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Wi-SUN

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物聯網推波智慧城市 Wi-SUN實現長距離/高穩定傳輸

  隨著物聯網建設邁向成熟,城市中建立起高覆蓋、低延遲的網路環境,逐漸實現智慧城市的可能性。智慧電表、路燈等應用的連接除了仰賴無線網路,傳輸距離與耗能同樣影響連網的品質。而Wi-SUN即具備長距離傳輸/低功耗/高穿透力等特性,成為智慧城市應用的新興選擇。同時Wi-SUN聯盟的成立,也意謂著業內已有許多廠商有組織性地投入Wi-SUN領域,共同制定認證規則與資安規範,提升Wi-SUN產品的品質。 Wi-SUN兼具低成本/高穿透特性 Wi-SUN、LoRaWAN、NB-IoT皆是運用於IoT領域的低功耗廣域網路(Low Power Wide Area, LPWA)無線通訊,特色是功耗低且覆蓋範圍廣,傳輸距離最遠可達幾公里範圍。據筆者詢問羅姆半導體(ROHM)得知,比較這三個無線通訊規格,可分為將特定頻率授權給特定人員或公司使用的NB-IoT,需要支付傳輸費用,及毋需授權使用的Wi-SUN和LoRaWAN。比較Wi-SUN和LoRaWAN,二者均具有出色的數據傳輸速率,但Wi-SUN不需要基地台,LoRaWAN則需要另外建置基地台。整體而言,採用NB-IoT需要昂貴的終端裝置和營運成本,而LoRaWAN則是需要基地台建構成本,且數據傳輸速率不足。因此Wi-SUN是一種相對平衡各方優勢的無線通訊解決方案,具有適中的通訊距離和數據傳輸速率,且不需建置基地台,投入成本較少,可以和今後逐漸普及的5G通訊規格互補運用(圖1)。 圖1 無線通訊規格比較 Silicon Labs資深經理暨Wi-SUN聯盟董事會成員Abhijit Grewal(圖2)提及,Wi-SUN的特色在於,其開放性造就良好的網狀(Mesh)網路解決方案,適合運用在智慧裝置、物聯網及其他講求低功耗、長距離無線傳輸的應用。且Mesh網路的高覆蓋及可靠性,也促使Wi-SUN成為優化物聯網裝置應用的網路基礎建設。濎通科技行銷經理呂沐勳(圖3)則說明,Wi-SUN可以進行3,000節點以上的Mesh大規模組網,因此穿透力較佳,一般LoRa無法傳遞的地下室或是金屬障礙物,如鐵門,Wi-SUN皆可藉由Mesh跳傳傳輸。 圖2 Silicon Labs資深經理暨Wi-Sun聯盟董事會成員Abhijit Grewal提及,Wi-SUN的開放性造就良好的Mesh網路解決方案   圖3 濎通科技行銷經理呂沐勳表示,Wi-SUN FAN專門為大範圍的端點設計,比起其他通訊技術更適合應用於戶外及長距離傳輸 廠商投入SoC/模組量產開發 為了透過開放式全球標準IEEE 802.15.4g推動智慧電網及智慧城市發展,並建立Wi-SUN生態系,Wi-SUN聯盟於2011年成立,透過測試和認證計畫支援Wi-SUN產品間的兼容性。呂沐勳指出,Wi-SUN FAN(Field Area Networks)是一種網狀網路通訊協定,網路中的每個設備都可以與相鄰設備互通,使得訊息可以在網路中的每個節點之間進行長距離的跳轉。Wi-SUN FAN專門為大範圍的端點設計,比起其他通訊技術更適合應用於戶外及長距離傳輸。Wi-SUN FAN具有自組網(Self-forming)功能,可以輕鬆地將新設備添加到網路中。Wi-SUN技術特色主要有二,一個是Mesh網狀網路,這使得Wi-SUN可以進行長距離傳輸且具備自動組網與自動修復(Self-healing)功能。 其二是具備主動亂數跳頻,由於Wi-SUN使用的是Sub-GHz頻段,一般在此頻段會受較多的雜訊干擾,但由於Wi-SUN具備主動亂數跳頻機制,可以使其訊號在受到雜訊干擾時主動選擇其他較乾淨的頻段進行資訊傳輸,可有效降低組網時間與誤碼率。看好Wi-SUN的應用優勢,濎通科技開發Wi-SUN系統單晶片(SoC)與Wi-SUN協定堆疊(Stack),並實證基於Wi-SUN FAN認證千點組網。 羅姆半導體也是Wi-SUN聯盟的一員,並在早期投入Wi-SUN技術模組的研發工作,量產的產品已經運用在Wi-SUN認證所需的規格測試基準裝置(Certified Test Bed Unit, CTBU)中。目前應用可對應IEEE802.15.4g標準的RF技術,羅姆半導體研發朝向配備各種Wi-SUN通訊協定堆疊的MCU、軟體安裝技術、及相關模組量產技術等方向,搭配同集團廠商Lapis Technology正在開發可運用於Wi-SUN的無線通訊IC,便能依據客戶需求提供各種形式的模組和IC產品。 依聯盟規範驗證相容性 而所有Wi-SUN產品上市之前,需經過Wi-SUN協會合作的實驗室認證,確保產品符合協會的標準。2018年,百佳泰關注到物聯網技術的熱門發展,參與Wi-SUN聯盟後開始與聯盟合作、討論,2019年1月底左右,首次發表五款經Wi-SUN FAN 1.0認證的產品。百佳泰技術經理陳弘偉(圖4)說明,Wi-SUN...
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感測/無線連接/AI高度結合 智慧物聯網萬事俱備

隨著無線感測與感測器技術演進,物聯網的應用逐漸落地,其中設備維護、無線網路連接、深度感測及人工智慧(AI)運算需求,皆是物聯網發展的重要技術。工業4.0透過自動化狀態監測(CbM)的即時預警,能確保產線上的設備正常運作,以及大型公共建設與交通系統安全。Wi-SUN千點組網則確保遠距傳輸的穩定性跟速度,而3D深度感測實現各項環境辨識與虛擬實境應用。最終加上人工智慧的運算助力,感測器的精準度便能顯著提升。 MEMS感測器高穩定/低成本助攻CbM 工業4.0時代,工廠走向智慧化、自動化,生產線上的機械手臂應用越來越多,但設備存在長時間使用後失效的風險,因此需要感測器即時預警生產線上的突發狀況,避免造成巨大損失。茂宣專業技術經理王浚睿(圖1)說明,以晶圓廠為例,設備失效最嚴重的狀況,可能是產線停工所導致千萬元的損失。此外,CbM也能應用在公共建設與交通工具,如橋梁、飛機、火車系統中,能夠避免意外發生。 圖1  茂宣專業技術經理王浚睿表示,MEMS感測器採用CMOS製程,具有產品的一致性佳,對於低頻訊號的反應回饋良好 CbM的振動量測在感測器的選擇上,常見壓電式(Piezo)或微機電系統(MEMS)兩種類型。Piezo是市場上目前比較常見的震動感測器,使用陶瓷材料設計的壓電元件,只能手工量產,所以產出有限且成本較高,在低頻訊號方面的反應較為遲鈍,並容易受到環境溫度影響而出現飄移。相較Piezo,MEMS感測器採用CMOS製程,具有產品的一致性佳,對於低頻訊號的反應回饋良好,且雜訊強度(Noise Density)低、不容易因為溫度變化飄移等優勢,可以做為震動感測的選項之一。例如亞德諾半導體(ADI)的ADXL系列MEMS感測器除了噪聲比較低,還具備無線模組,使得感測器的布建更方便。 建置MEMS感測器時,需考慮位置、連接方式、馬達以外的機件、尺寸四大面向。王浚睿解釋,位置方面,尋找震動源之前,須確定量測的位置正確。如果測量的位置跟震動源距離太遠,或是傳導的時候震動幅度已經遞減,量到的訊號就不夠精確。同時,感測器連接的方式很多,找到正確的感測器型號來連接待測物是一大重點。各型號的感測器頻率響應曲線不同,須依照感測器標注的最大測量頻率選擇適合的類型。接著,確定在機械結構中欲測量的部分,才能確認震動所造成的異音為高頻或低頻訊號。最後,感測器的尺寸應取決於整體的配重。感測器不能比待測物重,以免影響待測物本身的震動狀況。 藉由CbM的應用,正確建置的MEMS感測器能隨時感知生產線上的震動狀況,並在出現異常現象時即時預警,避免設備問題而影響產線運作。此外,CbM為交通系統與大型公共建設維持安全性,促進工廠安全及城市安全的維護工作朝向自動化發展。 Wi-SUN具遠距傳輸/高穿透特性 智慧城市的應用與物聯網息息相關,未來物聯網將有非常多結點布建到城市中,海量的連線需求需要高覆蓋、穩定的通訊系統支援。濎通科技行銷經理呂沐勳(圖2)觀察物聯網通訊的痛點,遠端更新是必要的功能之一,因為軟體不斷更新,如果裝置不具備遠端更新的功能,就需要靠人力個別更新,不符合成本效益。電池方面,使用電池發電的裝置,需要考慮電池壽命,如果電池更換得太過頻繁便會拉高成本。同時,有些通訊協定由廠商自行開發,因此發展新應用時,必須諮詢原先制定協議定的公司,才能擴大發展相關應用,顯得限制重重。 圖2 濎通科技行銷經理呂沐勳認為,Wi-Sun技術適合應用在智慧城市、智慧能源等領域                   面對大範圍的無線網路傳輸需求,呂沐勳認為,Mesh組網的Wi-SUN技術可以解決前述的物聯網通訊痛點,適合應用在智慧城市、智慧能源等領域,如東京電力公司已全面使用Wi-SUN智慧電表,取代NB-IoT電表。Mesh組網具自適應的網路系統,可以自動組網,當環境中增加新的節點,Mesh組網會自動連線。另外,因為Mesh組網具備自動修復功能,如果網路中增加新的建築物,切斷原本的組網路徑,Mesh組網便會透過別的節點重新連接,維持連線順暢。 看好Wi-SUN的特性,濎通科技提出Wi-SUN通訊方案,採用RF及PLC的雙模融合技術,設計出整合線傳輸PLC跟無線傳輸的單晶片,運用演算法自動切換,在無線連線中斷時執行有線傳輸,有線傳輸中斷時則改用無線連接,達到同時滿足快速且穩定的長距離傳輸效果。 呂沐勳進一步說明,良好的物聯網通訊解決方案應具備三項特色,其一是無頻段授權/通訊費。以電信商營運的NB-IoT為例,在電信商的管理之下,每個節點都需要支付電信費用,導致傳輸成本較高。二則是具有長距離/高穿透/廣覆蓋,以及自動組網/自動修復功能,以濎通的VC7300為例,其優勢便在於可從地下2樓傳輸到地上6樓,滿足智慧電表的抄表需求。最後則是支援IPv6協定,才能讓每個節點都有身分認證,確保連線安全。 3D感測走入消費市場 感測技術與無線通訊的結合促使物聯網應用落地,而感測領域其中的一大趨勢即為3D感測。艾邁斯半導體台灣區總經理李定翰(圖3)提及,3D感測的應用越來越熱門,其發展主要聚焦在行動裝置、智慧家庭、工業自動化與自動駕駛四個面向。行動裝置上的應用演進最快,從過去以鏡頭為重心的設計,轉為加入距離測量、人臉辨識、虛擬實境遊戲、實境導航等功能。在安全驗證方面,智慧型手機及智慧建築的身分驗證不只透過指紋,更搭配臉部辨識提高安全性。同時隨著疫情出現戴口罩而難以辨識人臉的情境下,中國已研發出可以辨識戴口罩的臉部辨識系統。 圖3 艾邁斯半導體台灣區總經理李定翰指出,目前ToF的應用逐漸從iToF走向dToF 當3D感測應用在智慧家庭,以掃地機器人為例,過去的掃地機器人大多藉由放置虛擬牆或使用紅外線偵測決定移動路線。新一代放入ToF感測器的機器人,在清潔空間之前,會先行掃描環境,甚至搭配3D感測布建地圖,計算出最快速及省電的打掃路徑。如果將3D感測模組放入冰箱中,便能測量裡面的材積容量大小調整溫度,或者提出某些區塊的食物已經放超過一個禮拜的警示,達到省電與協助管理食材的效果。 李定翰表示,目前ToF的應用逐漸從iToF走向dToF。iToF的鏡頭有很多限制,在陽光下感測器很容易飽和,同時進行多工傳輸的路徑容易讓運算有問題。而dToF的量測則更為精確,可測量的距離也更遠。隨著電子元件及PVC的精確度、製程進步,dToF很快就會取代iToF,例如臉部辨識的變型,可以結合最新的dToF輔助演算。如線上購物廠商,為鞋子、衣服的尺寸數據建立資料庫,消費者只需要輸入身高、三圍,即可在網站上進行3D試穿模擬。 AI力助終端感測 除了3D感測,在AIoT市場,感測器的應用也開枝散葉,智慧醫療、智慧家庭、智慧城市、智慧農業,無處不見AI、IoT與感測器結合的應用。Arm應用工程總監徐達勇(圖4)舉例說明,醫療照護藉由生理感測預警疾病症狀;工業4.0藥品包裝產線,採用人工智慧視覺辨識,確認每個包裝內的藥品數量相同,或者透過震動感測確認工廠設備有無異常;農業中的蝦子養殖,運用AI影像辨識,確保蝦子的飼料不會因為過量而影響水質,也能隨時觀察蝦子的健康。 圖4 Arm應用工程總監徐達勇提及,Arm預估2020~2024年,每年AIoT裝置會有至少20%的成長 AI運算的位置分為雲端、本地及裝置三種,徐達勇指出,調查客戶希望AI運算的位置,53%的客戶青睞在裝置端運算,比較困難的特定需求再進行雲端運算。雲端運算雖然提供強大的算力,但是延遲問題、高頻寬需求、安全性跟隱私疑慮,促使多數客戶傾向選擇在裝置上運算。 雖然客戶偏好AI的終端運算,然而終端運算會面臨幾項挑戰。一是終端裝置的應用很重視使用者體驗,需要提高算力才能達到提高使用者體驗的目的。此外,終端裝置的設計重視成本控制,同時裝置電力來源多半是電池,因此低功耗也是設計重點。最後,不論選擇何種運算方式,隱私安全都是客戶重視的關鍵。對此,Arm近期設計的IP Cortex-M55便以加速AI運算為目標,特別加強DSP跟機器學習的運算能力。 如果採用通用處理器執行機器學習運算,相對的效能比較差,生產晶片的成本就會提高,所以此設計聚焦在DSP/機器學習的運算能力提升,並且提高處理器或能源的效率,達到降低功耗的目的。資安方面沿用Arm第8代MCU開始的TrustZone功能,處理器可以分成兩種執行模式,安全性比較敏感的內容就使用安全模式執行。 觀察AIoT的趨勢,徐達勇表示,Arm預估2020~2024年,每年AIoT裝置會有至少20%的成長,並且到年底之前,至少20%的終端裝置會具備機器學習功能。因此Arm專注AIoT的市場發展,IP瞄準AI終端裝置的效能需求設計,可望滿足未來不斷增加的市場需求。
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濎通/助成/俠諾共創Wi-SUN物聯網生態圈

濎通科技於7月23日參加<5G新時代・物聯大商機:低功耗物聯網創新技術與應用論壇>,以<為廣域大規模物聯網而生:Wi-SUN Mesh網狀網路>發表專題演講,並於會場中展示Wi-SUN智能閘道器(Gateway)與其應用,以及Wi-SUN定位系統裝置:屏安福D+卡與親安御守。 濎通第一代Wi-SUN無線通訊晶片VC7300已獲得Wi-SUN FAN 1.0認證,並成功整合至模組、終端產品中進行互聯互通,其使用FSK調製技術,傳輸速率達到400kbps。VC7351是最新研發的新一代微功率無線通訊晶片,使用OFDM調製技術,符合IEEE802.15.4x規範,傳輸速率可達2.4Mbps,最高私有通訊速率可達3.6Mbps,它是微功率無線Sub-GHz OFDM SoC中傳輸速度較快的,在眾無線ISM頻段中具有一定的地位。 濎通聯合兩家伙伴廠商-助成國際與俠諾科技,共同展出Wi-SUN網路應用解決方案。助成致力於開發物聯網相關軟硬體產品,此次展覽以VC7300晶片開發Wi-SUN智能匣道器QGW810,結合溫度感測傳輸系統,可應用於工廠機台,即時監控設備溫度。 Wi-SUN智能閘道器可接收無線感測器傳來之量測資料,轉由TCP/IP乙太網路或Wi-Fi跟網路伺服器溝通,進行各項資料處理與記錄,亦可將雲端伺服器指令轉發給感測器,或對本身之數位輸出進行控制。智能匣道器是一部可程式化的小型電腦,使用者可開發C程式或node.js程式,進而提供多元服務;智能匣道器亦能連接伺服器,主動送出一組密碼,進行資安管控。 俠諾此次展出分別由屏東縣與台東縣政府採用之屏安福D+卡與親安御守,卡片內建可長距離傳輸之Wi-SUN晶片與定位系統,能即時呈現配戴者所在位置,而守護者可自行設定電子圍籬之守護範圍,並可查詢佩戴者指定區間之動向。此套系統藉由長者配戴智慧裝置及定位技術,家人可以用LINE App獲知使用者位置,銀髮長輩能在社區自由活動,進而打造讓高齡長者及親屬安心的友善安全社區。
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芯科強化對Wi-SUN之承諾 致力於智慧城市和工業物聯網

芯科科技(Silicon Labs)宣示強化對Wi-SUN(Wireless Smart Ubiquitous Network)技術的承諾。Wi-SUN技術為一項越趨普及且廣泛部署的工業網狀網路標準,適合智慧公用事業、智慧城市和工業物聯網應用。與其他LPWAN標準相比,Wi-SUN技術具有可擴展和多廠商互操作的明顯優勢。此技術使開發人員能夠擴展在公用事業、智慧城市基礎設施和工業IoT的無線網路應用,可覆蓋跨越數英里和數公里的部署。 Silicon Labs同時也宣佈加入Wi-SUN聯盟董事會,以加速Wi-SUN技術在全球的普及。Wi-SUN聯盟旨在針對可交互操作的解決方案建立全球市場的標準基礎,促進無縫且普及的LPWAN連接。 Silicon Labs物聯網事業群工業暨商業物聯網產品部副總裁Ross Sabolcik表示,Wi-SUN技術是智慧電表、電表基礎設施、發電和配電、以及路燈、大型智慧城市基礎設施和其他工業物聯網應用的理想解決方案。作為一種開放的規範,Wi-SUN技術藉由IPv6低功耗和遠端無線連接的基礎,提供智慧和互聯物聯網所需的應用,是全球網狀網路的理想方案之一。我們很高興加入Wi-SUN聯盟董事會,以協助推動IEEE 802.15.4(g)標準的發展。
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Arm攜手杭州海興電力擴展物聯網生態系

根據2020經濟學人物聯網商業指數的研究,近三分之一的外部物聯網專案仍處於早期的實施階段。即使與過去幾年相比已出現長足的進步(2017年只有14%),但距離大規模部署仍有努力空間。因此,Arm致力於提供基礎的物聯網連接與管理技術,使其合作夥伴得以快速從概念的證實,躍進至廣泛的全球性擴充。Arm近期與杭州海興電力科技的策略夥伴關係可謂範例之一。Arm的Pelion物聯網平台為其提供基礎,協助它為其客戶打造完整堆疊的物聯網解決方案,並拓展新市場。 談及為何要運用Wi-Sun與Pelion,杭州海興電力科技股份有限公司董事長周良璋表示,單一網路、並能相容於Wi-SUN標準的多樣應用部署,可讓公共設施的管理者對於運用目前在可靠性、經濟效益與網路安全擴展性方面最好的科技而倍感信心。整合Arm的Pelion平台進入海興的智慧表計產品與Orca應用,為服務提供者帶來可驗證的裝置管理與表計控管,來操作與維護仍在生命週期內的資產,為公共設施管理提供具成本效益的解決方案。 Arm Pelion物聯網平台曾協助智慧電表廠商與公共設施業者部署、連接、確保安全與管理次世代先進的智慧電表基礎建設(AMI)。杭州海興電力科技則是類似應用的最新案例。海興利用Pelion裝置管理與標準基礎以遵從Wi-SUN規格的連接,以智慧電表與AMI解決方案進入新興市場,如東南亞、印度、南美與歐洲。在不影響頻寬、流量或安全性的前提下,Wi-SUN提供最小的裝置直接連網的網狀網路架構,大幅降低大規模部署裝置的作業成本,這對於新興市場極為重要。Pelion裝置管理則確保這些智慧電表在多年的生命週期內,可透過無線方式進行維護與更新。
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瑞薩整合無線功能單晶片擴展符合Wi-SUN FAN認證產品組合

瑞薩電子(Renesas)日前宣布,其以RL78/G1H為基礎的sub-GHZ(sub-gigahertz)無線解決方案已獲得Wi-SUN聯盟通訊標準之一的Wireless Smart Ubiquitous Network for Field Area Network(Wi-SUN FAN)認證。不僅擴充瑞薩目前以RX651控微制器(MCU)和RAA604S00無線通訊IC所構成的高階雙晶片解決方案,也進一步拓展了瑞薩符合Wi-SUN FAN認證標準的產品陣容。 瑞薩新興市場業務部副總裁守屋徹(Toru Moriya)表示,sub-GHz頻段的無線頻率相對比較不受牆壁和建築物等障礙物的影響,因此在城市環境中進行更長距離的資料傳輸也成為可能。做為一個支援網狀網路(Mesh Network)的廣域無線網路標準,Wi-SUN FAN已經越來越受歡迎。而該公司經過認證的RL78無線解決方案,將能夠減輕物流和基礎設施管理等感測網路應用相關的開發負擔,並加速Wi-SUN FAN的廣泛採用,以實現智慧城市和智慧電網。 新認證的解決方案包含美國Tessera Technology公司的TK-RLG1H+SB2評估板,而該評估板則包含了具有整合的無線功能與Wi-SUN FAN通訊控制軟體堆疊(Software Stack)的瑞薩16位元RL78/G1H MCU。這套無線解決方案使客戶能夠輕鬆快速開發符合Wi-SUN FAN標準的設備,進而將開發過程中取得認證所需要的時間縮短大約一年。
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Wi-SUN支援IPv6 提升物聯網應用互通/安全性

在物聯網時代要實現一物一位址,萬物皆上網,才能使得每個連接互聯網的設備都可通過自己的IP位址識別,保持網路互聯互通性,進行任何形式之雙向連線。Wi-SUN技術支援IPv6協議能有效統一訊息,實現雙向互動功能,同時支援基於IP的設備身分驗證與加密通訊的安全技術,有效解決每一聯網設備都是資安洩漏節點的問題。 濎通科技總經理李信賢博士表示濎通科技研發團隊經過多年研發積累,完全掌握Wi-SUN技術特點。Wi-SUN產品線VC7300系列已通過Wi-SUN FAN認證,符合802.15.4g與IPv6標準、具備AES256加密功能,主要技術突破在於可長距離傳輸且具備嚴密的資訊安全防護機制,訊息絕不外洩。     在物聯網中採用IP技術需要大量的IP位址資源,歐洲網路協調中心(RIPE NCC)在2019年11月26日發布訊息公告IPv4全球所有43億個地址已全部分配完畢。IPv6(Internet Protocol version 6)是取而代之的下一代互聯網協定,IPv6能夠提供足夠的位址資源,滿足點到點的通訊和管理需求,同時提供位址自動配置功能和移動性管理機制,同時可識別網路上的設備,方便網路管理者隨時找到它們,便於部署節點。 由Wi-SUN(Wireless Smart Ubiquitous Network)聯盟主導的Wi-SUN FAN認證支援IPv6協議。IPv6像是每一聯網設備的網路身分證,具備IP節點與大型網狀網路等特質,這項技術相當適合物聯網應用,其點到點(P2P)IP基礎架構充分運用逾30年的IP技術開發經驗,促進開放標準與互通性。 過去ZigBee、藍牙得透過應用層閘道才能連接至網路,但應用層閘道不支援新應用,且不同的應用層閘道無法互通;而IPv6透過網路層連接網路,網路層閘道只要端點與雲端互相識別、互動,即可讓新舊應用或不同應用共享一個網路基礎。     此外,安全性對物聯網非常重要,也是一大難題,在物聯網的應用中,當所有的設備都連結到網路上時,網路中傳輸資料的機密性、完整性與可用性容易受到駭客威脅。由於物聯網節點眾多,且許多節點的功能也有限,容易遭受外部攻擊。 因此,物聯網需要絕佳資安方案,Wi-SUN FAN運用IEEE 802.15.4的強大AES(Advanced Encryption Standard)連結層安全功能,由連結層提供封包加密,並且運用IETF EAP-TLS做入網認證,及以IEEE 802.11i做密鑰管理,提升網路安全性。Wi-SUN技術的特性即是對IPv6與相關網路安全特性的支援,如入侵偵測、流量塑形、網路分析和滲透測試等,這使得Wi-SUN技術能夠更有效地抵禦拒絕服務(Denial-of-Service, DoS)攻擊。 濎通科技主要提供符合Wi-SUN FAN認證的解決方案,目前已在濎通科技辦公區域部署超過1000個節點的網狀網路,並成功展示非常短的組網時間、自適應能力、穩健數據收集和可靠遠程韌體升級;濎通科技另有融合雙模自動組網(Mesh)方案,其特點在於同時支持無線通訊(RF)與電力線通訊(PLC)兩種傳輸方式,符合Wi-SUN通訊標準,具有低功耗,廣覆蓋,自動網狀網路組網、無縫自動互補連接等特性。
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濎通Wi-SUN解決方案獲Wi-SUN FAN認證

因應物聯網(Internet of Things, IoT)興起,遠距離通訊需求日益增加,低功耗廣域網路(Low Power Wide Area Network, LPWAN)通訊技術猶如百花齊放,其中由Wi-SUN聯盟主導的Wi-SUN FAN認證基於IEEE 802.15.4g、IEEE 802和IETF IPv6標準的開放規範,而有較佳的安全性、電源效率、可擴展性等優勢,且已建置健全生態系統,因而可望在眾多LPWAN技術中脫穎而出,成為廣域大規模物聯網最佳傳輸技術。 濎通科技總經理李信賢博士表示,該公司主要提供符合Wi-SUN FAN認證的解決方案,目前已在濎通科技辦公區域部署超過1000個節點的網狀網路,並成功展示非常短的組網時間、自適應能力、穩健的數據收集和可靠的遠程韌體升級;且濎通的VC7300系列消耗功率低,睡眠模式下功率消耗小於2.5uA,併入物聯網設計中,Wi-SUN模組的電池壽命有機會可以使用十年,滿足物聯網設計需求。 Wi-SUN(Wireless Smart Ubiquitous Network)聯盟目前有250多家會員,它們共同推出了150多種Wi-SUN認證產品。目前聯盟會員們在全球已部署超過9500萬個支援Wi-SUN的設備。在聯盟的推廣支援下,每個成員產品皆通過一系列針對互通性的測試和認證計畫,因而整個Wi-SUN生態系統能提供大量可交互操作的產品,這使得智慧電表、智慧路燈等設備能夠連接到一個公共網路上,因而在公用事業和智慧城市中被廣泛應用。 Wi-SUN FAN(Field Area Networks)是一種網狀網路通訊協定,網路中的每個設備都可以與相鄰設備通信,這使得它的訊息可以在網路中的每個節點之間進行非常長距離的跳轉。此外,Wi-SUN FAN具有自組網(self-forming)功能,可以輕鬆地將新設備添加到網路中;它同時具有自我修復(Self-Healing)功能,如果一條路徑斷線,網路將自動重新路由到閘道。 在安全性已經成為物聯網討論的一個重要部分的今日,Wi-SUN FAN提供經驗證的企業級安全認證,其特色是具有本地公鑰基礎架構(Public-Key Infrastructure, PKI)整合,為網路上的每個設備提供安全認證功能;另一個特性是對IPv6與相關網路安全特性的支援,如入侵偵測、流量塑形、網路分析和滲透測試等,這使得Wi-SUN...
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智慧建築節能需求增 IoT解決方案齊出

在當今「綠能環保」的趨勢下,打造能夠節約能源的智慧建築(不論是商業大樓、工廠或住宅),將是確保節能結構的必要先決條件。對於商業建築而言,使其智慧化十分重要,因為節能建築可降低能源成本,並為工作人員提供高效的工作環境。 然而,為了達到此目的,這些建築物需要各式的基礎設施,以確保有效操作如加熱/冷卻系統、照明控制、空調控制等;這一切將仰賴物聯網(IoT)技術,如透過無線通訊技術或感測器作為監測和控制環境的方式,而半導體業者也趁勢推出相關解決方案。 能源管理入門要素 智慧照明不可或缺 英飛凌(Infineon)電源管理及多元電子事業處資深行銷經理張文貴(圖1)表示,燈光系統可說是人們進入到智慧建築後感受到的第一個環節,其耗電量也和空調系統並列為占建築物總耗能量的最大比重。因此智慧照明在提供舒適性和節能等照明管理上有相當大的發揮空間。 圖1 英飛凌電源管理及多元電子事業處資深行銷經理張文貴表示,照明控制是智慧建築基本要素,也是節能設計的重要關鍵。 除了透過將照明裝置互聯,讓智慧照明提供遠端控制、診斷等照明管理功能外,新的趨勢是照明裝置將整合更多元的感測器,提供更多關於使用者體驗、安全監控的創新功能。例如在會議室的照明裝置中整合CO2感測器,用以偵測室內空氣品質及人數多寡,進而自動控制空調強弱、溫度、乃至於燈光強弱、色溫等,可大幅提升智慧建築的使用者體驗。 如上述,為滿足更多照明管理、使用者體驗與安全監控的需求,照明系統將整合更多的感測器,同時,透過感測融合(Sensor Fusion)多元感測器的搭配使用以提升偵測及事件判斷的準確度,也將推升智慧照明對於整合型感測器的需求。 照明裝置的尺寸空間不變,卻要整合更多感測器,對於其他元件的小型化需求也將日益升高。以往OEM業者多採用離散式電源管理IC,現今則轉為採用特定功能IC。為此,英飛凌也提供三合一調光IC「CDM10VD」,不僅省下10~20%空間,相較於DPAK或D2PAK封裝,採用SOT223封裝的MOSFET亦可縮小30~40%的電路板面積。 英飛凌電源管理及多元化市場(大中華區)人機互動市場部高級經理廖明頌則說明,在過往,照明裝置僅止於提供照明的功能,之後再加入一些感測元件也是圍繞著「照明管理」的主題,例如提供調光、監控光源是否閃爍,增加護眼功能,或是照明的節能控制等。這樣的傳統照明發展已達瓶頸,需要更多的突破性應用。 總而言之,照明是建築內最普遍建置,密度也最高的裝置之一。在過去,照明裝置的商業模式比較偏向銀貨兩訖的買賣方式。未來透過搭載各種感測器收集到大數據,並利用數據提供更多創新的加值服務,照明裝置將成為智慧建築的重要推動力。 同時,在照明控制應用中,不論在技術和材料方面都已取得相當進展,但該如何在高效和成本上取得平衡,將是落實智慧照明應用的最大挑戰。像是複合半導體材料如氮化鎵(GaN)能帶來更佳的電源效率與功率密度,同時縮小設計體積,雖然目前成本仍相對較高,就長遠來看,亦有機會應用於智慧照明,打造更高效的照明控制系統。而在進出人流變化大的建築,例如商場等,則可望藉由智慧人流監控、室內導航、商品優惠訊息推播等服務,以創新功能開創新的商業收益模式,刺激智慧照明需求的成長。 智慧能源管理走入尋常百姓家 構建能夠節約能源的智慧建築已成大勢所趨,不僅商辦大樓、工廠紛紛朝此一方向發展,包含家庭住宅也開始布建智慧能源管理架構,期能達到「淨零耗能住宅(Net Zero Energy House, ZEH)」之目標。 淨零耗能住宅意味著透過提高建築物與設備之節能性,減少空調、照明、換氣、熱水供應等能源消耗量;所謂零耗能並非完全不耗能,而是希望能源可自給自足,而要實現淨零耗能住宅,重點在於隔熱、省能源、創造能源三大要素。 目前各國政府正致力實現此一願景。像是日本政府於2016年公布的「地球溫暖化對策計畫」中,揭示住宅部門的減量目標。希望住宅的能源消耗於2030年度要較2013年度減量約40%,達成此目標的主要對策之一便是推動節能低碳住宅,目標2020年時,新建獨棟住宅有50%以上為淨零耗能住宅。 英國政府則是自2010年起開始推動新建住宅零耗能政策,預計於2016年使所有的新建住宅達到零耗能目標,而住宅以外的建築也要在2019年之前實現零耗能。而美國根據則歐巴馬內閣於2011年提出的「優越建築挑戰計畫(Better Buildings Challenges)」,訂出2040年50%商業建築須達到零耗能,並於2050年前全面達到零耗能的目標。 無線通訊技術扮能源管理要角 然而,要實現智慧住宅能源管理,首要的一步便是運用聯網技術,將安裝在建築物各處的感測器所收集的資訊傳輸至管理系統,再進一步的進行數據分析;也因此,無線通訊技術也是智慧建築不可或缺的關鍵要素之一。 羅姆(ROHM)半導體營業部課長李師誠(圖2)表示,無線通訊技術可說是百家爭鳴,有Zigbee、Wi-SUN、Wi-Fi、NB-IoT和藍牙(Bluetooth)等,而該公司目前主要以Wi-SUN作為主要技術布局智慧住宅能源管理市場。 圖2 羅姆(ROHM)半導體營業部課長李師誠指出,Wi-SUN在日本政府的推動下可望加速普及,而羅姆也致力研發新一代價格更低的模組。 李師誠進一步說明,Wi-SUN是由日本政府規範的Sub-GHz通訊協定,頻段介於922~928GHz,該通訊協定的最大優勢在於傳輸距離遠,若在空曠地區傳輸距離可達一公里之遠;另一方面,Wi-SUN也相當省電,因而相關產品的使用壽命也會較長久,可減少營運、維護成本。 據悉,目前日本政府已將Wi-SUN納入國家智慧電網布建計畫之中。在2017年底,已建置3,000萬台導入Wi-SUN通訊模組的智慧電表,並計畫在2024年換裝完成8,000萬台智慧電表。對此,李師誠認為,除了Wi-SUN本身所具備的優勢之外,日本政府的推動也有助於加速Wi-SUN的普及,Wi-SUN市場未來勢將持續成長。 看好Wi-SUN發展前景,羅姆也致力推出相關解決方案,像是表面安裝小型Wi-SUN模組「BP35C0」,該產品搭配920MHz頻帶無線通訊功能(RF)、微控制器、內建Wi-SUN用最佳大容量記憶體的LAPIS Semiconductor製無線通訊LSI「ML7416N」,可對應Wi-SUN Profile的B路徑和HAN,適合使用於HEMS控制器或各種家電。 李師誠說明,相較於Wi-Fi、NB-IoT、藍牙等,目前Wi-SUN的產品成本較高,這是較為弱勢的地方。不過,隨著日本政府大力推動Wi-SUN技術,並將其導入智慧電表應用,相信未來市場將會加速普及,其價格也會明顯下降。同時,羅姆目前也規畫在2019年推出新一代Wi-SUN模組,而模組中搭載自行研發的微控制器(MCU)和射頻(RF)元件,如此一來價格便可再進一步的調降,期能藉此提高市場接受度。 Silicon Labs Z-Wave IoT產品行銷經理Johan Pedersen則指出,閘道器和雲端數量將持續是智慧住宅的支柱,為此,該公司近期也收購Z-Wave技術。該技術包括可互操作智慧產品生態體系,且可與該公司旗下智慧型無線硬體和軟體產品結合。該產品組合包括Wi-Fi、Zigbee、Thread、藍牙、專有協議以及目前的Z-Wave,使客戶能針對各種不同類別的領域開發智慧家庭產品,應用產品包含集線器和閘道器、感測器、門鎖、智慧照明、恆溫器、警報器、牆壁插座、安全面板等。 然而,除了無線通訊技術之外,感測器也是實現智慧住宅的關鍵元件之一。Pedersen說明,具有機器學習能力的強大IoT「物件(Things)」將承擔更多的數據和分析任務。透過AI支援,這些新感測器將為零散的數據點提供解譯,而使情境感知更具意義。 因應能源管理需求 電源IC效能更精進 智慧建築整合通常將連結HVAC、照明和電表系統,然而,要能最佳化供電效率、減輕熱應力,最重要的是使雜訊和布線與元件間的交互作用達到最小。為了達到這些目的,設計者對於切換開關電源內電流傳導路徑和訊號流動的了解便顯得相當關鍵。 ADI電源產品總監Tony Armstrong(圖3)指出,一個切換開關電源供應電路可被切分成功率級電路和小訊號控制電路,功率級電路包含傳導高電流的元件,一般而言,這些元件應該先被擺入,接著才將小訊號控制電路放入布局中特定位置。大電流布線應短且寬,以最小化PCB電感、電阻和電壓降,此對於流通高di/dt脈衝電流的導線特別關鍵。 圖3 ADI電源產品總監Tony Armstrong透露,設計者需對切換開關電源內電流傳導路徑和訊號流動十分了解,才能降低雜訊和布線與元件間的交互作用,進而最佳化供電效率、減輕熱應力。 舉例而言,在一個無使用外部散熱片的表面黏著功率MOSFET和電感的設計中,必須具有足夠的銅箔面積來進行散熱,對於DC電壓節點,如輸入/輸出電壓和電源地,則最好是能將銅箔面積鋪設的盡可能的大,多重灌孔有助於進一步降低熱應力。對於高dv/dt開關節點,開關節點合適銅箔面積的設計必須在最小化dv/dt相關雜訊和MOSFET良好散熱之間有所取捨。 Armstrong進一步說明,長期以來,線性穩壓器一直得到業界的廣泛採用。在切換開關模式電源於1960年代後成為主流之前,線性穩壓器曾經是電源業界的基礎;即使在今天,線性穩壓器仍然在眾多的應用中廣為使用。 除了簡單易用之外,線性穩壓器還擁有其他的性能優勢。Armstrong指出,電源管理供應商開發了許多整合型線性穩壓器。典型的整合式線性穩壓器只需要VIN、VOUT、FB(反饋)和任選的GND針腳。不過,採用線性穩壓器的一個主要缺點,是其運行於線性模式之串聯電晶體可能會造成過大的功率耗散。因此,非常清楚的是,線性穩壓器(或LDO)僅可提供降壓DC-DC轉換。 也因此,包括ADI在內的許多IC製造商都在不斷設計新的IC,在某些情況下還可以設計模組,其可以簡化電源,無論其轉換拓撲如何;並且同時提供增強熱性能以最小化熱設計應力的特性,還可以顯著降低EMI,使得它們不會與已完成系統內的其他雜訊敏感電路產生干擾。 總而言之,智慧建築將改變人們的生活與工作環境,而物聯網技術的興起,不僅促進智慧建築發展,同時也強化了智慧建築能源管理效率,像是使用感測器進行溫度控制、使用執行器進行HVAC控制、為建築物提供完整的能源自動化等;半導體業者也為此推出相關解決方案,運用更多物聯網技術以有效地管理和控制這些精心設計的智慧建築。
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瑞薩Sub-GHz無線方案獲選Wi-SUN FAN標準測試平台單元

瑞薩電子近日宣布Wi-SUN Alliance1已採用瑞薩Sub-G(sub-gigahertz)無線解決方案,做為Wi-SUN場域網路(Field Area Network, FAN)驗證計畫中,互通性測試平台單元2(Test Bed Unit, TBU)的候選者。瑞薩是首輪參與Wi-SUN FAN 1.0認證流程的公司之一,採用RAA604S00/RX651無線解決方案。驗證預計於2018年底完成。 Sub-G無線解決方案採用Tessera Technology的評估平台,其中的評估板3安裝了瑞薩RAA604S00無線通訊系統單晶片(SoC)和RX651微控制器(MCU),以及瑞薩提供的通訊控制軟體。 使用瑞薩Sub-G無線解決方案,開發智慧型電表、智慧型照明、基礎設施的設備,以及類似產品的使用者,在其設備使用Wi-SUN FAN規格時,將可輕易確保設備之間的互通性。其結果與另一項解決方案相比,足以將Wi-SUN FAN相容應用設備的開發週期縮短約一年。 Sub-G頻段對障礙物具有反射的能力,甚至可以在早期標準的支援下傳輸資料,即使在城市環境中也是如此。由於透過網狀網路(Mesh Network),可以用良好的穩定性覆蓋寬廣的區域,因此適用於諸如智慧型電表通訊、電力使用視覺化、監視設備運用,以及管理公用事業、工廠和建築物內之各式各樣感測器的應用。
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