Wi-Fi 6和CHIP:真正的即插即用智能家居

0   引言

2020 年的COVID-19 疫情使得更多的人在家工作，這加速了新Wi-Fi 標準（Wi-Fi 6））的部署采用。消費者開(kāi)始使用這種更高速度的新Wi-Fi 6 來(lái)升級家庭網(wǎng)絡(luò )，同時(shí)享受分布式架構帶來(lái)的優(yōu)勢。它不僅易于設置，可覆蓋所有房間，而且具有高容量，能夠滿(mǎn)足所有家庭成員的多樣化需求，例如在書(shū)房參加視頻會(huì )議，在客廳觀(guān)賞最喜歡的節目，在樓上臥室玩數小時(shí)的在線(xiàn)游戲等。

到目前為止，智能家居一直通過(guò)多個(gè)相互競爭的標準提供服務(wù)，包括 Wi-Fi、Zigbee、Bluetooth^? LowEnergy、Thread 等。這種碎片化狀態(tài)，即采用多個(gè)標準，使智能家居以及物聯(lián)網(wǎng)本身無(wú)法發(fā)揮其潛力。CHIP將ZigBee、Thread、藍牙和Wi-Fi 集成在一個(gè)總體標準中。本文將探討為什么采用 CHIP 將會(huì )實(shí)現真正的智能家居。

作者簡(jiǎn)介：Cees Links 是 Wi-Fi 行業(yè)先鋒。在其任職期間，公司開(kāi)發(fā)出了首個(gè)無(wú)線(xiàn) LAN，該技術(shù)最終成為家喻戶(hù)曉的技術(shù)，集成到個(gè)人電腦和筆記本電腦之中。他還率先開(kāi)發(fā)了接入點(diǎn)、家庭組網(wǎng)路由器和熱點(diǎn)基站。他參與了 IEEE802.11 標準化委員會(huì )和 Wi-Fi 聯(lián)盟的籌建工作。另外，他還在 IEEE 802.15 標準化委員會(huì )的組建中發(fā)揮了重要作用，該標準后來(lái)成為 ZigBee 檢測和控制網(wǎng)絡(luò )的基礎。Cees Links 是 GreenPeak Technologies 的創(chuàng )始人兼首席執行官，該公司現在已經(jīng)成為 Qorvo 的一部分。

1   Wi-Fi 6 分布式架構和 Pod

Wi-Fi 6 的分布式架構包含1 個(gè)路由器和1 組安放在家中適當位置的衛星（Pod）。這些Pod 通過(guò)稱(chēng)為 EasyMesh? 的協(xié)議，可以自動(dòng)連接到與室外互聯(lián)網(wǎng)相連的主路由器。這樣整個(gè)房屋范圍內都能獲得高速 Wi-Fi。過(guò)去，必須靠近路由器才能獲得高性能，并且需要借助中繼器和/ 或電線(xiàn)適配器來(lái)覆蓋網(wǎng)絡(luò )死區，這樣的日子一去不復返了。

盡管“Pod”這個(gè)詞聽(tīng)起來(lái)很簡(jiǎn)單，但它卻是個(gè)相當復雜的設備，可同時(shí)執行許多其他操作。事實(shí)上，每個(gè)非移動(dòng)Wi-Fi 設備都可充當Pod。電視機、無(wú)線(xiàn)揚聲器或智能助理（如Amazon 的Echo Dot 或Google Home）在執行自身功能的同時(shí)，也可用作其他Wi-Fi設備的Pod。這一切都在規劃之中。

2   互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議互聯(lián)家居（CHIP）

CHIP 是一種新的物聯(lián)網(wǎng)標準。CHIP 的既定目標是“簡(jiǎn)化制造商的開(kāi)發(fā)過(guò)程，提高消費類(lèi)的兼容性”。CHIP 以IP 為基礎，旨在通過(guò)定義一組基于 IP 的特定網(wǎng)絡(luò )技術(shù)進(jìn)行設備認證，從而實(shí)現智能家居設備、移動(dòng)應用和云服務(wù)之間的通信。

它更像是一種新的聚合標準，而不是新的網(wǎng)絡(luò )標準。從本質(zhì)上講，CHIP 整合了現有物聯(lián)網(wǎng)標準的不同要素。如今，物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)多個(gè)相互競爭的標準提供服務(wù)，這些標準代表不同的生態(tài)系統，包括Wi-Fi、Zigbee、藍牙/ 藍牙低功耗以及Apple HomeKit、Samsung Smart Things、Google Nest、Amazon Alexa等使用的Thread。在消費者等待一個(gè)總體概念時(shí)，這種碎片化狀態(tài)，即不同的技術(shù)標準以不同的方式在多個(gè)獨立的生態(tài)系統中混合使用，使物聯(lián)網(wǎng)無(wú)法發(fā)揮其潛力。如果沒(méi)有一個(gè)總體概念，智能家居就只是一組不連貫的、獨立的專(zhuān)用應用，無(wú)法使用彼此的數據或提供可用性。

運動(dòng)傳感器就是一個(gè)很好的示例，因為許多不同應用都使用這種傳感器。在當今的碎片化應用環(huán)境下，報警系統中的運動(dòng)傳感器無(wú)法與開(kāi)燈或觸發(fā)加熱/ 冷卻系統的傳感器通信。

CHIP 是個(gè)好消息。它是由Zigbee 聯(lián)盟和Thread聯(lián)盟與Amazon、Apple、Google 和Samsung 合作制定的，旨在將Zigbee、Thread、藍牙和Wi-Fi 的不同組件集成在一個(gè)總體標準中。

網(wǎng)絡(luò )生態(tài)系統共存方面，CHIP 是一種聚合標準，匯集了現有的物聯(lián)網(wǎng)標準（圖1）。

圖1 網(wǎng)絡(luò )生態(tài)系統共存：CHIP 是一種聚合標準，匯集了現有的物聯(lián)網(wǎng)標準

3   CHIP如何將所有智能家居設備連接至Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )

即插即用（圖2）這一物聯(lián)網(wǎng)前景可利用CHIP 認證設備通過(guò)Wi-Fi 網(wǎng)狀網(wǎng)格上的pod 連接和發(fā)送數據來(lái)實(shí)現。消費者可根據品牌偏好或設備性能選擇“物”，并且知道這些“物”將會(huì )跨越生態(tài)系統或平臺工作。

圖2 即插即用這一物聯(lián)網(wǎng)前景可利用CHIP認證設備通過(guò)Wi-Fi網(wǎng)狀網(wǎng)格上的pod連接和發(fā)送數據來(lái)實(shí)現

CHIP 標準將支持終端設備（物聯(lián)網(wǎng)的“物”）和Wi-Fi 6 網(wǎng)絡(luò )的“Pod”通信，并通過(guò)這些Pod 與互聯(lián)網(wǎng)通信。傳感器終端節點(diǎn)數據可放在需要的地方。這個(gè)概念使Wi-Fi6 和CHIP 成為室內總體連接的理想組合。

每個(gè)Wi-Fi 6 pod 都將配備Zigbee 無(wú)線(xiàn)電，或者在Wi-Fi 無(wú)線(xiàn)電旁邊配備更好的標準IEEE 802.15.4（IoT））無(wú)線(xiàn)電。這就使所有智能家居設備（運動(dòng)傳感器、溫度傳感器、開(kāi)/ 關(guān)傳感器）都能連接到Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò )，連接到互聯(lián)網(wǎng)。隨著(zhù)Wi-Fi 連接的普及，很多家庭中的Pod 數量開(kāi)始顯著(zhù)增加。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)電擴展這些pod 很有意義，而Wi-Fi 6 EasyMesh 連接會(huì )自動(dòng)處理其余的工作，即實(shí)現家中連接和云連接。一些Wi-Fi 路由器公司已經(jīng)在產(chǎn)品中納入了CHIP 無(wú)線(xiàn)電（IEEE 802.15.4），這樣其產(chǎn)品的軟件就能夠在CHIP 標準發(fā)布之時(shí)立即升級至該標準。

此外還有更多好消息：CHIP 終端設備自身無(wú)需支持網(wǎng)格功能。Wi-Fi 6 實(shí)現全面覆蓋后，終端設備始終處于Wi-Fi pod 的范圍內。因為網(wǎng)格功能會(huì )消耗大量功率，采用Wi-Fi 6 網(wǎng)格功能的無(wú)網(wǎng)格CHIP 終端設備將顯著(zhù)降低功耗，從而有助于縮小電池尺寸，延長(cháng)電池使用壽命。這也就意味著(zhù)，這些物聯(lián)網(wǎng)終端設備的成本和設計復雜性將顯著(zhù)降低，同時(shí)可實(shí)現更小巧、更美觀(guān)自然的設計。

4   關(guān)于藍牙和藍牙低功耗網(wǎng)格

那么藍牙和藍牙低功耗網(wǎng)格將會(huì )如何呢？這還有待觀(guān)察。有人可能會(huì )說(shuō)，Wi-Fi pod 可以輕松配備藍牙低功耗無(wú)線(xiàn)電，而不是802.15.4 無(wú)線(xiàn)電。盡管在技術(shù)上是這樣，但它并非是最實(shí)用的解決方案，因為藍牙本身本質(zhì)上是一種連接技術(shù)，并不適合聯(lián)網(wǎng)。

事實(shí)上，當今市場(chǎng)上的許多更復雜的終端設備可同時(shí)使用802.15.4 和藍牙低功耗通信，但應用方式通常是將802.15.4 無(wú)線(xiàn)電指定為網(wǎng)絡(luò )連接，并使用低功耗藍牙連接到智能手機進(jìn)行調試。由于傳感器通常比較小，并且沒(méi)有屏幕或鍵盤(pán)，因此與傳感器相連的藍牙低功耗智能手機將用作接口。利用與Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò )相連的智能手機以及與手機相連的藍牙低功耗傳感器，就可以更新傳感器的設置和配置信息（如網(wǎng)絡(luò )安全密鑰），然后建立802.15.4 與Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò )pod 的連接，并可斷開(kāi)傳感器與手機的藍牙低功耗連接。

5   是否存在其他標準？

過(guò)去10 年推出了許多物聯(lián)網(wǎng)標準和計劃，但沒(méi)有一個(gè)在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)占據主導地位。其中一個(gè)原因就是，不同于Wi-Fi，物聯(lián)網(wǎng)標準需要定義應用協(xié)議。價(jià)值創(chuàng )造通常是由應用實(shí)現的，例如：為什么中控鎖常用于汽車(chē)中，但在房間內卻不常見(jiàn)？此外，大公司將賭注押在發(fā)展迅速，足以進(jìn)入完整生態(tài)系統的市場(chǎng)，但這種市場(chǎng)并未出現。我們來(lái)看一下健康監控設備，不同設備具有不同的優(yōu)勢，但一個(gè)品牌的體重秤如何才能與另一個(gè)品牌的睡眠監測儀、計步器或心律監測儀配合使用？

供應商逐漸意識到，通過(guò)共享通信標準和應用協(xié)議，消費者可以選擇自己喜歡的產(chǎn)品，而不會(huì )限定在專(zhuān)有的非通信生態(tài)系統，這才是一個(gè)真正的即插即用場(chǎng)景。從常理上講，智能世界在等待能夠讓所有人受益的互操作性——真正的即插即用智能生態(tài)系統。

這種全新的智能系統未來(lái)能否向后兼容當前系統？在很大程度上是可以的。Wi-Fi 6 已經(jīng)完全向后兼容Wi-Fi 5 等技術(shù)。但CHIP 未來(lái)能否向后兼容現有的藍牙和ZigBee 設備？無(wú)線(xiàn)電或網(wǎng)絡(luò )協(xié)議無(wú)法向后兼容，例如基于CHIP 的新型燈具將無(wú)法在舊的ZigBee 網(wǎng)絡(luò )中使用。然而，兩者都可以與Wi-Fi 6 網(wǎng)絡(luò )協(xié)同工作，而應用集成也將由此展開(kāi)。

6   結束語(yǔ)

由此可見(jiàn)，市場(chǎng)上可能會(huì )迎來(lái)Wi-Fi 6 CHIP 設備的爆炸式增長(cháng)。在消費者的認知中，家里的一切都將“連接Wi-Fi”。這將通過(guò)Wi-Fi 6 EasyMesh 來(lái)實(shí)現，終端設備將直接通過(guò)Wi-Fi 無(wú)線(xiàn)電（帶鍵盤(pán)和屏幕的終端設備）或通過(guò)智能手機設置和IEEE 802.15.4 無(wú)線(xiàn)電與Wi-Fi 6 網(wǎng)絡(luò )通信。CHIP 和Wi-Fi 6 將會(huì )是理想組合，可通過(guò)Wi-Fi網(wǎng)格大大簡(jiǎn)化室內/ 智能家居網(wǎng)絡(luò )和傳感器連接，可從降低功耗、縮小電池尺寸以及延長(cháng)電池使用壽命中獲益，并可簡(jiǎn)化碎片化技術(shù)格局。

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志社2021年5月期）