原创 开发平台一扫低迷ZigBee市场渐回春

2008年5月

        ZigBee技术囿于规格与应用发展迟滞，导致市场需求未见起飞，为此，ZigBee晶片商为降低客户导入设计的门槛纷纷发展以ZigBee为主要架构，并加入其他网路技术的平台产品与开发套件。有业者从头到尾一手包办，也有采用策略联盟的方式。未来无论ZigBee标准或特殊应用的ZigBee架构产品，仍将并存于市场。
        ZigBee之所以在推出时喧腾一时又转趋平静，是因为官方版本的通讯协定(Protocol)释出时程一度延迟长达两年的缘故，在2006年版的协定底定后，对可靠性、可控制的节点数和受到干扰后重新连结的反应时间皆有明显的改善后，让技术普及又向前跨了一步，然而2007年的Pro版本虽然加强了2006版的不足，但却出现两代标准无法相容的情形。
        此外，ZigBee想触及的应用范围太广，当初ZigBee联盟制定标准时，以解决各式短距无线技术的缺点为出发点，规划此一技术，并展现想涵盖各种应用的雄心壮志，也造成今日ZigBee发展的迟滞，捷力(Jennic)大中华区行销副总裁陈委琮表示，过去3年来，ZigBee联盟以最严谨的组织规划技术标准时，认为ZigBee可补其他短距无线技术的不足，因此可应用的范围相当广，但却未考虑到每一种应用领域所需的程式架构都不同，导致各家厂商发展的产品虽然都依照ZigBee标准规范，但产品间依然出现不相容问题。加上ZigBee号称可组相当大的网路节点(Node)架构，即可以节点传输突破只能在装置到装置之间的限制，所能控制的范围更大，但也造成对于此一庞大网路架构的安全性疑虑，因此导致相关开发厂商从一开始对于ZigBee无所不能的高期待，转而对此技术产生失望。
        综上所述，种种原因造成目前ZigBee市场的低迷，然而晶片商虽须忍受目前少量订单的惨澹经营过程，但还是极力为此技术找新的出路，而且市场对于ZigBee的需求仍在，陈委琮指出，从2007年ZigBee市场跌到谷底之后，2008年因各家厂商的努力突破，目前已能感受客户态度的转变，亦即从最初对ZigBee的过高期待，逐渐收敛到可实现的范围，而未来市场的引爆点将是在晶片价格、设备商的支持和产品互通性上，目前以ZigBee为基础架构开发的应用平台，也逐渐为市场燃起曙光。
ZigBee平台解决相容性问题
        各家ZigBee晶片商为推广并落实ZigBee技术，皆推出相关的开发套件以协助客户发展各式不同的应用，并降低客户导入设计门槛与加快产品上市的速度。因ZigBee应用层标准尚未完全底定，目前仅就家庭控制(HA)部分已提出一套新的应用标准，而系统整合商欲发展的应用相当广泛，实际上，晶片商也无法以目前公布的ZigBee标准完全支援，加上对于系统商的应用软体也无法投注更多的时间与人力自行研发，因此在各家开发平台上，提供以ZigBee通讯协定为基础的产品，并做到易于使用、节省其他元件设定时间等特点，应用部分则交由熟知应用程式撰写的系统厂商自行开发，亦即晶片商与系统商所拥有的专业技术不同，因此以其最熟悉的技术各自分工，将可得到最大的效益。
        而为了更扩展ZigBee市场，晶片商的开发套件也为因应客户不同的应用需求，而有不同的调整。陈委琮表示，以跟随ZigBee标准而言，大部分的晶片商都还是会依循标准前进，但应用商则有不同的想法，以Honeywell为例，虽然该公司在推展ZigBee技术上不遗余力，但为了扩展更多的应用，因此希望网路层架构还是以近似802.14.5的ZigBee为基础，但再增加更多的网路技术，如IPv6，使目前的架构可与网际网路更容易结合在一起，并可针对工业自动化应用如自动抄表等需要高安全可靠度的应用提供最佳的网路架构。捷力虽身为ZigBee晶片商，但面临ZigBee市场困境，也顺应调整公司内部发展目标，以求挣脱困境，未来虽然还是会以ZigBee发展为主，但会扩大到其他网路技术层面，而看到ZigBee网路层结合更多网路技术有助突破现况，该公司也与Honeywell合作，推出6LoWPAN平台，另外也自行推出JenNET开发平台，提供客户更多不同的选择与简单易用的产品。
        JenNET平台目前只支援树状架构，陈委琮表示，一般简单的应用采用树状架构即已足够，何况网状架构要考量的开发因素更为复杂，JenNET以公认使用简易，且不会与WiFi 、蓝牙(Bluetooth)互相干扰的802.15.4为基础，只是软体架构与ZigBee标准不尽相同，锁定在一些特定应用上。因只是使用在简单、封闭的应用，因此毋须考虑相容性问题，而JenNET具备易于使用、软体稳定特点，客户不须花时间了解802.15.4技术，即可马上着手进行应用研发部分。目前JenNET为附有五个节点架构的开发平台，2008年4月中旬推出三个节点的架构版本，客户若不须架构太大的树状架构，也可以较少的金额买到具备相同特色的开发套件。
        芯科实验室(Silicon Laboratories)锁定802.15.4与ZigBee的各种应用，并提供多元的产品，从微控制器(MCU)元件、开发套件到独立模组产品皆齐备，而这些产品的设计都针对客户的无线解决方案最佳化着眼。该公司微控制器介面产品行销经理Gary Franzoso表示，以硬体的观点而言，芯科实验室的解决方案备受业界肯定，而且以处理能力高达100MIPS的8051系列中央处理器(CPU)为依据，以及最高达128kB晶片内建快闪记忆体，可让这些元件成为各种无线自动化、工业、医疗与社区监控应用的最佳化平台。此外，芯科实验室也提供其中一些高效能的类比周边元件，该公司的解决方案结合全产品线的高效能功能和简单易用的电路内建除错工具，让客户更容易着手选择适合各种特定应用的元件组合。
        另外，从软体方面来看，芯科实验室同时提供802.15.4和符合ZigBee标准的开发平台，对于想开发点对点或者单点对多点解决方案的客户，802.15.4平台提供完整的802.15. 4媒体存取控制层(MAC)介面；而对特别要开发ZigBee应用的客户，ZigBee开发平台则提供一个符合业界标准的平台，同时也具备ZigBee协定堆叠(Protocol Stack)，让客户可以加速应用之开发时程，以及有效地简化各家ZigBee认证计划之产品开发。
        ZigBee和802.15.4PHY/MAC两者都可以为客户提供一个业界标准平台，让业者的解决方案可以跨平台作业，Franzoso认为，客户会将很多802.15.4和ZigBee的应用建置在独特规格的系统中，而这些系统往往不能加入非特定外部元件，对这些客户而言，具吸引力的802.15.4和ZigBee解决方案是一个具业界标准的软硬体平台，可让他们达到经济规模。
        资策会网路多媒体研究所在经济部指导下执行的数位生活感知与辨识应用技术计划中，利用ZigBee与其他无线技术，跨领域整合学界与晶片、模组等厂商，以期建立无线感测网路(WSN)整体产业链，资策会网路多媒体研究副所长冯明惠表示，目前网路多媒体研究所开发的WSN平台已有初步成果，并技转到相关厂商，如南茂、台达电、远雄、明泰、安润等，希望藉由ZigBee为主要核心，向外结合其他无线感测技术，并学习国外成功案例经验，发展台湾本土化应用，进而带动WSN市场，并建立台湾整体产业链。
        因ZigBee联盟步调太慢，加上全球应用发展趋势都显示，各种无线通讯杀手级应用都无法完全仅采用单一的ZigBee技术，冯明惠表示，虽然资策会网路多媒体研究所先前是以ZigBee为发展核心，但为带动整体产业效益，因此将目光转向WSN，也与晶片商合作，推出以802.15.4架构的WSN平台，纳入众多无线技术后，此平台将可实现无所不在的网路社会。
        因看好ZigBee技术而购并Chipcon的德州仪器(TI)，推出符合ZigBee标准的Z-stack软体，可协助客户尽快发展相关产品，且该软体也已通过ZigBee认证，客户也只须专注开发应用软体即可，该公司半导体行销技术行销工程师黄智伟表示，德州仪器产品弹性相当大，客户可自行开发各自应用软体，而毋须担心不符合ZigBee标准，未来德州仪器也将遵循ZigBee标准，开发更多符合标准的产品，且目前并无加入其他无线技术的规划。
        看准相容ZigBee规格的产品在市场上出货，以SMAC或以IEEE 802.15.4 PHY为标准的2.4GHz解决方案市厂需求仍强劲，飞思卡尔(Freescale)亚太区无线事业部市场经理邝景亮表示，根据In-Stat的统计资料指出，802.15.4晶片在2006年出货约四百万颗，到2010年将达七千万颗，因此该公司也推出相关开发工具，提供的套件包装内有评估板、开发环境和数种无线网路堆叠，另外，开发工具也提供免费样品和参考设计，且皆可从网站直接下载。除了符合802.15.4的开发工具外，飞思卡尔ZigBee产品是已被ZigBee协会认可的黄金平台(Golden Unit)之一，用该公司ZigBee产品设计可符合Zigbee规范和符合互通性。
        Franzoso则表示，芯科实验室2.4GHz的802.15.4开发套件除了必备的MAC、示范GUI和应用软体范本外，还包括两款整合多种天线的开发机板、一个电源供应器、线材，以及相关设计文件，可让客户马上投入开发802.15.4解决方案，针对需要最高整合度之802.15.4或ZigBee解决方案的客户，芯科实验室与Helicomm已共同开发了一系列支援802.15.4与ZigBee的模组，为客户提供Drop-in无线网路解决方案，该模组不仅缩短产品的上市时程，更可简化在产品中加入无线传输功能的流程，这些模组每一个都搭载芯科实验室的8051系列微控制器、无线电收发器、MAC元件、以及ZigBee协定软体。
        爱特梅尔(Atmel)正与Meshnetics合作开发一个完整的ZigBee解决方案，爱特梅尔微控制器市场传讯总监Philippe Faure表示，该公司的硬体平台有射频(RF)收发器和AVR低功耗微控制器，并提供包括IEEE 802.15.4 MAC的底层韧体，Meshnetics则提供ZigBee和ZigBee Pro协定及基于爱特梅尔晶片组的现成模组产品。
        该公司最近推出的RZ Raven开发工具，因使用爱特梅尔AT86RF230 2.4GHz收发器，其链路预算可达10dB，因此户外通讯距离可达700公尺，而开发平台的其他主要优势归功于AVR微控制器及其所采用的picoPower技术，提供低功耗特性，对许多电池供电的无线应用非常重要，Faure强调，因了解客户需要ZigBee相容性，因此与Meshnetics共同提供经认证的方案，不过，客户也可考虑采用其他标准或某种专有的通讯协定。
        Faure表示，ZigBee联盟一直推动ZigBee的发展，将其作为无线网路最佳的低功耗、高可靠性和可伸延的解决方案，不过，爱特梅尔的平台不仅限于ZigBee，而是面向各种需求，从简单的点至点连接，到复杂的网状网路，针对从基本的IEEE 802.15.4到6LoWPAN或ZigBee的各种无线协议，提供一系列解决方案。
晶片产品仍持续精进
        为提高开发套件的效能，ZigBee晶片产品也须不断进展，黄智伟表示，在购并Chipcon之后，德州仪器一直有明确的发展目标，该公司未来将持续优化现有晶片产品，并推出软硬体整合度更高、更易于使用ZigBee技术的晶片产品，而目前CC2520产品的体积则较前一代更小、更省电，让已拥有微控制器与软体，只需收发器的客户，轻易将ZigBee导入应用设计中；另CC2431则为系统单晶片(SoC)。
        第一家在市面上推出系统单晶片的捷力（Jennic），预计于2008年下半年推出514x系列，陈委琮表示，该系列一样是系统单晶片解决方案，并创新技术，使ZigBee应用范围更为广泛。而芯科实验室也专注于提供更高整合度的ZigBee产品，以期为客户提供最佳性价比的解决方案，Franzoso表示，该公司一直以来在开发与生产创新产品方面都很成功，而这产品都为客户提供简单易用、高整合度的解决方案，芯科实验室的无线产品仍以类比（模拟）混合讯号IC为主，相较于其他业者，该公司以类比混合讯号IC的产品可为客户提供非常高的价值，未来也会持续为这些产品融入更多创新技术，让客户享有最高整合度的解决方案。
        飞思卡尔ZigBee解决方案目前已由第一代两颗晶片到第三代PIP晶片，邝景亮表示，PIP解决方案由飞思卡尔MC1322x提供，整合ZigBee应用的必要零组件在单一封装上，因此减少周边零件和系统成本，MC1322x解决方案包含一个32位元微处理器、一个完全符合IEEE 802.1.5.4标准的收发器和RF匹配元件，所有元件全部整合到一个小的LGA封装，以减少外部RF零件需求，该平台解决方案也具有TurboLink技术模式，可增加结点间资料传输率到每秒2M位元。
        未来爱特梅尔则预计开发单晶片产品，Faure表示，开发单晶片产品必需全面考虑成本最佳化问题，就性能和成本而言，同时整合数位部分和RF前端的单晶片制程技术很难最佳化，双晶片方案仍然是目前最具成本竞争优势的方案，并且提供较佳的灵活性，尤其是可让使用者从该公司各种AVR系列微控制器中选择最适合其应用需求的产品。
        资策会网路多媒体研究所本身未生产晶片产品，而是与多家晶片商合作，包括捷力与达盛电子等，冯明惠表示，目前Zigbee晶片价格平均每颗约为2～3美元，若晶片价格可低至每颗1美元，则ZigBee市场将能大量扩展，因此晶片商未来仍将致力于降低晶片价格。对此，陈委琮表示，目前ZigBee晶片价格、技术已不构成门槛，晶片商大多愿意先降低利润以推广市场，目前应推翻之前对ZigBee技术的瑰丽远景，而放眼现在，如此一来，才能真正找到目前ZigBee技术价值。
独立开发ZigBee平台避免夜长梦多。
        开发套件中并非只有ZigBee晶片，还有其他周边，此时若只有RF晶片厂商与其他有微控制器产品的厂商合作，才能顺利推出开发套件，然而，与第三方合作时，无法取得原始码(Source Code)，在遇到问题时，只能依靠第三方合作厂商解决，将导致客户须花费更多开发时间，陈委琮表示，有鉴于此，捷力在2007年1月开始，任用许多软体开发的精英，开发JenNET所需的软体，虽然此举将投资更多人力成本，但他强调，与第三方合作使用其开发软体固然是好的、快速的模式，但执行上却会面临上述问题，而且若两家公司利害关系不一致时，则无法成为生命共同体，要达到双赢局面相当困难，因此捷力选择独立完成所有软体的开发，而硬体部分也是如此，运用该公司自有的产品，推出开发套件。德州仪器因产品线相当广泛，因此开发套件上所使用的元件，完全都是该公司的产品，黄智伟表示，完全使用自家开发的元件与软体，在客户遇到问题时，最能清楚掌握问题所在，并可立即解决。
        飞思卡尔的客户可一次购足该公司ZigBee方案和其他主要元件，如感测器、模拟、高频和微处理器原件，邝景亮表示，和不同公司合作可能不符合效益和符合客户需求，一般来说，电子产品开发时程短，关键在于支援参考设计或完整解决方案给特定市场需求，一次购足可帮客户缩短找寻零件时间和系统测试，客户也可拿到好价位。
        不同于包山包海的做法，芯科实验室与爱特梅尔则皆对合作厂商抱以信心。 Faure表示，爱特梅尔将继续与合作伙伴合作，扩充产品和技术支援；包括支援ZigBee Pro，推出900MHz收发器、扩展对包括32位元产品在内的其他微控制器的技术支援，就零组件而言，微控制器和RF晶片都来自爱特梅尔，部分零件和软体来自合作伙伴。
标准/特定并肩行
        目前多家ZigBee联盟会员厂商已显示对ZigBee技术不再如同以往的死心蹋地，而因此有了不同的做法，短期而言，相关厂商都会先改走与ZigBee联盟不同的路线，即发展非标准产品，锁定特殊应用以扩大市场，长期来看还是会跟随ZigBee联盟所制定的标准，发展标准ZigBee产品，以应未来ZigBee标准完全底定之后，随之而来的市场与认证需求。
        陈委琮表示，目前已有客户将JenNET应用在路灯控制、环境监控、生产线数据收集，以及ZigBee结合RFID应用等，希望以产业为出发点，找到ZigBee技术真正可落实的应用，也可给系统整合厂商一个明确的发展方向，重新建立其对于ZigBee技术的信心。
        Franzoso表示，工业控制与建筑物自动化等市场会是率先运用ZigBee网状网路功能的领域，其中一个原因是，这类环境大多属于有安全控管系统的环境，不允许非特定装置随机加入网路，这使得使用者必须经过实验并精通这些网路的运作后，才能部署开放式存取权限的系统，因此该公司未来的重点也会先往这个方向发展。这样的做法也是宣告未来芯科实验室将同时进行标准与特定应用的ZigBee产品的开发。
        邝景亮则表示，ZigBee相当适合在监控、自动控制和工业控制上，此外，飞思卡尔正探索在家庭娱乐上可利用射频遥控的应用，2007年8月新力(Sony)在Bravia液晶电视系列以飞思卡尔ZigBee平台发表第一个商用化产品，而飞思卡尔在2008年消费性电子展(CES)中宣布Synkro协定，予消费性电子制造商使用在RF遥控器产品上，可以预见，由于RF娱乐控制网路技术的日益成熟，红外线(IR)遥控方式将很快走入历史。
        Synkro是架构在IEEE 802.15.4全球标准之上的网路协定软体堆叠，主要应用于家用娱乐产品的设计上，如数位电视、DVD播放器、影音接收器、数位机上盒(STB)、扩充底座(Docking Station)及遥控器等。邝景亮表示，此技术针对的是现今电子制造商日益关切的一点，即红外线解决方案的技术限制及阻断性无法跟上消费性产品的未来发展蓝图，该项技术的完善促成更先进的控制功能，如娱乐装置间的双向通讯等。
        爱特梅尔的平台将继续扩充和支持ZigBee，但也支援其他无线方案和标准，Faure表示，ZigBee特别适合大规模的复杂网路，而这种网路环境下互通性非常重要，虽然ZigBee预计会有很大的市场，但目前也看到了一些新兴的替代解决方案，因此该公司的无线微控制器平台也将支援其中的一些解决方案。
        黄智伟表示，目前德州仪器客户开发的应用相当广泛，特定应用或是标准ZigBee应用都有，可看出ZigBee已被导入包括医疗院所、家庭控制、工业应用等方面，而客户的创意无限，相信未来会开发更多采用ZigBee标准技术的应用。
        虽然目前ZigBee技术不再是厂商发展的核心重点，而是以相似架构为出发点发展特定应用，不过资策会网路多媒体研究所组长刘永之仍指出，正规ZigBee标准不会因此在市场消失，目前还是有许多厂商已将ZigBee纳入产品中，包括新力的液晶电视与三星(Samsung)手机产品，未来的发展也仍将以此标准为依归。