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擁抱LTE、IPv6 家庭網路邁向高速/IP化

2014-05-12
智慧家庭網路將呈現嶄新面貌。因應家庭網路頻寬需求高漲,且網路管理難度遽增的現象,通訊晶片商除轉向發展LTE加DSL的混合型家庭網路技術,提高傳輸速率外,亦開始研擬融合短距無線與IP網路的新架構,以改善大量節點的連結與控制效益。
智慧聯網家庭發展將加速成形。家庭網路受到頻寬不足且管理不便的限制,導致家電自動化、能源管理、居家監控和OTT(Over-the-Top)影音服務等應用發展牛步,因此家用聯網設備和晶片供應商正掀起有線/無線混合網路設計風潮,計畫將長程演進計畫(LTE)高速、低延遲的特色,導入既有的有線寬頻數位用戶迴路(DSL)設備中,進而提升資料傳輸速率和吞吐量。

融合LTE/DSL設計 智慧家庭網路傳輸更順暢

圖1 領特執行長Dan Artusi強調,DSLTE將是實現智慧家庭的關鍵技術。

領特(Lantiq)執行長Dan Artusi(圖1)表示,智慧家庭引進愈來愈多影音下載和串流服務後,身負最後一哩(Last Mile)重任的超高速數位用戶迴路(VDSL)頻寬已日益捉襟見肘,因此電信商、網通設備和晶片業者也紛紛尋求更高速的網路解決方案,以因應智慧聯網家庭的發展。

Artusi分析,目前家庭主流VDSL技術理論上可提供高達100Mbit/s的傳輸速率,但在室內遮蔽、多訊號干擾環境中,實際上速度往往低於50Mbit/s;縱使升級至光纖接取網路可輕鬆提供Gbit/s層級的傳輸速率,然而,光纖網路須翻新家庭固網架構,布建成本高昂,將嚴重影響消費者的接受度。因此,現階段業界正紛紛轉向LTE結合DSL的混搭網路設計,期打造融合有線和行動寬頻技術的新型智慧閘道器(Gateway),紓解家庭網路頻寬不足的燃眉之急。

其中,領特已開發出一套DSLTE參考設計方案,可在閘道器中同時導入DSL和LTE聯網模組,並同步傳輸與接收資料,進一步將傳輸速率推升至300Mbit/s以上,解決網路塞車問題。現階段,包括AT&T、威瑞森(Verizon)等重量級電信商,以及北美主要有線電視多系統營運商(MSO)皆對DSLTE方案產生濃厚興趣,並已開始制定相關產品規格,可望在2014年大舉推出兼容LTE和DSL的新型智慧閘道器,搶攻家庭高畫質影音串流、智慧監控商機。

Artusi更透露,基於DSLTE的家用混合網路基礎設計骨架,未來網通設備業者亦可望再引進其他無線或有線通訊模組,組成聯網功能更強大的高整合智慧閘道器,全方位滿足智慧家庭影音串流、資料傳輸和網路節點控制等相關應用。

顯而易見,網路頻寬限制逐步解除後,智慧家庭將有更多應用發展空間,並能大幅擴張聯網節點數量;不過,伴隨而來的網路管理問題將不容忽視,因此,業界也開始興起無線網路結合IP網路的全新設計概念,期透過IP定位方式,簡化閘道器與多個聯網節點的溝通與控制流程。

優化網路節點控制 無線聯網技術擁抱IPv6

圖2 芯科實驗室微控制器暨無線產品資深行銷總監Daniel Cooley提到,IPv6可望補強ZigBee的缺點,成為刺激該技術擴大商用的觸媒。

包括ZigBee、Z-Wave和藍牙(Bluetooth)等短距無線通訊標準陣營,正積極結合IPv6網路協定,以建置IP化無線聯網環境,透過先定位再聯網的方式,補強目前物聯網發展最缺乏的控制與管理技術環節,促進智慧家庭、智慧能源和工業自動化等各式物聯網(IoT)應用加速成形。

芯科實驗室(Silicon Labs)微控制器暨無線產品資深行銷總監Daniel Cooley(圖2)表示,物聯網不僅須滿足長時間的低功耗連結,還涉及錯綜複雜的網路和感測節點管理;目前各種無線聯網技術,對物聯網環境的建置需求皆有美中不足之處,因而驅動ZigBee、Z-Wave和藍牙等無線通訊標準陣營,緊鑼密鼓研擬新的聯網架構和技術規範,並積極轉向與IP網路結合的模式。

相較於無線區域網路(Wi-Fi),ZigBee、Z-Wave和藍牙具有更低連線功耗和方便性,更加突顯在物聯網中的重要性,但難以管理大量聯網設備和感測節點卻是一大致命傷,即便ZigBee基於網狀網路(Mesh Network)架構,可擴充至數千個無線節點,仍無法即時控制,遑論Z-Wave和藍牙等節點支援數量更少的方案。因此,相關標準聯盟已開始布局IP化網路架構,期透過IPv6編址和域名技術標準,賦予每一個物聯網裝置IP位址,以簡化連線與管理的複雜度。

Cooley透露,ZigBee聯盟已將引進IPv6通訊協定支援,視為制定下一版標準的首要考量,而相關晶片和模組業者亦紛紛投入研究IP化的ZigBee無線網路解決方案。以芯科實驗室為例,自2012年中購併ZigBee晶片商--Ember後,即傾力發展IP加網狀網路的無線通訊和微控制器(MCU)解決方案,從而將ZigBee既有優勢發揮到淋漓盡致,並結合IP定位方式,讓局端設備更容易控管所有物聯網裝置。

無獨有偶,藍牙技術聯盟也積極籌備下一代可結合IPv6網路技術的新標準,以突破藍牙點對點(Peer to Peer)傳輸局限,加速進軍物聯網市場。不過,Cooley指出,相較於ZigBee的無線網狀網路架構,藍牙要支援IPv6須克服的技術挑戰更為艱鉅,因此,短期內藍牙開發商仍會以智慧型配件為主力市場,在涵蓋層面更廣的物聯網設計領域還須經歷一段學習曲線。

Cooley認為,隨著全球網路協定架構加速由IPv4過渡至IPv6新版標準,並結合無線網狀網路後,物聯網發展基礎將日益茁壯,尤其ZigBee和IPv6皆是業界通用標準,更有助串連供應鏈業者的技術能量,加速終端應用成形。

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