ZigBee Input Device Wi-Fi Direct Bluetooth ZigBee 智慧型遙控器 Z-Wave RF4CE 智慧型電視 機器對機器 Wi-Fi 家庭自動化 智慧電網 M2M 物聯網 藍牙

新規格/技術特性助威 ZigBee搶搭M2M順風車

2011-08-15
在ZigBee聯盟陸續推出ZigBee RF4CE與Smart Energy 2.0規格後,ZigBee技術已跳脫以往因目標應用過於發散而導致市場進展牛步的窘境,並逐漸在家庭自動化與智慧電網等領域確立主流發展地位。不僅如此,為全面取代紅外線遙控技術,近期ZigBee聯盟更發布最新的ZigBee Input Device規範,鎖定3D眼鏡與電視連結的熱門應用,期更加站穩家庭自動化市場。值得注意的是,ZigBee目前仍面臨無線區域網路(Wi-Fi)與Z-Wave等無線短距技術進逼的威脅,亟待透過降低成本與多功能整合進一步提升競爭力。
在機器對機器(M2M)市場中,某些應用如智慧電網(Smart Grid)、家庭自動化控制等需要遠距與短距無線通訊的相互搭配,才能建立完整的網路,因此除了2G、3G模組逐漸受到重視外,短距無線通訊技術如ZigBee、藍牙(Bluetooth)與Z-Wave,以及屬於中程傳輸距離的無線區域網路(Wi-Fi)皆各有發展的空間,其中以ZigBee受惠最大。

圖1 恩智浦混合訊號ASSP與Jennic低功耗射頻解決方案資深行銷經理Tim Chen表示,ZigBee已漸奠定在智慧電網的發展基礎。
在M2M市場中,ZigBee業者普遍認為,目前ZigBee具備較大發展空間的應用在於智慧電網與家庭自動化控制系統,為搶攻商機,ZigBee聯盟(ZigBee Alliance)已陸續推出新的RF4CE與Smart Energy 2.0標準,ZigBee聯盟甚至和Wi-Fi聯盟(Wi-Fi Alliance)達成合作協議,將針對智慧電網應用的無線家庭區域網路(HAN)展開合作。兩聯盟合作最初將主要集中在ZigBee Smart Energy 2.0此一針對智慧電網家庭的新一代能源管理協議,透過此次合作,ZigBee Smart Energy 2.0預計也將應用於Wi-Fi技術領域,藉以擴大兩技術在智慧電網市場的地位。

購併捷力(Jennic)取得ZigBee發展技術的恩智浦(NXP)混合訊號特定應用標準產品(ASSP)與Jennic低功耗射頻解決方案資深行銷經理Tim Chen(圖1)表示,以IEEE 802.15.4在M2M應用中而言,ZigBee可取代RS232與RS485等單線非關鍵串列通訊,亦可應用於溫度、濕度與電子感測器等各類型的感測器,以及智慧電表、家庭自動化市場,此外,ZigBee未來的下一波重點市場將為醫療電子。

智慧電表為新興主力市場

圖2 愛特梅爾無線微控制器資深總監Oyvind Strom表示,在智慧電網應用中,ZigBee、電力線通訊和Wi-Fi都是主流技術。
過去ZigBee雄心過大,導致在各個應用領域不如預期,但受益於節能環保的風潮興起,美國歐巴馬政府宣布投入750億美元發展綠能與節能產業後,全球各國起而效尤,陸續投入智慧電網的布建,而發展初期欲以可布建網狀網路特性搶攻遠端抄表市場的ZigBee,即再度受到重視。

愛特梅爾(Atmel)無線微控制器資深總監Oyvind Strom(圖2)指出,由於世界各國,包括美國、中國大陸和歐洲,都開始轉向智慧能源和智慧電網的發展,因此這些地區或多或少都正在推出包含M2M技術的智慧電表產品,對能源流(Energy Flow)控制的需求是主要的市場推動力,這也是智慧電網技術在世界各地大規模開展的原因。Strom並表示,針對M2M應用,ZigBee的發展已經非常成熟,舉例而言,在美國,ZigBee技術的導入範圍已經達到數百萬米,隨著美國要求採用Smart Energy 2.0規範,ZigBee在M2M應用領域已經占據主要地位。

圖3 瓷微科技總經理曾明煌透露,該公司與合作廠商現正進行ZigBee SIM卡的研發,未來可望搶進手機化身為家中總遙控器裝置的市場。
瓷微科技總經理曾明煌(圖3)表示,事實上,由官方主導的智慧電表標案,由於須符合國家標準,除了標準嚴苛之外,取得並通過國家認證的過程亦須相當長的時間,因此瓷微科技將不涉入,而是著眼於建商、個人用戶等私人裝設的智慧電表市場。

取代IR ZigBee布局家庭自動化市場

ZigBee一路跌跌撞撞走來,終於確立家庭自動化的發展方向,對ZigBee發展而言,無疑是注入一劑強心針,鉅景科技RF SiP事業處資深協理劉尚淳(圖4)表示,在家庭自動化控制市場中,ZigBee主要目的即以RF4CE取代傳統的紅外線(IR)遙控器,原因在於,ZigBee技術可建置網狀網路、訊號不易被遮蔽,且隨著智慧型電視(Smart TV)的崛起,透過ZigBee技術,再搭配鍵盤與觸控螢幕亦可發展智慧型遙控器,可謂在家庭自動化市場,ZigBee RF4CE的市場契機相較於其他技術都來的大。

圖4 鉅景科技RF SiP事業處資深協理劉尚淳表示,ZigBee在家庭自動化市場具備先進者的發展優勢。
曾明煌指出,RF4CE已獲許多家電大廠的支持,未來出貨的白色家電中皆將配備ZigBee技術。此外,近期歐洲某家機上盒(STB)廠商的標單中,即規定機上盒產品須內建ZigBee技術,亦為ZigBee逐步取代紅外線遙控器的例證,雖然現有的家電產品無法支援ZigBee RF4CE技術,但隨著白色家電廠商持續出貨,RF4CE技術市占將可望持續攀升,最終取代紅外線遙控器。

劉尚淳並強調,一旦ZigBee RF4CE技術更為成熟之時,ZigBee便可全面取代紅外線遙控器;此外,ZigBee RF4CE價格亦是決定市場成敗的關鍵。

ZigBee搶灘遙控器/3D眼鏡市場

在挾RF4CE規格成功取代紅外線遙控器後,2010年底新完成的ZigBee輸入設備(Input Device)規格,也開始在市場攻城掠地,首波目標將瞄準快速成長三維(3D)眼鏡與電視連結應用,進一步站穩家庭自動化控制市場。

圖5 飛思卡爾全球消費聯網產品行銷經理Ryan Kelly表示,消費性電子與智慧電網將是ZigBee技術兩大應用市場。
飛思卡爾(Freescale)全球消費聯網產品行銷經理Ryan Kelly(圖5)表示,為搶搭3D商機順風車,ZigBee聯盟在2010年底推出新的ZigBee Input Device規格,該規格是專門應用於消費性電子產品和電腦配件等人機介面裝置的新全球標準,預期包含3D顯示器與3D眼鏡的互連,以及3D眼鏡左右眼訊號切換,甚至未來3D眼鏡與3D電視的連接,都可透過ZigBee Input Device規格達成,讓ZigBee RF4CE取代原本紅外線技術。

即便市場認為ZigBee RF4CE在數位家庭市場中遭遇Wi-Fi Direct、Z-Wave、藍牙(Bluetooth)等技術威脅,但由於其已取得市場先驅者發展優勢,因此在家庭自動控制市場,仍穩步成長,除已在取代紅外線遙控器方面大有斬獲外,也透過新的ZigBee Input Device規格積極搶攻3D應用市場。

Kelly指出,目前ZigBee RF4CE在消費性電子市場的應用尤以電視機遙控器為大宗,而一旦未來智慧電視大量普及,一般紅外線遙控器將難以順利控制,屆時RF4CE應用商機將大增,透過RF4CE再結合觸控技術,業者還可進一步發展所謂的智慧型遙控器,讓電視上網可更方便操作,同時也可控制其他家電產品,減少遙控器的數目。

除智慧電視將挹注RF4CE成長動能外,晶片價格的持續下滑,亦有助RF4CE市場的開展。Kelly指出,目前RF4CE的晶片價格約落在1美元,已創造RF4CE相當不錯的市場產值表現。根據統計,2010年RF4CE產值約為500萬美元,若未來晶片價格低於1美元,RF4CE市場將可快速起飛,預計至2015年產值規模將可達到1億2,000萬美元。

劉尚淳也指出,RF4CE技術已於數位家庭智慧遙控器市場發酵,而新的ZigBee Input Device規格將持續擴大ZigBee在數位家庭應用地位,打造更完整的ZigBee連接網路。一旦消費者對RF4CE的使用越來越順手,且建立習慣後,其他技術將難撼動其既有的市場地位。

爭食家庭自動化大餅 ZigBee/Z-Wave纏鬥不休

儘管ZigBee挾國際標準組織與眾多大廠支援,快速以新的RF4CE規格在家庭自動化控制市場攻城掠地,但同樣瞄準家庭自動化市場的Z-Wave技術亦非省油的燈,除在北美市場已占有一席之地外,也積極擴大晶片供應來源,讓雙方的競爭更加難分難解。

圖6 Sigma Designs Z-Wave市場行銷總監Mary Miller表示,目前Z-Wave首要重點在於家庭自動化市場,但該技術已開始擴展其他領域,如餐飲業。
在2009年購併Zensys後,Sigma Designs已是目前最主要的Z-Wave晶片供應商。Sigma Designs Z-Wave市場行銷總監Mary Miller(圖6)表示,ZigBee使用的2.4GHz頻段相當擁擠,存在Wi-Fi、藍牙等訊號干擾的問題,而Z-Wave則使用900MHz,不僅沒有干擾問題,且完全聚焦於家庭自動化市場,發展方向較ZigBee更為明確,因此在北美市場已有不俗的成績。

事實上,相較於ZigBee技術問世之初發展方向不明的情形,Z-Wave一開始推出即明確瞄準家庭自動化市場,因而讓該技術可領先ZigBee成為北美家庭自動化應用中短距無線通訊技術的佼佼者。

不過,雖然Z-Wave較早在家庭自動化市場卡位,但ZigBee後勢的成長力道亦相當驚人。瓷微科技業務部資深業務經理劉昭鑫指出,即便Z-Wave具備較早布局市場的優勢,但ZigBee聯盟有眾多大廠支持、技術亦為國際標準,相較於Z-Wave僅一家公司單打獨鬥,市場推廣效果很難全面性地與ZigBee聯盟抗衡,未來ZigBee技術仍將勝出市場。

圖7 意法半導體行銷經理楊正廉表示,北美市場已有Z-Wave/ZigBee整合的需求湧現。
除了標準組織的強大奧援外,ZigBee家庭自動化規範RF4CE技術也已底定,並獲得索尼(Sony)、Panasonic、三星(Samsuang)等日韓家電大廠的支援。意法半導體行銷經理楊正廉(圖7)表示,隨著ZigBee新規格陸續推出,因發展目標發散而導致初期進展牛步的情形已顯著改善,如RF4CE規範很明確的即是要取代傳統的紅外線遙控器或相關應用。

值得注意的是,為進一步做大Z-Wave市場規模,Sigma Designs日前也透過與晶片商Mitsumi合作,將Z-Wave技術授權其進行晶片生產,以增加晶片供應來源。此外,亦有業者提出將ZigBee與Z-Wave整合的發展需求。

楊正廉分析,從目前北美市場的客戶要求來看,ZigBee與Z-Wave雙模裝置的需求已逐漸興起。此一發展的背後原因,除可利用ZigBee技術的彈性與便於擴充的特性,讓Z-Wave使用者進行擴張外,更重要的是ZigBee的相容性已獲得國際組織認證,有助進一步將Z-Wave產品涵蓋範圍擴大。

Chen則表示,事實上,Z-Wave市場一直相當興盛;ZigBee開放式標準則由於牽涉到相關技術的支持廠商眾多,導致其發展速度始終落後於專屬標準(Proprietary Standard)。但如果ZigBee可被持續應用於智慧能源系統中,並具備更多獲得業界肯定的設計,特別是在北美、英國以及澳洲等地,ZigBee將可望成為M2M市場中的主流標準。

Miller進一步強調,以紅外線進行控制的裝置,皆為Z-Wave技術專注的焦點,而Sigma Designs的Z-Wave產品不但可讓用戶便於自行安裝外,該公司並提供完整的硬體與軟體服務予消費者,相信未來在無線技術的市場中,Z-Wave將獲得更多應用領域的青睞,如機上盒、智慧能源控制、醫療保健等。

Wi-Fi Direct來者不善 ZigBee家用市場再遇勁敵

除了面對Z-Wave的挑戰外,ZigBee RF4CE在家庭自動化控制市場的發展恐再添變數,包括藍牙與Wi-Fi技術陣營亦有意搶分杯羹,其中,又以Wi-Fi威脅性最大,一旦晶片商導入更先進製程,進一步優化成本與功耗後,Wi-Fi Direct將有機會挾其龐大使用群優勢,取代ZigBee FR4CE在家庭自動化市場的地位。

劉尚淳表示,Wi-Fi晶片目前普遍採用65奈米(nm)製程,但已有大廠如博通(Broadcom)、Qualcomm Atheros陸續推出45奈米產品,未來更有可能一舉進入20奈米製程,屆時,除成本可進一步降低外,功耗更可大幅縮減,在Wi-Fi的使用環境與資料傳輸率均更勝一籌下,Wi-Fi Direct未來取代ZigBee RF4CE的可能性並非不存在。

據了解,目前ZigBee晶片價格約在2美元,與Wi-Fi晶片價格相當,兩者的模組價格也在伯仲之間,因此,若未來ZigBee方案價格未能進一步下滑,市場發展將大受影響。劉尚淳進一步分析,ZigBee要站穩市場的重要關鍵將是成本,舉例而言,目前對於ZigBee需求較大的業者包括燈管與電器業者,若一般住家全數更換具備ZigBee技術的電器或燈管,市場規模將相當龐大,但現在ZigBee終端產品的售價,卻不免讓消費者與業者卻步,因此,若ZigBee晶片價格可低於1美元,模組價低於2美元,憑藉ZigBee可組成網狀網路的優勢,ZigBee RF4CE依舊大有可為。

劉尚淳認為,雖然ZigBee陣營推出RF4CE規範搶攻家庭自動化市場商機,但短距無線通訊市場充斥太多專為某些特定應用開發的無線技術,導致目前與ZigBee RF4CE應用市場雷同的技術太多,包括藍牙、Wi-Fi Direct與Wireless HD等,ZigBee RF4CE能否坐穩市場寶座,仍有待時間觀察。

另一方面,Wi-Fi Direct亦可能影響與ZigBee技術相近的Z-Wave,Miller明確表示,即便Wi-Fi晶片攻耗、價格續降,但仍將難以撼動目前Z-Wave所建立起來的家庭自動化市場地位。

劉昭鑫則認為,沒有一種無線技術可以滿足所有應用市場,ZigBee與Wi-Fi各有優勢,但也無法通吃M2M市場,分析M2M的需求,包括聲音、資料、影音的傳輸與低功耗,包括ZigBee與Wi-Fi皆無法完全滿足,更何況每一種M2M應用皆會找尋到最適切的技術以為支援,就如同家庭自動化市場中,ZigBee是目前最合適的技術。

鞏固市場地位 ZigBee業者各展所長

面對眾多技術的爭戰,以及廠商間的市場競爭,ZigBee業者紛紛提出新的產品規畫,Chen指出,看好中國大陸物聯網商機,恩智浦近期將以開源授權方式提供其JenNet-IP超低功耗IEEE 802.15.4無線連接網路層軟體,作為物聯網實施計畫的一部分。

近年來,大眾對物聯網的興趣與日俱增,在物聯網中,每台設備各自擁有一個IP位址,可透過連結安全網路進行監視和控制。然而,目前物聯網普及化所面臨的主要障礙來自於不同應用須配合不同的網路軟體,因此藉由以開源授權為基礎的JenNet-IP網路層軟體,可為眾多開發者和用戶提供支援,恩智浦致力於簡化多種設備中增添智慧連結和雙向通訊功能的流程,為住宅和工業環境建立一套跨多種應用的無線連結標準。

楊正廉則表示,為鞏固市場地位,以及與Wi-Fi Direct競爭,意法半導體將推出更具價格競爭力的整合微控制器(MCU)ZigBee晶片,與單一ZigBee收發器晶片,以配合已擁有強大功能微控制器產品的客戶。

ZigBee結合感測器開拓新商機

除了現有的家庭自動化、智慧電網、3D眼鏡與未來的醫療電子等應用領域外,ZigBee廠商也不斷尋求新的市場契機。曾明煌指出,顯示器內建ZigBee模組後,可應用於貨架上的產品價格、內容的標示,透過ZigBee技術,店家可隨時更新產品介紹與促銷價格,可節省紙張標籤的使用,並取代條碼資料。甚至ZigBee可結合無線射頻識別系統(RFID),使單純的標籤增加物流管理的功能。

劉昭鑫補充,台灣廠商的規模遠不及國外ZigBee業者,因此須要尋求更多的利基市場,在M2M龐大的商機中,ZigBee的應用範圍可謂相當廣泛,但瓷微科技並不全面性的投入各個ZigBee應用領域,而是弱水三千僅取一瓢飲,鎖定瓷微科技有利基點的應用發展。此外,該公司並仿效聯發科於山寨手機的市場布局方式,亦即提供ZigBee統包解決方案(Turnkey Solution),並視客戶應用需求於ZigBee模組中整合感測器或顯示器。

Chen亦認為整合感測器是ZigBee未來發展的一大重點,舉例而言,恩智浦推出的GreenChip智慧照明解決方案,即為結合JenNet-IP軟體技術與感測器,以實現節能照明網路,且智慧照明方案能透過智慧手機、平板裝置(Tablet Device)、個人電腦(PC)或電視監視和控制家中的每台設備,甚至可管理智慧型辦公室、整棟建築和整座工廠。

劉尚淳表示,尋找更特殊、市場規模不大,但更多元的應用與不局限於單一應用市場,將是台灣ZigBee廠商站穩市場腳步的重要關鍵,看好中國大陸物聯網市場,舉凡汽車遙控與防盜鎖、互動玩具等皆是ZigBee可進軍的商機。目前,鉅景已開發內建ZigBee技術的Wi-Fi路由器,並推出整合感測器的ZigBee發光二極體(LED)照明控制模組,以期進一步擴大ZigBee市場應用範圍。

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