IoT产品验证新趋势：无线Heat Map场域分析

　　在物联网时代，所有装置几乎都将透过无线技术连接上网。然而，无线环境宛如无形高速公路，频道、带宽相当有限，物联产品的无线功能验证方式，与过去已有非常大差异，本篇文章将从常见的无线连接问题谈起，透过实境场域的热区图（Heat Map）联机分析，为各位介绍物联网时代的无线验证趋势。

　　未来物联网、智能家庭产品将会越来越多，所使用的无线频段越来越拥挤，消费者将会更不能接受无线质量差的使用体验。无线技术应用已逾二十年，大多数用户早已熟悉Wi-Fi、Bluetooth等等应用技术，但仍有一些常见的联机问题，却将是直接影响产品质量与实际消费者体验的关键：
　　1.  无线讯号不稳定
　　产品与产品、无线基地台之间，距离的远近、传输?径上经过的材质，会影响无线网络传输讯号的强弱，也就直接造成无线传输效能上的差异。举一个家中常见的例子，当手机连接家中无线网络的时候，坐在家中客厅还连得上，但把手机带进卧室或其他房间，隔了道水泥墙，瞬间从满格变成讯号微弱。
　　2. 状态显示已联机，但网络超慢延迟高
　　这也是很常见的无线联机问题，明明就显示已联机、与AP讯号联机满格，但网络速度就是慢、延迟高，有时甚至等同于无法操作。这类型问题常常发生在同频段的同频干扰，或是其他无线技术的讯号干扰。
　　3. 「无线漫游」有联机却无作用
　　当使用范围比较广的时候，往往会需要扩展无线网络的覆盖范围。然而，无线漫游（Wireless Roaming）在不同AP切换之间，仍然会有短暂断线的时间差，而这时间差就会有无法重连、程序作用中断的可能。像是扫地机器人在家中打扫，走到另一个空间，在A位置还能被操控，走到B虽然装置显示有联机，却什么指令都传不出去，得再重新连接才能上网。
　　「无线网络」与「IoT产品」、「使用场域」之间息息相关、密不可分；未来智能家庭的面貌，从摄影机，到插座、灯光、甚至是烟雾侦测器等等，所有的装置，都得透过无线技术连上网络。如果因为刚刚那些问题，而影响使用者体验，严重者甚至可能造成生命财产损失，对消费者、产品及品牌，都会是伤害。

　　图说：未来智能家庭应用众多，网络联机是物联串接的重要关键

　　百佳泰在无线网络领域深耕十多年，更是许多无线（Wi-Fi、Bluetooth）及物联网技术（LoRa、OCF）协会所指定的测试实验室，早已从物联网产品的应用面、技术面着手，运用「Heat Map场域分析」，设计出「从产品到场域」的完整验证方案，来确保产品的无线效能表现。
　　为何需要无线 Heat Map 场域分析？
　　现在无线产品的效能验证，已与过去有非常大的差异。对IoT产品而言，一般的无线效能测试已不足够，必须以实际情境为考虑，从使用者行为角度出发，模拟真实无线环境，才可避免发生「实验室Pass、市场Fail」的尴尬处境。
　　「无线Heat Map场域分析」考虑到不同产品有着不同的联机需求，结合了实境场域概念，具备了以下两种有别于以往的验证特点：
　　1. 无线质量可视化　确保讯号完整性及效能
　　无线讯号触不着、摸不到，在不同场域中的质量较难掌握，Heat Map 则补足了这部份的不足，能做出高效清楚的图形化场域分析。
　　像是AP放置的位置、周边环境、设备，甚至是家具的材质，都会影响到产品效能。以往无线讯号的质量，都是图表「点」对「点」的方式呈现；百佳泰经过长时间的验证研究，以多年的测试经验，设计开发了一套由Heat Map做为工具，从「点」到「面」的分析方法。以更全貌的方式，完整呈现讯号强度 (RSSI)，可以具体掌握智能装置的无线连接（如Wi-Fi、Bluetooth、ZigBee等等）效能与质量。

　　以上图的Heat Map场域实测为例，在这Wi-Fi的场域环境中，红色为讯号较强的区域，装置会有较佳的效能表现，黄色则代表着讯号强度中等，绿色、蓝色则为讯号强度尚可、或较差的覆盖环境。我们实际量测后发现，不同的智能装置在不同的讯号环境下，效能的确都有差异。透过实测分析，我们可藉此确保在整个场域中都能有一定的联机质量。而在Heat Map场域分析中，还会辅以三种指针作为联机质量参考：
　　延迟  (Latency)
　　吞吐量 (Throughput)
　　丢包率 (Packet Loss)
　　这三种指针能够协助分析出装置无线联机质量，找出讯号不稳定的问题点，进而改善联机状况。
　　2. 环境因子仿真　发掘装置关键问题
　　使用环境千变万化，无线讯号也会受到各种影响。IoT产品开发过程，要以各种环境条件来测试，以确保无线质量可靠度。百佳泰控制各种会影响讯号的因子，仿真出讯号单纯、复杂的环境，来协助找出影响装置效能的关键问题。
　　以下图为例，图左是讯号单纯的环境，右边则是讯号复杂的环境，讯号源很多，很有可能也参杂着不同的无线技术。因此，同频、邻频的无线射频（如Wi-Fi, Zigbee, Thread皆使用2.4G网段），很有可能造成讯号干扰，造成装置效能差异。此外，我们也能藉此判断出环境死角、讯号强弱点，藉此改善装置效能。

　　然而，要营造控制变因的测试环境，不论是技术或成本皆有一定门坎。百佳泰现已建构了实境场域，透过各种困难测试环境，控制讯号差异的变因，并辅以Heat Map，来协助厂商找出无线装置的关键问题。
　　IT玩家实测　无线问题状况多
　　为了验证智能型装置的无线效能，我们情商一位长期关注智能产品的IT玩家，其家中已有多种不同类型、品牌的智能装置，包含了摄影机、语音助理、门锁甚至是烟雾传感器等等。在这IT玩家55坪的家里，已经配置了两台无线AP供这些装置联机使用。我们以他的情况，以Heat Map实地分析；验证后发现，部份的智能装置的无线连接效能不如预期，甚至双AP情况下，家中仍有3分之1区域是没讯号或讯号不良。我们就举当中的几个例子，说明实测所遇到的状况与发现的问题点。

　　图说：IT玩家55坪的家中，即使已配置两台AP，仍有3分之1是收不到讯号或讯号不良

　　1. 智慧摄影机：距离近却常瞬间断线
　　这位IT玩家将智慧摄影机装在家门口，希望能远程监控家中状况。刚开始使用时，功能联机还算正常可用，不过后来却发现，虽然摄影机距离无线AP仅有5公尺，各项讯号指数（延迟、吞吐量、讯号强度）皆良好，但却常常发生瞬断，造成使用上极大困扰。
　　这是一个很典型的使用情境，当智能装置联机时，即使在互联装置间的直视性（Line Of Sight,LOS）范围内，仍然有可能会断线。而这样的结果，造成的原因除了可能是装置间的互操作性问题，也有很大机率是室内装潢导致装置可靠度不够。
　　后来，我们将智能摄影机移动位置之后，功能运作就恢复正常。以此实测来看，原因是来自摄影机邻近家中的风水装潢，受到其金属材质干扰的影响。这种例子，在台湾的消费者家中环境，绝非少见的单一个案。
　　

　　图说：摄影机距离AP仅有5公尺，但仍然会发生瞬间断线的联机问题。

　　2. 智慧音箱：反应时快时慢，延迟导致效果差
　　这位IT玩家拥有着许多不同厂牌的智能音箱、智能插座，并习惯将其摆放在家中桌上使用。他发现，环境条件相同、但将产品摆在不同材质的桌面上时，在讯号传输上也产生了不同程度的延迟差异；有的产品完全不受影响，效能表现依旧，但有的就出现了延迟（Delay）问题。
　　无线装置遇上了延迟问题，消费者会立即对其印象分数大打折扣，这类问题在智慧音箱上更尤其明显。
　　深究其原因，我们发现，这跟这位玩家家中的桌子材质有关。他的桌子为金属材质，当移到木质桌面上时，情况就有好转；当产品放置在金属表面材质上，有可能会让无线讯号时好时坏，而导致延迟问题。除此之外，其他电子产品也会造成影响（短距离讯号干扰），例如在家中，不少人都会把无线AP、数字机顶盒或其他网络设备放在一起，但我们实测时也发现，这些装置彼此间也会造成讯号干扰。
　　

　　图说：产品位置相同，但摆放在不同材质表面上时，效能也会有明显差异

　　3. 无线AP：特定区域收不到无线讯号
　　在这次的场域实测中，我们也遇到一个状况：明明这位玩家家中无线讯号稳定，装置也运作正常，更没有其他无线讯号的干扰，但一样坐在餐桌上，有些位置就是讯号不稳定或收不到讯号；但稍稍离开或走几步路之后，却又有了收讯。
　　这种讯号不稳定、甚至无讯号的问题，倘若没有透过Heat Map 找出收讯问题点，很难找到根本的原因。通常无线讯号覆盖率不足的原因，可能是受到家具、墙柱、镜面，或是其他特殊物品、金属材质的干扰。以这次为例，后来发现导致装置无法作用的关键，是来自家中室内装潢及按摩椅的干扰。
　　

　　图说：家中无线讯号不稳定、甚至无讯号，很有可能是受到装潢或是金属材质物品的干扰。

　　未来物联网的智能生活，网络联机能力重要性如同电力一般，缺一都不可。这位IT玩家的使用情境，可能你我家中都是如此。当所有家电产品智能化，连电饭锅、冰箱、洗衣机都可连网之际，无线讯号问题若未被重视，反而会成为智能产品的隐忧。
　　RF效能测试　可协助除错改善无线效能
　　物联网产品开发过程中，除了发现问题，如何改善也很重要。当透过「Heat Map 场域分析」发现联机问题后，我们可再由「RF效能测试」来协助找出根本原因。RF效能测试能够验证无线组件的效能，从天线、模块到终产品逐步测试，各有不同的验证项目，三项环节缺一不可。

　　另外，各种装置本身中的电子组件，也会产生电磁干扰，从CPU、无线芯片组，到甚至USB、HDMI接口或屏幕，都有可能干扰效能。不同的使用情境也会也可能影响无线传输速度，甚至造成讯号中断。例如Wi-Fi联机时，USB装置进行数据存取，可能会导致Wi-Fi传输速率下降，甚至无法正常联机。
　　除了装置本身的干扰源之外，其他无线技术更是一大隐忧。2.4G频带的使用技术非常多，Wi-Fi、Bluetooth、Zigbee甚至是无线电话，皆使用2.4GHz频率。使用手机时，就很有可能因为Wi-Fi、Bluetooth同时开启而受到干扰。
　　智能装置需整合性验证 才能打造使用体验
　　物联网装置功能复杂，以往纯效能导向验证，已不足以应付智能装置所需要的应用类型测试。目前百佳泰已备有各种的RF测试环境，包括843 Chamber、333 Shielding Room、Shielding Box等等，能提供完善的RF讯号测试量测与分析；而为了仿真真实的智能装置用户场景，百佳泰以其多年经验，投入IoT测试研究，设计了常见的五大应用情境，也已于2017年底正式启用IoT实验场域，透过装置互连验证，协助厂商发掘智能产品可能遭遇的技术问题。

　　未来智能装置测试趋势，将会朝着整合式验证迈进。百佳泰还会持续推出更多测试验证服务，对症下药，提供您需求的产品解决方案。