CAT-iq/ULE新規格助陣　DECT無縫串連家用聯網裝置

DECT技術歷久彌新

當前很多解決方案不是基於某個標準，而是基於一些特殊利益集團。與此相反，常常被忽視的DECT標準卻已建置於全球5.8億戶家庭中，並被大約1.2億個每年出售給家庭使用者的新系統所採用。

問世於1987年的增強型無線電信(DECT)是一個開放的歐洲電信標準協會(ETSI)標準，目的是在住宅、商業和公共環境中實現靈活的數位無線通訊。它採用多項能夠高效利用無線頻譜的先進技術，因此，能夠實現較高的語音品質、高達1Mbit/s的原始資料速率和安全通訊，而且干擾風險也非常低。

DECT也隨著時間不斷衍變，增加了無線先進技術-互聯網與品質(Cordless Advanced Technology-internet and quality, CAT-iq)提升特性，後者提供寬頻語音品質，並能整合無線電話和網路服務，讓DECT話機能用於網路語音通訊協定(VoIP)及音訊流等其他應用，並確保不同廠商的閘道及話機設備間的互通性。

在主流電信運營商的支援下，DECT技術及其CAT-iq特性已經被整合到眾多家庭閘道和整合接取裝置(IAD)中，從而消除對單獨的數據機、路由器和電話基地台的需求，並實現三網合一的服務。據IMS Research預測，至2015年，DECT/CAT-iq IAD(包括有線、xDSL和光纖)的全球普及率將達到35%，總量高達2,500萬個設備。

DECT被HAECS應用忽視的原因之一是，人們直到現在還認為其功耗對Fix-and-forget型節點而言太高。但是，最新DECT產品包含一個超低能耗模式，它是由ETSI核准的一種新模式，稱為DECT ULE。

它可以讓感測器/執行器節點使用一節標準的AAA電池自主運作5至10年。DECT ULE完全與前幾代DECT和CAT-iq產品相容，提供相同的語音品質、可靠性、安全通訊和隨插即用特性，並支援廣泛現有的DECT系統。

憑藉CAT-iq和DECT ULE技術，DECT可完美搭配HAECS應用。原因在於較高的消費者接受程度、巨大的保有量以及網際網路連線性，DECT ULE的優勢明顯多於目前的其他網路技術。

任何家用網路技術必須能夠在一個典型的房屋大小內可靠地傳輸資料。在探討某種射頻(RF)技術的傳輸距離時，通常從鏈路預算(發射器和接收器間可以連結的路徑損耗)的角度考慮這個問題。為了覆蓋從地表到屋頂的大部分範圍，需要約115dB的最小鏈路預算。

傳輸距離須納入考量

各種HAECS技術的鏈路預算取決於資料速率、傳輸頻率、發射功率等使用選擇。表1為不同技術的使用選擇和最佳鏈路預算。由於具備123dB的鏈路預算，DECT明顯能夠滿足消費者對於家用網路的要求，讓他們能夠在家中自由行動，並將節點安裝在任何地方，甚至安裝在地面、牆壁插座等不理想的地方。其他一些技術不具備所需的鏈路預算，須要將射頻路徑分為多個較小的路徑段，例如在網狀網路。因此，這要求將路由器安裝在屋內的特定位置，而且須要使用市電。對於消費者而言，這些因素提高安裝的複雜性。

比較功耗與等待時間

ZigBee/802.15.4等技術經常被讚譽為功耗低於任何其他網路技術。但是，根據物理學原理，在傳輸距離和接收概率相同的情況下，發送相同數量的資料將消耗相同的能量。因此，當考慮鏈路預算和將要發送的訊息量時，所有建議的HAECS系統之實際功耗其實都很接近。

節點自治時間上的最大區別實際上來自於睡眠/喚醒率，後者與具體使用等待時間要求有關。感測器的自治時間大多取決於非活動狀態時所發生的事件數量。

對於執行器而言，自治時間通常由所需等待時間決定，而典型的執行器要求等待時間低於1秒。採用DECT ULE時，如果每小時發生十個事件，典型的感測器應用使用一節AAA電池可運作超過10年(左邊的曲線)。而等待時間低於2秒的執行器，自治時間仍能達到2年(右邊的曲線)(圖1)。

圖1　電池續航時間取決於睡眠/喚醒率，多類應用使用一顆AAA電池可運作10年。

注意干擾、可靠性及資料量

各種無線訊號之間的干擾，會降低資訊抵達目的地的可能性。消費者對那些經常失效的產品將失去興趣；即使干擾不會妨礙傳輸，它們仍會大幅降低該技術在室內的傳輸距離和自治時間。

很多家用網路技術使用流行的sub-GHz或2.4GHz工業、科學和醫療(ISM)頻段，因為其使用沒有任何地理限制。儘管如此，這些頻段非常擁擠，大量現有用戶的Wi-Fi、藍牙(Bluetooth)以及許多專有設備所占據。

如果沒有在這些頻段中共存的協定，即使在不太擁擠的sub-GHz頻段內，也不能保證各個設備能夠共存。這個問題將給ZigBee/802.15.4或RF4C等2.4GHz頻段中的新來者，以及許多專有的sub-GHz頻段解決方案，帶來巨大的挑戰。為確保系統的正常運作和服務品質，使用這些頻段的服務提供者將須要提供額外的安裝支援。對於IAD製造商而言，整合多個使用相同頻段的無線解決方案的前景具有吸引力。共存只是解決存在問題，而在沒有一個認證機構的情況下，如何成功部署這些設備依然是一個極大的挑戰。

另外，DECT使用一個中心頻率為1.9GHz的20MHz寬頻段。該頻段在全球一百多個國家為授權頻段，因此可以減少其他來源的干擾。而且很獨特的一點是，雖然該頻段是授權和預留頻段，但卻不用支付許可費。此外，DECT成熟的動態通道選擇/分配(DCS/DCA)功能可確保每次傳輸都使用最佳的可用無線通道。DECT DCA可被視為初步建置，又稱為「認知無線電」。因此，大量DECT系統可以在相同的頻段內共存，同時確保可靠的高品質通訊。

HAECS市場是一個分化很嚴重的市場，各個市場參與方僅支援HAECS家用網路的某些元素。互通性不僅對促進質變至關重要，且能為客戶創造價值。

網路互通性與延展性至關重要

DECT標準自問世以來，就支援通用存取規範(GAP)，以確保不同廠商的基地台和話機間的互通性；後來的CAT-iq支持寬頻轉碼器協定等更高的互通性。

為保持這一優勢，由服務提供者、製造商和晶片廠商組成的DECT論壇舉辦針對ULE設備的互通性測試會議，並於2013年初在瑞士舉辦第二屆會議。此外，ETSI正在完成DECT標準的修正案。這些活動不僅能確保可將ULE設備整合到傳統的DECT系統內，還能確保不同廠商設備的互通性。

供熱系統、家庭安全、能源管理、家庭護理等一系列廣泛的應用形成很多不相容的子網，它們通常是一些獨立解決方案，而不是大網路的一部分。對此，將應用協定從傳輸協定(UDP/TCP)分離一直是實現互聯網延展性的關鍵所在。鑑於這個原因，DECT ULE路線圖預測對IPv6的整合，以實現從「雲端」到終端節點的全程應用透明度。將成功的互聯網標準(IETF)與DECT ULE標準相結合，將是實現一個延展性的無線設備網路(物聯網)創造獨特的機會。

網狀和樹形拓撲結構等多種跳接式網路的規模易於延伸，但在家庭領域應用範圍有限，而且將增加安裝的複雜性。網狀Zigbee網路因複雜性而聲名狼藉，但過去幾10年以來，消費者卻非常成功地部署自我安裝型的DECT轉發器(樹形)(圖2)。

圖2　基本的星形(左)和樹形網路

節點密度是僅次於網路規模的第二大重要因素。sub-GHz網路很快會因較窄的可用頻寬(2MHz)耗盡容量，2.4GHz方案也會因產品相互干擾而無法符合要求；而系統頻寬高達20MHz的DECT ULE則支援極高的節點密度。這些DECT ULE閘道將HAECS設備與互聯網完美整合，創建一個萬事具備的生態系統，讓服務供應商能夠開發各種新型服務，並提高每個設備的平均收益(ARPU)。

ZigBee、藍牙和DECT都擁有類似軟硬體要求。例如，ZigBee軟體層約為100Kbytes，DECT軟體層為60?80Kbytes，因此這兩種技術的成本接近。這意味著，技術的成熟度和產量是決定價格的主要因素。每年三億個銷量的DECT晶片代表一個健康的多方市場，可確保較低的元件價格和充足貨源。

共用DECT降低系統成本

現今的DECT系統單晶片(SoC)價格遠低於ZigBee的2至3美元，且通常還提供語音編碼器、資料轉換器等一系列軟硬體資源。此外，共用DECT還能為消費者進一步降低系統成本，這也包括現有的IAD。

雖語音應用與HACES沒有直接連結，但對於幾種安全和家庭護理應用而言，語音連結卻最為重要。DECT最初是為無線話機而設計的，自然能在房屋內外提供高品質的語音連結，且其支援AES-128加密鏈路和認證演算法，在線路完整性方面擁有良好的紀錄。DECT ULE保持相同語音品質，以及幾百萬個現有DECT系統中正在使用的語音傳輸安全機制，因此可建置於類似現今無線話機那樣可防竊聽的HAECS網路。

DECT ULE和傳統的無線話機一樣易於安裝、配置和運作。而基於一種由所有設備執行的分散式演算法(動態通道分配)的自動頻率規畫功能，可讓所有感測器/執行器使用完整的DECT頻譜，因此，與其他解決方案相比，其星形拓撲結構將網路配置工作簡化為一項經過驗證的任務。

此外，透過無線方式升級韌體為ULE網路將賦予網路架構前瞻性，並可協助網路供應商在現有的配置中，部署新產品的可能性。

(本文作者均任職於戴樂格半導體)