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無線監測應用再進化 技術互補挑戰多
先進儀器有助解決干擾難題

【作者: 姚嘉洋】   2013年10月28日 星期一

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無線監測所採用的傳輸技術,仍然是呈現百花齊放的現況,其主要的原因在於產業界各項的主流技術都擁有相當高的能見度與成熟度,像是Wi-Fi、ZigBee、3G(WCDMA)乃至於過去相當熱門的WiMAX或是現在的無線通訊技術LTE等,都各自在該應用領域中扮演不同的角色。


廣泛來看,無線監測亦可被稱為「無線監控」,就概念上,所涵蓋的應用層面相當廣泛,從安全監控、醫療、工廠、大樓、住家甚至是國土安全等,只要是在技術層面需要動用感測與無線傳輸這兩項技術來進行資訊的收集與傳輸,都可視為無線監測的範疇。


無線監測再進化 整合物聯網與巨量資料


以居家安全監控為例,在攝影機擷取畫面後,消費者可以透過3G或是4G電信技術,即時地清楚看到住家的各處影像畫面。又或者,就大樓自動化而言,各類系統透過感測器獲得資訊後,可以利用ZigBee或是Wi-Fi將資料傳回後台或是伺服器,進行資料匯整分析以取得有意義的資訊,進行全面性的大樓動態管理,像是每日的用電情況,對管理者就是相當重要且基本的資訊。



圖一 : 節能省碳已成不可逆的潮流,所以大樓乃至於廣域的用電狀況的了解,也成了無線監測的範疇之一。(Source:西門子)
圖一 : 節能省碳已成不可逆的潮流,所以大樓乃至於廣域的用電狀況的了解,也成了無線監測的範疇之一。(Source:西門子)


而無線監測發展至今,其實已有不短的時間。在過去發展的歷程中,產業界也對於各類技術在該領域的發展,其競合關係有著不少的論戰,原因在於不同技術各有優劣,各技術陣營皆認為自已有機會成為無線監測的領頭羊,但恰巧就是因為這樣的背景,各自在既有的市場也發展的相當成熟,也形成了彼此互補的情況。在某種應用情境下,只適合特定的無線技術,也有唯有如此,在整體無線網路的環境中,才有機會將不同環境的資料收集到同一地方,以進行後續的分析。


進一步的說,像是近年產業界時常提到的物聯網與巨量資料(Big Data),由物聯網彼此互通有無,進行訊息傳遞,再以巨量資料的概念,將資料送進後端以分析軟體整理出有價資訊,兩相結合之下,這都可以說是無線監測應用的再進化,其衍生的商機與市場規模都非是傳統的IT或是消費性電子產業所能比擬,也因此吸引了不少傳統的IT業者進入,在檯面上動作最為積極的,莫過於微軟與英特爾這兩大軟硬體領域巨擘。


技術特性差異 決定了不同的應用環境


再回到無線監測應用來看,各類無線技術既然各有優劣勢,也形成互補之效。就建置成本上,ZigBee在眾家技術中可謂最為低廉,儘管在資料量傳輸上敬陪末座,但像是溫度變化或是空氣溼度等單純資料的傳送,交由ZigBee就會相當適合,因此在許多工廠或是大樓自動化領域,時常可以見到該技術的蹤影。


但若是人體的生理訊號,如體溫的變化、心跳次數與呼吸頻率等,同樣都是簡易資料的傳送,但畢竟在消費性電子領域中,藍牙的能見度遠高於ZigBee,這時比的就不是技術優劣,而是在特定應用領域的技術成熟度。也因此用藍牙進行資料傳輸,將資料送進手機,手機若有相關的軟體就能初步了解自已的身體狀況,又或是可以將這些資訊用3G訊號回傳至醫療照護中心,作進一步的分析與監測,其結果同樣也可以送回手機讓使用者知悉。



圖二 : 由於藍牙在消費性電子的能見度相當高,在人體生理訊號的監測上,也扮演了重要的角色。(攝影:姚嘉洋)
圖二 : 由於藍牙在消費性電子的能見度相當高,在人體生理訊號的監測上,也扮演了重要的角色。(攝影:姚嘉洋)


羅德史瓦茲寬頻及基礎儀表量測專案業務經理莊美華談到,單以ZigBee與Wi-Fi的比較,前者的資料傳輸量遠低於後者,但在傳輸距離而言,前者卻略勝一籌。因此在不同應用情境上,ZigBee與Wi-Fi的確在能見度上有所差異,像是在礦坑環境,ZigBee在建置上相對容易,成本又相當的低,能見度自然相對較高。


羅德史瓦茲應用支援經理陳飛宇也補充說明指出,其實在家庭領域,ZigBee的能見度也不遑多讓。但整體來看,還是得看資料傳輸的需求而定。而陳飛宇也一語道破這兩大技術的最大需求差異:是否與人有關?


陳飛宇認為,通常與人有關的資料傳輸,大多會與影音資料有較大的關係,以安全監控為例,因為必須進行影像傳輸,所以在技術的選擇上,Wi-Fi會相對合適。但若就物流管理而言,ZigBee就會容易出線。


實際環境下 訊號干擾問題依然存在


不過,就實務上,ZigBee與Wi-Fi的訊號傳遞都是透過2.4GHz的頻段,而熟知無線技術領域的人都了解,2.4GHz頻段有許多不同的無線技術在使用,因此干擾的問題即便到現在也都一直存在著。從應用層面來思考,無線監測的實際需求,至少在資料傳輸上必須要避免干擾的情況發生,在系統設計之初,如何克服此一問題,這就考驗了系統設計人員的能力。


圖三 : 如何在設計之初,就避免其他無線訊號或是外在環境的干擾,成了無線監測系統的設計的一大挑戰。(Source:info.zentech.com)
圖三 : 如何在設計之初,就避免其他無線訊號或是外在環境的干擾,成了無線監測系統的設計的一大挑戰。(Source:info.zentech.com)


陳飛宇進一步談到,撇開ZigBee不談,光以Wi-Fi而言,在同一空間中,Wi-Fi的訊號源,少則數個,多則幾十個,在這種情況下,干擾的問題就無法避免。他也談到,在實際環境下,許多無線訊號的干擾現象的擷取,過去的量測儀器是無法作到的,理由在於儀器的精準度與速度無法跟上,但演變至今,羅德史瓦茲的產品已經可以在「毫秒」的範圍內來抓取干擾的訊號。進一步的說,「即時性」地偵測現場的干擾現象,像是Wi-Fi與ZigBee的干擾,已經是系統開發初期可以克服的問題。


然而,值得一提的是,由於Wi-Fi已經由802.11n演進至802.11ac,在速度上有相當大的提升。11ac是否有機會往工廠自動化或是無線監測等應用邁進?陳飛宇認為,當然有機會,只不過目前11ac仍然會是以商用為大宗,客觀來看還是得視客戶的需求而定,像是安全監控領域,由於攝影機的畫質與解析度不斷提升,造成資料的傳輸上,也必須使用更為高速的傳輸技術滿足此一需求,因此長期而言,安全監控的確有機會採用11ac。



圖四 : 由於監控畫面的解析度不斷增加,若要使用Wi-Fi進行影像傳輸,升級至802.11ac,只是時間早晚的問題。(Source:comtrol.com)
圖四 : 由於監控畫面的解析度不斷增加,若要使用Wi-Fi進行影像傳輸,升級至802.11ac,只是時間早晚的問題。(Source:comtrol.com)


不過,陳飛宇也提醒,儘管無線技術發展至今,訊號的干擾問題非但沒有被解決,反而愈趨嚴重,也因此,站在量測儀器業者的角度,就必須提供精準度更高、速度更快的產品,以滿足無線監測系統的需求。


結論


整體來看,無線監測發展已經進入相對成熟的階段,各大無線技術陣營挾其自身技術優勢,互相補強其不足之處。剩下的,就是技術本身如何演進,使得無線監測應用可以更加成熟。然而,不變的是,無線訊號的干擾問題依然存在,放眼未來,量測業者們在該領域仍然有許多地方需要努力,以提供更為優異的解決方案,來建置更良好的無線監測環境。


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