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无线监测应用再进化 技术互补挑战多
先进仪器有助解决干扰难题

【作者: 姚嘉洋】2013年10月28日 星期一

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无线监测所采用的传输技术,仍然是呈现百花齐放的现况,其主要的原因在于产业界各项的主流技术都拥有相当高的能见度与成熟度,像是Wi-Fi、ZigBee、3G(WCDMA)乃至于过去相当热门的WiMAX或是现在的无线通信技术LTE等,都各自在该应用领域中扮演不同的角色。


广泛来看,无线监测亦可被称为「无线监控」,就概念上,所涵盖的应用层面相当广泛,从安全监控、医疗、工厂、大楼、住家甚至是国土安全等,只要是在技术层面需要动用感测与无线传输这两项技术来进行信息的收集与传输,都可视为无线监测的范畴。


无线监测再进化 整合物联网与巨量数据


以居家安全监控为例,在摄影机撷取画面后,消费者可以透过3G或是4G电信技术,实时地清楚看到住家的各处影像画面。又或者,就大楼自动化而言,各类系统透过传感器获得信息后,可以利用ZigBee或是Wi-Fi将数据传回后台或是服务器,进行数据汇整分析以取得有意义的信息,进行全面性的大楼动态管理,像是每日的用电情况,对管理者就是相当重要且基本的信息。



图一 : 节能省碳已成不可逆的潮流,所以大楼乃至于广域的用电状况的了解,也成了无线监测的范畴之一。(Source:西门子)
图一 : 节能省碳已成不可逆的潮流,所以大楼乃至于广域的用电状况的了解,也成了无线监测的范畴之一。(Source:西门子)


而无线监测发展至今,其实已有不短的时间。在过去发展的历程中,产业界也对于各类技术在该领域的发展,其竞合关系有着不少的论战,原因在于不同技术各有优劣,各技术阵营皆认为自已有机会成为无线监测的领头羊,但恰巧就是因为这样的背景,各自在既有的市场也发展的相当成熟,也形成了彼此互补的情况。在某种应用情境下,只适合特定的无线技术,也有唯有如此,在整体无线网络的环境中,才有机会将不同环境的数据收集到同一地方,以进行后续的分析。


进一步的说,像是近年产业界时常提到的物联网与巨量数据(Big Data),由物联网彼此互通有无,进行讯息传递,再以巨量数据的概念,将数据送进后端以分析软件整理出有价信息,两相结合之下,这都可以说是无线监测应用的再进化,其衍生的商机与市场规模都非是传统的IT或是消费性电子产业所能比拟,也因此吸引了不少传统的IT业者进入,在台面上动作最为积极的,莫过于微软与英特尔这两大软硬件领域巨擘。


技术特性差异 决定了不同的应用环境


再回到无线监测应用来看,各类无线技术既然各有优劣势,也形成互补之效。就建置成本上,ZigBee在众家技术中可谓最为低廉,尽管在数据量传输上敬陪末座,但像是温度变化或是空气湿度等单纯数据的传送,交由ZigBee就会相当适合,因此在许多任务厂或是大楼自动化领域,时常可以见到该技术的踪影。


但若是人体的生理讯号,如体温的变化、心跳次数与呼吸频率等,同样都是简易数据的传送,但毕竟在消费性电子领域中,蓝牙的能见度远高于ZigBee,这时比的就不是技术优劣,而是在特定应用领域的技术成熟度。也因此用蓝牙进行数据传输,将数据送进手机,手机若有相关的软件就能初步了解自已的身体状况,又或是可以将这些信息用3G讯号回传至医疗照护中心,作进一步的分析与监测,其结果同样也可以送回手机让用户知悉。



图二 : 由于蓝牙在消费性电子的能见度相当高,在人体生理讯号的监测上,也扮演了重要的角色。(摄影:姚嘉洋)
图二 : 由于蓝牙在消费性电子的能见度相当高,在人体生理讯号的监测上,也扮演了重要的角色。(摄影:姚嘉洋)


罗德史瓦兹宽带及基础仪表量测项目业务经理庄美华谈到,单以ZigBee与Wi-Fi的比较,前者的数据传输量远低于后者,但在传输距离而言,前者却略胜一筹。因此在不同应用情境上,ZigBee与Wi-Fi的确在能见度上有所差异,像是在矿坑环境,ZigBee在建置上相对容易,成本又相当的低,能见度自然相对较高。


罗德史瓦兹应用支持经理陈飞宇也补充说明指出,其实在家庭领域,ZigBee的能见度也不遑多让。但整体来看,还是得看数据传输的需求而定。而陈飞宇也一语道破这两大技术的最大需求差异:是否与人有关?


陈飞宇认为,通常与人有关的数据传输,大多会与影音数据有较大的关系,以安全监控为例,因为必须进行影像传输,所以在技术的选择上,Wi-Fi会相对合适。但若就物流管理而言,ZigBee就会容易出线。


实际环境下 讯号干扰问题依然存在


不过,就实务上,ZigBee与Wi-Fi的讯号传递都是透过2.4GHz的频段,而熟知无线技术领域的人都了解,2.4GHz频段有许多不同的无线技术在使用,因此干扰的问题即便到现在也都一直存在着。从应用层面来思考,无线监测的实际需求,至少在数据传输上必须要避免干扰的情况发生,在系统设计之初,如何克服此一问题,这就考验了系统设计人员的能力。


图三 : 如何在设计之初,就避免其他无线讯号或是外在环境的干扰,成了无线监测系统的设计的一大挑战。(Source:info.zentech.com)
图三 : 如何在设计之初,就避免其他无线讯号或是外在环境的干扰,成了无线监测系统的设计的一大挑战。(Source:info.zentech.com)


陈飞宇进一步谈到,撇开ZigBee不谈,光以Wi-Fi而言,在同一空间中,Wi-Fi的讯号源,少则数个,多则几十个,在这种情况下,干扰的问题就无法避免。他也谈到,在实际环境下,许多无线讯号的干扰现象的撷取,过去的量测仪器是无法作到的,理由在于仪器的精准度与速度无法跟上,但演变至今,罗德史瓦兹的产品已经可以在「毫秒」的范围内来抓取干扰的讯号。进一步的说,「实时性」地侦测现场的干扰现象,像是Wi-Fi与ZigBee的干扰,已经是系统开发初期可以克服的问题。


然而,值得一提的是,由于Wi-Fi已经由802.11n演进至802.11ac,在速度上有相当大的提升。11ac是否有机会往工厂自动化或是无线监测等应用迈进?陈飞宇认为,当然有机会,只不过目前11ac仍然会是以商用为大宗,客观来看还是得视客户的需求而定,像是安全监控领域,由于摄影机的画质与分辨率不断提升,造成数据的传输上,也必须使用更为高速的传输技术满足此一需求,因此长期而言,安全监控的确有机会采用11ac。



图四 : 由于监控画面的分辨率不断增加,若要使用Wi-Fi进行影像传输,升级至802.11ac,只是时间早晚的问题。(Source:comtrol.com)
图四 : 由于监控画面的分辨率不断增加,若要使用Wi-Fi进行影像传输,升级至802.11ac,只是时间早晚的问题。(Source:comtrol.com)


不过,陈飞宇也提醒,尽管无线技术发展至今,讯号的干扰问题非但没有被解决,反而愈趋严重,也因此,站在量测仪器业者的角度,就必须提供精准度更高、速度更快的产品,以满足无线监测系统的需求。


结论


整体来看,无线监测发展已经进入相对成熟的阶段,各大无线技术阵营挟其自身技术优势,互相补强其不足之处。剩下的,就是技术本身如何演进,使得无线监测应用可以更加成熟。然而,不变的是,无线讯号的干扰问题依然存在,放眼未来,量测业者们在该领域仍然有许多地方需要努力,以提供更为优异的解决方案,来建置更良好的无线监测环境。


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