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通訊標準搶食智慧家庭商機
市場漸趨成熟

【作者: 王明德】   2015年11月30日 星期一

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家庭自動化市場規模逐漸擴大,除了自動化硬體供應商外,通訊廠商也紛紛搶進,家庭自動化系統的設備紛雜,要將各處的設備整合為一,必須仰賴穩定的通訊系統,在有線通訊方面,由於自動化產業原本在工業製造領域就沒有統一的通訊標準,應用於家庭時,更是各走各路,此一狀況讓有意跨入發展的通訊廠商難以推出量產產品,因此開始有廠商組成聯盟,各自推出相關標準,包括HPA推出的HomePlug與ITU制定的G.hn,不過就目前家庭自動化目前的通訊技術應用現況來看,工業通訊標準如CAN BUS、MOD BUS仍為多數,無線通訊部份,ZigBee、IEEE 802.11 a/b/g/n則是應用主流,以下就家庭自動化的有線與無線通訊兩端,來看各類標準的應用與發展。


HomePlug與G.hn之爭

HomePlug與HomePlug AV是目前應用最廣的寬頻電力線通訊標準,市占率超過80%,HomePlug使用電力線做為資料傳輸載體,由於其載頻從KHz跳升到MHz,因可以耦合到多個相位,克服了較低頻率上的阻抗,再加上採用可變速率負荷與更高的調變方式,這使得HomePlug擁有更高效能,進而快速進佔整個電力線通訊市場。


HomePlug在2012年出推出新規範HomePlug AV2,大幅提高其通訊性能與覆蓋範圍,同時也能回溯相容原有的HomePlug AV標準,HomePlug AV2將HomePlug AV的30MHz頻寬一舉提高至85MHz,希望可以將家庭中頻寬需求較高的網路遊戲、HD TV…等應用一舉納入,同時在符合IEEE 1905.1規範(網路不會中斷視頻傳送),其網路穩定獲得保證,目前已有超過300種產品通過HomePlug的認證,包括HomePlug與HomePlug AV1的全球出貨量已經超過1億台,HomePlug AV2則將使其聲勢更上一層樓。



圖1 : 家庭自動化系統的設備紛雜,要將各處的設備整合為一,必須仰賴穩定的通訊系統。(Source:PreApps)
圖1 : 家庭自動化系統的設備紛雜,要將各處的設備整合為一,必須仰賴穩定的通訊系統。(Source:PreApps)

HomePlug與HomePlug AV是目前應用最廣的寬頻電力線通訊標準,

市占率超過80%。

被視為HomePlug勁敵的G.hn問世時間較晚,直到2010年6月才由ITU制定,不過目前發展聲勢已逐漸凌駕HomePlug AV2,G.hn整合了電力線、同軸纜線、電話線,一次滿足了電信營運商對家庭連網裝置互通的需求。


G.hn整合的3種傳輸載體中,電力線部份直接與HomePlug對陣,這使得尚未搭上HomePlug列車的晶片廠商,可以選擇G.hn全力衝刺,G.hn目前的主要優勢在於整合了多種傳輸載體,讓家中的各類設備可以無縫鏈結,而且其頻寬最高可達100MHz,不遜於HomePlug,不過由於G.hn的問世時間仍然太短,目前HomePlug市場佔有率已高,不但全球市占率超過80%,部份先行地區如歐洲,更高達90%,在失去先聲的態勢下,G.hn能否後來居上是一大疑問。


除了與HomePlug的外在競爭,G.hn的另一個劣勢是成本,G.hn與HomePlug在家庭自動化的目標應用都是影音娛樂,走的是消費性應用端,這類市場對於價格相當敏感,在發展初期尚未能開ASIC IC時,其價格成本仍高,因此G.hn陣營還需有更大廠商加入,整體市場擴大後,晶片價格才能進一步降低,競爭優勢也才能擴大。


不過不管是HomePlug或G.hn,其看準的都是家庭自動化中的影音串流應用,不過就發展態勢來看,此一市場仍未完全成熟,家庭自動化的最大需求目前仍是控制,包括環境、能源的各類控制,這些控制所需的資料傳輸量並不大,並不需要太大的頻寬,而且由於導入的設備仍多以原有自動化廠商的產品為主,這些廠商原就有本身的通訊標準,如MOD BUS、PROFINET等,因此對於HomePlug與G.hn之類的標準都抱持觀望態度。


即便是在工控領域發展多時,跨入家庭領域後的各類自動化設備,也難有統一標準,主要原因在於工業通訊標準多由各大廠自訂,誰也不願意去跟隨其他廠商,而且工控領域向來封閉,不像消費性廠商的標準必須開放,以維持其相容性,因此當自動化設備被應用至家庭環境後,在通訊層面也就繼續維持原有的工控作法,至於使用者方面,由於家庭自動化的通訊介面不會與手機、電腦、電視等鏈接,因此並不會也不需在意採用何種標準,只要設備能夠穩定運作即可。


ZigBee成家庭自動化最大應用


圖2 : 家庭控制所需的資料傳輸量並不大,並不需要太大的頻寬。(Source: Digital Trends)
圖2 : 家庭控制所需的資料傳輸量並不大,並不需要太大的頻寬。(Source: Digital Trends)

無線通訊在家庭自動化的應用,多以舊有建物為主,從通訊品質來看,有線通訊的傳輸無疑最為穩定,不像無線通訊會面臨空氣中的各種干擾,不過有線通訊有佈線上的需要,若未能與建物一起施工置於管線內,無可避免必須裸露在室內空間,這將會大幅影響住戶的建置意願,因此在顧及自動化與美觀需求下,無線通訊成為舊有建築最大應用的通訊技術。


家庭自動化的最大需求目前仍是控制,包括環境、能源的各類控制。


圖3 : 家庭自動化所使用的無線傳輸技術包括Wi-Fi、Bluetooth、ZigBee、紅外線等3種。(Source:LG)
圖3 : 家庭自動化所使用的無線傳輸技術包括Wi-Fi、Bluetooth、ZigBee、紅外線等3種。(Source:LG)

家庭自動化所使用的無線傳輸技術包括無線區域網路(Wi-Fi)、藍牙(Bluetooth)、ZigBee、紅外線(IrDA)等3種,Wi-Fi特性為傳輸速率快,但因為耗電量大,多半用來進行無線上網,而擁有低耗電優勢的藍牙,不過受限於傳輸距離只有10公尺(代表被控設備不能離開中心點太遠),而且最多只能對應8個節點的限制,較適合應用在可攜式設備的短距離資料傳輸上,這2種技術在家庭自動化的應用,多限於無線遙控器與室內情境控制面板的資料傳輸,像是遙控器經由藍牙或Wi-Fi發送訊息給情境控制面板,提供使用者遠端控制的便利性。


至於ZigBee技術,因具有低耗電、傳輸距離為10到70公尺、可連結65,000個節點、支援多種網路拓樸架構等特性,再加上傳輸速率低,正好適合指令簡單的自動化設備,也被業界大量應於家庭自動化,游尚明指出,家庭自動化領域應用中,多數感測器都會內建ZigBee模組,具有感知、運算及無線傳輸的能力,從而架構出一無線感測網路(Wireless Sensor Network;WSN),可提供人員定位、緊急求救、環境感知、資產管理、家電設備控制、自動抄錶、醫療監測等用途。


紅外線化劣勢為優勢

除了ZigBee外,另一個較為普及的技術是紅外線,目前住宅所使用家電設備的遙控器,例如:電視、冷氣機、床頭音響等,泰半利用紅外線來傳遞控制命令,紅外線的優勢為成本低、耗電低,是日常生活中最常見的應用,缺點則是指向性太強及容易被障礙物遮蔽,不過指向性缺點在家庭自動化卻搖身成為優勢之一,由於無線電波會向四面八方擴散,若設定不佳,有可能使其他設備產生誤動作,紅外線的特定方向性,可減少這類的困擾。


除了上述幾類技術外,3G也已開始為家庭自動化所應用,尤其在智慧型手機的普及化,以3G結合智慧手機應用軟體(APP)的案例逐漸增多,目前比較常見是利用手機遠端控制家中設備、門禁管制、接收監視畫面等。


有線通訊有佈線上的需要,若未能與建物一起施工置於管線內,

無可避免必須裸露在室內空間,這將會大幅影響住戶的建置意願。

以台灣建案為例,佳園建設在台南南區的建案「鼎極佳園」,整合了手機與門鈴建構出主動式保全系統,住宅門口對講機直接連到屋主的手機上,當屋主外出、卻有人前來按鈴時,可以直接經由手機應答,倘若希望進一步確認來訪者身份,屋主也能透過手機接收現場照片。


通訊是家庭自動化系統中相當重要的環節,只是目前此一領域目前多仍以各類控制為主,影音需求仍不大,不過長期來看,兩者的結合仍是大勢所趨,因此高頻寬、單一標準的通訊介面仍會是家庭自動化的未來趨勢,台灣廠商在家庭自動化產業中,多以硬體供應與系統整合兩類角色為主,由於規模不大,難有標準制定能力,不過台灣廠商的產品設計彈性向來遠高於其他國家業者,多半在大勢底定後,再大量投入生產,雖然利潤不如先行者高,但其風險也相對較小,因此在此市場,台灣廠商仍有其生存利基。


**刊頭圖片:(Source: SmartThings)


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