摘要 科技的匯流發展日新月異,寬頻接取服務已由以往一種技術提供一種服務的方式,轉換為可涵蓋包括數據(Data)、語音(Voice)及影音內容(Video)等三種服務的匯流。這股新興的科技匯流趨勢加速了電信、廣電與網路通訊產業升級的需求,也帶來了新的市場動能與發展契機。在寬頻基礎網路之上,更多更貼心的生活應用服務正在打破原有產業疆界而蓬勃發展。ICT產業之融合,除了帶來業務替代與跨行業競爭,也讓產業鏈與商業模式更趨複雜、產業版圖漸次改變。家戶寬頻網路趨於普及之下,智慧家庭的發展現整合家庭異質網路的連接,以因應各種數位匯流服務。為了爭取智慧家庭匯流主戰場產業主導地位,不僅各類型營運商加速投資建置下一代網路基礎建設,產業鏈上游廠商則先期投入智慧聯網晶片開發,設備商也不斷推出各式智慧家庭連網應用,影響所及除了帶動家庭連網應用的創新,也引領家庭網路傳輸技術不斷地演進。
關鍵詞:數位匯流、智慧聯網、寬頻上網、智慧城市
I. 簡介 隨著科技創新與數位化快速發展,結合視訊、影音與數據服務的「數位匯流」成為國際上勢不可擋的一股趨勢,過去的網際網路、寬頻上網趨勢發生劇烈轉變,正處於智慧聯網與數位匯流發展的階段,最終邁向Generation IP時代。伴隨全球家庭連網產業蓬勃發展趨勢,智慧家庭數位內容服務對於優質的連網技術之需求日益增高;產推處為推動我國通訊產業的向下紮根以及往上創新,透過「完備寬頻產業發展與智慧家庭連網應用推動計畫」,完備寬頻產業發展環境、推動智慧家庭連網設備及應用,以智慧家庭及社區為推動主軸與示範場域,推動Service六大應用服務,結合中央與地方政府,合力打造智慧城市(圖1);在數位匯流趨勢帶動下,各類聯網終端裝置對家庭網路整合需求快速成長,並衍生進階影音娛樂家庭控制等多元應用,寬頻服務商可將應用包裝成寬頻多合一方案,透過新型態接取裝置支援各種數位匯流服務(圖2);智慧家庭與社區、甚至於智慧城市的應用服務需求所產生之鉅變,促成跨產業的匯流服務典範轉移。
圖 1:智慧家庭與智慧社區推動範圍示意圖
資料來源:產推處整理
圖 2:智慧家庭多元化應用
資料來源:HomeGrid Forum、MIC[1]
數位家庭概念在2003年6月由Intel、Microsoft聯合其他15家廠商組成"數位家庭工作聯盟"(Digital Home Working Group,簡稱DHWG),進軍數位家庭開始。除資通訊與家電大廠外,網路服務業者如Google也看好數位家庭的發展,2009年推出家庭用電監控平台、2010年與Intel合作推出Google TV、2011年提出Android@Home計畫。然而,受限於網路基礎環境尚未成熟、廠商各擁自有標準、產品互通性不足,以及消費者習慣不易改變等情況下,數位家庭計畫推動並不順利。
隨著網路環境、主要壓縮格式與傳輸技術成熟,數位家庭部分概念已逐漸落實,如影音內容跨產品分享;業者們更以「智慧家庭」取代「數位家庭」,並呼應行動智慧裝置的普及,在產品概念上,更強調「感測」、「智慧控制」與「雲端服務」等特性。
從國際發展趨勢來看,下一階段寬頻通訊產業的競爭與主要成長來源,在全球電信業者進行網路變革與推出創新應用服務之際,4G CPE、輕局端設備、SDN產品、家庭連網產業、甚至是系統整合解決方案,將是我國寬頻通訊產業發展重要的新動力。家庭聯網產業因無線與有線技術混搭的異軍突起,在Wi-Fi整合1Gigabit乙太網路、G.hn、xDSL等有線技術的聯網解決方案競相出籠之下,讓日益擁擠的網路提供更順暢且無縫傳輸的高畫質影像,正逐步擴大在網通設備市佔。
II. 內容 家戶寬頻網路趨於普及,智慧家庭的發展急需整合家庭異質網路的連接,以因應各種數位匯流服務。為了爭取智慧家庭匯流此一主戰場產業主導地位,不僅各類型營運商加速投資建置下一代網路基礎建設,產業鏈上游廠商先期投入智慧聯網晶片開發,設備商也不斷推出各式智慧家庭連網應用,影響所及除了帶動家庭連網應用的創新,也引領家庭網路傳輸技術不斷地演進。
1. 產業國際發展趨勢 BROADBAND WORLD FORUM 2014展會與論壇研討重要議題之一,便是智慧聯網家庭應用。隨著美國主要電信、有線電視業者積極推出智慧家庭相關應用服務並獲得不錯的迴響後,歐洲電信業者也開始更為積極地切入智慧家庭領域,且視智慧家庭服務為歐洲電信甚至有線電視業者下一階段重要的營收來源。2015年美國消費性電子大展(CES)中,參展約近3,600家廠商中,幾乎一半以上都和物聯網有關,包含無人自駕車、穿戴裝置、健康照護,以及4K電視等,其中以智慧家庭為今年物聯網應用的重頭戲。大會並特闢智慧家庭專區,包含Bosch、ADT、Honeywell、Philips、海爾..等各領域廠商與聯盟,約60餘家廠商參展。
2. 家庭聯網技術標準趨勢 寬頻服務廣泛而深刻地影響人們的工作和生活,由於高速光纖網路、光纖有線電視網路,甚至包括電力線通訊(Power Line Communication)等技術的發展與突破,讓民眾在家戶內接取高速寬頻網路有了多元的選擇。
智慧家庭聯網技術標準經過多年發展,目前主要有國際電機電子工程師學會(IEEE)與ITU-T兩個陣營在制定相關標準。IEEE制定1905.1家用混合式網路(Home Hybrid Networking)標準,其底層支援包括無線區域網路(Wi-Fi)、乙太網路(Ethernet)、HomePlug或MoCA等無線與有線聯網技術,並具備擴充性。
圖 3:IEEE P1905.1網路架構圖
資料來源:新通訊雜誌,2014年3月[2]
IEEE P1905.1(以下簡稱1905.1)架構(圖3),其底層結合包含802.11(Wi-Fi)、P1901(電力線標準)、802.3(Ethernet)及MoCA(同軸電纜標準)等無線、有線通訊技術,並在OSI七層架構中的資料鏈結層(Layer 2)與網路層(Layer 3)之間加入一個軟體抽象層(Abstraction Layer)的概念。
1905.1標準並未改變目前家庭網路的運作行為和實作方式,其保留Wi-Fi、電力線、Ethernet以及MoCA四種介面原有的優點,並且提供有線及無線訊號之間的轉發、原有實體層介面頻寬聚合,達到家庭聯網無死角的擴充性。
ITU-T G.hn標準整合有線技術(電力線、電話網、同軸電纜線),能創造優質之家庭寬頻上網基礎環境;它能夠以現有的家庭線路來做使用,而且G.hn技術在降低網鄰電力線網路干擾、家電對電力線干擾、多重服務品質(QoS)等技術具有很好的績效。G.hn規格內容相當廣泛,包括實體層標準(G.9960)、資料連結層標準(G.9961)、使用G.hn標準產品與其他非G.hn標準共存互通的協定標準(G.9972)、為避免干擾而利用電源線地線進行傳輸的MIMO標準(G.9963)、管理與診斷協定標準(G.9962)與針對智慧電網(Smart Grid)應用所制定的能量管理規格標準(G.9955)等(圖4),該標準目前由家庭網格論壇(HomeGrid Forum, HGF)負責推廣。
圖 4:G.hn網路架構圖
資料來源:新通訊雜誌,2014年3月
在ITU推出G.hn將家中既有三種傳輸媒介—電話線、電源線與同軸電纜加以整合,以及IEEE推出1095.1支援HomePlug、HD-PLC、MoCA情況下,各標準逐漸選邊站。預計未來Home Gateway相關產品直接整合各類家庭連網技術的比重將大為提升;G.hn雖可同時支援3種線路,但 IEEE 1905.1也把同陣營的Ethernet及Wi-Fi標準加以整合,因此具備較高有線及無線環境整合性(圖5)。
圖 5:家庭連網標準合縱連橫以求取綜效
資料來源:HomeGrid Forum、MIC[3]
就市場而言,IEEE P1905.1旗下的HomePlug與Wi-Fi在有線/無線家庭連網市場比重有目共睹,所以IEEE 1905.1把同陣營的Ethernet及Wi-Fi標準加以整合,具備較高有線及無線環境整合性,在未來P1905.1標準逐步成熟下,其市場地位將更為鞏固。
從市場面觀察,IEEE 1905.1標準所支援的家庭聯網技術,其中Wi-Fi、Ethernet已經是全球通用的標準、擁有龐大市場,MoCA主要市場在北美、HomePlug則擁有歐洲電力線通訊市場一半以上的市占率,其實力自然不在話下。然而,ITU-T不甘被Wi-Fi、Ethernet瓜分大部分家庭聯網之主流市場,正如火如荼定義一個名為OPAL的標準,企圖讓G.hn設備也能與Ethernet或Wi-Fi裝置實現相容互通。
圖 6:OPAL網路架構圖
資料來源:新通訊雜誌,2014年3月
OPAL的架構是在OSI 2.5層的位置,建立一個以軟體實作的虛擬橋接(Virtual Bridging)平台,同時對現有支援的各種異質聯網媒介進行整合和優化。雖然現階段支援IEEE 1905.1與ITU-T G.hn的網路設備並沒有辦法互通相容,但隨著OPAL標準被提出,以Software Defined Abstraction Layer為基礎來整合智慧家用有線/無線家庭網路,使IEEE、ITU-T兩個陣營所提出的家庭聯網標準可以相容並存的可能性將大大增加。
各國際標準除有線聯網標準G.hn、IEEE P1901等之外,尚有無線傳輸技術Wi-Fi、WiGig等(圖7),無線寬頻接取技術的發展,讓民眾可在高速移動過程中取得包括影音、數據等應用服務,相較於有線實體網路,無線寬頻網路具有可移動之優勢。
圖 7:家庭無線網路技術比較與應用情境圖
資料來源:各聯盟,IEEE,MIC[4]
目前無線影音裝置間互聯技術的主要發展趨勢:(1)無線點對點連線,(2)高市場滲透率,(3)簡單/安全的連線,(4)高影音串流品質,其中又以市場滲透率最重要;2012年Wi-Fi的發展推進到802.11ac,大幅提高傳輸速度;其Wireless Display技術-Miracast正式展開認證,大力增強Wi-Fi影音串流的品質。60GHz技術的發展,提供額外的傳輸頻寬,且基於該頻段獨特的傳輸特性,亦發展出新的使用模式,其中又以有主要晶片與設備大廠為後盾,並為IEEE 802.11ad正式標準的WiGig具有發展潛力;無線家庭網路的應用情境,以HDTV為中心,連結多元的連網裝置,形成多頻段共存的分流傳輸機制,同時建構WLAN與WPAN的網路環境。
III. 討論及結論 1. 異質網路發展 隨著越來越多聯網設備及業者投入智慧家庭市場,過去影響智慧家庭發展的最大議題之一,便是有線、無線技術多元,各廠商、各項設備間互不相通相容,加上安裝操作複雜,影響消費者採買意願。大廠們對智慧家庭雖有憧憬,然而各業者也各有其立場,主要包括:家電業者、網通業者、服務供應業者及家庭自動化業者等。
為解決通訊標準不一致的問題,今(2015)年CES展出現了各種智慧家庭整合平台,藉由支援各種通訊協定,協助用戶藉由平台統一管理家中各種物聯網設備與裝置,降低設備管理的複雜度。
家電業者欲以自有平台整合家電產品,透過語音、智慧控制方式,提供家庭影音、保全等雲端應用服務。就IT業者而言,如Qualcomm由物聯網角度切入,以自有開放智慧家庭平台,跨品牌串連各家電與雲端服務,包括:醫療、教育、汽車等。而服務供應業者及家庭自動化業者也由自身利基點切入,企圖主導產業發展。預期短期內各智慧家庭平台仍將各據一方,以利基點爭取消費者目光。但其中共同點在於各家皆強調利用智慧型手機或平板電腦下載APP方式,或藉由智慧手機化身為家裡聯網設備的智慧遙控器,讓使用者可透過行動裝置近端或遠端操控家中各項家電。
客廳成為智慧家庭樂中心(圖8),經由G.hn設備和支援G.hn的相關家庭聯網設備,使個人電腦(PC)或消費電子(CE)裝置中的資料,可在不同線路路徑中相互傳輸,達到隨時隨地分享數據資料之情境。
圖 8:智慧家庭娛樂中心-客廳應用情境
資料來源:產推處整理
2. 物聯網的興起 物聯網 (Internet of Things) 概念興起,晶片大廠、網路設備商、新創系統/硬體業者紛紛投入智慧家庭領域;自2013年底至2014年包括由Qualcomm、Apple、Google、Intel等大廠主導的物聯網產業聯盟-Allseen、Homekit、Thread Group及OIC (Open Interconnect Consortium)紛紛成立,期藉由自主聯盟跨足智慧家庭市場。四大家用物聯網聯盟之比較表,如表 1所示。
表 1:四大家用物聯網聯盟比較表
名稱 | AllSeen Alliance | HomeKit | Thread Group | OIC |
成立時間 | 2013.12 | 2014.06 | 2014.07 | 2014.07 |
主導廠商 | Qualcomm | Apple | Google | Intel |
家數 | 89 | 17 | 11 | 43 |
內容 | 由晶片業者主導聯盟整體發展,開放成員自行採用晶片,自行結合產品,發展可能的應用情境。 | Apple行動裝置扮演關鍵角色,成為數位家庭的控制中心,以iPhone/iPad為運作核心的情境,發展消費者需求的「貼心小服務」。 | Google藉由收購Nest及Dropcam補齊原有Android@Home戰略的不足,以"控制中心"的策略發展「智慧家庭2.0」。 | 較多電腦業者參與,如Dell、HP、Lenovo及Acer等,期望延續過去在PC產業規格制訂及整合經驗,在發展智慧家庭佔有先機。 |
3. 創新服務的發展 過去家電廠商與保全業者為提供智慧家庭服務的傳統勢力,隨著物聯網概念的興起,晶片業者、網路設備廠、新創硬體紛紛加入智慧家庭服務。智慧家庭產品普及的關鍵,重點在於創造一個創新的應用架構,容易使用、可接受的價格以及快速開發。隨著更多新創業者加入物聯網智慧家庭的應用開發行列,也將為智慧家庭帶來更多的創新應用。對服務營運商而言,統一的標準、整合的平台與相應的終端設備,是架構智慧家庭環境不可或缺之處。因此,相關標準、技術組織,如Home Gateway Initiative (HGI)、Broadband Forum (BBF)...等,也都期望能制訂統一、完整的智慧家庭標準。網通終端設備業者而言,智慧家庭相關聯網終端更是未來網通產業的一大商機。因此,不論是國際網通品牌業者或台灣網通製造商無不積極切入智慧家庭應用領域,期搶佔智慧家庭市場先機。
大廠們為角逐智慧家庭平台霸主,以開放API方式,打造更多智慧家庭創新應用服務;例如四大家用物聯網聯盟的OIC陣營,在2015年1月宣佈推出開放第一版原始碼物聯網開發架構IoTivity,並開放Restful API(終端與平台間數據交換格式),以利開發者的應用服務可在各種作業系統與平台上使用。IoTivity預計在今(2015)年底前推出通過認證的產品。以Google為首的Thread Group也透過開放Nest API,讓更多開發者圍繞Nest開發應用。
隨著家用設備的多元化,智慧家庭的整合型解決方案紛紛出爐,以藉由平台統一管理家中各種物聯網設備與裝置;例如美國的新創業者Muzzley,其軟體服務管理平台將智慧手機化身為智慧聯網設備的遙控器,以降低管理家中設備的複雜度[6]。
4. 推動策略 因應全球網路匯流及家庭數位環境發展趨勢,為加速健全國內家庭連網環境之建構及建立推動共識,厚植通訊產業競爭力,促成國產相關設備發展及導入機會,進而創造國內廠商合作推動關係與產業發展環境,提高服務需求與產業升級商機。產推處長期致力於通訊產業的推動,協助智慧城市的建置與發展,以家庭聯網為首要基礎,積極透過國際合作與國際推動組織共同推動家庭聯網標準技術,以協助國內晶片商掌握自主關鍵零組件技術規格先機與國際接軌,於2009年即加入ITU-T G.hn技術的國際推動組織HomeGrid Forum (HGF) 成為其重要會員,共同擬訂亞太與全球地區家庭連網G.hn之推動及佈局策略,除連續5年與HomeGrid Forum於Computex展期間共同舉辦國際記者會及研討會,推動國內業者投入G.hn晶片開發,促使國內廠商站上國際舞台掌握家庭連網國際標準;本會更是其於亞洲地區第一個董事會(Board of Directors)成員,促成國內的康全電訊與百佳泰獲得HGF的產品與技術認證,分別成為全球第一家通過認證的系統設備商與亞洲區第一個G.hn測試實驗室;同時透過海峽兩岸的交流,以共同制定開放式智慧家庭異質網路技術標準,深化兩岸智慧家庭產業發展為方向,建立定期互動交流與產業合作機制(圖9)。
圖 9:產業推動歷程
資料來源:產推處整理
今(2015)年為協助產業建構異質網路之整合平台,以串聯晶片/設備/系統業者與營運商,推動居家安全監控、健康照護、智慧控制等智慧家庭寬頻聯網業者合作,導入智慧寬頻連網服務平台。不僅使智慧居家系統能夠在有線/無線寬頻連網環境中運行,提升智慧居家系統服務效能,並有利於延伸擴充智慧居家相關服務,進而發展成為家庭寬頻網路的整體解決方案,在全球下世代通訊技術市場上取得先機,提升國內業者在家庭連網方面的國際競爭力。
IV. 執行綜效 產推處積極推動有線與無線的整合與互補,預期可為更多民眾提供更優質的寬頻應用服務。在家庭無線寬頻聯網推動方面,為加速國內802.11ac終端產品及應用服務的研發,運用"家庭連網SIG"組織(圖10),推動家庭無線寬頻聯網研發聯盟,促成網通廠中磊公司與家電廠聲寶公司合作。
圖 10:產推處與Teema共同成立家庭連網SIG
資料來源:產推處整理
家庭無線寬頻聯網研發聯盟的合作案,採用以瑞昱802.11ac無線晶片技術為主的國產家庭聯網技術方案。同時為促成結合有線G.hn及無線802.11ac技術標準的發展,與HGF協力將G.hn與原HomePNA標準納入P1905.1的規範中,進一步與Wi-Fi標準有更密切的連結,期望藉此達到與其他家庭聯網標準兼容互通的目的,以擴大家庭聯網市場的發展。
為建立匯聚各種家庭異質化網路的平台發展與商機,推動國內系統設備商-康全電訊與國際晶片大廠,合作開發家庭連網設備方案,以串聯家庭內有線網路如乙太網路(Ethernet)、電力線通訊(PLC),以及無線寬頻網路;其方案運用G.hn橋接Wi-Fi,促成印度的電信大廠場域測試,並在其經營區佈建。
圖 11:家庭G.hn結合WiFi的解決方案示意圖
資料來源:康全電訊公司[7]
推動國產義傳科技Home-Link家庭寛頻連網解決方案,結合in-home端的G.hn技術與out-door 端VDSL之整合服務,並促成營運商採用該家庭寛頻連網解決方案;該方案提供高度整合且低功耗的單一晶片(SoC),獲著名的網路系統設備商--華為科技採行做成系統方案,佈建於世界各地電信商的基礎建設上。該解決方案已獲法國電信採用。在國產家庭寬頻連網晶片導入系統設備開發部份,促成友訊科技導入國產家庭寬頻連網晶片,並整合有線及無線通訊並開發銅軸電纜線網路橋接器之設備。
在推動跨領域合作,以新興應用服務平台,帶動有線家庭聯網設備商機,包含健康照護系統平台,媒合台灣智慧光網公司採用真茂科技遠距醫療健康照護系統平台(國產通訊方案),提供社區雲端應用服務,雙方除合作推動遠距醫療健康照護系統平台、居家遠距生醫感測系統及設備…等社區雲端應用服務。
產推處推動有線應用到無線網路環境,從家庭內部連網乃至外部環境建置以及產業應用跨足多種產業,融合不同技術開發新興跨平台寬頻服務;推動家庭連網、居家生活智慧應用出發,以擴及到智慧建築/住宅社區寬頻應用平台與解決方案之環境建構,最終串接智慧家庭與社區應用服務延伸智慧城市之產業體系發展,推動智慧城市寬頻應用共通規範。協助台灣網通設備產業藉由各種寬頻基礎環境的融合,誘導出應用領域軟硬體設備業者新的組合機會,以及新型態的智慧聯網產業發展,進而實現製造業服務化,開創網通產業嶄新風貌。對台灣廠商而言,智慧家庭產業逐漸從抽象的概念走進一般民眾的生活,將是傳統廠商轉型、新創業者模仿與改良的機會,除了評估加入國際性的智慧家庭、IoT組織甚至大廠號召的策略夥伴計畫外,國內業者也可進行更深度的跨業合作,並與寬頻服務商針對具備相對競爭優勢或滿足在地化需求目標的智慧應用範疇,共同投入開發解決方案,創造市場前期的佈建實績。
V. 參考資料
[1] HomeGrid Forum、MIC,Smart Home應用多元化驅動異質傳輸介面整合簡報,2012年4月。
[2] 新通訊雜誌,IEEE 1905.1/G.hn標準互通有譜-智慧家庭混合網路加速推展,2014年3月號157期。
[3] HomeGrid Forum、MIC,家庭連網標準合縱連橫以求取綜效簡報,2012年4月。
[4] MIC,2012下半年通訊產業發展趨勢與重要議題分析簡報,2012年8月
[5] MIC,新興家庭物聯網聯盟發展評析,2014年11月。
[6] 經濟部技術處ITIS計畫成果,物聯網智慧家庭新發展,2015年2月。
[7] 康全電訊,G.hn Solutions and Applications簡報,2014年6月。