无线通讯协议是智能家居领域的关键技术,是连接设备、实现信息传输的通道,是实现智能产品之间互联互通互控与协同的“桥梁”。不过,目前智能家居市场标准未定,多种无线协议并存,主要的通讯协议有WiFi、Zigbee、蓝牙、Z-wave、Thread、MacBee、2.4G、RF射频等。无线通信技术这么多,是否需要一个统一的标准?未来谁主沉浮?

无线通信技术群雄割据 新生代MacBee、Zlink登场

当前智能家居领域中各种无线通讯协议,无论是安全性、稳定性,还是流畅性、设备承载能力等方面,各有优势和缺点。

银河风云董事长兼MacBee技术联盟理事长曾雨在第三届中国IOT大会上指出,每一种协议的兴起都是因为满足了某种场景的需要。如果一种协议可以满足物联网所有需求,那么根本不会诞生其它协议。事实上,每一种协议都会有各自最为擅长的场景。“蓝牙是为耳机而生,WiFi是为手机、笔记本电脑而生,ZigBee是为M2M而生,MacBee为家庭物联网而生。”曾雨表示,物联网落地到智慧家庭,有很多协议,其中最成功的是WiFi。WiFi早已遍布家庭,但是WiFi已经被大多数家庭验证过,连接的物品数量一多,连接的稳定性就备受考验,而且WiFi的穿透性也是个问题。ZigBee虽然涉足的企业多,国内市场上的智能家居产品很多也都是ZigBee协议,然而他们彼此之间不能对话。通俗点说,就是说它们都讲中国话,但讲的是方言,而且不能使用智能手机直接控制,需要通过额外网关。而基于Z-Wave协议的产品是少之又少,而且是否能互联互通还是一个问题。

曾雨认为,做物联网要极精极简、安全可靠。他表示,几年前银河风云就朝这个目标推进。

MacBee技术是一种超低功耗微蜂窝无线物联网通信协议,从云端到应用到连接全球统一标准,采用了多协议兼容的自组网双向联动技术框架,服务架构具备全球化、实时性、高可靠、高效率的特点,而且具有超高性价比。“MacBee强在最后一百米,连接稳定,响应快速,并且功耗低、性价比高,适合各种场景。实质上,MacBee的核心是依赖和利用已经存在的技术设施。把复杂的事情交给身边已有的技术设施,比如局域网或因特网。”据曾雨介绍,目前MacBee芯片销量已经突破30w,并且还在增长,预计17年落地后会产生1千万到2千万连接。

深圳市智安物联科技有限公司(以下简称“智安物联”),目前也在研发一个自由的2.4G自组网的协议栈ZNlink,类似Zigbee,同样具有自组网、节点转发、连接自愈、分组控制,数据加密等优势。“ZNlink是专门针对智能家居设备而进行了优化,具有成本很低,距离更长,连接稳定,灵活设计等优点。目前已经大量应用于照明、家庭传感器等领域。” 智安物联总经理黄小良说,“我们期待我们的产品能够成为百花齐放中的一朵鲜花。” 20161213-WIFI-1 深圳市智安物联科技有限公司总经理 黄小良

目前,为了争夺潜力无限的智能家居市场,国内外厂商都在发力。智能家居领域的各种无线通讯协议也越来越多,不少公司都有各自的通信协议。至于谁家的协议更安全、稳定,信息传输更智能,还是要靠市场来检验。

统一标准没必要?应用层和云端连接标准是互通突破口

在业界看来,智能家居无法真正落地的一大原因便是标准不统一。那么,这么多的无线通信技术标准是否需要一个统一的标准?未来谁会占据市场主导地位?

“智能家居无法落地的原因并不是因为标准不统一,而主要是目前成本太高,用户体验不够,无法形成刚需。”黄小良直言,在众多的无线标准中,并不看好ZigBee这样的完整标准。“ZigBee把OSI协议架构的第一层到第七层都定义好,想做到硬件产品上完全互联互通,想法很好,但实行很难。另外,这样的协议也不够灵活,很庞大,成本也难以下降。 而且未来wifi、蓝牙及其他无线技术也会具有Zigbee自组网的特性。”

黄小良比较看好Wi-Fi后期的AH标准,以及蓝牙5.0标准。“因为这2个技术标准既解决了通用性问题,又具有近距离自组网的优势。”他表示,现在几个常见的无线标准都不是特别实用,只是解决了一个家庭不需要很多个网关的问题,还是没有解决设备互联互通的问题,即便是现在的WiFi标准设备,也不能互联互通,因为还有应用层的协议。

在黄小良看来,产品的互通最终还是应该靠云端或者其他应用层标准去解决。他指出,现在很多产品设计都不是一个独立网关,一些常见的设备也会集成自有体系的网关,如Nest的温控器也有可能加网关,可以连接很多设备,亚马逊的Echo智能音箱,除了本身的音乐,声控操作,也是内置的网关,包括现在很多国内的摄像头也内置了网关,可以连接一些传感设备起到智能安防的作用。这些无线设备可以通过这些带有网关功能的产品接入互联网。“因此,家庭多‘网关’的现状是可以共存的。智能家居无线标准各有各的优势,可以‘百花齐放’,关键是满足用不同产品属性需求,实用、够用、高性价比就好了。”

“智能家居的无线通讯协议很难形成统一的标准,因为利益牵涉面太广,而且也没有必要。” 黄小良表示,“更重要的是应该推动智慧家庭行业的生态,标准的推动需要一些大的平台公司做好规划,如类似华为腾讯等这种级别的公司做好连接平台,从底层硬件标准和云端连接标准二个角度去做到互联互通。”

银河风云对外战略合作总监凌华表示,当今物联网通信协议的形式如同当年互联网的各个门户网站角逐较量,都希望分得一块大蛋糕,这对行业来说并不是坏事。至于哪种无线通信技术会成为主流,或其中某些技术会不会被取代,最终由市场说了算,最终市场会淘汰没有竞争力的技术。 20161213-WIFI-2 深圳市银河风云网络系统股份有限公司对外合作战略部总监 凌华

“每种技术都有他DNA,MacBee的基因就是为物联网而生的通信技术。”凌华称,MacBee从12年开始从需收集起草14年发布1.0版本,15年芯片流片并正式推广应用,到2016年上半年MacBee技术联盟正式成立,整个过程一步一个脚印,银河风云投入了巨大的人力财力才有今天的技术成果。目前,MacBee技术已经完全满足智能家居系统的应用需要,银河风云的智能家居系统除视频传输使用WiFi外,其他所有智能家居设备全部使用MacBee的无线双向组网技术,包括照明、电工、安防、窗帘、门锁、家电、传感器等各类应用。“MacBee的低功耗和超低功耗二个大类模组下面,根据行业应用需要细分了十几种模组满足行业的应用需求,总之,MacBee已经可以完全胜任组建智能家居系统的需要。”

多模SoC是芯片厂商研发方向

物联网通信技术这么多,这无疑给芯片商、模块供应商和终端设备厂商带来了一个难题。如何在众多技术中挑最合适的技术?挑中的技术怎么和其它技术进行连接?那么,对于芯片厂商来说,集成多种协议的SoC是否是一大趋势?从终端厂商的角度来说,他们倾向于选择单模方案还是多模方案?

“目前从我们应用的客户来说,一般厂商生产出一套产品,在能满足应用需要的情况下并不会考虑多模重复投入。”凌华称,硬件制造不像软件,一般在制造过程增加10元的成本流通到用户手上可能就增加了100元的购买成本。他举例称,以照明行业应用来说,这是一个竟争非常激烈的行业,制造成本基本是按分来算,任合一个环节的成本都需要精算,像通信模块这种大部件,目前一些无线模块(如WiFi、ZigBee、蓝牙、Z-wave)的成本可能都大于原来他们的照明驱动电源的总成本,这个压力非常大。而银河风云可提供高性价比的MacBee模块及配套的智能云瑞方案,目前已经得到了许多照明企业的认同。

黄小良也表达了同样的观点,他认为集成多个无线协议的无线模块或SoC只是无故增加产品成本而已,没有必要。“作为终端厂家,只需要根据自身产品的特点,设计出实用、够用的产品就好了。实际上,除了满足功能,且性能稳定外,成本也是非常重要的因素。”他同样举了照明的例子称,如一些客户做无极调光灯泡,本身物料成本也大概3~4美金,没有理由花费在无线连接上的成本高过灯泡本身。因为灯泡的主要功能是发光,物联只是锦上添花。不过,这并不具有普遍性,那些定位高端的差异化产品除外。

实际上,由于无线通讯协议众多,对于硬件设计者来说,跟随哪一个标准成为关键。不过,对于芯片厂商来说,多模依然是其研发方向。“对于硬件设计者来说 ,怎么用最低的成本最快速让你的产品适应现在市场上已经存在的标准,成为一个关键。”在第三届中国IOT大会上,Silicon Labs无线产品销售经理刘俊如是说。 20161213-WIDI-3

  • Silicon Labs无线产品销售经理 刘俊*

具体来看,物联网设备的基本要求包括如下几个方面:一是可以简单配备;二是可以远程访问,也可以本地控制;三是可以满足不同的无线需求,在无法改变存在多个无线协议和多个无线连接的情况下,尽量去适应更多的生态系统;四是基于标准生态系统的互操作性;五是维持专有或旧有系统的互操作性,对原有系统的兼容,这也是对现有设备的兼容;六是电池寿命,即低功耗一定是未来物联网最基本的需求;七是,在复杂的连接需求下还要保持低成本的市场竞争优势。

基于以上几点要求,在大约四年前,SiliconLabs就在投入多模芯片的研发。目前,已经推出多协议片上系统(SoC)Wireless Gecko产品系列,Wireless Gecko SoC提供了业内最全面的协议组合,支持用于网状网络的ZigBee和Thread协议栈,以及点对点连接的Bluetooth Smart和Sub-GHz私有协议。

根据应用场景,SiliconLabs定义了如下多协议模式:一是可编程模式,二是可切换,三是动态多协议,四是并存模式。刘俊进一步解释称,可编程模式,即在简化的供应链上,在一个版上支持多种协议中的一个,就是说硬件设计可以通过编程的方式,让它只是蓝牙设备或ZigBee设备等单一的状况。可切换模式,即设备在BLE模式下调试,然后转换到其他网络下(ZigBee或Thread),两个协议可以切换。并发模式,即网关上同时支持ZigBee、蓝牙、Thread和sub-GHz私有协议。“我们叫Concurrent模式,最终极目标是实现多频点,即wifi、蓝牙、ZigBee、Thread四个协议同时在网。这是我们与高通、华为等正在做的事情。”

对于动态多协议模式,刘俊举例称,比如接近智能门锁,智能手机从门锁取得一组蓝牙信标,应用程序通过蓝牙LE连接到门锁,并发送指令开锁。当用户晚上在家时, 可使用Thread家居控制器锁上门。再比如,智能家居的家庭安防系统,可使用专有sub-GHz无线协议的家庭安全系统,也可以使用智能手机的蓝牙装置对该地区设备进行某种维护。

“很多时候,客户需要在不增加成本的情况下,做到既支持蓝牙Beacon,又支持ZigBee控制的应用场景。我们用单一的解决方案去解决客户多种复合的需求。”刘俊称,智能家居归根到底寻求的是安全感,所以,2016年智能门锁成为爆发点。现在市面上的门锁大多是基于蓝牙连接,但未来门锁也会有互动,比如打开门时灯就会亮,这就需要与原来的智能灯泡做一个联动。但现在蓝牙灯泡还没办法做开源的切换,所以可能会连入更大的网络,比如ZigBee网络。“这是很多客户正在寻求的一个方案,既支持ZigBee,又支持蓝牙的门锁,而且不希望增加成本,不希望有两根天线,不希望有两个MCU。”

刘俊指出,多协议需求带来的一个变革就是需要操作系统。因此,Silicon Labs收购了在业界领先的物联网(IoT)实时操作系统(RTOS)软件供应商Micrium。“原来单线程的方式没办法做到更多协议栈处理,所以合并进来,以做到多协议、多频点。” 刘俊直言,这不管对客户还是半导体厂商来说,都有挑战。一方面,对于开发者来说,由于任务的管理,必须对操作系统比较了解,但这是必须经历的一个过程。另一方面,在动态多协议演进过程中,有更多架构在不断演进,大家普遍认为会基于RTOS,把各种协议放在基于这个OS来进行管理。这对半导体公司来说,有了OS,怎么保持低功耗,怎么让各个协议更好合作,怎么让这个软件更小,都是挑战。“作为芯片供应商、协议栈供应商,甚至操作系统solution提供商,Silicon Labs尝试给客户一个完整的解决方案,让客户只需关心应用层,不用去关心底层操作系统和无线协议栈。”

刘俊认为,物联网设备需要多协议解决方案,消费者和产品制造商正推动创新应用案例。而软件架构是多协议的关键因素。“你可以通过硬件载体给客户提供更多的服务,但改善用户体验的关键在于软件。目前,硬件已经准备好,关键是让硬件给客户带来附加值。软件将是未来的一个重点。”

5G商用是否会打破标准隔阂?

虽然在大家看来,智能家居不需要统一的无线通信标准,必定是百花齐放的状态。不过,被认为是实现万物互联最核心通信方式的5G,如果在2020年商用,会打破标准隔阂,加速智能家居落地吗?

从技术角度看,5G支持大规模数据连接,具备了高带宽、高速和低时延等各种优点。凌华表示,5G作为下一代的大带宽数据传输技术,速度虽然比WiFi快,那也不能取代WiFi技术。他认为,5G商用程度最终取决于运营商,其它低功耗低带宽低成本近距离的无线通信技术的应用与5G并不相冲突。但5G模块应用到物联网的每一个传感设备则会大材小用。

黄小良直言,5G相当于把路修宽了点,通信更加及时(时延降低),但只解决了接入端的问题,还需要后台服务端承接起来,才能发挥最大的能效。不可否认,5G肯定有助于家居产品的发展,但加速落地还需要时间沉淀,短时间内难见成效。他表示,更看好NB-IOT等低功耗广域网(LPWAN)这类的无线技术标准。“一旦成本降低普及起来,那将是真正的万物互联时代,这也是现在三大运营商必争的重要阵地。”他举例称,如家里的水电气表通过物联网直接报送到相应的运营公司, 工厂设备的运行状态也可以及时上报给生产厂家,便于维护等。这些方便实用的应用场景非常多。

不过,也有业内人士指出,虽然5G会成为未来的核心网,而且也是物联网大规模普及的关键技术,但只是4G的延伸而已,而不是一项革命性的技术,即便没有5G,物联网照样存在。他表示,5G商用后的主战场依然是移动互联网,而不是物联网。因为在几百亿的物联网设备中,对带宽以及数据流量的应用场景只是很少的一部分。5G只是物联网广泛网络集合的一部分。

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