無線通信協(xié)議對于智能家居有什么幫助

信息科技已進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，以NB－IoT和LoRa等LPWAN低功耗廣域網(wǎng)以及如火如荼的5G網(wǎng)絡(luò)部署，并推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模應(yīng)用落地。截至2018年末，Strategy Analytics數(shù)據(jù)顯示全球聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量達(dá)220億臺，并預(yù)測2025年將有386億臺聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，并指出智能家居將成為未來幾年增長最快的細(xì)分市場。

萬物互聯(lián)機(jī)遇，無線通信協(xié)議助力智能家居落地

各種智能設(shè)備層出不窮，在AI與IoT融合下，智能家居正在加速普及，家庭自動(dòng)化逐漸向智慧家庭轉(zhuǎn)變。智能化大背景下，與房地產(chǎn)結(jié)合讓科技生活滲透至家家戶戶，在房地產(chǎn)智慧轉(zhuǎn)型大趨勢下，也吸引了孫正義大肆押注。

多年前籌集的具有千億美元規(guī)模的愿景基金，面向AI、IoT、無人駕駛與智能家居等未來科技投資。在智能家居方向，孫正義聯(lián)合其他投資機(jī)構(gòu)向僅成立三年的Katerra（卡特拉）初創(chuàng)公司投資了8．65億美元?？ㄌ乩且患抑悄芗揖咏ㄖ荆饕弥悄芑夹g(shù)改變住宅和商業(yè)建筑，目標(biāo)是將智能家居設(shè)計(jì)納入所有建筑項(xiàng)目，以改善客戶體驗(yàn)。這一輪融資后，估值高達(dá)30億美元。

在國內(nèi)，主要地產(chǎn)商紛紛向智能化轉(zhuǎn)型升級，從智能家居廠商到系統(tǒng)集成商再到房地產(chǎn)商，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈推動(dòng)智能生活進(jìn)入千家萬戶。但受制于生態(tài)平臺及設(shè)備間通信協(xié)議限制等諸多因素，當(dāng)前智能家居生活更多還處在智能控制階段，不同玩家生態(tài)獨(dú)立性，障礙了行業(yè)普及發(fā)展。但對于廠商來說，只是希望借助新概念與新方向，在日益競爭白熱化當(dāng)中，尋找銷售機(jī)會。但要真正實(shí)現(xiàn)智能人居生活，互聯(lián)互通的通信協(xié)議顯得尤為重要。

物聯(lián)網(wǎng)擁有多重標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)高級顧問楊劍勇指出，在智能人居涉及到跨品牌、跨平臺、跨設(shè)備之間的互聯(lián)互通，盡管在某一個(gè)生態(tài)平臺下可以實(shí)現(xiàn)跨品牌和跨設(shè)備之間的互聯(lián)，但跨平臺依然困擾產(chǎn)業(yè)發(fā)展。當(dāng)前，行業(yè)發(fā)展越來越清晰，在各垂直場景下，需要大家一起參與，需要第三方架設(shè)一個(gè)通信協(xié)議橋梁來解決跨平臺、跨設(shè)備之間的互聯(lián)互通。

作為消費(fèi)科技巨頭的蘋果，在2014年就開始向智能家居延伸，推出HomeKit智能家居平臺，通過接入第三方智能設(shè)備，利用iPhone等智能終端可以實(shí)現(xiàn)對家庭場景下各設(shè)備操控。然而蘋果智能家居進(jìn)程緩慢，并沒有收割這一波紅利，反而亞馬遜產(chǎn)品和服務(wù)進(jìn)入美國千萬家庭。

競爭落后對手的蘋果，在去年加入行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組織Thread Group，Thread目標(biāo)為了家用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備建立安全、可靠的協(xié)議，蘋果加入后讓更多設(shè)備廠商更容易加入HomeKit生態(tài)，有利于推動(dòng)蘋果智能家居戰(zhàn)略向前邁進(jìn)。

藍(lán)牙Mesh以及zigbee3．0也在積極推動(dòng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的建立，國內(nèi)行業(yè)巨頭，如阿里、華為等公司，也在積極向標(biāo)準(zhǔn)靠攏，但結(jié)合近期發(fā)生的行業(yè)大事件，一個(gè)需要思考的問題是，如果物聯(lián)網(wǎng)通訊協(xié)議領(lǐng)域發(fā)生了一些不可抗力，我們是否可以有“備胎”？一個(gè)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的、穩(wěn)定的、有了大規(guī)模實(shí)施驗(yàn)證的物聯(lián)網(wǎng)無線通訊協(xié)議。

幻騰智能的Phantom mesh已經(jīng)做了6年，這家致力于通過技術(shù)手段推動(dòng)科技地產(chǎn)發(fā)展和地產(chǎn)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的公司，目前累計(jì)覆蓋的空間面積達(dá)百萬平米，控制的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備節(jié)點(diǎn)超過兩百萬。通訊協(xié)議成為技術(shù)是否與能空間有效聯(lián)結(jié)的重要因素，正在受到越來越多的關(guān)注。

自己做無線通訊協(xié)議的想法來自項(xiàng)目落地中，幻騰的技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，提及無線通訊技術(shù)在樓宇自控和人居空間領(lǐng)域的應(yīng)用，很多地產(chǎn)行業(yè)實(shí)施一線人員的第一反應(yīng)都是使用有線網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樵谒麄兊慕?jīng)驗(yàn)中，與有線網(wǎng)絡(luò)的通訊技術(shù)相比，主流的無線通訊技術(shù)似乎不夠穩(wěn)定。

但是，具體在房地產(chǎn)應(yīng)用中，呈幾何倍數(shù)上升的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量，頻繁的設(shè)備功能迭代所帶來的對設(shè)備升級能力和成本要求的提升，以及越來越多的管理者開始主動(dòng)要求由云端接入和管理，讓有線系統(tǒng)無論是從技術(shù)能力還是成本上都開始無法適應(yīng)這些變化。

基于這些原因，幻騰決定自主研發(fā)一款適應(yīng)室內(nèi)高密度短距離物聯(lián)網(wǎng)無線通訊協(xié)議，由此，Phantom mesh得以誕生，在項(xiàng)目落地的過程中不斷豐富完善，使其成為了一個(gè)在穩(wěn)定性和可靠性上能夠媲美有線的無線通訊協(xié)議。

降低維護(hù)復(fù)雜程度，適配住宅和商業(yè)地產(chǎn)

在對設(shè)備低延時(shí)和低功耗的權(quán)衡上，Phantom mesh和大部分物聯(lián)網(wǎng)無線通訊協(xié)議一樣，明確區(qū)分了全功能設(shè)備和低功耗設(shè)備。對于全功能設(shè)備，其接收機(jī)保持開機(jī)，因此控制延時(shí)極低。對于低功耗設(shè)備，Phantom mesh可以保持可定制或者自適應(yīng)的喚醒間隔，從而保持雙向通訊。

典型情況下，使用Phantom mesh的無線開關(guān)，使用一節(jié)紐扣電池可以正常工作5年。即使是需要低延時(shí)喚醒的應(yīng)用，Phantom mesh同樣出色。例如，完全由紐扣電池供電、瓶蓋大小的紅外遙控轉(zhuǎn)發(fā)模塊，可以連續(xù)工作6個(gè)月以上，紅外轉(zhuǎn)發(fā)平均延時(shí)小于1秒。

在對高密度設(shè)備和高可靠通訊的權(quán)衡上，Phantom mesh使用了精心優(yōu)化的可控泛洪式路由算法，可在設(shè)備密集、數(shù)據(jù)量接近極限的情況下避免擁塞。與泛洪式路由算法相比，單播的路由算法，看似高效，但需要付出維護(hù)路由表的通訊開銷和存儲資源開銷，硬件、軟件復(fù)雜度高，單個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)少。這使其無法適配住宅與商業(yè)地產(chǎn)的應(yīng)用。另一些采用樹形或星形的路由算法，以經(jīng)典Zigbee和WIFI為例，更是依賴唯一路徑上所有節(jié)點(diǎn)都正常工作，這恐怕只有精心布置的實(shí)驗(yàn)室能達(dá)到。

高密度＋高穩(wěn)定的雙向加持，支撐大區(qū)級智能化實(shí)施

Phantom mesh采用類似藍(lán)牙m(xù)esh的預(yù)分配的地址，使用32bit的地址空間，能夠在實(shí)踐中達(dá)到幾乎無上限的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。這讓幻騰智能在對旭輝北京26街區(qū)實(shí)施智能化升級的過程中，讓整個(gè)項(xiàng)目智能設(shè)備的密度達(dá)到了每2平米一個(gè)的程度。在面積不大的Loft小戶型中，會有多達(dá)40個(gè)智能設(shè)備。而一個(gè)小規(guī)模的四層辦公樓中，可能有多達(dá)1500個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

與Phantom mesh所能支持的網(wǎng)絡(luò)相比，Zigbee的動(dòng)態(tài)地址分配方式，雖然有16bit地址空間，但由于對芯片存儲資源的高需求，實(shí)際的設(shè)備量通常不超過數(shù)百個(gè)。此外，WIFI等星型網(wǎng)絡(luò)，也無法承載大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。而家用的WIFI路由器，通常受限于硬件資源，只支持十幾個(gè)同時(shí)連接的設(shè)備。

不僅如此，Phantom mesh還支持自適應(yīng)的心跳算法，保證不論設(shè)備密度的高低，都能穩(wěn)定地保持節(jié)點(diǎn)之間的鄰居關(guān)系，進(jìn)而釋放協(xié)議超強(qiáng)的尋址能力。這讓Phantom mesh在高設(shè)備密度情況下，能夠保障每個(gè)設(shè)備周圍既不會被全功能設(shè)備占滿資源，導(dǎo)致低功耗設(shè)備無法接入；也不會被低功耗設(shè)備占滿資源，導(dǎo)致全功能設(shè)備無法形成骨干網(wǎng)絡(luò)。

無中心設(shè)計(jì)，打造媲美有線的穩(wěn)定性

Phantom mesh采用無中心的設(shè)計(jì)，任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間可以直接通訊。在實(shí)際項(xiàng)目中，通常需要網(wǎng)關(guān)設(shè)備來橋接Phantom mesh和互聯(lián)網(wǎng)。而通過部署冗余的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，Phantom mesh可以自適應(yīng)選擇合適的網(wǎng)關(guān)連接互聯(lián)網(wǎng)，并實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。這樣的設(shè)計(jì)，讓Phantom mesh在后裝項(xiàng)目中，即使遭遇個(gè)別網(wǎng)關(guān)由于打掃衛(wèi)生或急需插座等情況而意外下線時(shí)，也能自適應(yīng)切換到仍然在線的網(wǎng)關(guān)上，進(jìn)而讓上下行雙向數(shù)據(jù)均不受影響。

與之相反，包括Zigbee、藍(lán)牙m(xù)esh、WIFI、LoRA在內(nèi)的幾乎所有的其它無線協(xié)議，因?yàn)閹в泻軓?qiáng)的“一帶多”邏輯（即一個(gè)網(wǎng)關(guān)或AP下帶若干個(gè)設(shè)備），所以當(dāng)遇到網(wǎng)關(guān)意外下線等情況時(shí)，其下所有的設(shè)備就會隨之下線，無法自動(dòng)恢復(fù)。

跨越邊緣網(wǎng)關(guān)，讓控制策略下沉至末端，實(shí)現(xiàn)極速響應(yīng)

基于Phantom mesh的數(shù)字人居系統(tǒng)，具有越過邊緣網(wǎng)關(guān)，將策略下沉到末端設(shè)備的能力。這樣的設(shè)計(jì)，不僅能夠完全發(fā)揮出mesh網(wǎng)絡(luò)在任意兩個(gè)設(shè)備之間的通訊能力，將策略延時(shí)縮短到極限，更能將可靠性提高到讓用戶可以放棄傳統(tǒng)控制方式的程度。

此外，經(jīng)過測試我們還發(fā)現(xiàn)，利用Phantom mesh，復(fù)雜邏輯的控制延時(shí)平均為69ms，最低可低于30ms。而使用傳統(tǒng)邊緣網(wǎng)關(guān)執(zhí)行策略方式的競品，即使網(wǎng)關(guān)處于單跳通訊距離內(nèi)，平均延時(shí)高達(dá)179ms，最佳情況也需120ms。

基于普通單片機(jī)的巧妙設(shè)計(jì)，讓無線更“低耗”

Phantom mesh不要求精確的無線時(shí)序，通常單片機(jī)的定時(shí)器即可滿足要求。Phantom mesh包含鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，可以基于任何單幀數(shù)據(jù)長度超過38字節(jié)的無線收發(fā)器芯片。

此外，通訊協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)，通常對于系統(tǒng)的內(nèi)存（RAM）要求很高，而Phantom mesh精巧的設(shè)計(jì)，則使得使用普通低端單片機(jī)作為主控芯片成為了可能。通過采用大量零拷貝實(shí)現(xiàn)，Phantom mesh不僅能讓實(shí)際內(nèi)存的消耗低于15kB，更能讓在Cortex－M3核心上編譯后的代碼量在25kB左右。而藍(lán)牙m(xù)esh的實(shí)現(xiàn)，在類似處理器架構(gòu)核心上編譯后的代碼量則在200kB左右。

支撐“無立管”設(shè)計(jì)，有效降低人力成本

在自主研發(fā)的無線通訊協(xié)議的支撐下，幻騰完成了在上海中心大廈的辦公空間智能化升級解決方案的落地。在實(shí)施過程中，Phantom mesh所支持的“無立管”設(shè)計(jì)，不僅能保障門禁控制器、智能門磁、門禁鍵盤等硬件設(shè)備在內(nèi)的智能門禁系統(tǒng)在完全不破壞建筑本身的前提下完成接入，更能通過縮短施工工期來幫助開發(fā)商有效降低人力成本。

本月，幻騰正式與故宮博物院合作，將運(yùn)用這套成熟的無線通訊協(xié)議幫助故宮建筑室內(nèi)空間進(jìn)行電路智能化升級。改變了原來有線控制有可能產(chǎn)生的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，去除了墻面與立柱上外露的線，也使空間得到了極大的美化，得到了故宮博物院管理團(tuán)隊(duì)的極大認(rèn)可。

從現(xiàn)在到未來， Phantom mesh作為更適合應(yīng)用于科技地產(chǎn)和智能家居的物聯(lián)網(wǎng)無線通訊技術(shù)，一直努力將自有協(xié)議往通用協(xié)議上遷移，但同時(shí)也充滿信心，在技術(shù)和應(yīng)用能力上，能夠成為替代權(quán)威的主流無線通訊協(xié)議，用開放的心態(tài)，把更加成熟、穩(wěn)定的技術(shù)注入業(yè)界生態(tài)，為推動(dòng)我國物聯(lián)網(wǎng)無線通訊協(xié)議的核心技術(shù)研發(fā)和科技地產(chǎn)的加速發(fā)展持續(xù)貢獻(xiàn)力量。

最后

智能家居作為物聯(lián)網(wǎng)最具潛力細(xì)分領(lǐng)域，市場規(guī)模高達(dá)萬億，且呈現(xiàn)出高速增長態(tài)勢，有數(shù)據(jù)顯示，到2023年，全球智能家居市場規(guī)模將高達(dá)1550億美元（人民幣1．07萬億元），另依據(jù)IDC報(bào)告指出今年全球智能家居市場出貨量將超過8億臺，到2023年，出貨量將會增長至16億臺。各種報(bào)告可以看出智能家居行業(yè)高速發(fā)展。全球地產(chǎn)商積極擁抱，Katerra卡特拉將智能家居服務(wù)集成到建筑住宅中，在建筑項(xiàng)目中增加附加值，有數(shù)據(jù)現(xiàn)在，未來兩年已積壓高達(dá)13億美元項(xiàng)目。

幻騰智能方案也成功落地50個(gè)商業(yè)地產(chǎn)，包括萬科、華潤置業(yè)、中海地產(chǎn)、龍湖地產(chǎn)等地產(chǎn)商，通過與智能設(shè)備無聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)人居空間智能升級，從健康、節(jié)能、安全等維度出發(fā)，有效促進(jìn)人居環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。伴隨智能家居技術(shù)與產(chǎn)品不斷發(fā)展，房地產(chǎn)企業(yè)智能化升級轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為必然。

人們的智慧生活值得期待，這主要得益于產(chǎn)業(yè)鏈共同努力，也預(yù)示著行業(yè)黃金發(fā)展時(shí)代到來，但互聯(lián)互通的無線通信標(biāo)準(zhǔn)則是支撐用戶智慧生活核心一環(huán)。