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智能家居居頭功無線通信技術三國鼎立

发布时间:2019-10-12 15:21:09

  随着智慧居家的兴起,过去一年来,无线络技术的演进也受到了瞩目,在未来数年,Wi-Fi、Bluetooth及这三个标准,仍是会三分天下

  去年开始,及物联的应用,又被重新瞩目,主要有下列三个原因:

  一、无线络科技的快速成长:使得无论是需要高带宽的设备,或是支持设备的同时连接数目,都比以前呈倍数成长,使得万物连的概念更容易

  二、智能的普及:让一般消费者习惯用来控制所有东西,解决了以前需靠遥控器来设定或操控的不便性(过去需要多个遥控器或是一个超级复杂的万用遥控器)

  三、云端运算的成熟:让许多应用可以透过络来连接及运算,家中就不用安装一个昂贵又需要24小时开机的关

  无论是智能及云端运算,都是每个人日常生活中每天所接触的事物,比较容易理解,但是络技术的变迁就不是那么司空见惯所以接下来笔者希望可以深入浅出地介绍过去一年来,无线络技术的演进以及对智慧居家的影响

  无线络技术的演进

  Wi-Fi 802.11ac

  早在2011年,802.11ac就发布了第一个草案,但是正式版本却在2014年1月才定案,但是2014年一定案,就马上造成轰动主要原因是苹果的大力支持,从Mac Air到iPad Air2到iPhone 6,苹果的新设备都义不反顾地立即支持802.11ac,除了显示出苹果始终保持领先的地位的决心,更重要的是果粉使用苹果设备的主要应用都以影音为主,而影音串流在家中使用,由于2.4G此频段的泛滥使用,干扰非常严重,播放非常不顺畅

  如果有兴趣而且是使用安卓的话,可下载此A p p-NETGEA R W i F i Analytics,扫描一下附近的无线的SSID,就可发现你周遭存在有多到超乎你想象的2.4G无线路由器,因此笔者许多朋友以为家中上速度变慢,只要增加ADSL速度即可,后来发现主因还是家中的路由器只支援2.4G,而在2.4G频段上有太多路由器同时使用造成干扰,让上速度变慢,更换成支持802.11ac的路由器后,并将家中的iPad及iPhone切换至5G频段,上速率便大大地改善,如果家中的旧型笔电不支持5G,也只要添购802.11ac卡接到笔电也可大幅改善不过802.11ac对于智慧家居的改进,不只是5G频段的使用,还有下列几个特色:

  一、 波束集中(BeamForming)技术的标准化

  由于无线络主要的管制机关为FCC(台湾为NCC),为了避免电磁波对人体的影响,功率有一定的限制,在功率限制下如何提高无线收讯率,及减少死角,波束集中技术就成为802.11ac所采取的技术,它会将无线讯号集中波点,也吻合了现今家庭用户,在家中愈来愈少使用笔电及桌机,而改采用手持式装置的趋势

  二、 支持同时多人多装置的数据收发

  以前在802.11n的设备虽然支持MIMO(多天线同时收发),例如:路由器有搭载4支天线,所以当你使用支持MIMO的笔电连接路由器时,MIMO功能会同时透过4支天线传输你要的数据到你的笔电,所以使用者会立即感受到无线速率的提升,但是它只能同时支持单一使用者,也就是同时有多个使用者要下载文件,或观赏影音,那就会有人产生lag的现象,而这些问题,只要改用802.11ac的路由器,配上支援802.11ac的终端设备,就迎刃而解,家中同时有爸爸看电影,有老婆看韩剧,小孩玩游戏(这是笔者家中真实应用写照),都不会有不顺畅的现象发生了

  所以Wi-FI的802.11ac解决了智慧家居中的影音娱乐的需求的问题,也解决了多设备同时连接的问题(旧型的无线路由器无法连接超过20个无线装置)而且Wi-FI为了支持物联,更开始制定传输距离更远的802.11ah,目标是在1公里以上的传输距离,希望仍可传输100kbps以上的数据试图挑战ZigBee及Z-Wave,由于Wi-Fi的普及性降低了芯片成本,及设定的方便性,在未来几年,802.11ah有可能变为Zigbee的最大挑战者

  低功率蓝牙

  低功率蓝牙(Bluetooth Low Energy)加入战局-低功率蓝芽已成为穿戴式装置上必备的功能,从小米手环到Apple Watch,都成为其主要的通信链接络,由于它可以让可以直接连结终端设备(Wi-Fi还需要经过路由器来连接),所以相对简化了连接设定步骤,蓝芽组织为了支持物联在4.0时提出低功率BLE的标准,在4.2版更显示了他们企图心,加入对IPv6的支持,此功能可让蓝芽装置直接上

  你可想象以后的小米手环或Apple watch不用透过就可以直接连上Internet,可见蓝芽技术联盟抢进智慧家居及物联的决心,由于蓝芽芯片的成本远低于Wi-Fi芯片,及软件开发上也简单许多,对于简单无需传输大量数据的智慧居家产品,蓝芽4.2将是另一个物联的络传输媒介

  ZigBee

  祖父级的Z i g B e e在1998年就由H o n e y w e l l公司组成的ZigBee联盟开始制订标准,在2001年纳入IEEE的802.15.4标准中,到了2005年开放了第一个ZigBee的公开标准ZigBee在制定之初,便朝向物联前进,所以定义了可支援到65,000个节点的内,也定义了物理层(PHY)、媒体层(MAC),及络层(NWK)跟应用层(APL),更可支持星型/树型/型的络拓扑,当某节点当掉,还可透其他节点来路由封包,其完整性几乎等于T C P / IP+Ethernet的组合

  但也带来相对的复杂性,使得Z i g B e e一直待在工控领域,而不受家用产品的青睐,由于它的数据格式并不兼容于主流的笔电、、平板等家用产品,所以必须透过一个Hub(集线器),连结到家中所有ZigBee设备,另一端再透过有线络或Wi-Fi无线络链接到家中路由器,也有些业者设计出ZigBee gatway(关),让所有ZigBee设备透过此关,可以直接连上Internet

  无论如何,它设定及安装复杂性远远超过Wi-Fi及蓝牙,但是ZigBee天生的优点就是省电及传输距离长,5mA的功耗,让一颗钮扣电池就可维持一个ZigBee传感器运作数月到一年,因此在智慧传感器及智慧灯泡等家用控制设备,仍是无可取代的通讯标准

  三国鼎立

  在未来数年,这三个标准,仍是会三分天下,在数据传输量大的设备,Wi-Fi为必需之选择,在移动式低能耗装置蓝牙为无可取代,在固定低能耗低传输率的传感器,ZigBee仍有一席之地

  而这三个组织,还是会不断地在制定更新的标准,在可预见的未来,仍是难分胜负,而可以预知的未来趋势,则是智能家居的无线连结使用上会更简单,成本更低廉,在多媒体传输上会收讯更好,速度更快,在家用控制上,会更省电,更容易设定,唯有符合上述使用者的需求的无线标准才能胜出

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