在前一期新通訊元件雜誌中，與讀者分享了目前ZigBee國內外廠商的狀況，而本期將介紹與ZigBee呈現競爭與互補的數個平台，並針對家庭自動化市場進行分析及討論。
ZigBee近似技術所在多有
可與ZigBee競爭的技術並不少，不過一般以IEEE 802.15.4為界線，區分為IEEE 802.15.4延伸平台與非標準平台。如ZigBee、U-NET、MiWi就隸屬IEEE 802.15.4延伸平台，或稱標準平台；至於非標準平台則包括Z-wave、Insteon等。
早期ZigBee鎖定之應用較為千變萬化，不過最近ZigBee聯盟(ZigBee Alliance)已大致將其應用收斂到家庭自動化、建築物自動化以及工業自動化三大項。
針對家庭自動化這一區塊，眾所關心的是檔案(Profile)的進度，這使得很多現存生產家庭電器的廠商卻步不前。目前ZigBee聯盟所開放的是燈光照明部分，不過燈光照明僅為整個家庭自動化控制(Home Automation Profile，亦稱Home Control Profile)之一部分。
至於建築物自動化與工業自動化，則因應用節點數較多，廠商必須證明其網路穩定性才有機會。也因此，最可能先出現大量應用的市場，目前全部指向家庭自動化，而依照ZigBee目前的技術水準，攻入家庭自動化市場也並非難事。
ZigBee應用市場拓展不易
目前正在規畫的ZigBee應用檔案(ZigBee Application Profile)包括：家庭控制(Home Automation, HA)、工業用監控(Industrial Plant Monitoring, IA)、商業大樓自動控制(Commercial Building Automation, BA)、自動抄表(Automatic Meter Reading, AMR)、電信服務與行動商務(Telecom Services/M-commerce)、無線感測網路(Wireless Sensor Networks)、個人與家用醫療照護(Personal, home and hospital Care)。
朝著家庭自動化鋪路，的確是重要方向，只是在家庭自動化風潮尚未蔓延前，投入ZigBee的廠商勢必要找尋其他的應用市場。不過，困難的是，若投入AMR、BA及IA，卻將立刻碰到節點數的挑戰，門檻依然難以跨越。
舉例來說，在AMR領域，最大的好消息是，美國最大的AMR業者CellNet宣布加入ZigBee聯盟。除此之外，2007年巴黎也決定在2009年7月前，完成全市的遠距抄錶設備。值得一提的是，巴黎市計畫採用的ZigBee加GPRS自動抄錶系統，不但可能是全球將ZigBee應用於AMR上的首例，更計畫自GPRS的抄錶中心連接至四十三個ZigBee節點。此外，更驚人的是，這個系統最終串起了二十七萬個水電錶。
事實上，就一般的認知，ZigBee一個個人區域網路(PAN)理論上的定址能力只有接近六萬五千個，而該系統使用約五千個PAN以完成這項需求。然而對廠商來說，原本要購買二十七萬個GPRS模組加上服務費，而現在只需要五千個GPRS模組加上服務費，成本降低為原先的1/54，確實是一個不錯的解決方案。
在中國，目前ZigBee真正投入的市場，反倒是當初始料未及的市場，而這些市場更是廠商自行開發出來的應用與自行牽成的商業合作模式。
事實上，某些應用並不必然須要等待檔案準備好才開始設計，許多潛在需求只希望一個堪用的無線區域網路，而這些需求的複製性也高，相關領域的現存業者則苦於無簡單的方案從有線轉成無線。
在上述市場裡，最有利的就是協議堆疊(Stack)開發商，他們可以針對客戶的現場空間調校出最適合的網路組態並進行布建安裝。而在檔案未釋出前，系統整合商(SI)也有許多機會專注於客製化程度高的案件。惟其應用變化過多，系統整合商須挑選並專注於某些複製性高的應用，方能收到最大邊際效應。
U-NET提供穩定低價方案
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| 圖1 U-NET平台層級架構圖 |
U-NET是達盛電子所推出的網路協議規格，其目的是提供一個穩定且低成本的網路協議方案，精簡並強化ZigBee網路功能。
U-NET採用ZigBee的樹型網路演算法，而將網格狀網路演算法刪除。同時，為了加強樹型網路之穩定性，U-NET增加了樹型網路的自我修復功能，使得呈現出的效果與網格狀網路毫無差異，但因省下網格網路所需的資源，因此得以降低系統成本。
路由器(Router)在微控制器(MCU)加上射頻(RF)的成本，在小量的價格就可以達到3美元以下，這樣的低成本結構，亦能加強ZigBee樹型網路提供客戶穩定的網路。
目前U-NET的第一代開發套件已問世，對於購買其開發套件的使用者得以完全免費，也是目前市面上少數完全不收取使用權利金的協議堆疊。
U-NET01目前可以支援一百點以內的應用，同時達盛電子提供數個版本的長距離射頻模組供客戶選擇，可支援500公尺及超過1,000公尺的應用。
U-NET底層採用IEEE 802.15.4的實體(PHY)層及媒體存取(MAC)層，網路層則為U-NET層，用戶可直接控制網路層進行網路組建與封包收發。其平台層級架構圖如圖1。
U-NET01針對ZigBee進行的補強包括：
集中式的網路智慧致使路由器與終端裝置成本有效降低，同時在大多數的應用中，協調器可為個人電腦或是搭載強大運算功能與豐富記憶體的嵌入式設備。以家庭自動化與建築自動化來說，家庭自動化的協調器應位於外部高速網路接入點，因為要連外控制必須有實體IP，可能是無線區域網路(WLAN)閘道(Gateway)；或是智慧家庭的中央樞紐，可能是機上盒(STB)或是多媒體中心等24小時插電的設備；建築物自動化的協調器應位於建築物內中央控制單元，如保全人員所在的監控主機，24小時不斷電，具有連外網路。在這種系統資源假設下，協調器完全有能力處理極端複雜的網路優化演算法。 由於許多應用市場所需的解決方案，ZigBee在成本或是網路特性上並不能滿足其需求，加上ZigBee協議堆疊過度複雜，小型的系統整合公司缺乏調校網路層特性改成混合型網路、並使之突破50點的能力，往往只能徒呼負負，因此U-NET的定位是在這一類多樣、簡單、便宜且客製化程度高之處，並計畫補足ZigBee未能照顧的市場。
此外，U-NET的方針是尋求與現行的應用層規格進行合作，而非自行定義新的應用層，並以無線取代有線的機會為主軸，同時與協同開發催生新應用並行，這也是U-NET與ZigBee最大不同所在。
MiWi降低RAM需求
MiWi是由Microchip所單獨定義及開發的網路協議堆疊，該公司除了提供免費的ZigBee協議堆疊外，同時也對其客戶供應免費的MiWi協議堆疊。MiWi的優勢在於其精簡的協議能夠使ROM/RAM的需求大幅降低，同時大幅開放相關資料，讓許多用戶在評估階段能夠詳細的閱讀相關資料，並對Microchip之產品產生信心。
Microchip並未針對其開發板進行整體的包裝而使之成為一體的開發套件，MiWi的開發板多為單獨零售。不過憑藉著Microchip在微控制器界優秀的形象，以及免費協議堆疊的策略下，還是有為數不少的人選擇使用Microchip的開發板進行開發。
Microchip之前是使用Chipcon之CC2420做為射頻方案，未來Microchip將會推出其自己的射頻晶片(RFIC)MRF24J40做為其平台之PHY以及MAC層。MRF24J40預計將於2007年底量產。
Z-wave市場策略精準
Z-wave是由丹麥公司Zensys所一手主導的無線組網規格，Z-wave聯盟(Z-wave Alliance)雖然沒有ZigBee聯盟強大，但是Z-wave聯盟的成員均是已經在家庭自動化領域有現行產品的廠商。尤其是國際大廠思科(Cisco)與英特爾(Intel)的加入，也強化Z-wave在家庭自動化領域的地位。
Z-wave鎖定的技術平台就是家庭自動化，Z-wave的角色即為替代現行的X-10規格，目前已經有X-10與Z-wave共生的橋接器產品出現。而衍生出的產品琳瑯滿目，在國外許多喜歡自己動手做(DIY)的家庭自動化用戶也都開始注意並使用Z-wave。
在技術面上，Z-wave從原本的9.6Kbit/s提升到40Kbit/s，並宣稱提升後原本的9.6Kbit/s能與40Kbit/s共存。在節點數方面，一個Z-wave網路可支援兩百三十二個點。
Z-wave使用的路由協議是源路由(Source Routing)，在源頭發出封包就可以直接在封包內指定詳細路由的路徑。這個做法大大省去每個節點花在路由上的資源。Z-wave的第三代晶片ZW0301，其中微控制器核心使採用六倍速8051架構，搭配32KB的Flash ROM以及256KB的SRAM。耗電流方面，睡眠模式是2.5微安培，接收23毫安培，發射在0dBm輸出下是36毫安培。不過由於頻帶選定在868/908MHz，這樣的耗電仍稍嫌偏高。
雖然Z-wave未臻完善，但其鎖定了正確的市場，並將自己的產品與Windows系列產品結合，Zensys提供Windows開發用的動態連結資料庫(Dynamically Linked Library, DLL)，設計者可直接調用該DLL內的API函數(Application Program Interface, API)來做PC軟體設計。
尤其PC與遙控器的使用者介面才是使用者直覺產生使用者經驗的媒介，加上產品造型的工業設計與質感，更是提升價值所在之處，而這些都是所有Z-wave 聯盟廠家願意投資的領域。而其餘的技術，都由平台提供商負責，使得Z-wave的客戶可以專心致力於提升並加強使用者經驗。
Insteon瞄準低階市場
Insteon與Z-wave均為800M～900MHz頻段的低速家庭自動化解決方案。Insteon所瞄準的市場比Z-wave較低階，其晶片技術架構比起Z-wave更為簡單，但Insteon系統可以將電力電源線系統與射頻系統共用。
Insteon網路在本質上比較偏重與電力電源線系統的結合，其射頻設備在開闊地只有約50公尺。Insteon系統最貼近使用者的優勢是Insteon直接與X-10系統兼容。已經在家裡使用X-10系統的用戶可以購買Insteon的混合型設備(Hybrid Device)，混合型設備兼具有Insteon無線與電力電源線功能，功效如同網路橋接器。
Insteon的路由方式使用重播演算法(Repeating Algorithm)，事實上這種算法穩定性很低，幾乎每次發包都會造成區域性的廣播暴風(Broadcast Storming)。但因其鎖定的是低端售價市場，因此穩定性要求相對不高，加上可將部分聯網的問題丟回給電力電源線網路處理，只須選定某些必要的無線設備採用射頻即可。
Insteon採直接販售終端產品，這些產品均由Insteon的姐妹公司Smarthome所提供，系統整合廠可以直接採用這些設備組合成應用系統，因此可以立刻滿足系統整合商在開發上的需求。對於電子設計開發方面，Insteon提供樣機開發用模組(Prototyping Module)，此模組可供硬體開發用。軟體開發方面，Insteon提供開發套件(Development Kit)可供用戶自行開發軟體。
殺手應用仍待尋覓
嚴格來說，家庭自動化是智慧家庭(Smart Home)中低速網路的部分。整體而言，目前在亞洲地區，智慧家庭的先驅是韓國與日本，其中以韓國對智慧家庭的投入最深，也是最有可能先在智慧家庭綻放光芒的地區。
韓國國內存在著電力電源線傳輸(Power Line Communication, PLC)與ZigBee的競爭，不過韓國家庭自動化廠商不太能接受非標準的解決方案，這是因為在韓國力推智慧家庭的多為一線大廠。
針對韓國市場，雖然其市場大，但市場封閉，外來廠商幾乎沒有機會，且隨著該國產品與解決方案成熟，還可能會投入到全世界。目前一線大廠如樂金(LG)與三星(Samsung)，其產品整合後，對於建商將有能力提出高複製性的整套完全方案(Total Solution)。
整個智慧家庭市場預計在2008至2009年會有巨幅成長，廠商必須提前推出產品，驗證完畢並找出配合建商才有機會。
目前國內許多建商，其高端之智慧家庭建案皆標榜至韓國取經；而台灣目前尚無廠家專心布局在智慧家庭的完全方案。以目前的進度來說，台廠的步調可以說是過度謹慎。
不過要談布局，有幾個重點須要注意：
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整個智慧家庭由高速網路與低速網路構成，自動控制多屬低速網路，而傳輸影音則屬於高速網路。事實上低速網路聯外所最常使用的網際網路，正是高速網路的一部分。
此外，例如視覺門鈴這類的系統，也有可能在該設備上同時存在著高低速網路的硬體，因此高低速網路必須協調完善。最好的狀況，是由同一個供應商以全套完整方案對建商供貨。而部分智慧家庭方案目前只有低速網路，高速網路部分則多半是網路監視器為主，兩個網路再在網際網路之路由器上接合。 |
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智慧家庭的人機介面尚須要處理幾件事，包括安裝與設定、使用者於屋內或屋外遠距操作，都有重大差異。
安裝與設定可以由專人服務，但萬一系統不正常動作而用戶無法自行排除時，則會帶來極差的使用者經驗。另外，由於用戶很可能希望自行調整設定，因此最好可分為用戶模式與專家模式。
屋內操作部分，使用者在屋內可能透過PC、觸控螢幕或甚至PDA進行操作，而三者都需要親和力強的圖形化互動式介面，或加入一些創新應用，才能真正對客戶產生實用性與依賴性。
在進行屋外遠端操作時，在屋外的使用者會透過網際網路、手機簡訊或是答錄機型式的控制來操控屋內設備。這部分的介面須同時注意安全性、實用性與親和性，且此部分是智慧家庭的主要功能之一，因此在家庭保全端必須加強設計。 |
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針對現今智慧家庭的需求族群來說，亞洲地區因為地小人稠，中等收入戶的房屋規模不大，同時社區治安有專人負責，因此以中高收入戶為銷售對象的建案，比較會考慮以智慧家庭為銷售主題。
相反的，在歐美地區由於地廣人稀，許多人喜歡DIY做家庭自動化。因此在歐美，家庭自動化的DIY市場非常大。單一控件或是單一應用的亞洲廠商，除了外銷歐美之外，將市場定位在本土開架市場可能不會有任何機會，當然若是步入價格戰則另當別論。 |
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對建商來說，採用無線或有線型式的解決方案並沒有太大影響。當然成本會是首要考量，但整體設備所呈現出的質感，可能比起技術細節要來的重要。在亞洲，面對以建商為主軸的銷售模式來說，必須先找出特別的應用，對屋主產生吸引力才有機會。而且在這種銷售模式下，互通性對承包到該建案的系統整合業者來說反而不利，原因是互通性使得建商可直接於市面購回設備建置，而毋需系統整合商。因此系統整合業者勢必要搶占市場先機。
舉例來說，如果2008至2009年是智慧家庭的關鍵期，則系統整合業者早應於2007年選定方案、製作樣機，並開始經營其品牌形象。事實上，目前大部分預備投入這一塊市場的廠商，鮮少跳出既有框架，尋得創意和質感，也難以找到產品的真正競爭力。針對本土性的市場，業者們仍應紮根目標、投入資源，深耕品牌，才是真正務實的做法。 |
對於ZigBee來說，找出該技術最有可能的殺手應用可能是最應完成的任務。先針對該應用進行技術與市場的分析，在定位出前幾個殺手應用後，再找出最有影響力的參與者，並隨時注意用戶所面臨的問題，以避免這些問題大幅延後市場起飛的時間。
事實上，原本業界即估計2007年可看到ZigBee市場抬頭，不過由於鎖定的最大塊市場--家庭自動化，遲遲未能釋出檔案，ZigBee規格又出現版本不兼容的改動，加上節點數不足的問題更令人頭痛，因此同樣有人預期ZigBee的起勢可能會延遲到2010年左右。
總之，可以預見的是，2008至2010年將是各家技術投入到家庭自動化混戰的時機，假如ZigBee未能在這段時間取得勝利，則2010年這個時間點仍極有可能再往後拖延。
(本文作者任職於達盛電子)