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萬物聯網時代下的Wi-Fi發展分析
 

【作者: 楊長鳴】   2020年03月27日 星期五

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資策會MIC預估,2019年全球搭載Wi-Fi晶片產品量達30億台,至2023年出貨量達39億台,2019-2023年全球整體搭載Wi-Fi產品之年均複合增長率(CAGR)為6.5%。


觀察Wi-Fi未來出貨成長動能,可分為新產品需求與舊規格升級等兩大類型。新產品需求方面,可再細分為新興裝置如智慧音箱,及增加聯網功能的傳統產品如智慧電視;舊規格升級產品,則指既有搭載Wi-Fi的產品,依循Wi-Fi規格演進而作產品配備升級,如手機、筆記型電腦等。


以應用場景而言,可分為家庭、行動與連網設備市場,其中在各式智慧家電、語音助理等產品逐漸普及下,帶動家庭場景的Wi-Fi連網裝置出貨提升;在行動應用場景下,智慧型手機的功能不斷提升,應用更加多元,亦推動內建Wi-Fi規格朝向高速升級。



圖一 : 家庭場景中的Wi-Fi連網產品出貨動能,主要來自於新產品需求。(source:fazercroche)
圖一 : 家庭場景中的Wi-Fi連網產品出貨動能,主要來自於新產品需求。(source:fazercroche)

家庭場景中的Wi-Fi連網產品出貨動能,主要來自於新產品需求,其中搭載Wi-Fi的智慧家電與智慧音箱成長最快,由Amazon帶起的智慧音箱風潮,除作為個人助理外,並串聯智慧家電等特色,逐步轉變成為家庭控制中樞,目前在美國市場中,智慧音箱已逐漸普及。中國大陸亦在百度與阿里巴巴等業者的帶動下,智慧音箱市場成長快速。


以區域市場而言,思科在全球網路流量預測報告指出智慧家庭連網數量成長主要來至亞太地區,其中最大市場是中國大陸,因其成長快速的行動與固網寬頻建設。此外,基於中國大陸政府推動了十三五政策發展規劃,指出希望物聯網產業結合AI,在智慧家庭場域實現智慧節能,也透過推出24個促進智慧家電消費的政策補助方案,加速鄉村地區家電迭代。


行動裝置成長動能來自於新產品需求與舊規格升級兩者類別。舊規格升級主要來自於市場大宗的智慧型手機,資策會MIC預估2019年出貨量達15億台,目前智慧型手機的Wi-Fi滲透率已達100%,在智慧型手機性能要求持續提升下,Wi-Fi規格亦隨之升級,2019年底推出的iPhone 11及三星旗鑑型機種Galaxy Note 10等都已搭載最新規格Wi-Fi 6;臺灣晶片大廠聯發科亦於2019年11月推出首款5G SoC晶片天璣1000,為整合5G與Wi-Fi 6的單一晶片,未來手機將透過更高規格速度連接,來帶動高清晰影片等應用。


而資策會MIC預估手機搭載Wi-Fi 6晶片在2023年滲透率達57.7%。新產品需求則來自於行動IoT裝置,如智慧穿戴、延展實境(Cross Reality;XR)眼鏡、車聯網無人機等,透過Wi-Fi連結達到無線化、智慧化等功能,推升相關產品出貨成長。



圖二 : Wi-Fi 4、Wi-Fi 5及Wi-Fi 6的規格比較
圖二 : Wi-Fi 4、Wi-Fi 5及Wi-Fi 6的規格比較

(source:IEEE,資策會MIC整理/2020年2月)

連網設備方面可分為企業與家庭連網,以企業應用而言,由於現在人們喜歡在各種大型密集活動中,透過上傳即時影片與外界分享,如:體育賽事、演唱會,美國俄亥俄州立大學研究指出,近期每場活動賽事平均湧入了約7-10萬人次,共產生約20TB的總數據用量,平均場內又有70%球迷同時連網,因此網路容量受到考驗;家庭方面,高畫質影音串流服務普及等,推動家庭高速連網需求提升,服務商也逐步推出1Gbps以上之高速連網服務。


在企業與家庭應用需求帶動下,促使寬頻終端朝向10G PON、DOCSIS 3.1等下世代固網寬頻標準升級,同時內建更高規格Wi-Fi或搭配Wi-Fi 6路由器,以提升企業與家庭用戶連網體驗。


規格與技術演進方向

Wi-Fi規格世代因應需求不斷演進,首先,Wi-Fi聯盟在2018年10月初宣布將新世代的802.11ax簡化為Wi-Fi 6,既有的802.11n、802.11ac則分別稱為Wi-Fi 4與Wi-Fi 5,希望透過簡化複雜的Wi-Fi標準名稱,好讓使用者、技術廠商之間能更清楚規格的進展。


而2019年9月商用化的Wi-Fi 6,技術無不想滿足在上述市場探討產品與場景應用,如智慧型手機、XR與車聯網等需求,規格因此往更大頻寬與低時延面向邁進,在企業等級的網路中,如:體用場、演唱會而須突破密集連接等性能,還有因應未來智慧節能家庭趨勢,所做的新規格演進。


圖三 : Wi-Fi具有能簡易布建與方便連接等特性,能實現無處不在的萬物聯網需求。(source:Aussie Broadband)
圖三 : Wi-Fi具有能簡易布建與方便連接等特性,能實現無處不在的萬物聯網需求。(source:Aussie Broadband)

Wi-Fi由於能簡易布建與方便連接等特性,實現無處不在的萬物聯網需求,新一代規格Wi-Fi 6在速度方面,採用1024正交幅度調製技術(1024-QAM),透過調製碼密度轉變來提升承載數據量,數據傳輸量由單位時間內的8位元(bit)提升至10位元(bit),速度與Wi-Fi 5相比提升了25%,理論最大值為9.6 Gbps,然而整體上升幅度仍有限制,主要是因為採用與Wi-Fi 5相同頻段;效能方面,有別以往下行多重輸入多重輸出(Downlink Multiple-Input Multiple-Output;DL MIMO)功能,因應未來如XR影音上傳、雲端遊戲等需求,新增上行多重輸入多重輸出(Uplink Multiple-Input Multiple-Output;UL MIMO)功能,將達到同時處理與提高網路效率,除此之外,更演進正交分頻多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing;OFDM)功能至正交頻分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access;OFDMA),藉由同一封包內能傳送不同類型數據,節省時間效益,並滿足萬物聯網像是智慧家庭更多裝置但小數據連接。


密集連接方面,透過推出著色機制(Basic Service Set Coloring Mechanism)新功能,來解決如體育場館等環境中俱備多路由器與密集連結的情境,著色機制能處理於覆蓋在同頻段的訊號,以標記不同顏色的概念,達到區別訊息並能同時處理機制;節能方面,亦首次加入目標喚醒時間(Target Wake Time;TWT)功能,能與裝置溝通好定時連線,使裝置不須24小時等待連線,讓Wi-Fi產品更省電。


調節網路效能方面,Wi-Fi 6雖然在速度、與效能等有所提升,但整體訊號覆蓋仍然不甚理想,因此電機電子工程師學會(IEEE)與Wi-Fi連盟提出因應措施,來滿足萬物聯網的應用。像是裝在客廳的路由器,當走到房間時連接訊號就會逐漸減弱,IEEE提出透過既有的網狀網路概念帶入Wi-Fi路由器當中,能簡易布建新路由器至網狀網路架構,而當其中一個設備故障時,連接訊號也不會中斷。


此外,Wi-Fi聯盟也提出EasyMesh標準,透過共同規格制訂,使不同品牌商的產品可以相互串聯,未來消費者可以透過購買不同品牌路由器來擴充網路,以因應更多智慧家庭連網需求。



圖四 : 新一代汽車聯網參考設計,將結合4/5G、C-V2X、精準定位、Wi-Fi 6等滿足車多熱點連接裝置與連網。(source:Automotive iQ)
圖四 : 新一代汽車聯網參考設計,將結合4/5G、C-V2X、精準定位、Wi-Fi 6等滿足車多熱點連接裝置與連網。(source:Automotive iQ)

除符合目前的產品需求,未來將會有更多新情境的應用,如企業開會中的全息投影應用,需要更大頻寬而發展802.11ay,採用60 GHz支持20Gbps速度,或是802.11 bb透過光的方式傳輸,來提升速度性能。2022年前將完成制定下世代V2X通訊技術與Wi-Fi 7,可降低延遲,因應如車聯網等對延遲敏感之應用需求。最後,滿足更多裝置連網節能等議題,IEEE推出802.11ba,號稱Green IoT,希望萬物聯網的同時能消耗更低的能源。


下世代Wi-Fi將在2020年至2024年陸續制定完成,面臨未來更多新興物聯網的需求與服務,下世代Wi-Fi將持續強化頻寬速度、低功耗連結、與更低時延等滿足應用。


晶片大廠應用布局

博通為固網寬頻之領導業者,其固網寬頻晶片如DOCSIS、PON及xDSL之市占接為全球第一,在此優勢基礎上,博通採取透過有線與無線晶片綑綁銷售方式,來占領有線到無線連網市場。


近期更擴大布局企業應用層面市場,從2018年開始轉變收購CA Technologies軟體大廠與Symantec資安大廠,來輔助現有產品之外,並推出IoT數據監控(IoT Monitoring)服務,致力專攻企業連網市場與提供企業數位完整解決方案。而Wi-Fi亦布局Wi-Fi 6 8x8、支援160MHz之Wi-Fi 6等高規格產品線,並與思科合作打造Wi-Fi體育場景應用。


高通的優勢為具備運算能力與通訊完解決方案,透過結合應用處理器與行動/無線通訊晶片,成功奠定智慧型手機市場中領導者之地位。其他如XR、車與智慧穿戴等領域,同樣對運算能力與網路連線需求較高,成為高通近期主要布局的應用領域。如針對XR的高運算處理需求與無線化趨勢,高通2019年9月份推出FastConnect? 6800晶片搭載最新Wi-Fi 6 UL MIMO規格,將能滿足即時影片上傳共享、雲端PC遊戲、XR等產品應用。


值得注意的是,此晶片已與擴增實境(Augmented Reality;AR)與虛擬實境(Virtual Reality;VR)如Spatial、Niantic等大廠合作,並透過高通提供XR技術平台,推動企業提供商與XR軟體服務商進行媒合與開發應用。


另一方面,高通計畫布局整台車聯網市場,近期也推出第二代汽車聯網參考設計,結合4/5G、C-V2X、精準定位、Wi-Fi 6等滿足車多熱點連接裝置與連網,目前通訊商、車電大廠也紛紛加入合作。智慧穿戴方面則與Android合作推出平台,結合Wi-Fi與低功耗藍牙、4G、GPS與A7處理器,打造智慧定位手錶,期待透過與科技大廠、運動品牌等合作共同角逐智慧穿戴市場。


聯發科布局智慧家庭歷程,原本為連網電視市占第一,接續併購晨星之後,2019全球電視晶片市占更超過5成。2019年一月更成立智慧家居事業群,確立布局智慧家庭領域之方向。除持續耕耘既有數位電視領域外,聯發科藉由其性能與價格優勢,在智慧音箱的風潮下,成為雲端平台大廠如Amazon、Google等智慧音箱產品的通訊晶片主要供應商之一。在人工智慧趨勢下,聯發科亦逐步強化自身產品之運算處理能力,並與第三方合作,期望打造人工智慧物連網(AIoT)晶片來協助廠商推出智慧家庭應用,如居家健康、智慧監控與家電等,來建構智慧家庭產品生態圈。


觀察三大晶片廠商於Wi-Fi應用市場布局方向,高通以高階行動應用市場為主,除持續布局智慧型手機市場外,亦擴大布局智慧穿戴、XR、車聯網等領域,深化既有市場地位。聯發科則在2019年11月推出5G SoC天璣1000晶片,搭載Wi-Fi 6規格,除了搶攻中高階手機晶片市場外,也有意往智慧家庭領域發展,可望打造智慧家庭產品生態系;博通則為固網寬頻市場霸主,除持續耕耘既有市場外,在行動應用市場受到高通回歸Apple供應鏈,及聯發科等廠商競爭領域下,預期發展將有所限制,未來將加強企業應用市場布局。


(本文作者楊長鳴為資策會MIC產業分析師)


**刊頭圖(source:PYMNTS)


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