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智慧家庭監控應用與物聯網技術整合

  • DIGITIMES企劃

物聯網架構可分成三層,如何透過技術整合,將物聯網推廣到各式智慧家庭應用,已是業界主要課題。2014年起各大廠紛紛建立產業聯盟,推廣物聯網平台標準,讓產業有標準可遵循。亦可推廣至智慧監控,使得狀況發生時能與其他裝置互動,讓視訊攝影機更加智慧。

智慧家庭商機大  各大廠紛紛搶攻

台灣IP Camera尚未支援物聯網平台。D-Link/Asus/SpotCam/Treetop

因應智慧型手機與雲端運算應用的普及,加上物聯網的興起,智慧應用從行動裝置延伸到各領域。根據IDC預測,物聯網(IoT)相關應用市場規模,在2015年達271.2億美元,到了2017、2019、2020年將達到378.2、564.9、706.5億美元。面對如此的經濟規模,各方無不全力搶奪這塊市場大餅。

然由於物聯網牽扯到跨領域的技術結合,因此不管是半導體廠、軟硬體廠、設備廠、系統整合商等等,除了積極推出自家的各項IoT相關產品與解決方案外,更積極透過策略聯盟、異業合作的模式,建構自己的物聯網生態圈。如今有不少物聯網的標準聯盟與平台出現,以搶攻智慧家庭的龐大商機。

物聯網架構分類  各層皆有其專業

物聯網主要架構大致可分為:1.感知層、2.網路層,與3.應用層,每一層都有其對應的相關技術與產品。像是感知層部份,其由各式感測裝置所組成,擔任現場即時且長時間的資料蒐集任務,因此其要求的是要即時運作、長續航力。所以感知層的Sensor與MCU,必須具備低功耗、高效能的特性,並將資料無時差地儲存下來。

而網路層部份,則是以各種超低功耗的有線或無線網路規範,所組合而成的資訊交換與傳遞網路。這些網路協定,包含6LoWPAN、WirelessHART、ZigBee、MiWi、WIA-PA、ISA100等工業專用協定,以及Wi-Fi、藍牙、2G/3G/4G等消費性無線通訊協定。主要用意是要將各種感測器的資料集結,並上傳到雲端伺服器。因此網路層的相關網通產品(如Hub、Edge Computer等),必須支援各式有線與無線通訊協定,並傳遞到物聯網資料/管理中心。

至於應用層,搭配各式應用程式,透過物聯網應用支援層、資訊平台、雲端運算、服務支援平台等方式,來達到各式各樣的應用領域,像是環境監測、無線感測網路(WSN)、智慧電網與能源管理、醫療照護、食品管制系統、產品供應鏈,以及智慧家庭、智慧建築、智慧工廠、智慧交通運輸、智慧都市等各領域的用途。這塊市場,目前是由各物聯網聯盟制定產業標準,透過異業合作方式,包裝成各種技術與服務,以提供客戶完整物聯網的軟硬體解決方案。

物聯網技術整合  從籌組協會並建立平台開始

由於物聯網的技術與應用,可說是橫跨產業的結合,因此如何將物聯網技術整合,也成為產業最大挑戰。如上述而言,由於物聯網各層都有其工業標準與規範,加上近年來「平台」(Platform)概念的興起,單打獨鬥的時代已經過去,因此不同產業之間紛紛透過結盟的方式,組成產業聯盟,以統一推動共通標準,方能將市場做大。因此物聯網演變成:在第二層(網路層)與第三層(應用層)之間加入了一個「平台層」的觀念,藉由平台層的建立,提供各式API與開發工具,並有相容產品認證規範,以利於物聯網的規格統一與產品推廣。

這些聯盟透過平台層的標準化,從上可攻物聯網的應用市場,從下亦可吸收感知層與網路層等設備廠商的加入,一同將物聯網市場拱大。不過事實上,由於各廠商都想成為平台主導廠商,因此有不同的物聯網/智慧家庭平台標準在市面上流通,使得各家電廠商在推出智慧家電的平台標準時,也發生必須選邊站或是支援多重標準的情況。

目前物聯網平台眾多,像是2013年12月由Qualcomm主導的AllSeen Alliance,以其開放源碼平台AllJoyn為基礎,讓物聯網裝置透過Wi-Fi、電力線或乙太網路連結,可運用在Linux、Android、iOS、Windows等平台,後來微軟也宣佈加入該聯盟,該聯盟制定AllJoyn平台標準,讓物與物之間能互相發現對方,可應用的產品領域包括智慧家電、智慧電視、智慧音響、寬頻閘道器、車載電子等,並以Wi-Fi做為連線協定。如今已累積最多的會員數(超過200家),成為聲勢最浩大的物聯網平台之一。日前Qualcomm已將原始碼管理權移交給Linux基金會。

有別於AllSeen聯盟,由Intel、Samsung、Broadcom等廠商合作,於2014年7月籌組了Open Interconnect Consortium(OIC)聯盟(Broadcom因智財處理因素,後來離開該聯盟),該聯盟注重物與物之間的互連便利性、安全性、可信賴性,吸引更多如Cisco、Mediatek等ICT大廠的加入。其制定的OIC 1.0 RC版規範於2015年9月推出。為了讓其平台更壯大,該聯盟於2016年2月中旬更名為Open Connectivity Foundation (OCF)聯盟,其制定之IoTivity平台標準,也交由Linux基金會所管理,隨後微軟也加入該聯盟。使得OCF成為與AllSeen相抗衡的物聯網標準。

在工業物聯網應用部份,由於各產業類別的不同,為了加速工業IoT的建置過程,由 AT&T、Cisco、GE、IBM、Intel等大廠於2014年3月成立的Industrial Internet Consortium(IIC),為一家致力於相容性測試認證,而非制定產業標準的協會。其針對能源、醫療照護、製造業、公共領域、運輸等產業,提供開放性的相容性測試標準,藉以提升各廠商產品的互操作性、安全性,簡化工廠在建置工業IoT系統的過程。現IIC擁有Microsoft、Samsung、TWNIC…共237家會員,且與OIC/OCF有合作,將會以IoTivity標準,來加速工業IoT的建置。

兩大行動作業平台巨擘  各建置智慧家庭平台

IoT標準的建立,促使兩大行動作業平台巨擘也開始動起來。蘋果於2014年6月也公開自己的HomeKit,為IoT裝置Apps的SDK開發套件,讓廠商開發出的智慧家居產品,能利用iOS裝置(iPhone、iPad等)的觸控或Siri語音控制的方式來操控。目前支援HomeKit的周邊商品,主要以Hub或Bridge為主,搭配支援HomeKit的App即可控制各式智慧家電。

Google的Nest Labs於2014年偕同Samsung、ARM、Freescale…等廠商籌組Thread Group聯盟,鎖定在家庭自動化市場。該聯盟採用以802.15.4規範的6LoWPAN通訊協定、IPv6為網路層的主要架構,因此能不受任何硬軟體或各種無線實體層技術的限制,可為消費者省去閘道器的設置,且可搭配現有的Zigbee、HomeKit、AllJoyn等應用層來使用。該聯盟日前釋出的Thread 1.0規範,讓Qualcomm也加入該組織。Thread Group目前已有超過200個會員。

此外,Google在2015年5月發表了Project Brillo的物聯網作業平台,可說是Android的極簡化版本,讓該輕量OS可以安裝在各式裝置,例如門鈴、監視攝影機等等。其中包含Nest Labs的Weave家庭自動化通訊協定,讓各裝置間能因為各種事件或狀態而做連動,以挑戰Z-Wave、Zigbee等協定。目前Weave已獲Intel、Marvell、Qualcomm、Freescale、Imagination等半導體廠商的支援,該規格尚未正式發表。

家庭智慧監控產品夯  可惜尚不支援物聯網平台

家用監控攝影機,已成為當今家居安防與遠距照護的必備產品之一,可用來監視家中寵物、小孩、老人的狀態,或提供門窗與特定場所的闖入警告。這類產品有無線與有線兩種,提供本地端錄影(記憶卡或傳至NVR),或雲端錄影(錄製影片上傳至雲端空間)能力,有些還內建麥克風,能提供雙向對話的功能。

通常這類產品的硬體建置、App(甚至雲端空間)都是由各廠商所建置,在支援的IoT平台部份則紛紛選邊站。例如Netgear Arlo支援AllJoyn平台,而August Smart Lock with Camera、First Alert IP Camera則支援HomeKit平台。

至於台灣廠商推出的智慧監控產品,在設計時就直接採用有線或無線網路協定,搭配手機App或PC網頁瀏覽器來進行設定與監控。像是D-Link(DCS系列)、Asus(AiCam)、Compro(TN系列)、SecuFirst、AVTech、Edimax、TreeTop、SpotCam等等,因這些產品都尚未支援上述平台,因此這類產品最多只能做到P2M(人對物)的控制,無法做到M2M(物對物)的連動。