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HA/ZLL新規格助威 ZigBee站穩家庭自動化市場

2012-10-15
家庭自動化市場逐漸開展,吸引低功耗射頻技術競逐。其中,ZigBee聯盟針對家庭自動化與智慧照明控制系統推出的新規範,不僅解決ZigBee技術與裝置間的相容性問題,並獲得家電業者的青睞,促使ZigBee躍升家庭自動化應用市場主流技術。
家庭自動化發展更上層樓。今年CTIA無線通訊展中,高通(Qualcomm)、AT&T等業者為搶攻家庭自動化商機,紛紛推出新的產品與服務,由此可見家庭自動化發展已受到各界的重視。

家庭自動化應用範圍相當廣泛,舉凡家電控制、照明系統控制等皆含括在內,而智慧照明控制系統是近期家庭自動化中較受矚目的應用,不少業者皆已積極展開布局,如以蘋果(Apple)iOS系統為使用介面架構的Savant家庭自動化系統商,日前收購以住宅和商業空間照明控制製造商LiteTouch。

而為建立家庭控制品牌,許多自動化控制系統業者也有組織性的建立自有高階照明控制業務,相關產品並已陸續出貨,如AMX、Control4與Crestron等。

事實上,節能減碳是家庭自動化應用市場崛起的主因。In-stat報告預估,2012年單是亞洲家庭自動化服務的市場規模已超過50億美元。隨著資通訊技術(ICT)產品及各種無線技術越來越成熟,未來家電產品的管理將可更加便利,進而可減少能源的消耗。

值得注意的是,家庭自動化應用服務已開始與智慧型手機、平板裝置(Tablet Device)進一步整合,使用者可透過行動裝置控制,甚至遠端遙控家電,獲得更便利的使用者經驗。

低功耗優勢突顯 ZigBee站穩家庭自動化市場

家庭自動化商機崛起,也吸引各式無線通訊技術的加入,包括藍牙(Bluetooth)、無線區域網路(Wi-Fi)與ZigBee、Z-Wave等。其中,ZigBee以超低功耗特性並結合感測器,打造包括家電控制、智慧電網(Smart Grid)與智慧照明系統,成為目前家庭自動化市場發展主要的推手。

為打造完整的家庭自動化系統,ZigBee聯盟也針對家庭自動化應用推出各式規範,如ZigBee Home Automation即提供一個全球性的標準,讓產品可完全實現互通作業,是智慧聯網家庭中家電、照明、媒體、溫控、能源使用和安全領域的控制標準,同時也可直接連結ZigBee Smart Energy 2.0等其他ZigBee網路。

圖1 芯科實驗室無線嵌入式系統消費產品行銷總監Thomas Barber表示,該公司ZigBee平台新增的軟體能讓單一晶片支援多重網路,可降低物料清單成本。
芯科實驗室(Silicon Laboratories)無線嵌入式系統消費產品行銷總監Thomas Barber(圖1)表示,實現真正的智慧聯網家庭應用同時需要多種2.4GHz技術,例如Wi-Fi、ZigBee和藍牙等,各種技術可在其擅長的領域中發揮最大效用。

舉例而言,如針對影音串流等需要高頻寬的應用,Wi-Fi是最佳的選擇,不過Wi-Fi技術相當耗電,因此不適合用來建構無線感測網路。

此外,Wi-Fi的星狀拓撲較容易產生可靠性問題,尤其不利在各種機器對機器(M2M)通訊應用。而藍牙則是在感測系統網路節點布建的數量上有所局限,且該技術亦存在功耗的問題。

至於ZigBee技術則具有超低功耗的優勢,意味智慧聯網家庭的網路中可使用電池式的裝置,而且換一次電池即可用上好幾年。

Barber進一步指出,ZigBee技術也有高度安全性和可擴充能力,並可在單一網路中支援幾千個裝置,因此基於以上優點,ZigBee可成為家中無線感測器網路和M2M通訊的較佳選擇。

鉅景科技射頻系統封裝(RF SiP)事業處資深協理劉尚淳表示,ZigBee在家庭自動化的市場地位已然確立,但ZigBee感測器網路收集到的資訊若要傳輸至雲端,或是資料中心,仍須仰賴Wi-Fi路由器(Router)、家庭閘道器(Home Gateway)與後端網路銜接。

更重要的是,若手機與平板裝置要成為家庭自動化的遙控裝置,亦須透過Wi-Fi連接家庭閘道器,再與ZigBee網路串連。劉尚淳認為,若以Wi-Fi在各裝置的高滲透率來看,透過Wi-Fi實現行動裝置家庭自動化控制中心是最佳的方式,毋須再透過連接ZigBee網路,因為智慧型手機與平板裝置已經將Wi-Fi納為標準配備,但礙於Wi-Fi功耗仍偏高,現階段業界僅GainSpan推出可用電池供電的Wi-Fi晶片,卻仍不夠普及,因此ZigBee順勢成為家庭自動化主要技術。

劉尚淳透露,為順利連結行動裝置與ZigBee家庭自動化網路,近期Wi-Fi路由器或家庭閘道器業者已開始在產品中整合ZigBee接收器,以便解決不同網路的連接需求,讓家庭自動化服務更便利、完整。

ZLL標準加速智慧照明控制發展

為讓家庭自動化應用標準更加完整,ZigBee聯盟更進一步提出ZigBee Light Link(ZLL)規範。ZigBee Light Link是透過單一網路控制不同品牌廠商的照明產品,並且同時能與個人電腦、智慧型手機和平板裝置連結,有助於相關供應鏈的發展,以及加速智慧化照明與控制設備發展。

ZigBee Light Link是由奇異(GE)、Greenwave Reality、歐司朗(OSRAM)和飛利浦(Philips)等大廠,共同催生的無線通訊連結標準。未來採用ZigBee Light Link的節能燈泡、發光二極體(LED)燈具、感應器、定時器、遙控器與開關,毋須添加任何裝置,或對產品進行調整,即可接入網路,讓家庭或商務人士,輕鬆隨插即用,並透過其他裝置無線遙控照明系統。

圖2 德州儀器亞太區低功耗無線行銷經理何國東表示,針對低功耗射頻,該公司致力於ZigBee技術研發,除推出參考設計外,也擁有第三方單位合作資源,以進行客製化設計。
德州儀器(TI)亞太區低功耗無線行銷經理何國東(圖2)表示,目前ZigBee Light Link 1.0規格已發布五款通過認證的黃金測試平台產品,提供相關業者解決相容性問題。而德州儀器也獲選為其中之一的黃金認證平台成員,預計今年內將會看到搭載德州儀器ZigBee Light Link解決方案的終端產品問世。

芯科實驗室的ZigBee平台亦為ZigBee聯盟認證的五個黃金平台之一,該平台包括無線系統單晶片、網路連接軟體和開發工具,可協助業者順利設計和測試ZigBee Light Link產品。

Barber強調,智慧型照明為聯網家庭中的重要元素,預期在燈具大廠與晶片商的推動下,智慧照明應用領域在未來數年會有快速的成長,而芯科實驗室自然也不會錯過此一商機。

ZigBee聯盟統計資料顯示,ZigBee Light Link標準正式公布前,TRaC便已證實接到首批ZigBee無線通訊產品的測試訂單,分別來自德州儀器、愛特梅爾(Atmel)、Ember、歐司朗、飛利浦等。目前市場上符合ZigBee Light Link認證的商品已有十二種,包括遙控器和調光器,顯示ZigBee Light Link未來商機可期,也將加速智慧照明系統的發展。

藍牙4.0搶分杯羹

除ZigBee技術外,同樣利用2.4GHz、具備低功耗特性的藍牙4.0技術也積極搶進家庭自動化市場。海華科技無線通訊事業部產品行銷處協理李彥銳表示,行動裝置成為家庭自動化控制中心的趨勢,讓藍牙4.0技術有機會在家庭自動化市場搶下一席之地。

由於智慧型手機與平板裝置內建藍牙的比重增加,加上無線連結晶片商推出的組合晶片(Combo Chip)皆已內建藍牙、Wi-Fi,因此以低功耗藍牙構成的家庭控制網路,與Wi-Fi路由器連接時,業者可節省額外加入ZigBee收發器的成本,因此成為另一家庭自動化低功耗射頻技術的勢力。

不過,藍牙低功耗技術能否如ZigBee獲得家電或燈具大廠的支持,將是左右其未來發展的關鍵。李彥銳解釋,家庭控制市場中,被消費者透過無線技術控制的是家電或是燈具等產品,若這些產品製造商不支持藍牙技術,也無法實現家庭自動化應用。

換句話說,家庭自動化應用中,屬於被控制的產品製造商,才具備主導權,因此ZigBee規範已獲得較多燈具與家電業者的支持,為其家庭自動化市場發展注入一劑強心針。

晶片商強化ZigBee產品優勢

ZigBee成為家庭自動化主流技術的同時,晶片業者也積極布局。何國東指出,德州儀器針對家庭自動化應用,包括從協調器(Coordinator)、閘道器到終端裝置等,提供完整ZigBee軟硬體解決方案,並具備高度設計彈性。

在硬體方面,德州儀器推出整合微控制器(MCU)與ZigBee收發器的單晶片與雙晶片設計平台;軟體方面,則推出免費Z-Stack軟體,不但可提供熟悉ZigBee技術客戶自行編碼的彈性,同時也提供不了解ZigBee技術客戶網路處理器(Network Processor)選項,以縮短建立ZigBee網路的時間。

芯科實驗室則是透過購併Ember取得完整的ZigBee技術。Barber表示,Ember的ZigBee平台包含無線系統單晶片(SoC)和傳輸協定軟體,可滿足ZigBee Home Automation、Smart Energy和Light Link通訊協定。此外,芯科實驗室也提供ZigBee開發工具,結合晶片、通訊軟體和開發工具,提供符合客戶需求的完整ZigBee解決方案。

為提供智慧家庭更完整的通訊技術,未來芯科實驗室亦不排除跨入藍牙與Wi-Fi晶片產品的研發。Barber強調,目前芯科實驗室以互補式金屬氧化物半導體(CMOS)製程提供多種業界標準的2.4GHz無線技術,而ZigBee和sub-GHz無線技術等射頻解決方案,可符合正蓬勃發展的物聯網市場需求;若嵌入式無線技術市場對Wi-Fi和藍牙解決方案持續高度關注,芯科實驗室也可依據2.4GHz傳輸協定快速發展相關無線解決方案。

市調機構ABI Research預測,ZigBee應用產品在2012年的總出貨量,將占所有IEEE 802.15.4通訊協定標準技術的40%,而至2015年出貨量更將再成長50%。再以應用別來看,除ZigBee Light Link已有超過十種通過認證的產品問世外,ZigBee Home Automation規格則有六十六個應用產品問世,可提供消費者更多家用設備、燈光、安全及冷、暖氣空調系統的控制,更能達到節能省電的效果,並持續挹注家庭自動化系統發展動能。

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