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(biāo)準(zhǔn)（Wi-Fi 6））的部署采用。消費者開始使用這種更高速度的新Wi-Fi 6 來升級家庭網(wǎng)絡(luò)，同時享受分布式架構(gòu)帶來的優(yōu)勢。它不僅易于設(shè)置，可覆蓋所有房間，而且具有高容量，能夠滿足所有家庭成員的多樣化需求，例如在書房參加視頻會議，在客廳觀賞最喜歡的節(jié)目，在樓上臥室玩數(shù)小時的在線游戲等。

到目前為止，智能家居一直通過多個相互競爭的標(biāo)準(zhǔn)提供服務(wù)，包括 Wi-Fi、Zigbee、Bluetooth^? LowEnergy、Thread 等。這種碎片化狀態(tài)，即采用多個標(biāo)準(zhǔn)，使智能家居以及物聯(lián)網(wǎng)本身無法發(fā)揮其潛力。CHIP將ZigBee、Thread、藍(lán)牙和Wi-Fi 集成在一個總體標(biāo)準(zhǔn)中。本文將探討為什么采用 CHIP 將會實現(xiàn)真正的智能家居。

作者簡介：Cees Links 是 Wi-Fi 行業(yè)先鋒。在其任職期間，公司開發(fā)出了首個無線 LAN，該技術(shù)最終成為家喻戶曉的技術(shù)，集成到個人電腦和筆記本電腦之中。他還率先開發(fā)了接入點、家庭組網(wǎng)路由器和熱點基站。他參與了 IEEE802.11 標(biāo)準(zhǔn)化委員會和 Wi-Fi 聯(lián)盟的籌建工作。另外，他還在 IEEE 802.15 標(biāo)準(zhǔn)化委員會的組建中發(fā)揮了重要作用，該標(biāo)準(zhǔn)后來成為 ZigBee 檢測和控制網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。Cees Links 是 GreenPeak Technologies 的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官，該公司現(xiàn)在已經(jīng)成為 Qorvo 的一部分。

1   Wi-Fi 6 分布式架構(gòu)和 Pod

Wi-Fi 6 的分布式架構(gòu)包含1 個路由器和1 組安放在家中適當(dāng)位置的衛(wèi)星（Pod）。這些Pod 通過稱為 EasyMesh? 的協(xié)議，可以自動連接到與室外互聯(lián)網(wǎng)相連的主路由器。這樣整個房屋范圍內(nèi)都能獲得高速 Wi-Fi。過去，必須靠近路由器才能獲得高性能，并且需要借助中繼器和/ 或電線適配器來覆蓋網(wǎng)絡(luò)死區(qū)，這樣的日子一去不復(fù)返了。

盡管“Pod”這個詞聽起來很簡單，但它卻是個相當(dāng)復(fù)雜的設(shè)備，可同時執(zhí)行許多其他操作。事實上，每個非移動Wi-Fi 設(shè)備都可充當(dāng)Pod。電視機(jī)、無線揚(yáng)聲器或智能助理（如Amazon 的Echo Dot 或Google Home）在執(zhí)行自身功能的同時，也可用作其他Wi-Fi設(shè)備的Pod。這一切都在規(guī)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(biāo)準(zhǔn)。CHIP 的既定目標(biāo)是“簡化制造商的開發(fā)過程，提高消費類的兼容性”。CHIP 以IP 為基礎(chǔ)，旨在通過定義一組基于 IP 的特定網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行設(shè)備認(rèn)證，從而實現(xiàn)智能家居設(shè)備、移動應(yīng)用和云服務(wù)之間的通信。

它更像是一種新的聚合標(biāo)準(zhǔn)，而不是新的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。從本質(zhì)上講，CHIP 整合了現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的不同要素。如今，物聯(lián)網(wǎng)通過多個相互競爭的標(biāo)準(zhǔn)提供服務(wù)，這些標(biāo)準(zhǔn)代表不同的生態(tài)系統(tǒng)，包括Wi-Fi、Zigbee、藍(lán)牙/ 藍(lán)牙低功耗以及Apple HomeKit、Samsung Smart Things、Google Nest、Amazon Alexa等使用的Thread。在消費者等待一個總體概念時，這種碎片化狀態(tài)，即不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以不同的方式在多個獨立的生態(tài)系統(tǒng)中混合使用，使物聯(lián)網(wǎng)無法發(fā)揮其潛力。如果沒有一個總體概念，智能家居就只是一組不連貫的、獨立的專用應(yīng)用，無法使用彼此的數(shù)據(jù)或提供可用性。

運(yùn)動傳感器就是一個很好的示例，因為許多不同應(yīng)用都使用這種傳感器。在當(dāng)今的碎片化應(yīng)用環(huán)境下，報警系統(tǒng)中的運(yùn)動傳感器無法與開燈或觸發(fā)加熱/ 冷卻系統(tǒng)的傳感器通信。

CHIP 是個好消息。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(lán)牙和Wi-Fi 的不同組件集成在一個總體標(biāo)準(zhǔn)中。

網(wǎng)絡(luò)生態(tài)系統(tǒng)共存方面，CHIP 是一種聚合標(biāo)準(zhǔn)，匯集了現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（圖1）。

圖1 網(wǎng)絡(luò)生態(tài)系統(tǒng)共存：CHIP 是一種聚合標(biāo)準(zhǔn)，匯集了現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

3   CHIP如何將所有智能家居設(shè)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(rèn)證設(shè)備通過Wi-Fi 網(wǎng)狀網(wǎng)格上的pod 連接和發(fā)送數(shù)據(jù)來實現(xiàn)。消費者可根據(jù)品牌偏好或設(shè)備性能選擇“物”，并且知道這些“物”將會跨越生態(tài)系統(tǒng)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(rèn)證設(shè)備通過Wi-Fi網(wǎng)狀網(wǎng)格上的pod連接和發(fā)送數(shù)據(jù)來實現(xiàn)

CHIP 標(biāo)準(zhǔn)將支持終端設(shè)備（物聯(lián)網(wǎng)的“物”）和Wi-Fi 6 網(wǎng)絡(luò)的“Pod”通信，并通過這些Pod 與互聯(lián)網(wǎng)通信。傳感器終端節(jié)點數(shù)據(jù)可放在需要的地方。這個概念使Wi-Fi6 和CHIP 成為室內(nèi)總體連接的理想組合。

每個Wi-Fi 6 pod 都將配備Zigbee 無線電，或者在Wi-Fi 無線電旁邊配備更好的標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.15.4（IoT））無線電。這就使所有智能家居設(shè)備（運(yùn)動傳感器、溫度傳感器、開/ 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Wi-Fi 連接的普及，很多家庭中的Pod 數(shù)量開始顯著增加。通過物聯(lián)網(wǎng)無線電擴(kuò)展這些pod 很有意義，而Wi-Fi 6 EasyMesh 連接會自動處理其余的工作，即實現(xiàn)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 無線電（IEEE 802.15.4），這樣其產(chǎn)品的軟件就能夠在CHIP 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布之時立即升級至該標(biāo)準(zhǔn)。

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

4   關(guān)于藍(lán)牙和藍(lán)牙低功耗網(wǎng)格

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

事實上，當(dāng)今市場上的許多更復(fù)雜的終端設(shè)備可同時使用802.15.4 和藍(lán)牙低功耗通信，但應(yīng)用方式通常是將802.15.4 無線電指定為網(wǎng)絡(luò)連接，并使用低功耗藍(lán)牙連接到智能手機(jī)進(jìn)行調(diào)試。由于傳感器通常比較小，并且沒有屏幕或鍵盤，因此與傳感器相連的藍(lán)牙低功耗智能手機(jī)將用作接口。利用與Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)相連的智能手機(jī)以及與手機(jī)相連的藍(lán)牙低功耗傳感器，就可以更新傳感器的設(shè)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，并可斷開傳感器與手機(jī)的藍(lán)牙低功耗連接。

5   是否存在其他標(biāo)準(zhǔn)？

過去10 年推出了許多物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和計劃，但沒有一個在物聯(lián)網(wǎng)市場占據(jù)主導(dǎo)地位。其中一個原因就是，不同于Wi-Fi，物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)需要定義應(yīng)用協(xié)議。價值創(chuàng)造通常是由應(yīng)用實現(xiàn)的，例如：為什么中控鎖常用于汽車中，但在房間內(nèi)卻不常見？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(tǒng)的市場，但這種市場并未出現(xiàn)。我們來看一下健康監(jiān)控設(shè)備，不同設(shè)備具有不同的優(yōu)勢，但一個品牌的體重秤如何才能與另一個品牌的睡眠監(jiān)測儀、計步器或心律監(jiān)測儀配合使用？

供應(yīng)商逐漸意識到，通過共享通信標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用協(xié)議，消費者可以選擇自己喜歡的產(chǎn)品，而不會限定在專有的非通信生態(tài)系統(tǒng)，這才是一個真正的即插即用場景。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(tǒng)。

這種全新的智能系統(tǒng)未來能否向后兼容當(dāng)前系統(tǒng)？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 未來能否向后兼容現(xiàn)有的藍(lán)牙和ZigBee 設(shè)備？無線電或網(wǎng)絡(luò)協(xié)議無法向后兼容，例如基于CHIP 的新型燈具將無法在舊的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(yīng)用集成也將由此展開。

6   結(jié)束語

由此可見，市場上可能會迎來Wi-Fi 6 CHIP 設(shè)備的爆炸式增長。在消費者的認(rèn)知中，家里的一切都將“連接Wi-Fi”。這將通過Wi-Fi 6 EasyMesh 來實現(xiàn)，終端設(shè)備將直接通過Wi-Fi 無線電（帶鍵盤和屏幕的終端設(shè)備）或通過智能手機(jī)設(shè)置和IEEE 802.15.4 無線電與Wi-Fi 6 網(wǎng)絡(luò)通信。CHIP 和Wi-Fi 6 將會是理想組合，可通過Wi-Fi網(wǎng)格大大簡化室內(nèi)/ 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電池使用壽命中獲益，并可簡化碎片化技術(shù)格局。

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志社2021年5月期）