Wi-Fi 6 ZigBee 藍牙 Thread Z-Wave 802.11ax Qorvo Silicon Labs

Computex 2019特別報導-Connectivity

多重無線混合環境成常態 短距物聯網無縫轉換為王道

2019-07-09
無線通訊技術的發展讓多數室內環境形成多重無線聯網技術混用的情況,如何讓不同的無線網路技術順利聯結、同時自由/無縫的切換與跨標準的控制,成為短距室內聯網發展的重點,滿足消費者對更高的無縫連接性的需求。

無線通訊技術為資訊產品的應用帶來高度便利,而越來越多無線技術也讓多數室內環境形成多重無線聯網技術混用的情況,包括:Wi-Fi、Zigbee、藍牙、Thread、Z-Wave等等,如何讓不同的無線網路技術順利聯結、同時自由/無縫的切換與跨標準的控制,成為短距室內聯網發展的重點。

Wi-Fi由於使用非授權頻段,免費且便利的使用經驗,成為大部分人在家中、辦公室等室內空間聯網、傳輸數據的主要選擇,而進化到第六代網路技術的802.11ax,是繼b/a/g/n/ac之後的技術規格,以更加簡便易記的Wi-Fi 6為命名,除了傳輸速率高達7Gbps之外,支援在不同Pod之間的轉換更是一大亮點。另外,Silicon Labs也針對多重協定整合解決方案,推出效能全面提升的新版本,強化多重協定無縫切換的願景。

無線網路「混搭」升級Wi-Fi 6揮軍智慧家庭

物聯網帶動各式各樣聯網標準興起,從以個人為中心的聯網、區域聯網到廣域的聯網技術,每個環節都有其代表的聯網技術,使用者依照使用需求,選取相對應的聯網標準,然而,在Wi-Fi 6標準的發布,將有望打破各種聯網技術的隔閡,單一路由器將整合Wi-Fi、Zigbee與藍牙等聯網技術,讓使用者可跳過選取不同聯網技術的環節,以更直覺化、更便利的方式使用無線網路,為家庭智慧化帶來嶄新的發展契機。

Qorvo無線連接業務部總經理Cees Links(圖1)表示,相較於上一代的Wi-Fi技術,Wi-Fi 6在傳輸速度、容量與覆蓋範圍上都有長足進步,使得Wi-Fi網路將具備更充足的頻寬流量滿足多名使用者的網路需求,同時也帶來了寬廣的傳輸距離與更快的傳輸速率,實現諸如AR/VR、自動駕駛與4K影視等多元應用需求。

圖1 Qorvo無線連接業務部總經理Cees Links表示,Wi-Fi 6提供更充足頻寬流量,可滿足AR/VR、自動駕駛與4K影視等多元應用需求。

傳統的Wi-Fi無法實現所謂的漫遊(Roaming),使用者從一個Wi-Fi AP覆蓋的範圍移動到另一個Wi-Fi AP覆蓋的範圍時,需要切換SSID,在切換SSID的過程中會造成短暫的網路連線中斷或是傳輸速度遽降;而Wi-Fi 6則不同,Wi-Fi 6的分散式Wi-Fi及One Pod Per Room的設計將盡可能達到對於整個住宅的網路覆蓋。Pod覆蓋越全面,網路體驗也就越好,而Qorvo所致力的便是盡可能縮小Pod的產品大小,提供更低的功耗與更加優質的效能。

Links談到,連接住宅的資料速率是現今Wi-Fi連線的瓶頸。由於住宅資料速率遠低於智慧裝置和接入點之間的傳輸速率,即使裝置間傳輸速率高達7Gbps,但當家中上網速率只有100Mbps,就會導致資料分層失衡的問題。為此電信商相繼提高FTTH、DOCSIS 3.1、LTE和5G閘道的傳輸速率,同時Wi-Fi 6亦將提高實際資料傳輸量與容量,並減少無線網路之間的干擾問題,以支援家中多樣化的無線混合聯網環境。

智慧家庭作為日益普及的智慧應用,其仰賴Wi-Fi和物聯網的連接和通訊。為達到真正的智慧家庭,Wi-Fi 6技術採用的One Pod Per Room設計可作為最佳方案,以便利用物聯網通訊技術並達到分散式Wi-Fi架構。舉例來說,每個Pod都用作無線接入點,每個接入點都將支援Wi-Fi和物聯網標準,還包括Zigbee和藍牙裝置,甚至可以通過語音輔助命令進行控制。此外,利用分散式Wi-Fi架構,智慧設備搭配上最新的Wi-Fi 6標準所提升的資料輸送量與頻寬容量,可以在多個通道中與無線路由器通訊,無需使用額外的閘道或在家中安裝多個乙太網/電纜/光纖連接點,以便連接一個網路系統,真正創建智慧家庭環境(圖2)。

圖2 One Pod Per Room室內無線聯網架構圖。

Qorvo亞太區市場行銷經理林健富談到,以目前來說One Pod Per Room架構發展還在概念階段,不過該公司非常看好此架構的前景,並已可提供Wi-Fi射頻前端,以及物聯網應用的藍牙、Zigbee、Thread整合型晶片,協助製造商打造高度整合的無線解決方案。

整體而言,分散式Wi-Fi將支援每間房裡的高/低速裝置。現代家庭網路接入系統通過家庭網路下載和緩衝內容時,安裝高容量的分散式Wi-Fi可在家裡提供更快的速率、更優質的傳輸內容,以滿足多位用戶的需求。

不過歸根結底,分散式Wi-Fi的價值並不在於所使用的特定技術,而是在於使無線通訊技術可以更容易與所有相關技術一起嵌入在單個Pod中,滿足消費者對更高的無縫連接性的需求,打造良好的智慧家庭體驗。

全面強化各項效能 動態多協定整合更便利

已經投入解決多重協定整合技術的芯科科技(Silicon Labs),日前推出了下一代Wireless Gecko平台Series 2,基於該系列產品的RF和多協定能力,Series 2提供了廣泛且可擴展的物聯網連接平台。初期的Series 2產品包括小尺寸SoC元件,具有專用的安全處理器和晶片上無線電,可提供較競爭解決方案2.5倍大的無線覆蓋範圍。

物聯網開發人員經常面臨無線覆蓋範圍、功耗、尺寸、安全性和成本等產品設計方面的權衡。Silicon Labs高級副總裁兼物聯網產品總經理Matt Johnson(圖3)指出,Series 2無線連接產品組合透過高整合度的SoC選項和可重用軟體簡化了物聯網產品設計,使得RF通訊更加可靠且節能。Series 2可幫助開發人員優化系統成本和性能,適用於各種智慧家庭、商業和工業物聯網應用。

圖3 Silicon Labs高級副總裁兼物聯網產品總經理Matt Johnson指出,Wireless Gecko Series 2適用於各種物聯網應用。

隨著物聯網設備的使用和種類日益增多,Johnson提到,開發人員正在尋求靈活的連接解決方案,以便幫助其快速將差異化產品推向市場,同時減少成本,降低設計複雜性,以加速物聯網的開發、部署和採用。Series 2的首批產品包括支援多協定、Zigbee、Thread和Bluetooth網狀網路的EFR32MG21 SoC,以及專用於低功耗藍牙和藍牙網狀網路的EFR32BG21 SoC。應用範圍包括:閘道器、集線器、照明、語音助理和智慧電表等。

Wireless Gecko Series 2 SoC為開發人員提供最佳的RF性能,+20dBm輸出功率和+124.5dB鏈路預算;無線電具備更高的抗干擾性能;採用帶有TrustZone技術的80MHz Arm Cortex-M33處理器;低活動電流(50.9μA/MHz),滿足綠色能源要求,採用低功耗40nm製程,並使用小型化4×4mm QFN封裝;可有效降低BOM成本和系統成本,較少的匹配元件,無需片外電感或功率放大器,EFR32xG21 SoC計畫在第三季發表。

Johnson進一步說明,EFR32xG21 SoC具有增強的安全功能,導入專用安全內核,可實現比軟體技術更快、更低功耗的加密,並使用隨機數生成器,使設備證書密鑰不易受到攻擊,同時能安全啟動下載,確保韌體鏡像和無線更新的可靠性,而安全的調試訪問控制,有助於OEM防止對最終產品的未授權訪問。

而利用引腳和軟體相容、並帶有其他專用安全技術的Wireless Gecko Series 2 SoC和模組,Johnson強調,設計人員可以利用Silicon Labs的Simplicity Studio整合開發環境(IDE)將安全的下一代物聯網產品快速推向市場。Simplicity Studio IDE透過各種工具加速產品上市,包括統一的無線開發套件、SDK、能耗分析器、專利網路分析器、應用展示和行動應用程式等。

物聯網的發展,帶動網路節點數量大幅提升,室內空間的無線網路應用,要同時應付多協定與多節點的情境,網狀網路已經成為目前最佳的解決方案,其最大特性是一改過去網路架構具主從關係的集中化形態,而採用分散式架構,目前在網路形態較單純的家庭應用中,已能有效發揮智慧化控制、管理的目標,並帶動發展多年的智慧家庭概念逐步開花結果,未來也將持續朝更穩定、節點數更多、更有效率的方向前進,期能達成萬物聯網的願景。

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