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Wi-Fi 6 和 CHIP:真正的即插即用智能家居

今年的 COVID-19 疫情使得更多的人在家工作,这加速了新 Wi-Fi 标准 (Wi-Fi 6) 的部署采用。消费者开始使用这种更高速度的新 Wi-Fi 6 来升级家庭网络,同时享受分布式架构带来的优势,不仅易于设置,可覆盖所有房间,而且具有高容量,能够满足所有家庭成员的多样化需求,例如在书房参加视频会议,在客厅观赏最喜欢的节目,在楼上卧室玩数小时的在线游戏等。 


到目前为止,智能家居一直通过多个相互竞争的标准提供服务,包括 Wi-Fi、Zigbee、Bluetooth®Low Energy、Thread 等。这种碎片化状态,即采用多个标准,使智能家居以及物联网本身无法发挥其潜力。CHIP 将 ZigBee、Thread、蓝牙和 Wi-Fi 集成在一个总体标准中。本白皮书将探讨为什么采用 CHIP 将会实现真正的智能家居。 



1、Wi-Fi 6 分布式架构和 Pod



Wi-Fi 6 的分布式架构包含一个路由器和一组安放在家中适当位置的卫星 (Pod)。这些 Pod 通过称为 EasyMesh™ 的协议,可以自动连接到与室外互联网相连的主路由器。这样整个房屋范围内都能获得高速 Wi-Fi。过去,必须靠近路由器才能获得高性能,并且需要借助中继器和/或电线适配器来覆盖网络死区,这样的日子一去不复返了。 


尽管“Pod”这个词听起来很简单,但它却是个相当复杂的设备,可同时执行许多其他操作。事实上,每个非移动 Wi-Fi 设备都可充当 Pod。电视机、无线扬声器或智能助理(如 Amazon 的 Echo Dot 或 Google Home)在执行自身功能的同时,也可用作其他 Wi-Fi 设备的 Pod。这一切都在规划中。


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尽管“Pod”这个词听起来很简单,但它却是个相当复杂的设备。


2、互联网协议互联家居 (CHIP)



CHIP 是一种新的物联网标准。CHIP 的既定目标是“简化制造商的开发过程,提高消费类的兼容性”。CHIP 以 IP 为基础,旨在通过定义一组基于 IP 的特定网络技术进行设备认证,从而实现智能家居设备、移动应用和云服务之间的通信。


它更像是一种新的聚合标准,而不是新的网络标准。从本质上讲,CHIP 整合了现有物联网标准的不同要素。如今,物联网通过多个相互竞争的标准提供服务,这些标准代表不同的生态系统,包括 Wi-Fi、Zigbee、蓝牙/蓝牙低功耗以及Apple HomeKit、Samsung Smart Things、Google Nest、Amazon Alexa 等使用的 Thread。在消费者等待一个总体概念时,这种碎片化状态,即不同的技术标准以不同的方式在多个独立的生态系统中混合使用,使物联网无法发挥其潜力。如果没有一个总体概念,智能家居就只是一组不连贯的、独立的专用应用,无法使用彼此的数据或提供可用性。 


运动传感器就是一个很好的示例,因为许多不同应用都使用这种传感器。在当今的碎片化应用环境下,报警系统中的运动传感器无法与开灯或触发加热/冷却系统的传感器通信。 


CHIP 是个好消息。它是由 Zigbee 联盟和 Thread 联盟与 Amazon、Apple、Google 和 Samsung 合作制定的,旨在将 Zigbee、Thread、蓝牙和 Wi-Fi 的不同组件集成在一个总体标准中。 


图 1. 网络生态系统共存:CHIP 是一种聚合标准,汇集了现有的物联网标准。


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3、CHIP 如何将所有智能家居设备连接至 Wi-Fi 网络



图 2.即插即用:这一物联网前景可利用 CHIP 认证设备通过 Wi-Fi 网状网格上的 pod 连接和发送数据来实现。消费者可根据品牌偏好或设备性能选择“物”,并且知道这些“物”将会跨越生态系统或平台工作。 


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CHIP 标准将支持终端设备(物联网的“物”)和 Wi-Fi 6 网络的“Pod”通信,并通过这些 Pod 与互联网通信。传感器终端节点数据可放在需要的地方。这个概念使 Wi-Fi 6 和 CHIP 成为室内总体连接的理想组合。 


每个 Wi-Fi 6 pod 都将配备 Zigbee 无线电,或者在 Wi-Fi 无线电旁边配备更好的标准 IEEE 802.15.4 (IoT) 无线电。这就使所有智能家居设备(运动传感器、温度传感器、开/关传感器)都能连接到 Wi-Fi 网络,连接到互联网。随着 Wi-Fi 连接的普及,很多家庭中的 Pod 数量开始显著增加。通过物联网无线电扩展这些 pod 很有意义,而 Wi-Fi 6 EasyMesh 连接会自动处理其余的工作,即实现家中连接和云连接。一些 Wi-Fi 路由器公司已经在产品中纳入了 CHIP 无线电 (IEEE 802.15.4),这样其产品的软件就能够在 CHIP 标准发布之时立即升级至该标准。 


此外还有更多好消息:CHIP 终端设备自身无需支持网格功能。Wi-Fi 6 实现全面覆盖后,终端设备始终处于 Wi-Fi pod 的范围内。因为网格功能会消耗大量功率,采用 Wi-Fi 6 网格功能的无网格 CHIP 终端设备将显著降低功耗,从而有助于缩小电池尺寸,延长电池使用寿命。这也就意味着,这些物联网终端设备的成本和设计复杂性将显著降低,同时可实现更小巧、更美观自然的设计。



4、关于蓝牙和蓝牙低功耗网格



那么蓝牙和蓝牙低功耗网格将会如何呢?这还有待观察。有人可能会说,Wi-Fi pod 可以轻松配备蓝牙低功耗无线电,而不是 802.15.4 无线电。尽管在技术上是这样,但它并非是最实用的解决方案,因为蓝牙本身本质上是一种连接技术,并不适合联网。 


事实上,当今市场上的许多更复杂的终端设备可同时使用 802.15.4 和蓝牙低功耗通信,但应用方式通常是将 802.15.4 无线电指定为网络连接,并使用低能耗蓝牙连接到智能手机进行调试。由于传感器通常比较小,并且没有屏幕或键盘,因此与传感器相连的蓝牙低功耗智能手机将用作接口。利用与 Wi-Fi 网络相连的智能手机以及与手机相连的蓝牙低功耗传感器,就可以更新传感器的设置和配置信息(如网络安全密钥),然后建立 802.15.4 与 Wi-Fi 网络 pod 的连接,并可断开传感器与手机的蓝牙低功耗连接。 



5、是否存在其他标准?



过去十年推出了许多物联网标准和计划,但没有一个在物联网市场占据主导地位。其中一个原因就是,不同于 Wi-Fi,物联网标准需要定义应用协议。价值创造通常是由应用实现的,例如:为什么中控锁常用于汽车中,但在房间内却不常见?此外,大公司将赌注押在发展迅速,足以进入完整生态系统的市场,但这种市场并未出现。我们来看一下健康监控设备,不同设备具有不同的优势,但一个品牌的体重秤如何才能与另一个品牌的睡眠监测仪、计步器或心律监测仪配合使用? 


供应商逐渐意识到,通过共享通信标准和应用协议,消费者可以选择自己喜欢的产品,而不会限定在专有的非通信生态系统,这才是一个真正的即插即用场景。从常理上讲,智能世界在等待能够让所有人受益的互操作性。真正的即插即用智能生态系统。 


这种全新的智能系统未来能否向后兼容当前系统?在很大程度上是可以的。Wi-Fi 6 已经完全向后兼容 Wi-Fi 5 等技术。但 CHIP 未来能否向后兼容现有的蓝牙和 ZigBee 设备?无线电或网络协议无法向后兼容,例如基于 CHP 的新型灯具将无法在旧的 ZigBee 网络中使用。然而,两者都可以与 Wi-Fi 6 网络协同工作,而应用集成也将由此展开。 




总结


由此可见,市场上可能会迎来 Wi-Fi 6 CHIP 设备的爆炸式增长。在消费者的认知中,家里的一切都将“连接 Wi-Fi”。这将通过 Wi-Fi 6 EasyMesh 来实现,终端设备将直接通过 Wi-Fi 无线电(带键盘和屏幕的终端设备)或通过智能手机设置和 IEEE 802.15.4 无线电与 Wi-Fi 6 网络通信。 


CHIP 和 Wi-Fi 6 将会是理想组合,可通过 Wi-Fi 网格大大简化室内/智能家居网络和传感器连接,可从降低功耗、缩小电池尺寸以及延长电池使用寿命中获益,并可简化碎片化技术格局。 



关于作者



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Cees Links

Qorvo 无线连接业务部总经理

Cees Links 是 Wi-Fi 行业先锋。在其任职期间,公司开发出了首个无线 LAN,该技术最终成为家喻户晓的技术,集成到个人电脑和笔记本电脑之中。他还率先开发了接入点、家庭组网路由器和热点基站。他参与了 IEEE 802.11 标准化委员会和 Wi-Fi 联盟的筹建工作。另外,他还在 IEEE 802.15 标准化委员会的组建中发挥了重要作用,该标准后来成为 ZigBee 检测和控制网络的基础。Cees Links 是 GreenPeak Technologies 的创始人兼首席执行官,该公司现在已经成为 Qorvo 的一部分。Cees 目前担任无线连接业务部总经理一职。有关更多信息,请访问:www.qorvo.com。