【產品安全】台灣物聯網大趨勢（三）：通訊標準解讀

 概要

通訊技術多且複雜，通訊標準的認可上有不同的流程和規範，加上各國有各自的國家標準，具通訊功能的產品上市前須通過許多認證來確保其安全。德國萊因TÜV站在協力廠商檢測認證公司的角度，用多年累積的經驗為各位解讀不同標準的特色與須注意事項。

物聯網通訊標準概覽

A. 低功耗廣域網路 Low-Power Wide-Area Network (LPWAN)

a) LoRaWANTM

b) Sigfox

c) Wi-SUN

B. 短距離無線傳輸技術

a) Bluetooth® 藍牙®

b) zigbee

c) Thread

C.其他通訊技術

a) MirrorLink

b) DALI

c) KNX
 

I.通訊技術聯盟要求

A. 低功耗廣域網路 Low-Power Wide-Area Network (LPWAN)

LPWAN（low-power Wide-Area Network，低功耗廣域網）是針對物聯網應用中低功耗(5 ~ 10年電池壽命)、遠距離(1 ~ 20公里傳輸距離)、低帶寬的需求所開發出來的無線通訊技術。本文所介紹的LoRaWANTM, Sigfox, Wi-SUN均屬於這類使用1GHz以下的LPWAN技術：

a) LoRaWANTM

下面這張圖，可以瞭解到LoRa的調變技術會根據不同區域(國家)所允許使用的頻段(ISM band)，搭配LoRaWANTM的MAC層協定作為網路內裝置之間彼此溝通的依據。



LoRaWANTM的網路架構採用的是星狀網路的架構，比起一般的網狀(Mesh)網路架構實現起來會簡單許多。

LoRaWANTM網路主要的角色有End Node, Concentrator/Gateway與Network Server這幾類的裝置型態，網路中以End Node這類的角色數量最多，在LPWAN的應用中，類似這樣的裝置主要為傳感器(Sensor)類的產品，資料的傳輸大多以上行的路徑，經過Gateway傳遞到Network Server中，再由Network Server傳到對應的Application Server。以一個城鎮的應用來說，大致上只需要幾台Gateway便可涵蓋整個城鎮的範圍，在範圍內的End Node所發送的資料有可能被一個以上的Gateway所收集到，當Network Server收到Gateway的資料封包時，會再過濾掉由不同Gateway所收集來的重覆資料，並將此資料傳到Application Server或用戶手中。資料都會以AES加密的方式來傳遞，確保資料的安全性。

b) Sigfox

Sigfox無線通信技術也是類似於LoRaWANTM Star網路架構，也是架構在Sub-1GHz ISM band上的LPWAN通訊協定，不過其推廣方式與商業模式與其他開放的通訊協定有很大的不同：為了確保網路的品質與減輕開發廠商的負擔，Sigfox提供了一條龍式的服務，從終端產品的開發/模組的選擇、網路基站的建置，一直到上層雲端的建構，都由Sigfox負責，讓使用者只需要利用Sigfox的雲端服務平臺，便可以連線至物聯網裝置

資料來源: Sigfox、德國萊因

c) Wi-SUN

Wi-SUN是基於IEEE 802.15.4g與IPV6的標準，工作頻段為Sub-1GHz的無線技術。主要的特色有高安全性、網路部屬與管理容易(MESH網狀網路)、低耗電、低成本等特點。目前應用範圍為電錶(AMI, Advanced Metering Infrastructure)、 能源管理、農業、智慧家庭與智慧城市等應用。

B. 短距離無線傳輸技術

a) Bluetooth 藍牙

 

藍牙®無線技術是一項短距離通訊技術，它將逐步取代連接行動和/或固定裝置的線纜，同時保證高標準的安全性，其主要特點 是穩定可靠、耗電量少和成本低廉。藍牙無線技術已獲得全球的認可，幾乎在世界每個角落，支援藍牙無線技術的設備只要相互靠近便能進行連接。目前允許登錄的藍牙版本從2.0開始，到最新的5.0。每一個版本演進都會有新增加的功能。值得注意的是版本4.0中藍牙低功耗技術是ㄧ定要支援的。

b) zigbee

zigbee無線技術主要的特點在於提供穩定的網狀網路(Mesh Network)，有別於其他的通訊協定，zigbee也提供了應用層(Application Layer)相關的規範(Profile)，讓產品開發商所開發出來的產品彼此間可以互相交換訊息，達到萬物互連的目的。

c) Thread

Thread 是另一個類似zigbee的無線技術，也是基於IEEE802.15.4 PHY/MAC所開發出來的網路層通訊協定，主要針對智慧家庭作為主要的應用範圍。

 

由上圖可以知道Thread Group只針對Network層來訂定相關的通訊協定，，讓使用者自行選擇應用層的協定，和WIFI一樣，使用者利用WIFI網路傳遞資料，資料內容則由上層應用層決定(Line, Facebook, Web contents)。

C.其他通訊技術 (p.22)

a) MirrorLink

MirrorLink™實現了車聯網概念。Mirrorlink由智慧手機廠商（如：HTC）、汽車製造商（如：戴姆勒）和系統供應商（如：先鋒）組成。只要任何MirrorLink功能的智慧手機連接到任何MirrorLink功能的車輛，即可以在開車時輕鬆使用導航、音樂及各種手機應用程式。應用軟體在智慧手機上運作，但影像和聲音都是透過汽車的設備來顯現和傳遞。MirrorLink是汽車與智慧手機連接的主導標準，也是目前汽車及智慧手機連接應用最為普及的方式。


 

資料來源：Car Connectivity Consortium、德國萊因

b) DALI

建築和光的相互作用使建築物成為生命。良好的照明滿足人們的視覺，情感和生物需求。 DALI是一項國際標準，若所有製造商都提供符合DALI標準的照明控制裝置，建築師就可以結合多個製造商的照明解決方案，使用不同的照明場景，可以改變建築物的房間或區域。

c) KNX

KNX能夠控制家庭和大樓中的所有應用程式，包括從照明和快門控制的各種安全系統、通風、空調、家用電器和其他設備。KNX為行之有年的歐洲（ CENELEC EN 50090和CEN EN 13321-1 ）和國際標準（ISO / IEC 14543-3 ），已有超過23年的市場經驗，有近7000個 KNX認證產品收錄在他們的目錄中，並與120多個國家達成合作夥伴關係協議。

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