智慧家庭市場熱戰方酣，各式各樣的智慧型家電用品不斷進入家中，也讓家庭環境充滿各式各樣的通訊協定，包含Wi-Fi、藍牙(Bluetooth)、Thread/6LoWPAN、ZigBee和Z-Wave等，促使無框架互通性方案正如雨後春筍般冒出頭來。
過去幾年來，隨著新創公司開始針對特定需求、小眾族群與使用案例獨立研發專用設備，智慧家庭的發展間接受到刺激，也導致高度的技術分裂(Fragmentation)問題。Nest Learning智慧恆溫器等「旗艦設備(Hero Device)」帶動了產業成長與普及，不同OEM產品之間的通訊問題也因此更亟待解決，目前已有諸多解決方案能處理此類問題。
由於固網寬頻與智慧型手機的高度滲透率，Wi-Fi與藍牙目前已是家戶必備科技，各種新型設備至少都能與其中一項技術相容。然而，現在仍有一些高普及率無法解決的問題，主要包括家戶的覆蓋範圍、耗電問題、網格干擾(Mesh Interference)等。標準組織已開始採取行動解決這些問題，但此二技術皆無法適用於所有使用案例的挑戰仍在。
此問題有幾項可能的解決方式，包括能連結不同協定的第三方集線器(Third-party Hub)、特別針對智慧家庭設計之標準，或是能確保設備在特定生態系統內固定範圍運作的認證計畫。Vivint、SK Telecom及Qivicon等智慧家庭服務供應商皆已開放自家資源，供第三方設備運用這些旗艦設備，這也使得協定與互通性的問題變得更加急迫。
今日的保全與水電設備領域都還是由感測器或是燈泡等較不具智慧性的小型設備當道，一般來說都是透過Wi-Fi以外的協定在彼此之間進行連線。舉例而言，飛利浦的智慧照明系統Philips Hue燈泡運用ZigBee連線，但若要讓燈泡運作，集線器就必須加入Wi-Fi網路，才能透過使用者的智慧型手機或是聲控人工智慧喇叭操控。
Ovum將在此份報告中檢視智慧家庭的主流協定，分析每一協定的相對優勢以及它們對於整體智慧家庭生態系統的應用性(詳見表1)。在進行智慧家庭成長預測時也會將此生態系統列入考量範圍，並檢視特定種類設備或服務的成長會如何影響特定協定與標準之間的平衡。
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| 表1 智慧家庭協定規格 |
資料來源：Ovum
全球智慧家庭設備市場
Ovum的「2016~2021年智慧家庭設備預測」指出，2016年全球已有將近9千萬個家戶擁有至少一台頻繁運作的智慧家庭設備(詳見圖1)，大部分落在中國及美國，西歐眾國所組成的廣大市場則位居第三。根據Ovum的預測報告，智慧家庭滲透率的關鍵決定因素在於固網寬頻的可及性，這也將Wi-Fi推向全球最為普及的家用無線技術。
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| 圖1 2016智慧家庭用戶前十大國家 |
資料來源：Ovum
在單位銷售量(Unit Sales)方面，2016年由保全與水電設備稱霸，分別售出9千540萬以及8千250萬組設備，主要產品包括感測器與燈泡等較不具智慧性的小型裝置，聯網燈光開關與網路監控攝影機(IP Camera)則緊追在後，Amazon Echo及Google Home等互動式喇叭表現也十分亮眼。像是中國百度「小魚在家」等相關產品在世界各地不斷推陳出新，也因此愈來愈多消費者選擇透過此類產品控制多款智慧家庭設備，單位銷售量可望在2021年突破1億組。
目前的智慧家庭協定某方面來看可說是業餘愛好者與早期採用之下的產物，其中ZigBee和Z-Wave便是最早踏入市場的技術，再更早之前則是透過ADT Pulse或Qivicon等管理之產品。與此同時，其他現有的協定，特別是Wi-Fi及藍牙，皆分別在固網寬頻與智慧型手機的領域善用它們高普及度的優勢，應用在聯網或智慧家庭設備的功能上。
此外，現在也有許多像是Thread的全新協定面世，用以解決現有技術仍無法處理的問題，或是用以行使低功耗廣域網路(Low Power Wide Area, LPWA)等其他協定無需或無法執行的特定功能。
智慧家庭專用之重要協定定位
Wi-Fi可說是目前智慧家庭設備連線最常使用的協定，在寬頻家戶中也幾乎無所不在，表示消費者不太需要購入額外集線器就能讓智慧家庭設備運作。根據負責定義標準及認證Wi-Fi設備的單位Wi-Fi聯盟(Wi-Fi Alliance)，目前全球有80億個頻繁運作的Wi-Fi設備。
Z-Wave和本報告提及的大部分協定不太一樣，主要由單一母公司Sigma Designs控管，且是Z-Wave聯盟(Z-Wave Alliance)的母組織。其中Sigma Designs與唯一授權廠商Mitsumi合作自產晶片，而Z-Wave聯盟則有450名成員共同提供跨品牌的互通性，成員包括智慧鎖製造商August與保全服務供應商ADT等OEM，反映出Z-Wave在家用保全應用的重要地位。Z-Wave表示2016年有2千萬個使用Z-Wave的產品售出，整體置入超過7千萬個晶片組。
ZigBee的設計專供低成本、低功耗的監控產品使用。而雖然使用案例跟Z-Wave一樣，大部分都是在家戶中，但它能夠自由在不同設備間切換，覆蓋率以及網狀網路(Mesh Networks)的建立優於Z-Wave等協定。ZigBee聯盟(ZigBee Alliance)有大約370個會員，每年出貨總量超過1千萬台設備。然而，因為製造商通常會自行添置加密層，不同OEM生產的ZigBee設備之間也偶會出現互通性不良的問題。
雖然藍牙是除了Wi-Fi以外知名度最高的通訊協定，在無線音響設備與智慧型手機的應用中也幾乎無所不在，但相較之下，藍牙進入智慧家庭使用案例的時間算短。自藍牙4.0/低功耗藍牙(Bluetooth Low Energy, BLE)推出後，藍牙技術聯盟(Special Interest Group, SIG)便將其打造成ZigBee與Z-Wave之外的協定選擇。藍牙5.0則明確主打智慧家庭的應用，提升覆蓋範圍以及資料輸出量，而SIG的次要工作小組也開始建立網狀網路的標準。
Thread是最新的協定，在2014年Nest Labs、高通(Qualcomm)、Yale Locks、恩智浦半導體(NXP)等廠商組成Thread Group聯盟後面世。Thread與ZigBee一樣，計畫提供網狀網路，目標在單一地方網路網上支援高達250個裝置，此外也同時支援IP定址，供雲端存取以及進階加密標準(AES)加密。Thread與ZigBee曾在2015年7月簽署協議，同意讓ZigBee的叢集庫(Cluster Library)在Thread網路上運作，使採用此二協定的產品能互通運作。
低功耗廣域網路協定一般而言以蜂巢式技術為基礎，提供低功耗、低資料速度的網路，為智慧型電表與感測器等設備提供較小封包資料的傳輸。
LoRa是此類別中最重要的技術之一，使用400MHz、800MHz與900MHz等免授權頻段，Stream的IoT-X和Senet都是主要使用案例。
另一項LPWAN技術是包括SigFox等網路的超窄頻技術(Ultra-narrow Band)，自2009年推出後，來自各通訊業者與廠商的投資已經超過3億美元。
NB-IoT是由第三代合作夥伴計畫(3GPP)標準化之LPWAN技術，使用LTE頻譜(經重整之GSM頻譜)，主要應用於物聯網。NB-IoT為網路營運商開路，讓他們能推出專攻物聯網的網路服務，像是軟體銀行(SoftBank)便正著手在日本打造覆蓋全國的NB-IoT網路。
某些行動網路營運業者(MNO)也提議與這些網路合作，除提供低成本的物聯網功能，也同時保留原有的3G或4G網路服務，以能顧及聯網車輛等較高價值的市場。LPWAN主要供B2B服務使用，因此較無涉足消費者智慧家庭使用案例，但仍有些許服務重疊的可能性。
・蘋果/Google/亞馬遜群起布局自家生態系統平台
蘋果的HomeKit、Works with Alexa及Works with Nest等平台也是相當值得關注的領域。這些平台一般都支援至少一項本報告中提及的協定，計畫提供共用架構供OEM採用，以確保產品與平台中其他設備的互通性。其中HomeKit為了要確保設備間的高度安全性，設計出極為嚴苛的認證標準，促使一些OEM專門設計出能打進蘋果生態系統的獨家或替代產品。
最後一項值得一提的標準是同軸電纜多媒體聯盟(MoCA)。此標準通常運用在有線電視營運商提供的機上盒，實現全家聯網，讓多房數位錄影機(Multi-room DVR)等娛樂功能得以行使。若運用在智慧家庭中，MoCA還能在沒有Wi-Fi訊號延伸器的狀況下連線並傳送無線攝影機的畫面。而從長遠來看，這項優勢在未來提供虛擬實境內容時將能起重要作用。
多協定加入戰局 智慧家庭集線器備受看好
ZigBee與Z-Wave過去受到專業安裝廠商與服務供應商的支持，因此普及度高，也代表個別購買設備的消費者需要在眾多生態系統中做取捨。但隨著Wi-Fi和藍牙在智慧家庭中能見度越來越高，消費者便會轉而優先考慮能容納多重協定的選項(表2)。
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| 表2 智慧型家庭集線器舉例 |
資料來源：Ovum
智慧家庭集線器將多種設備連結在一起，並簡化使用者介面，但這作法並不保證一定行得通，過去也有失敗案例，像是Revolv集線器在被Google的Nest Labs買下後不久就面臨倒閉的命運，而美國辦公用品零售商Staples也不再促銷推廣自家的Staples Connect集線器。就未來長遠來看，集線器存在的必要也是一大問題，一方面是因為IFTTT或Stringify等生態系統開始崛起，此外像是蘋果的HomeKit、Amazon Alexa以及Google Home都讓集線器的重要性越發式微。在IFTTT或Stringify的例子中，使用者能自定哪些動作可以開關設備，而Alexa與Google Home則提供跳脫傳統的機上設備功能或服務，大多藉由ZigBee連結的智慧型照明就是其中一例。
藍牙及Wi-Fi等協定中的網狀網路在未來也會削弱專用智慧家庭集線器的重要性。目前市面上已出現Eero與Velop等數款產品，能在消費者家中布滿小型集線器，利用Wi-Fi技術解決全家連線覆蓋的問題。
藍牙官方SIG網狀網路標準尚未公布，但高通已藉由子公司劍橋矽晶無線電(CSR)推出運用自家晶片版的藍牙網狀網路。但相較於ZigBee，此技術在指令與動作間存在有一秒以上的明顯延遲，若要成功布局網狀網路，製造商與標準組織勢必要解決延遲問題。
影響技術採用 服務供應商採配銷策略
Ovum通常將智慧型家庭設備銷售分為兩大面向：服務供應商以及DIY。針對服務供應商這一塊，消費者支付月費使用由ADT、Vivint或Comcast等公司管理的整套產品。而在DIY這方面，消費者則依據個人特定需求分別購買設備。但由於使用者們對於這些設備已經越來越熟悉，各OEM也提供訂閱服務來管理影像監控等服務，使得這兩大面向也慢慢匯聚起來。
Z-Wave的安全設定以及眾多搭配設備選擇，使其成為服務供應商產品中最常使用的技術。但Comcast的Xfinity Home卻是因為電池壽命與網狀網路結構而選擇ZigBee，是較特殊的例外。每個服務供應商也都具備安全的Wi-Fi連線或行動通訊後備，以能緊急情況下與監控中心做聯繫。而像是AT&T Digital Life或是法國Orange HomeLive等產品，家用控制器則都設有行動無線通訊。
在DIY這方面，大部分的新裝置都使用最常見的Wi-Fi或藍牙，在使用者的智慧型手機與家用網路間建立連線，像是亞馬遜的Echo兩種技術都通用，但Google Home只支援Wi-Fi。在DIY設定中，Wi-Fi通常擔當設備與其他協定之間的橋樑，像是飛利浦的智慧照明系統Philips Hue就是採用ZigBee。Wi-Fi通常比較適合資料運輸量龐大，或是不需與其他裝置搭配的情況。唯一較不常使用Wi-Fi的領域是智慧鎖，大多採用藍牙或Z-Wave。
(本文作者為Ovum消費者科技資深分析師)