工业4.0趋势下的低功耗无线网通方案选择
- DIGITIMES企划
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联网技术为工业4.0物联网的应用基础，在有线与无线网络技术中以无线技术最容易布署、使用弹性高，但要能达到万物(things)联网应用选择无线网络进行布署，不但要考量网通技术的性能、功耗与整合难度外，是否能顺畅连结网际网络确实执行线上控制与自动化执行，就成为网通技术选择关键...
传统工业转型至工业4.0应用，最关键的部份即物联网衔接的网通技术标准，为了面对万物联网的应用需求，在挑选导入的网通技术选项就成为相当关键的重点。以工业4.0的物联网应用检视，联网的终端可以广泛地以对功耗相对敏感、使用空间相对受限的终端设计，而这个系统(或是可称为控制终端)通常也整合了微控制器(Microcontroller Unit；MCU)、无线(RF)收发器、传感器与系统韧体/软件等。
低功耗网通技术多元 仍需针对应用选择传输方案
目前物联网应用终端多数选择Wi-Fi、Bluetooth Smart、Thread等无线网通技术，其中较新颖的Thread网通技术不仅针对物联网应用与低功耗问题重点优化，在大厂带头下也极可能成为新一代物联网应用的重要无线网通技术选项。
Thread是一个针对物联网用途优化的无线网络技术方案，Thread与Wi-Fi、Bluetooth等无线网通技术近似，但实际上Wi-Fi网通技术在耗电方面一直是问题，而Bluetooth在各方面又显得无法满足物联网应用需求，至于Z-Wave在技术方案方面显得较为封闭，至于ZigBee方案又太过发散，反而将物联应用设为重点项目的Thread更具规格优势。
尤其是物联网应用在网通传输数据上，并不追求Gbps或Mbps以上的高速传输，在实际应用场合顶多在Kbps水准就能满足应用需求，相对的系统设计更需要物联网终端能达到数周甚至数个月的运行时间，使用电池做为核心驱动电力来源的终端系统，九成希望电池提供的电力支持能越久越好，同时，采行电池供电、搭配无线化应用布署的物联网系统，也更能达到快速布署应用环境与简化维护的设计目的。
反观同属低功耗优势基础的Bluetooth网通技术方案，虽在Bluetooth SIG宣称在4.1版本释出，已可透过Bluetooth网通方案建构低功耗无线物联网应用，但实际上Bluetooth 4.1在支持物联网应用仍有相当多技术层面需要补强，类似的状况在Z-Wave网通技术也有扩展受限的问题，因为Z-Wave网通技术在芯片供应商相对有限，也导致推进物联应用市场显得迟滞。
可扩展IP与安全传输 为物联网应用重点
物联网终端再透过网络桥接(无线或有线网络)至网际网络，进而进行线上的远程遥控、或透过程序/人工智能进行自动化运行，而应用上已有多种无线通讯技术可实践物联终端连结至网际网络的使用需求，但是针对物联网要求的低功耗、可扩展IP与安全性要求方面，能选用的通讯协定就相当有限。
在IoT(Internet of Things)物联网应用中，主要以802.15.4、Bluetooth Smart与Wi-Fi为三大主流网状网络通讯协议方案，其中Wi-Fi目前已是家用无线网络应用的主流技术方案，具备传输性能高、建置成本低廉，因应高分辨率影音、大量多媒体影音传输具备即佳使用体验，然而其传输运行过程的功耗相对较大，若终端为以电池为核心能源供应来源的设备，实际布署使用的实用性会因为功耗过大而受到限制。
Bluetooth Smart功耗表现佳 在进阶方案中才有加入IP支持
Bluetooth Smart是由智能手机点对点网络Bluetooth网通方案进阶衍伸的超低功耗无线传输版本，在智能手机应用上已有极佳的低功耗无线传输表现，对于采电池供电的设备具备极佳应用价值，但Bluetooth Smart无线网通技术方案并不支持IP网络，必须是更进阶的Bluetooth Core Specification 4.2网通方案才能获得低功耗Low-power IP(IPv6/6LoWPAN)的应用支持。
而在IoT应用环境的特殊性使然，在网状网络ZigBee/ZigBee Pro或是以ZigBee为基础扩展的Thread网通方案，由于发展基础为针对低功耗甚至极低功耗无线传输技术方案802.15.4网状网络解决方案扩展而来，在发展家庭甚至进阶的工业物联网应用方面，802.15.4网状网络解决方案已成为相当重要的技术方案，不仅广泛用于家庭自动化的物联网应用，再针对低带宽无线传输的自动化/自动控制应用场合，802.15.4网状网络解决方案在终端可以使用电池驱动维持多年设备运行的优异功耗表现，成为物联网核心应用的重要关键。
ZigBee仍为工业物联网应用主流
另一方面，ZigBee与Thread在技术方案较为接近，但在针对物联应用、终端联网的支持部分，因为Thread网通技术方案在释出时即表态支持6LoWPAN(IPv6 over Wireless Personal Area Network)，在运行无线数据传输产生的功耗可以与ZigBee或Bluetooth达到相同的省电表现，也是在这波物联网应用中成为相当热门的无线网通技术。至于ZigBee技术方案本身，由于发展较早，面对不同应用型态(Application Profile)在多元应用环境的对应方案较为齐全，像是ZigBee在网络层就有ZigBee、ZigBee PRO、RF4CE、ZigBee IP等，每种重点方案又有多种应用型态，后续应用发展值得持续关注。
比较明确的是，Thread在各方面都可以发现是针对物联网无线网通应用优化的技术方案，但实际上Thread在技术规划出发点仍以家庭自动化应用为主，因此Thread可以支持的终端装置节点达200多个，相对在ZigBee应用节点达255个就显得略少一些，若是进阶版本的ZigBee PRO节点号称支持数达65,536个装置节点，在面对高复杂度的产业应用如工业生产流程的监控节点、智能电网(Smart Grid)的大范围智能电表监控应用，反而是ZigBee无线网通方案更具整合效益、同时在系统可扩展性的支持上相对较Thread技术方案更具优势。
从技术方案的基础检视，Thread可以说是ZigBee针对家庭应用需求优化的低功耗无线网通方案，网通技术的基础为由ZigBee进一步扩展整合，并针对家庭应用环境最佳化的网通技术，与其他针对家庭应用需求推出的Z-Wave、Bluetooth、Wi-Fi等网通技术抢攻家庭物联应用市场，至于工业应用范畴，仍以ZigBee为基础进行扩展的进阶低功耗网通技术，较能符合实际的工业4.0的进阶整合应用需求。
