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智能家居智能在哪里?

导读: 让冰箱自动订购黄油和奶酪的想法已经有很长时间了,但到目前为止这一智能家居的典型应用还没有成为现实。而另一方面,其它联网应用陆续出现,而且每天都在不断增加。对供应商来说,这意味着他们必须确定要将精力放在哪些无线网络标准上。

让冰箱自动订购黄油和奶酪的想法已经有很长时间了,但到目前为止这一智能家居的典型应用还没有成为现实。而另一方面,其它联网应用陆续出现,而且每天都在不断增加。对供应商来说,这意味着他们必须确定要将精力放在哪些无线网络标准上。

策略分析公司(Strategy Analytics)的统计数据表明,2008年平均每个家庭有2.8个联网设备,而到2015年这个数字已经升至8.6。据Gartner预测,到2022年每个家庭将平均拥有500个智能设备。德国是智能家居的关键市场之一:从2016年智能家居监测报告(由Dr. Grieger & Cie.市场研究机构和德国智能家居首倡协会联合发布)可以看出,在1017个参与调查的家庭中,约30%已经在使用智能家居设备,主要集中在能源管理、娱乐和通信,以及安防等方面。

智能家居智能在哪里?

但是智能家居和环境辅助生活(AAL)技术不单单在个人消费领域得到广泛应用,物业管理公司和住房协会组织也日益关注和采用智能家居技术方案来监控能源消耗和开支,同时也用于监控调节室内温度以防霉的热控系统。针对这些应用的网络连接有很多无线标准和平台。

来自美国的专有协议:Z-Wave

美国Sigma Designs公司自己开发出Z-Wave混合网络协议,但没有其它半导体供应商使用该协议,很多设备制造商担心采用该技术会走向死胡同。在美国,Z-Wave使用免许可的915 MHz频段,但这个频段在欧洲不可用,采用Z-Wave的终端设备供应商必须使用868 MHz收发器转换才行。Z-Wave的其它缺点还包括数据传输率低,也不兼容智能手机。这是一个很严重的问题,因为大部分用户都希望通过智能手机远程操控智能家居。这一点在2015年Deloitte智能家居调查报告中也得以验证。

灵活的频率选择:ZigBee

ZigBee是另外一种混合网络协议,到目前为止主要在美国市场使用。它基于IEEE 802.15.4规范,使用免许可的2.4 GHz,处于短频频段。这意味着用户可以为每个智能家居设备选用最好的频率,特别是使用短频/2.4 GHz频段的混合收发器,比如Atmel的AT86RF215收发器。然而,眼下还不能推荐使用ZigBee,因为2015年发现它存在一个严重的安全漏洞,到目前为止还没有找到通过固件更新的方式来解决这一问题。也许不远的将来这一情况会有所改变,因为ZigBee联盟已经在测试3.0版本规范,将彻底堵死这一漏洞。

通用且安全:Thread

Thread网络协议也是基于IEEE 802.15.4规范,使用免许可的2.4 GHz和短频频段。它具有稳固、自我修复和节能等优点,同时支持IPv6,是可以与蓝牙和WiFi匹敌的6LowPAN替代方案。AES加密也可以保证安全性。因为Thread是免许可的,全球已经有220家公司和组织支持该标准,其中包括ARM、三星、Atmel、宝洁和Osram等行业领头企业。由Redpine Signals公司提供的流行模块基于当前的RS9113M2MCombo芯片组,同时支持Thread协议,以及其它主流标准比如双带WiFi (2.4/5 GHz)、传统蓝牙标准、蓝牙低功耗标准(BLE)和ZigBee等。

红遍全球的蓝牙智能

蓝牙智能标准也称为蓝牙低功耗(BLE),同样采用2.4 GHz频段,已经在全球得到广泛使用。BLE也有一个决定性的优势,就是对IPv6的支持,这可以让终端设备直接通过一个IPv6地址即可联网。Nordic半导体公司已经在其nRF51 SoC (CortexM0 + 2.4 GHz 收发器)和nRF52 SoC (Cortex M4 + 2.4 GHz收发器+NFC)芯片上提供IPv6软件包支持。此外,BLE在智能手机上的广泛应用让它比其它竞争规范先行一步。几乎所有设备型号都带有一个BLE接口,以方便与其它BLE智能家居产品直接通讯。此外,BLE 5.0标准也在覆盖范围、数据传输率和广播功能等方面做了很大改进。这种广播功能不必连接到终端设备并向云端传送数据,从而实现了独立的物联网,APP应用因此反而显得多余了。业界专家预测2017年蓝牙智能的混合网络协议将面世,自然Nordic半导体也会为其nRF51和nRF52芯片提供相应的软件支持包。

从健身房到智能家:ANT

还有一个不容忽视的协议是ANT,这是由Garmin子公司Dynastream开发的,目前仅限于运动设备的联网。然后ANT协议也已经在家庭自动化、室内定位和远程医疗等方面得到认可和使用。ANT跟Z-Wave一样是一种专有协议,但其优势是已经得到几家半导体制造商的支持,为客户提供了更好的稳定性。由于具有低功耗、网络拓扑结构灵活性强,以及越来越多智能手机的支持,ANT标准必将成为一个值得认真对待的竞争标准。Nordic半导体在其nRF51和nRF52芯片上也提供对ANT协议的软件支持包。

已经遍布家庭的WLAN

WLAN无疑是智能家居的首选网络标准,因为它已经在大部分家庭和公寓里安装部署,具有很高的数据传输率,特别适合监控摄像头和多媒体系统等高带宽需求的应用。此外,能源管理和环境辅助生活(ALL)等方面的智能家居应用也使用WLAN作为其无线网络标准,无论是与智能手机的直接通信,还是通过本地网络向云端传送数据。WLAN和BLE经常混合使用,特别是通过BLE传输传感器数据到中心控制单元,然后再通过WLAN传输到云端。这种场合下,混合模块是最合适的,比如Redpine Signals公司的RS9113芯片。最新的短频WLAN标准802.11ah也可以确保WLAN在可预见的将来成为智能家居的首选网络标准。

标准之争仍将持续

现在还不能断言哪个无线标准会压倒其它竞争规范。我们可以很有把握的说,没有一个标准能够技压群芳而独霸一方,多种标准将同时并存。在这种情况下,集中的联网单元将具有兼容性,而单个供应商将开发自己专有的、界线分明的智能家居系统。在所有场合都具有决定性的评判标准是对IPv6的支持、兼容智能手机,以及具有快速响应新环境变化的灵活性。ANT具有所有以上优点,因此可以断定它将占据更大的市场份额。但重量级的BLE和WiFi必将在市场上持续保持其主导地位。

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