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Thread可能取代Zigbee -ZHA並衝擊智慧家庭的通訊標準

關鍵字：Thread；Zigbee；智慧家庭通訊標準；Zigbee ZHA；IPv6；802.15.4
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科技產業資訊室 (iKnow) - 林宗佑 發表於 2014年11月14日
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一直以來，智慧家庭的通訊標準之中WiFi與Zigbee互相競爭的態勢相當明顯，WiFi憑藉著高市佔率與普及率人氣歷久不衰，Zigbee則是挾持著802.15.4各項特性成為這幾年相當熱門的通訊技術；藍芽相比之下較為弱勢，但因高安全性且Bluetooth 4.1技術崛起而仍佔有一席之地。


各種標準WiFi/Bluetooth/802.15.4展現各項技術

而今年(2014)七月十五日，Nest Labs(2014年1月由Google收購)提出Thread技術，訴求的就是智慧家庭應的應用，並有ARM、Big Ass Fans、Samsung、Freescale、Silicon Labs、Yale等業者加入，嚴重衝擊了原本就已混亂的智慧家庭標準大戰。

新推出的Thread與Zigbee同樣採用IEEE 802.15.4規範標準，所以有許多特點相似，以下表一分析比較表，暫且先將Zigbee與Thread放入相同類別中，留到後面再來細細討論兩者之差異，以下由速度、距離、功率、成本、安全性、普及程度等六項指標來比較各項技術的特點：


表一、WiFi / Bluetooth / 802.15.4(Zigbee/Thread)各項特性之比較

eetelecomm_thread_10327a_20141114.gif


由上表得知，Zigbee/Thread不論是與WiFi還是Bluetooth相比，除了普及程度目前較為不及以外，其他優勢幾乎都是一面倒向Zigbee，尤其是目前WiFi最強大的優勢是傳輸速度，但在智慧家庭通訊中並沒有如此大量且快速傳輸的需求，通常要傳的資料多為簡單的訊息，所以Zigbee/Thread的長距離、低功耗成了極大的優勢，也難怪在Thread出來以前，許多人都看好Zigbee將成為未來智慧家庭的主流標準。

Thread技術概述

自從，2014年1月Google收購Nest Labs之後，即由Nest提出Thread技術方案，也是專為智慧家庭而生的通訊標準，Thread網路的連線方式採用網狀(mesh)的方式來串連整個網路，而其中由外層(設備本體)到核心(連接雲端、終端設備)分別分為Host、Router、Border Router，各自的功能與整體網路示意圖如下圖一：

圖一、Thread網路示意圖


eetelecomm_thread_10327c_20141114.gif

另外，Thread還強調三項主要特色，分別是簡單(Simple)、安全(Secure)、可拓展性高(Scalable )。Thread的主要功能都圍繞著以上特色來做發揮，下圖二就是根據Thread的架構圖，簡單歸納出在網路分層中，Thread如何靠著這三項核心價值來發揮其在智慧家庭的優勢。

圖二、Thread主要架構：


eetelecomm_thread_10327d_20141114.gif


Thread與Zigbee HA的比較

而Thread在2014年10月初時，由其中的合作夥伴Silicon Labs推出Beta版Thread軟體，也使得原本面貌模糊的Thread慢慢展露出其不可取代之優勢。

Thread是建立在6LowPAN上(也是IEEE 802.15.4規範的一項技術)的進化版本，而其主要對手，就是建立在同一標準(802.15.4)下的Zigbee；不過Zigbee包含的分類相當多元：
  • 標準ZLL (Zigbee Light Link)支援照明
  • 標準ZSE (Zigbee Smart Energy) 支援智慧電網
  • 標準ZHA (Zigbee Home Automation ) 支援智慧家庭
  • 具IPv6的Zigbee IP (Zigbee Internet Protocol)，但功能較偏向智慧電網，稱作ZSE2.0(Zigbee Smart Energy 2.0)，所以不列入智慧家庭通訊標準的討論。
而來勢洶洶的Thread主要競爭者，就是瞄準同屬智慧家庭通訊規範的ZHA。

以下表二是以網路分層的概念來比較Thread與6LoWPAN、ZHA的不同與優勢：


表二、Thread / 6LoWPAN / ZHA各項特性之比較

eetelecomm_thread_10327b_20141114.gif

  • Thread優勢1：在最底下的實體層(Physical Layer)與資料連結層中的媒體存取控制子層(Media Access Control; MAC Sub-layer)，採用了IEEE 802.15.4 的規範，使得原本採用Zigbee的產品不需更換機器，直接韌體升級即可互連。
  • Thread優勢2：在網路層(Network Layer)中，與ZHA不同之處在於不僅支援IP之協定，且可採用IPv6，大幅提升的安全性以及適用性；在IPv4逐漸被淘汰的潮流中，的確是ZHA與Thread的關鍵性差異。
  • Thread優勢3：Thread是建立在6LoWPAN的基礎上，但在網路層(Network Layer)和傳輸層(Transport Layer)大幅提升資料傳輸的安全性。
Thread可能取代ZHA成為主流，並與WiFi / Bluetooth瓜分市場

從以上比較及分析Thread的優勢看來，Thread可能取代ZHA有三項主要的原因：
  1. Thread保留了Zigbee天生的優勢，且抓緊ZHA的不足加以改善(差異如表二)
  2. Thread採用的是開放式的網路協定，相比之下ZHA太過封閉
  3. 不須更換產品，只需韌體升級Thread即可相容ZHA
基於以上三項原因，未來ZHA的確可能逐漸被Thread取代進而沉寂；但由於Thread與WiFi / Bluetooth有本質上的差異(差異如表一)，三者不論在速度、距離、安全性、普及程度都有不可抹滅的之重要性。同時，Thread由科技大廠Google、ARM、Samsung等主導，被採用可能性很高。至於，未來產品的發展趨勢，可能會依照使用者的需求來決定各項通訊技術支援的範圍，在各種產品有其較為適合的技術支援，未來Thread具有潛力成為智慧家庭通訊的主流，且各項技術產品的市佔率及普及程度可能會有洗牌式的重大變化，但本質上的差異與各種不同的需求，應能使其各自保有在智慧家庭的一席之地。(1623字；表2；圖2)

參考資料：
1.http://www.threadgroup.org
2.http://www.zigbee.org
3.http://electronicdesign.com

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