機就可以直接連上Internet，可見藍芽技術聯(lián)盟搶進智慧家居及物聯(lián)網(wǎng)的決心，由于藍芽芯片的成本遠低于Wi-Fi芯片，及軟件開發(fā)上也簡單許多，對于簡單無需傳輸大量數(shù)據(jù)的智慧居家產(chǎn)品，藍芽4.2將是另一個物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡傳輸媒介。

　　ZigBee

　　祖父級的Z i g B e e在1998年就由H o n e y w e l l公司組成的ZigBee聯(lián)盟開始制訂標準，在2001年納入IEEE的802.15.4標準中，到了2005年開放了第一個ZigBee的公開標準。ZigBee在制定之初，便朝向物聯(lián)網(wǎng)前進，所以定義了可支援到65,000個節(jié)點的內網(wǎng)，也定義了物理層(PHY)、媒體層(MAC)，及網(wǎng)絡層(NWK)跟應用層(APL)，更可支持星型/樹型/網(wǎng)型的網(wǎng)絡拓撲，當某節(jié)點當?shù)?，還可透其他節(jié)點來路由封包，其完整性幾乎等于T C P / IP+Ethernet的組合。

　　但也帶來相對的復雜性，使得Z i g B e e一直待在工控領域，而不受家用產(chǎn)品的青睞，由于它的數(shù)據(jù)格式并不兼容于主流的筆電、手機、平板等家用產(chǎn)品，所以必須透過一個Hub(集線器)，連結到家中所有ZigBee設備，另一端再透過有線網(wǎng)絡或Wi-Fi無線網(wǎng)絡鏈接到家中路由器，也有些業(yè)者設計出ZigBee gatway(網(wǎng)關)，讓所有ZigBee設備透過此網(wǎng)關，可以直接連上Internet。

　　無論如何，它設定及安裝復雜性遠遠超過Wi-Fi及藍牙，但是ZigBee天生的優(yōu)點就是省電及傳輸距離長，5mA的功耗，讓一顆鈕扣電池就可維持一個ZigBee傳感器運作數(shù)月到一年，因此在智慧傳感器及智慧燈泡等家用控制設備，仍是無可取代的通訊標準。

　　三國鼎立

　　在未來數(shù)年，這三個標準，仍是會三分天下，在數(shù)據(jù)傳輸量大的設備，Wi-Fi為必需之選擇，在移動式低能耗裝置藍牙為無可取代，在固定低能耗低傳輸率的傳感器，ZigBee仍有一席之地。

　　而這三個組織，還是會不斷地在制定更新的標準，在可預見的未來，仍是難分勝負，而可以預知的未來趨勢，則是智能家居的無線連結使用上會更簡單，成本更低廉，在多媒體傳輸上會收訊更好，速度更快，在家用控制上，會更省電，更容易設定，唯有符合上述使用者的需求的無線標準才能勝出。