藍牙/ZigBee/Thread搶進　網狀網路催化物聯網成長

事實上，主流協定中最早引進網狀網路的概念來自於ZigBee。於2004年，ZigBee首次發布並基於IEEE 802.15.4標準的低功耗網狀網路，被用於許多成功的智慧家庭產品，包括來自飛利浦和歐司朗的連網燈，並且還廣泛部署在美國與英國的智慧儀表應用中。隨後，2015年Thread也推出基於IEEE 802.15.4標準的網狀網路，背後有Nest和Google的撐腰，使Thread聯盟得到了很大的推動。 

繼藍牙技術聯盟網狀網路正式發表後，ZigBee隨後宣布推出ZigBee PRO 2017無線網路規範，可同時支援sub-GHz和2.4GHz頻段，滿足物聯網設計的彈性和連結性，實現智慧裝置之間網路的互通性。 

sub-GHz/2.4GHz雙頻通吃　 ZigBee PRO搶進IoT市場 

ZigBee聯盟技術副總裁Victor Berrios表示，ZigBee PRO 2017是理想的無線解決方案，可在不同建築物、商務園區、大型設施、城市和場館之間建立大型物聯網網路架構，解決鋼筋混凝土和鋼釘等產生的連接問題。此技術在智慧家庭、智慧建築和智慧城市領域隱藏巨大潛力。 

ZigBee PRO是一項底層網路技術，為獲得ZigBee 3.0互通性認證的完整堆疊(Full-Stack)裝置提供支援。隨著ZigBee PRO的推出，ZigBee成為首款能夠同時支援兩個工業、科學和醫學(ISM)頻段的網狀網路，滿足區域要求的sub-GHz 800~900MHz頻段以及全球通用的2.4GHz頻段。此雙頻模式(Dual Band)選項，可為希望使不同建築物、城市和家庭內的裝置得以互相連結的製造商、市政當局以及消費者提供靈活性和設計選擇。 

事實上，基於ZigBee PRO 2017網路規範的裝置已應用於歐洲最大的工程專案，此方案由政府授權正在英國各地區進行部署，計畫在2020年之前，向約3千萬家庭推廣智慧電表。根據所實現的消費者節能和降低的能源需求計算，預計淨收益有望達到150億美元。ZigBee PRO 2017專案源自於為商業、能源與工業戰略部(前身為能源與氣候變化部門)推出智慧電表/煤氣表的專案，其需要同時支援2.4GHz和sub-GHz頻段的ZigBee裝置。 

產品製造商可利用ZigBee PRO 2017構建使用支援多個頻段的單一網路的裝置，以應對周圍物理環境的挑戰。整合sub-GHz功能後，可支援物聯網網路適用於智慧室外照明等多種用例，例如，在需要監測廣泛環境條件的零售環境和資料中心之類的設施中使用，以及部署於惡劣的環境中。ZigBee PRO 2017網路規範提供一系列核心優勢，包括更長距離、降低電力消耗以及藉由低資料率應用實現運營成本降低，涵蓋從家庭監控和自動化到智慧型儀表和聯網照明的廣泛應用。 

圖1 ARM無線通訊事業群技術行銷經理竇振誠認為，現階段2.4GHz頻段雜亂不堪，導致頻段內各種通訊互相干擾情形嚴重，故ZigBee PRO 2017推出雙頻機制，期能藉由sub-GHz頻段分散一些干擾問題。

根據Parks Associates資料顯示，到2020年，美國市場將售出逾4.42億台消費性聯網裝置，包括娛樂、行動、醫療和智慧家庭等聯網裝置。Parks Associates物聯網戰略總監Tom Kerber提及，隨著聯網產品數量和布建範圍的擴張，物聯網市場已經度過了早期使用階段，網路可靠性變得至關重要。雙頻模式無線電和sub-GHz頻率將提供可靠的網路解決方案，有效覆蓋全球各種各樣的結構和建築類型。 

ARM無線通訊事業群技術行銷經理竇振誠(圖1)認為，由於2.4GHz頻段目前處於非常雜亂的時期，其頻段內包含Wi-Fi、藍牙、Thread和一些Proprietary技術，導致頻段內的通訊互相干擾問題嚴重。也基於此，ZigBee推出ZigBee PRO 2017，嘗試將一些應用引導至sub-GHz頻段，避免掉干擾問題。 

但相對而言，整合兩種頻段就會產生一些技術設計上的挑戰。竇振誠談到，2.4GHz和sub-GHz頻段的天線設計不一樣，若晶片開發商希望同時設計出支援兩種不同頻段的晶片，將會提升其晶片設計複雜度。 

圖2 Silicon Labs亞太地區資深市場經理陳雄基表示，不同通訊協定執行指令時，須仰賴Dotdot翻譯指令，進而行使動作。

為進一步促進基於ZigBee PRO 2017的產品，該聯盟推出其ZigBee產品認證計畫，以確保為系統開發人員、服務提供者及其客戶提供優質、可交互操作的ZigBee裝置。目前，利用ZigBee技術構建物聯網可使創新企業進入高速成長的市場，使他們踏上成熟、可靠的邁向物聯網通用語言(Dotdot)的發展之路，並促進成百上千個投資並設計基於ZigBee的網路技術組織之間的合作。 

Silicon Labs亞太地區資深市場經理陳雄基(圖2)表示，對於開發者而言，Dotdot有一個Control Classic Library，當一個設備收到不同訊號後，到底設備應該對應做甚麼動作，即是仰賴Dotdot完整定義。舉例來說，某個開關發出一項指令，設備如何理解得知指令的內容，就是倚靠Dotdot「翻譯」需要執行的動作。 

陳雄基進一步談到，在智慧家庭應用中，不僅只有簡單開關的指令，同時還有很多不同的部分。以燈來說，不僅只有開關燈具，也會有調整燈光顏色、亮度的操作。而這些指令，都會於Dotdot內規畫一套完整的定義，對於開發者來說，若能將這整套通用的語言，移植到Thread或其他技術，在應用層就具備統一的標準。 

搶進智慧家庭應用　 藍牙於亞太地區大放異彩 

隨著藍牙技術聯盟推出的藍牙Mesh功能後，是否會對ZigBee和Thread競爭帶來強大的衝擊？ 

竇振誠表示，若以長遠來看藍牙技術的推陳出新，勢必會對既有的ZigBee與Thread技術帶來龐大影響。以亞洲或大中華地區來看，對於基於802.15.4標準的ZigBee與Thread投資程度並不深，在智慧家庭應用場景，大多廠商採用藍牙或自有協定為通訊標準。可預見未來藍牙Ｍesh功能越來越成熟後，藍牙的接納度又會再更高一些。 

藍牙技術聯盟亞太區資深市務經理李佳蓉表示，以2017年全球藍牙技術聯盟會員數量來看，有將近三分之一的會員來自於亞太地區，其中，中國會員人數與成長幅度最高。 

竇振誠分析，亞太地區的藍牙技術導入智慧家庭產量高過ZigBee與Thread許多，其因可追究為歷史演進的因素。過去北美與歐洲地區較早開始投入智慧城市開發，而當時選擇不多，加上其時的藍牙也不是非常成熟的技術，正好基於802.15.4標準的特性，就是該標準原生即為一個Mesh網路，可延展的通訊範圍廣泛，因此像是ZigBee與Thread本身即具備網狀網路的技術優勢，可傳送距離遠，恰巧滿足北美布建智慧城市的需求。 

一般而言，北美的家庭建築範圍較大，且家庭裡需要幾個Gateway控制大部分燈泡、插座、感測器或車門等，開發者認為只要布建ZigBee或Thread就能滿足智慧家庭的需求。故在當時時空背景之下，歐美地區選擇ZigBee可說是正確的選擇。 

相較之下，在亞太地區，如中國開始投入智慧家庭時間點大約為2013~2014年之間，而這時也是藍牙開始逐漸成熟的時間點，加上藍牙可直接連上手機，透過手機配對控制家中載具。基於此，大多數的建商選擇採用藍牙作為智慧家庭聯網技術的基礎架構，或搭配Proprietary的連接架構。 

事實上，這些專屬連接架構是基於某些開放架構而修改的通訊技術，無須與外部協定互通。加上通常智慧家庭的聯網方案，不太會要求必須要與家中聯網裝置互連，因此，中國很流行方案商直接採用Proprietary技術，僅要求技術導入後，裝置得以運行即可。再者，專有協定無須繳交權利金，故此方法在中國是非常受歡迎；相反的，Proprietary的問題，就是協議之間沒辦法兼容。因此，當屋主搬家的時候，本來搭載專屬規格技術的裝置，可能就無法使用，又或者供應商不幸倒閉，該技術將從此消失人間。 

以亞太區的中國智慧家庭市場來說，滿多採用藍牙為主加上2.4GHz的Proprietary技術。這些廠商會做成像機上盒(Set-top Box)的形式連接電視，再由手機當遙控器去控制Set-top Box，一方面透過螢幕獲知家中各種裝備的資訊，二方面可進一步控制這些裝置。 

微電子研究中心(imec)研究員Yao-Hong Liu談到，另一個可以在智慧家庭應用上和藍牙競爭的無線通訊技術可能是Wi-Fi(IEEE 802.11 b/g/n)。Wi-Fi已經在家庭電子應用比藍牙更普及，但因為其功耗過大，很難用於無線感測。如果可以將Wi-Fi無線傳輸介面的功率降低，它將會有更多的應用。imec目前有新的發展，注重在將Wi-Fi IEEE802.11g/n無線傳輸器功率降到約30mW，並同時整合低功率藍牙，預計在2018年會公開發展結果。 

整體而言，未來物聯網會同時具備多種不同的無線通訊技術，而這些技術必須要完整的相容。供應商不一定要具備最豐富的產品組合，但是一定須要有辦法讓主要的無線技術可以無縫接軌，讓使用者不需要煩惱介面轉換的問題。例如用具有藍牙的感測器資料必須可以很簡單地傳送到有ZigBee的裝置上，並且透過Wi-Fi送到手機瀏覽。 

晶片商/IP商競相布局　 多協定無線方案大舉出籠

基於此概念，無論是IP商或者是晶片商，紛紛推出一系列多協定的無線傳輸方案。 

・Nordic 

Nordic地區銷售經理陳俊志表示，Nordic在短距通訊聯網布局主要以藍牙和Thread技術為主。以藍牙來說，就當藍牙技術聯盟正式認可藍牙Mesh規範之際，Nordic立即也宣布推出用於Mesh的nRF5軟體開發套件，可協助工程師開發藍牙Mesh應用。 

而另一方面，Nordic不僅支援Thread技術，同時還可透過單晶片的開發軟體，實現同時支援藍牙5與Thread協定的標準。陳俊志指出，該公司多協定支援技術主要由單一韌體支援兩種不同規格的協定，換言之，假設今天有Thread訊號傳入裝置，該裝置可回傳Thread訊號，或直接使用藍牙5的訊號轉傳出去。 

相較之下，市面上大多的多協定無線通訊技術，通常會在單一晶片中，導入兩種不同的韌體技術，各別支援不同通訊協定，基於此，該晶片在同一時間，只能支援單一種通訊協定，待此通訊協定傳輸完成後，再轉換成另一種通訊協定進行傳輸。 

Nordic也談到，在多協定的晶片設計過程，最大挑戰在於韌體技術的開發。基本上，硬體的晶片設計每家廠商皆大同小異，但在韌體設計，也就是軟體開發套件(SDK)是每家公司做出差異化之處，也是最難克服的地方。 

・Silicon Labs 

所有聯網技術的採用都會依實際物聯網應用案例做取捨，陳雄基指出，該公司針對藍牙、ZigBee與Thread三套不同標準，皆提供一個共通的平台與概念支持，透過一套可加快物聯網裝置快速推向市場的通用平台，讓開發者針對不同應用產品，開發不同標準，基於此，對於開發者而言，可以更有彈性地開發客製化產品。 

陳雄基認為，無線聯網裝置需要不同開發者做相對應的測試，例如工廠、開發大樓等領域，使用的情境完全不一樣，其干擾情況也會隨之而變，故須開發者到不同現場做測試，判斷哪一套方案最適合客戶實際使用。 

整體而言，最佳化的無線協定堆疊架構，可實現不同網路通訊協定間的高效切換。例如設備製造商現在可以利用單晶片，透過智慧手機上的藍牙來部署和配置裝置，之後使其加入ZigBee或Thread網狀網路，以連接幾十甚至數百個終端節點。 

・ARM

ARM Cordio產品線支援短距無線通訊技術的藍牙、ZigBee和Thread，其中，除了支援各別不同的通訊技術外，ARM Cordio-C50也同時支援藍牙5和802.15.4協定應用，提供多協定解決方案，以因應物聯網各式應用領域。此外，在低功耗廣域網路(LPWAN)部分，ARM Cordio則可支援NB-IoT應用。 

圖3 ARM Cordio產品可分別支援藍牙、ZigBee和Thread協定，以及整合型的多協定產品系列，提供從RF到軟體的完整方案。

資料來源：ARM

竇振誠表示，相較於數位系統，無線設計需要另一個領域的know-how，例如天線設計及無線通訊法規等。ARM致力於物聯網的推廣以及應用的多樣化，該公司期待藉由提供ARM Cordio從RF到軟體的完整方案以及所有相關的設計輔助文件，包含從晶片設計層面到系統甚至產品方面，例如天線設計建議、系統晶片測試流程文件，以及藍牙技術認證文件及申請輔助等，提供符合最新技術標準的完整解決方案，讓該公司整個生態系統的合作夥伴創造出更多具差異化的物聯網應用(圖3)。 

竇振誠談到，ARM授權客戶範圍很廣，從系統商到晶片設計商都有，相較於2016年，由於廠商對物聯網市場應用的期待，再加上可以預期藍牙5新規格相關的應用在2017年下半年會有更明顯的發展，該公司預期2017年在授權廠商數量將會有明顯成長。 

整體而言，藍牙技術聯盟亞太區技術項目經理任凱表示，市場上存在著各式各樣的通訊協定與Mesh技術，大多數的廠商都有一個疑問，是否有單一無線通訊技術可一統天下呢？其實，從另外一個角度來看，於物聯網市場之中，各式各樣的技術要求與應用特性的驅使下，製造商難以要求消費者需求統一，又何以要求技術統一呢？ 

故在此前提之下，任凱認為，以現階段來說，物聯網的市場千奇百怪，極難有一種技術，可滿足所有應用需求。開發商須要根據其應用需求與目標市場，擬定適用的解決方案，為各種領域的營收成長注入不同的強心針。