智慧家庭互通有望    網狀網路營造住居整合基礎

家庭中聯網裝置與數據傳輸量逐年攀升，家電產品像是空調、遊戲機、電視和無線喇叭等用品都將連上網路，根據GSMA報告指出，2012年，每個家庭大概有8個終端產品會連結到Wi-Fi路由器(Router)，而2020年，每個家庭將會有高達50個裝置連結上網，且聯網的標準不僅限於Wi-Fi，還會有藍牙(Bluetooth)、Zigbee等技術相繼出現，促使網狀網路(Mesh Networking)需求一觸即發。 

Computex 2017大致來說延續過去幾年的產業發展趨勢，物聯網(IoT)是近幾年必定談論的重點，隨著家中聯網裝置越來越多，未來幾年這些裝置預計也將從現階段的破碎化各自獨立連網，發展到結構化的網狀網路，加上產業這兩年的幾個關鍵進展，如智慧語音助理，讓廠商不約而同嗅到聯網智慧家庭的商機蠢蠢欲動，紛紛提出家庭無線連結解決方案。 

圖1 Dialog Semiconductor產品行銷經理同偉指出，該公司的低功耗智慧家庭解決方案可支援Apple Home Kit開發平台。

智慧家庭蓄勢「再」發 

智慧家庭從被提出到現在已經超過20年，但其間不乏大廠戮力投入，不過截至目前為止，大致而言是失敗的，而從網路架構來觀察，大概是透過無線個人網路(WPAN)如藍牙，與無線區域網路(WLAN)如Wi-Fi，控制網路如採用802.15.4協定的Zigbee、Thread等，這些標準發展成熟，通常都是運作於2.4GHz或Sub-GHz頻段，並且具備低成本的整合解決方案，也支援網狀網路架構。 

另外，Amazon Echo在2016年竄起，成為智慧家庭控制中樞，掀起一股智慧語音助理的開發風潮，Dialog Semiconductor產品行銷經理同偉(圖1)指出，該公司推出的低功耗智慧家庭解決方案就支援Apple Home Kit開發平台，另外，包括Google與Amazon預期是此領域三大平台，除了開發的便利性與支援度之外，終端應用上，語音助理Alexa、Siri、Google Assistant使用便利性與服務的豐富度也是決勝的重點。 

圖2 高通創銳訊產品管理部門資深總監Hugo Swart表示，聯網家庭應用其實就是一個具體而微的物聯網。

從實際應用情境來看，高通創銳訊(Qualcomm Atheros)產品管理部門資深總監Hugo Swart(圖2)表示，聯網家庭應用其實就是一個具體而微的物聯網，也由於IoT應用破碎化的特性，不同標準的聯網裝置會出現在同一個環境中(圖3)，未來長距離廣域網路應用的智慧三表：水表、電表、瓦斯表也會是家庭聯網的終端節點之一，可以整合這些不同標準網路裝置 的技術/廠商，就很容易脫穎而出。

高通資深副總裁暨連接技術業務總經理Rahul Patel(圖4)表示，在物聯網的帶動下，正使得家庭自動化的連接技術與網路架構急速也轉換，聯網標準、垂直領域的生態系統以及輸出與控制的平台皆有所不同，各家廠商選擇各自喜好的陣營，無形中墊高家中網路的複雜度，更進一步提升使用者網路使用難度。 

家庭無線聯網各顯神通 

Computex 2017包括Qualcomm、芯科科技(Silicon Labs)、Dialog Semiconductor與安謀國際(ARM)等廠商都積極提出家庭無線連結解決方案，以下就針對各家的技術與產品簡要介紹： 

圖3 破碎又複雜的家庭聯網環境

ARM 

嵌入式處理器核心授權商ARM，針對物聯網時代，除了該公司的專長處理器之外，也推出從軟體、硬體到雲管理平台的mbed，包括系統底層mbed OS以及雲平台mbed Cloud，再透過併購的方式成立無線通訊事業部，提供物聯網所需的短距離與中長距離無線傳輸技術IP。 

圖4 高通資深副總裁暨連接技術業務總經理Rahul Patel表示，網路連結裝置數量暴增，促使Mesh網路架構需求攀升。

ARM mbed計畫始於英國劍橋，主要是與晶片商以及開發板廠商合作，提供物聯網裝置開發的高度整合性以及安全性，mbed目前約有25萬名開發者，ARM物聯網事業群亞洲市場總監潘劭齊表示，透過mbed希望開發者更能由統一的雲平台管理，為裝置進行統一管理與韌體更新；而mbed OS也提供物聯網所需的連接性，從短距離包括藍牙低功耗、乙太網路、Wi-Fi、Thread等，到長距離的4G與NB IoT，都提供完整的資源。 

ARM的嵌入式核心近年發展順利，已經在業界建立起非常高的品牌知名度，該公司無線通訊事業部技術行銷經理竇振誠表示，Cotex與Radio合起來就是Cordio，這個解決方案支援藍牙、Zigbee與Thread標準，應用領域同樣鎖定在智慧家庭與穿戴式周邊。另外，智慧家庭聯網的應用中，也包含部份長距離的應用需求，Cordio-N就是針對NB-IoT的IP。 

走向物聯網時代，智慧家庭很可能是多網路、多標準、多規格混合的應用環境，ARM特別針對短距網路與長距離網路提出解決方案，就是看好這些應用的市場潛力，所以也可能發生在同一個節點中同時有短距與長距離傳輸需求的現象，因此設計上有機會共用同一個運算核心，並整合不同的無線電(Radio)IP，讓節點的設計可以更簡單、成本更低、整合度更高。 

Qualcomm 

家中網路複雜度提高，對一般使用者來說，像是家中長輩的使用挑戰變大。也基於此，網路服務商需要花費許多時間教導民眾使用網路，間接花費許多客服電話和到府維修的成本。為降低聯網複雜度與客服成本，網路服務商應提供消費者更健全的聯網架構做為因應策略。 

高通資深副總裁暨連接技術業務總經理Rahul Patel談到，網路營運商的需求有三點，第一、需要可以自動啟動與修復問題的平台；第二、保障網路環境的安全與個人隱私；最後則是提供可以覆蓋家中整體範圍的網路架構。 

為此，高通推出一款結合眾多技術的高通網狀網路平台方案(Qualcomm Mesh Networking Platform)，可因應上述營運商的三大訴求，協助OEM廠商與寬頻電信業者能夠提供新世代聯網住宅體驗。搭載高通網狀網路平台的裝置將可設計用來為家中各種智慧家庭裝置提供穩健且一致的連接功能，並提供包括語音控制功能、中控式管理與防護以及各種電信商等級網路必備的網狀系統功能。 

Patel指出，2016年以前Mesh Router使用量很低，但隨著網路複雜度的攀升，刺激Mesh Router的需求成長，2016年底採用Mesh Router占了23%，預估2017年秋季將會有更多聯網產品進入家中，預計2017年底將有50%消費者購買Mesh Router的相關產品，而標準型Router使用量則會逐年下降。 

另外，高通也提出以QCA 4020三頻系統單晶片(SoC)構成物聯網集線器(IoT Hub)的智慧家庭解決方案。QCA 4020支援藍牙5低功耗版本、雙頻Wi-Fi、IEEE 802.15.4，包括Zigbee、Thread，方便IoT Hub整合區域內所有居家裝置。高通也將Google的語音方案支援納入，未來用戶只需透過手機向IoT Hub下語音指令，即可將新添購的裝置新增至家庭網路中，簡化繁複的設定流程。另外，QCA 4024則是支援藍牙5低功耗版本和802.15.4，為功能精簡低價版本，應用於終端節點(Node)。 

Silicon Labs 

專注於家庭自動化、連接照明、穿戴式裝置和工業物聯網的多重協定、多重頻段應用，Silicon Labs於Computex展示EFR32xG12 Wireless Gecko解決方案，功能上強調RF性能、強化的安全加密加速器、更大的記憶體容量選擇、內部電容式觸控及額外的低功耗周邊和感測器介面。 

Silicon Labs IoT產品資深策略市場經理Jason Rock(圖5)說明，EFR32xG12系列支援Zigbee和Thread網狀網路、Bluetooth 5和專有無線協定。Silicon Labs藉由最佳化其無線協定堆疊架構實現不同網路通訊協定間的高效切換。例如，設備製造商可以利用單晶片透過智慧手機上的Bluetooth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。 

為確保IoT安全性，EFR32xG12 SoC包含了第二個內部安全加速器，以專門用於多重協定無線電和NIST認證的真實亂數產生器(TRNG)。此額外的硬體加密區塊以最新的安全演算法運行，相較於傳統的軟體建置可提供更高性能和更低功率。Jason Rock強調，聯網裝置的安全性越來越重要，Thread標準加入更多安全防護規範，防止物聯網的駭客或網路安全危害。 

Dialog Semiconductor 

智慧家庭應用包羅萬象，Dialog針對該公司投入的應用分為四類，同偉說，第一類控制應用包括智慧插頭(Smart Plug)、智慧照明(Smart Lighring)、遙控器(Remote Control)等，第二類安全應用包括智慧門鎖(Smart Door Lock)、門窗感測器(Door and Windows Sensor)、檢煙器(Smoke/CO)，第三類能源應用包括空調(HVAC)、控溫器(Thermostat)、感測器(Sensor)，第四類舒適應用包括智慧家電(Smart Appliance)、感應標籤(Proximity Tag)、信標(Beacon)等。 

以上這四類應用分別有不同的要求，同偉解釋，安全性應用重視可靠度、安全、低功耗、小型化與快速反應時間，能源應用重視的面向則是可靠度、安全、低功耗、先進感測器支援、小型化等，舒適性應用則要求可靠度、安全、低成本、先進感測器支援、快速反應時間，控制類應用則強調可靠度、低成本、小型化與快速反應時間。 

目前Dialog在已經提供支援藍牙標準的DA1458x系列與DA14680產品；DA1458x系列功耗低、尺寸小且系統成本較低，適合Beaconº與感應標籤等較為簡易的應用。DA14680則是一個穿戴式裝置單晶片解決方案，整合藍牙、微控制器(MCU)以及充電功能，只須搭配感測器與電池即可完成一個完整的穿戴式解決方案。 

綜上所述，物聯網的複雜環境與破碎化應用特性，是目前推動的一大瓶頸，所以先專注於範圍相對較小，但與每個人生活息息相關的家庭，應該是一個可以突破的方式，如果能解決破碎化的問題，不同標準的互通性，不同設備的整合，在家中發展一個完整的網狀網路，屆時智慧家庭的願景就不再只是口號，甚至有助於未來更大型物聯網的應用與發展。