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產業動態 | 建築視野 | 專家觀點 | 建築名人堂 | 建築科技 | 趨勢建材   建築科技 Wi-Fi、藍牙、ZigBee－無線通訊三強，誰主沉浮？   撰編：王奕超 最後更新時間：7月 | 30日 , 2022 34247       專家   台灣德國萊因資訊與通信技術電子電氣產品服務部門經理 何紹彭 邁向萬物聯網的時代，無線通訊技術日趨重要。只是，市面上無線通訊技術眾多，不免讓人眼花撩亂。不過，如果要數當今無線通訊的三大巨頭，當推1997年發布最初版本、1999年成立聯盟的Wi-Fi、取自古代維京國王Harald Bluetooth之名、1999年公布初代技術和成立聯盟的藍牙（Bluetooth），以及以Z字形蜂舞為名、技術和聯盟發布於2001年的ZigBee莫屬。究竟當前成鼎足之勢的這三大無線技術各自的優勢是什麼?相關產品各自又有甚麼認證標準把關?未來誰主沉浮?   各自特長與適用場域 談到Wi-Fi、藍牙、ZigBee各自的優缺點，國際知名的技術驗證服務供應商台灣德國萊因（TÜV Rheinland）的資訊與通信技術電子電氣產品服務部門經理何紹彭分析道：「以發展順序來看，Wi-Fi最早有，再來是藍牙，然後才有ZigBee，這個順序也造成他們聯盟組織的規模、資源有所差異，從而影響各自的發展局面。」 何紹彭指出，Wi-Fi無疑是三大無線技術標準中，聯盟規範最嚴謹、詳細，投入的廠商最多，市面上應用基礎最廣，整合、更新上最有企圖的一個，其涵蓋的發展面最廣，從低頻的2.4GHz到高頻的5GHz，甚至是超高頻的60GHz，此外，傳輸距離長，傳送速率高是其特長，但是高耗電一直是其致命傷。不過近年來Wi-Fi也開始發展低耗能的技術，像去年推出能在不具無線網路的環境中探索、連結鄰近設備的Wi-Fi Aware技術即是一例。 對於發展略晚於Wi-Fi的藍牙，何紹彭則認為，由於它能承載的傳輸量每秒可達1MB，同時安全性高，可設定加密保護，每分鐘能換頻率一千六百次，但有效的傳輸距離較短，傳統的版本大約在10公尺左右，因此比較多投入在個人化的感官體驗的資料傳輸應用上，因而聲音應用領域的配套發展的最多也最成熟。與Wi-Fi相較，藍牙的低功耗、低成本和高度安全是其優勢，而藍牙技術聯盟也很明顯以此為主打，目前發展到4.2的版本，除了提升傳輸距離和傳輸速率，更加降低其功耗，並新增隱私權的功能，強化安全性。 至於ZigBee，何紹彭表示，因為其一開始被發展出來就是以自動控制為目的，因此是最適合於智慧工廠、智慧家庭、智慧建築等智慧化控制應用領域的無線通訊技術。在控制應用領域，ZigBee的裝置種類豐富，配套的協議語言也被較完整的定義，而且在基礎通訊協定的設計上，ZigBee一開始就考慮一對千以上的溝通，採用循多重路徑的跳點通訊（multi-hop），因此比起Wi-Fi和藍牙在設備自動化的應用上更為成熟。由於ZigBee的溝通只專注在感應和控制，因此其傳遞的訊息量是很小的，並且由於設備不用一直常開，在這樣的應用方式下也導致其與Wi-Fi和藍牙相較，是最為省電的一種無線通訊技術，另外ZigBee的硬體裝置也是三者中最為廉價的，因此成本也最低，而安全性的部分，由於支援先進加密標準AES (Advanced Encryption Standard)，因此只要設置得宜也有極高的安全性。可以說，低傳輸速率、低成本、省電、安全、專用於設備間的溝通（Machine to Machine，M2M）是ZigBee的基本特點。 然而，何紹彭也提醒，ZigBee的問題是除了設備自動化外的應用十分薄弱，幾乎只能固守自動控制領域，在當前強調與手機等行動裝置結合的智慧聯網趨勢，因為行動裝置使用的無線技術只有Wi-Fi和藍牙，因此就必須依靠能轉換各種通訊協定的Gateway(閘道器)扮演關鍵的中介角色。「這也是為什麼現在很多智慧家庭方案的廠商都要積極去做Gateway的原因。」何紹彭說。 驗證標準 那市面上這麼多號稱擁有Wi-Fi、藍牙、ZigBee技術的產品，是否有認證規範作為依據呢？ 對此何紹彭強調，所有無線通訊技術，一般都會受到兩方面的認證標準規範，因而在相關產品上市前必須先經過驗證。這兩方面的認證規範，一是各國法規對於無線通訊的控管，另一個則是各技術聯盟對於其技術的認證，由於這兩種認證規範在意的點不一樣，測試的方向也不一樣，所以在驗證上沒辦法互相涵蓋，其中國家法規的驗證具有強制性，聯盟認證則視各聯盟的規範而定。國家法規主要的重點在於無線頻譜的控管，當功率越大、越靠近禁制頻段，控管的也比較嚴格；聯盟認證則是技術符合效能的資格證明，意在保護聯盟技術的智慧財產權，並維持技術品質。 國家規範 就Wi-Fi、藍牙、ZigBee這三大無線通訊技術而言，以國家法規來說，是對Wi-Fi產品來說規範上比較嚴苛，何紹彭解釋，因為藍牙和ZigBee是定位在2.4GHz低功率射頻產品，這一頻帶沒什麼禁制問題，而Wi-Fi的台灣開放的功率則從2.4GHz到5GHz跨度比較大，在2.4 GHz的部分，台灣方面跟美國、加拿大是相同的，只開放2412～2461MHz共11個頻道，在5GHz的部分，台灣則開放5250～5350MHz、5470～5725MHz、5725～5825MHz3個頻段，其中5470～5725MHz這個頻段，由於與軍方和氣象用都普勒雷達頻率相衝突，在軍用優先的規範邏輯下，若是要使用這些頻率，就必須搭載DFS和TPC這類無線自動換頻與功率調整技術，務使裝置感測到目前頻率有其它人在使用時，能夠主動跳開改採其它頻率；另外，5250～5350MHz更規定只能在室內使用，同時，為了與國際接軌，未來可能在 5 GHz 的頻段上完全參考美國的頻率及規範。 「這三者在法規驗證的方式是大同小異。」何紹彭說，在驗證上，主要都是將產品放在電波暗室，然後去觀測產品的電波頻率是否在限制值內，是否會有諧波干擾別人的頻率。另外也會去測量產品在極低溫以及極高溫的狀態。 聯盟認證 至於聯盟認證的部分，何紹彭強調，Wi-Fi、藍牙、ZigBee不管是在認證的約束力上，還是驗證的項目上則各有差異。 何紹彭特別指出，這三大無線技術只有藍牙技術有明確智慧財產權的約束，其餘兩者在聯盟認證上則屬於自願型而沒有強制，也就是說，如果未經認證就擅自使用藍牙相關技術，是會吃上侵權官司的，然而符合Wi-Fi、ZigBee技術資格的產品，不一定需要申請聯盟認證，因此沒有Wi-Fi、ZigBee技術聯盟認證過的相關設備，未必不能相容於Wi-Fi、ZigBee的裝置。 在驗證項目的部分，何紹彭也指出了三者的不同。他說，Wi-Fi聯盟在意的不是產品的無線射頻功率，它要求驗證的是Wi-Fi產品在應用環境下，安全機制是否正常，能不能達到應該要達到的傳輸速率，能不能與其他Wi-Fi裝置進行相互同步、傳檔分享及遠端列印、投影放映等各種功能。 ZigBee聯盟則是以應用測試為主，驗證被測產品是否按照要求正確地回應或者發送命令，是否正確地執行命令，以確保每一個新的無線電接收器、微控制器可以在ZigBee網路中正常運作，確保與其他不同廠牌的ZigBee產品在網路上的互操作性。 而藍牙技術聯盟除了要求測試產品在不同用途下，協定層的處理能力，也就是能否與其他藍牙產品互通良好，下指令時是否會獲得正確回應，也要求測試發射器的電性、功率、調變是否正常、相位轉換是否正確、接受器的敏感度以及抗干擾能力是否符合規範。 這些驗證都必須在各個聯盟授權、指定的認證實驗室，以各聯盟指定或許可的各種檢測設備進行。其中又以Wi-Fi聯盟的認可評估最為嚴苛，不是每家認證實驗室都能獲得認可，從這也能看出Wi-Fi聯盟的嚴謹性。 未來前景 對於Wi-Fi、藍牙、ZigBee三者的前景，何紹彭則認為，短時間來說，無線通訊仍會維持Wi-Fi作為一般無線網路的基礎，ZigBee充當M2M的手段，藍牙則服務於私人穿戴、影音領域這樣的三分天下格局。畢竟現階段，藍牙、ZigBee在各自場域的多年深耕、經營所累積的基礎仍不容小覷，何況各自都不斷在精進自身的體系。雖然標準獨尊一家將是極久遠的事，但是在未來我們或許將會在日趨激烈的競爭中，見證各技術間的更多相容，與聯盟間更頻繁的合縱連橫。   ※本文圖文非經授權不得轉載，洽詢授權，請E-Mail至contact@aimag.tw[ iBT數位建築雜誌聲明 ]※

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