智能家庭联网装置低功耗无线传输方案

芯科实验室(SiliconLabs)台湾区总经理宝陆格

Silicon Labs (芯科实验室)台湾区总经理宝陆格指出，目前看到成形且量还不错的市场，像是互联智能家庭、智能能源(例如在英国有一件3,000万个家庭换装智能电表的案件)、工业4.0/工业自动化(像机器手臂)、资产追踪、健身和健康等应用领域。智能家居在于创造一个更环保、舒适、安全的环境，目前已有ASUS、Comcast、AT&T、Panasonic、Google、Samsung、Honeywell、Tyco、Belkin等多家厂商与Silicon Labs合作，开发涵盖警报、存取、保全、温控、照明、动作等智能家居的应用产品。

目前存在且应用于智能家居的五大无线技术，像是专属(Proprietary)无线网络技术，蓝牙(Bluetooth)、智能蓝牙(Bluetooth Smart)、Wi-Fi、ZigBee以及Thread各拥擅场，不同的网络针对不同需求。像是SigFox/LoRa这种低于1GHz(Sub-GHz)频段、传输距离1公里以上专属无线网络技术，具备大型网络与长距离优势；而Bluetooth/Bluetooth Smart分别针对I/O&音讯、智能手机提供低成本的网络拓扑－无须闸道器的点对点连接；Wi-Fi是产业标准，提供设备到AP，且传输速度快(54 ~ 1,300 Mbps)、高星状(Star)中型网络，但容易出现单点故障。

而ZigBee于2004年成为IEEE 802.15.4无线电标准。它具备自我修复、可靠性高、可扩展的Mesh网状网络，同时也定义了包含应用层在内的网络协议堆叠，以确保所有厂商的共通性；但它不具备可直接连外的IP位置与机制，要连外则需另外搭配特殊闸道器/IC来转译。

Thread联盟于2014年由Silicon Labs、Google等七家公司共同创立，建立一个基于6LoWPAN/802.15.4无线电标准，具备IP机制、低功耗、采银行等级加密、且能简单的增添、删减节点、无单点故障的自我修复Mesh网络。Silicon Labs为Thread及ZigBee联盟创始会员，将ZigBee Cluster Library (ZCL over IP)挂到Thread之上的应用层，因此可以将市售ZigBee控制的装置，以Thread的IP联网协定去控制与应用。

宝陆格指出，物联网/智能家庭产品需要多种无线技术存在，像一般家庭都有Wi-Fi的闸道器，供手机/平板以Wi-Fi方式连接；若要连接控制智能手表/手环，则透过Bluetooth Smart技术会比较合适；若要作灯光/传感器控制，则透过ZigBee比较方便简单。他举例像Wink Hub这个家用无线闸道器，就具备Wi-Fi、Bluetooth、ZigBee、Z-Wave，以及专属的Lutron、Kidde等无线技术；另外如Google(Nest) Protect烟雾/二氧化碳浓度侦测器，则有Wi-Fi、ZigBee等无线技术。

无线技术多元化的选择方案

由于单一协定无法适用所有装置，具多种无线网络协议成为必然趋势，对芯片供应商而言，可藉由提供可程序化－依所支持的无线网络技术，出厂时挂载或烧录相关韧体；可切换－开机切换无线协定；动态切换－切换不同的无线网络；相同频段的无线技术甚至多种频段无线技术的共存来达成。目前市场上已有像是先将LED灯泡装置启动在2.4GHz蓝牙模式，手机与LED灯泡配对并取得参数后存入快闪存储器，接下来重开机改以2.4GHz的ZigBee协定进行控制的多协定应用案例。

宝陆格指出挟20年无线创新连接经验的Silicon Labs，在2016年2月发表了针对IoT多重协定的Wireless Gecko(壁虎)系列的SoC，分为支持Thread、ZigBee、Bluetooth Smart与Proprietary四种无线技术协定堆叠的Mighty Gecko，支持Bluetooth Smart与Proprietary的Blue Gecko与单一Proprietary无线技术的Flex Gecko三大项产品。

Wireless Gecko全系列均整合+19.5dBm功率放大器(PA)与2.4GHz平衡-不平衡转换器(Balun)；具备硬件加密引擎仅需2秒即可完成Thread无线配对与加密(若单以软件计算则需30秒)，可用于传统设计的5V兼容I/O，提供32~256KB存储器选项，以及QFN32、QFN48与WLCSP灵活的封装选项。搭配Simplicity Studio SDK，以图形化界面整合Eclipse的开发框架，支持Keil、IAR、GCC与协定厂商的SDK/IDE，并提供Energy Profiler、Network Analyzer协助开发商做实时能耗、封包追踪的分析。

宝陆格最后提到像美国最大有线宽频营运商Comcast，就推出XFINITY Home System－采用Silicon Labs ZigBee Mesh网络技术的iControl平台，提供专人施工、依不同月租费之Monitor及Security服务，入门级的包括中央控制及几项感应器仅每月19.95美元。华硕于2015年底信息月发表一系列ASUS Smart Home产品，提供Wi-Fi/Bluetooth/ZigBee多重协定的HG100无线闸道器，透过手机下载Apps，即可藉由手机从云端来做居家物联网装置的控制、情境设定，像是DL101智能门锁、MS101动作感应器、NW100可测能耗的智能插座、TS101温湿度感应器，第三方符合ZigBee规范的LED灯泡/灯具，与TaiSEIA规范的家电产品。