Wi-Fi6和CHIP：真正的即插即用智能家居

Cees Links

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(fèi)者開(kāi)始使用這種更高速度的新Wi-Fi 6來(lái)升級(jí)家庭網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)享受分布式架構(gòu)帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。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(shū)房參加視頻會(huì)議，在客廳觀賞最喜歡的節(jié)目，在樓上臥室玩數(shù)小時(shí)的在線游戲等。

到目前為止，智能家居一直通過(guò)多個(gè)相互競(jìng)爭(zhēng)的標(biāo)準(zhǔn)提供服務(wù)，包括 Wi-Fi、Zigbee、Bluetooth Low Energy、Thread 等。這種碎片化狀態(tài)，即采用多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，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(lán)牙和Wi-Fi集成在一個(gè)總體標(biāo)準(zhǔn)中。本文將探討為什么采用 CHIP 將會(huì)實(shí)現(xiàn)真正的智能家居。

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(gè)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(guò)稱為 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(nèi)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/或電線適配器來(lái)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(gè)詞聽(tīng)起來(lái)很簡(jiǎn)單，但它卻是個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的設(shè)備，可同時(shí)執(zhí)行許多其他操作。事實(shí)上，每個(gè)非移動(dòng)Wi-Fi設(shè)備都可充當(dāng)Pod。電視機(jī)、無(wú)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(shí)，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(jiǎn)化制造商的開(kāi)發(fā)過(guò)程，提高消費(fèi)類的兼容性”。CHIP以IP為基礎(chǔ)，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(shè)備認(rèn)證，從而實(shí)現(xiàn)智能家居設(shè)備、移動(dòng)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(guò)多個(gè)相互競(jìng)爭(zhēng)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WiFi、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(fèi)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(biāo)準(zhǔn)以不同的方式在多個(gè)獨(dú)立的生態(tài)系統(tǒng)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(dú)立的專用應(yīng)用，無(wú)法使用彼此的數(shù)據(jù)或提供可用性。

運(yùn)動(dòng)傳感器就是一個(gè)很好的示例，因?yàn)樵S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(bào)警系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)傳感器無(wú)法與開(kāi)燈或觸發(fā)加熱/冷卻系統(tǒng)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(lán)牙和Wi-Fi的不同組件集成在一個(gè)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）。

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(guò)Wi-Fi網(wǎng)狀網(wǎng)格上的pod連接和發(fā)送數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。消費(fèi)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(huì)跨越生態(tài)系統(tǒng)或平臺(tái)工作。

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(guò)這些Pod與互聯(lián)網(wǎng)通信。傳感器終端節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)可放在需要的地方。這個(gè)概念使Wi-Fi6和CHIP成為室內(nèi)總體連接的理想組合。

每個(gè)Wi-Fi 6 pod都將配備Zigbee無(wú)線電，或者在Wi-Fi無(wú)線電旁邊配備更好的標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.15.4（IoT））無(wú)線電。這就使所有智能家居設(shè)備（運(yùn)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Wi-Fi連接的普及，很多家庭中的Pod數(shù)量開(kāi)始顯著增加。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線電擴(kuò)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(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(wú)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(shí)立即升級(jí)至該標(biāo)準(zhǔn)。

此外還有更多好消息：CHIP終端設(shè)備自身無(wú)需支持網(wǎng)格功能。Wi-Fi 6實(shí)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?yàn)榫W(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(shè)備將顯著降低功耗，從而有助于縮小電池尺寸，延長(zhǎng)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(jì)復(fù)雜性將顯著降低，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)更小巧、更美觀自然的設(shè)計(jì)。

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(huì)如何呢？這還有待觀察。有人可能會(huì)說(shuō)，Wi-Fi pod可以輕松配備藍(lán)牙低功耗無(wú)線電，而不是802.15.4無(wú)線電。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?yàn)樗{(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(shí)上，當(dāng)今市場(chǎng)上的許多更復(fù)雜的終端設(shè)備可同時(shí)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(wú)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(méi)有屏幕或鍵盤(pán)，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(kāi)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(guò)去10年推出了許多物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)劃，但沒(méi)有一個(gè)在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位。其中一個(gè)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(jià)值創(chuàng)造通常是由應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的，例如：為什么中控鎖常用于汽車(chē)中，但在房間內(nèi)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(tǒng)的市場(chǎng)，但這種市場(chǎng)并未出現(xiàn)。我們來(lái)看一下健康監(jiān)控設(shè)備，不同設(shè)備具有不同的優(yōu)勢(shì)，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(jiān)測(cè)儀、計(jì)步器或心律監(jiān)測(cè)儀配合使用？

供應(yīng)商逐漸意識(shí)到，通過(guò)共享通信標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用協(xié)議，消費(fèi)者可以選擇自己喜歡的產(chǎn)品，而不會(huì)限定在專有的非通信生態(tài)系統(tǒng)，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(tǒng)。

這種全新的智能系統(tǒng)未來(lái)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(lái)能否向后兼容現(xiàn)有的藍(lán)牙和ZigBee設(shè)備？無(wú)線電或網(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(yīng)用集成也將由此展開(kāi)。

6 結(jié)束語(yǔ)

由此可見(jiàn)，市場(chǎng)上可能會(huì)迎來(lái)Wi-Fi 6 CHIP設(shè)備的爆炸式增長(zhǎng)。在消費(fèi)者的認(rèn)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(xiàn)，終端設(shè)備將直接通過(guò)Wi-Fi無(wú)線電（帶鍵盤(pán)和屏幕的終端設(shè)備）或通過(guò)智能手機(jī)設(shè)置和IEEE 802.15.4無(wú)線電與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(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(zhǎng)電池使用壽命中獲益，并可簡(jiǎn)化碎片化技術(shù)格局。