動態支援多重通訊協定　並時連接技術翻新智慧家庭

大多數人都很熟悉家中內容共享和網路存取服務的Wi-Fi標準。但除此之外，還存在許多物聯網(IoT)技術，如低功耗藍牙(Bluetooth LE)、Zigbee和Thread。這些低功耗、低資料傳輸速率的無線標準常用於門鎖、LED照明和電器等物聯網產品。

這些不同的技術會構成一定的挑戰，供應商必須提前決定自己的設備要選擇哪種技術。例如，Zigbee或低功耗藍牙，或兩者都選擇時，每種技術都會對產品設計產生獨特的影響。 未來將出現更多針對類似智慧家庭案例的技術，如IP聯網家庭計畫，將多種其他技術(802.15.4和低功耗藍牙)組合成單個標準。如此一來，將更難在技術和面向未來需求的解決方案之間作出抉擇。

雖然現在的通訊設備一般都會採用某種形式的動態多協定(DMP)支援技術，但使用這種方法需要進行多方面權衡。單靠DMP不足以充分實現聯網家庭的優勢。若想實現真正的順暢連接，只能透過同時偵聽網路上的所有設備來實現，而非只偵聽一部分設備(圖1)。

近瞬時切換提供高效傳輸技術

如今，製造商不必再作出選擇或妥協，未來多協定支援功能將實現下一個重大飛躍，透過不同的協定，無論是Zigbee加CHIP、Zigbee加低功耗藍牙至智慧手機、CHIP加低功耗藍牙Mesh，還是其它多協定應用情況，持續流暢地為兩個或多個網路提供服務。例如，有廠商Qorvo提供ConcurrentConnect技術，經由不同網路連接的家庭設備可以獲得順暢運行體驗，而不會犧牲性能。

為了說明這一點，可觀察使用標準節點組合ZigBee或Thread和低功耗藍牙設備，但不支援ConcurrentConnect的真實網路情況。由於節點不具備並發連接/偵聽能力，因此只能在這些標準之間來回切換，且每次只能使用一個標準通訊。除了明顯的效率低下問題，該切換方式還會導致通訊掉線和延遲，這是因為僅允許一個標準進行通訊，而此時其他標準遭遇阻塞，直至介質再次處於空閒狀態為止。因此，在設定時間段內的通訊量會遭遇瓶頸。

新技術可實現並發偵聽，進而允許從低功耗藍牙至ZigBee或Thread的近瞬時切換，且幾乎不會出現通訊掉線的情況。因此，設備之間通訊的速度更快、效率更高、擴展性更強，並且能夠接收更多的資料包。這樣一來，就可以實現協定之間前所未有的單設備並發能力。

與軟體開發套件結合使用時，單射頻解決方案可以同時管理來自多個標準或協定的資料流量，而且未檢測到延遲。此外，設計師還可以精簡產品組件，實現更小巧、更美觀的外形尺寸，降低產品成本，使其更加便於支援(圖2)。

突破多方標準設備同時偵聽多協定

單個無線電必須同時支援多個協定時，將面臨硬體和軟體層面的重大挑戰。這是因為每個協定都有自己的規範，規定設備應如何及何時偵聽傳入資料包和發送傳出資料包。協定中的某些階段可能有固定的時間間隔，在此期間無線電可預測何時應切換到正確的頻率，例如低功耗藍牙「連接中」階段。

然而，大部分時間，尤其是在偵聽階段(即實際連接階段之前，檢測備選連接之時)，無線電需要以異步方式持續檢測傳入資料包，無法事先知道需要無線電打開其接收窗口以接收資料包的具體時間。此外，應用需具備簡單易用的介面，以順暢實現多協定操作，這樣，應用開發人員就能突破協定依賴關係的壁壘，消除必要時切換到相應協定的壓力。

從這方面講，Qorvo並發偵聽技術可以改變當前的模式。在硬體層面上，它支援對來自不同協定的資料包進行異步交錯，使設備可以同時偵聽多個協定，且在偵聽期間不會出現盲點。

ConcurrentConnect技術在隨附軟體開發套件中進行了抽象化，提供簡單易用的API，便於應用開發人員在其應用中順暢地利用該功能。這種方式可最大限度地利用介質，因為在偵聽來自多個協定的異步事件時可保持同步連接。

而DMP與其不同的主要區別在於可預測性和不可預測性。DMP支援基於接收和發送資料包的可預測性，例如：DMP必須知道何時切換到低功耗藍牙，以及何時返回到Zigbee或Thread。ConcurrentConnect技術則支援不可預測性，適用於同步和異步操作(圖3)。

而Qorvo平台的硬體功能提供有效的方式檢測和識別資料包，只要被檢測到，資料包就會在硬體層即時完成標識流程，然後將資料包發送至適當的協定堆疊，無須在更高軟體層面附加非即時路由邏輯。

透過讓應用「認為」擁有自己的無線電，隨著附加的軟體開發套件為應用整合的協定向前邁出一大步。這能簡化應用開發，讓開發人員能夠專注於真正的應用差異。

因此，這為家庭網路帶來了各種案例，包括閘道、集線器和終端設備，這些案例都需要具備支援多個不同設備之間高頻率資料傳輸的功能。利用該技術，閘道可以在家庭網路中的所有標準和協定之間順暢切換，使更多基於不同標準的終端設備得以連接和控制。此外，設計人員和設備所有者在擴大其家庭連接時，不會受限於某種技術(圖4)。

智慧家庭導入新應用

ConcurrentConnect技術支援的閘道能夠同時瞭解多種協定，並允許混合使用各種終端設備，因此，有望出現新的物聯網案例。

此外，終端設備本身支援額外的案例。例如：設備可以同時連接至低功耗藍牙Mesh和ZigBee或Thread網路。又如低功耗藍牙的智慧手機，在ZigBee或Thread網路中運行的同時，可以直接連接至設備。並發偵聽功能還為組合協定開闢了以前不可能實現的新案例，例如：基於ZigBee或Thread的設備可透過不斷掃描低功耗藍牙追蹤器的低功耗藍牙信標實現定位。

在智慧家庭市場，聯網照明就是受益於該技術的重要應用之一。燈泡首次可以由基於ZigBee或Thread的開關以及低功耗藍牙開關同時控制；此外，運動感測器、恆溫器以及其他智慧家庭感測和控制設備也可以獲取類似的益處。

迎接物聯網新篇章

標準分布廣泛，而設備發展迅速之下，ConcurrentConnect技術是朝著動態多協定支援邁出的重要的下一步。該技術能提高物聯網市場的效率，將並發性提升到一個全新高度，支持設計師和消費者保留選擇多種協定和標準的權利，可以實現幾乎所有案例，所以他們不再需要選擇或妥協。

(本文作者為Qorvo資深產品線經理)