無線通信協(xié)議對于智能家居有什么幫助

信息科技已進入物聯網時代，以NB－IoT和LoRa等LPWAN低功耗廣域網以及如火如荼的5G網絡部署，并推動物聯網規(guī)模應用落地。截至2018年末，Strategy Analytics數據顯示全球聯網設備數量達220億臺，并預測2025年將有386億臺聯網設備，并指出智能家居將成為未來幾年增長最快的細分市場。

萬物互聯機遇，無線通信協(xié)議助力智能家居落地

各種智能設備層出不窮，在AI與IoT融合下，智能家居正在加速普及，家庭自動化逐漸向智慧家庭轉變。智能化大背景下，與房地產結合讓科技生活滲透至家家戶戶，在房地產智慧轉型大趨勢下，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，孫正義聯合其他投資機構向僅成立三年的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?，主要利用智能化技術改變住宅和商業(yè)建筑，目標是將智能家居設計納入所有建筑項目，以改善客戶體驗。這一輪融資后，估值高達30億美元。

在國內，主要地產商紛紛向智能化轉型升級，從智能家居廠商到系統(tǒng)集成商再到房地產商，整個產業(yè)鏈推動智能生活進入千家萬戶。但受制于生態(tài)平臺及設備間通信協(xié)議限制等諸多因素，當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中，尋找銷售機會。但要真正實現智能人居生活，互聯互通的通信協(xié)議顯得尤為重要。

物聯網擁有多重標準和技術，物聯網高級顧問楊劍勇指出，在智能人居涉及到跨品牌、跨平臺、跨設備之間的互聯互通，盡管在某一個生態(tài)平臺下可以實現跨品牌和跨設備之間的互聯，但跨平臺依然困擾產業(yè)發(fā)展。當前，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，需要第三方架設一個通信協(xié)議橋梁來解決跨平臺、跨設備之間的互聯互通。

作為消費科技巨頭的蘋果，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備，利用iPhone等智能終端可以實現對家庭場景下各設備操控。然而蘋果智能家居進程緩慢，并沒有收割這一波紅利，反而亞馬遜產品和服務進入美國千萬家庭。

競爭落后對手的蘋果，在去年加入行業(yè)標準組織Thread Group，Thread目標為了家用物聯網設備建立安全、可靠的協(xié)議，蘋果加入后讓更多設備廠商更容易加入HomeKit生態(tài)，有利于推動蘋果智能家居戰(zhàn)略向前邁進。

藍牙Mesh以及zigbee3．0也在積極推動行業(yè)標準的建立，國內行業(yè)巨頭，如阿里、華為等公司，也在積極向標準靠攏，但結合近期發(fā)生的行業(yè)大事件，一個需要思考的問題是，如果物聯網通訊協(xié)議領域發(fā)生了一些不可抗力，我們是否可以有“備胎”？一個擁有自主知識產權的、穩(wěn)定的、有了大規(guī)模實施驗證的物聯網無線通訊協(xié)議。

幻騰智能的Phantom mesh已經做了6年，這家致力于通過技術手段推動科技地產發(fā)展和地產行業(yè)數字化轉型的公司，目前累計覆蓋的空間面積達百萬平米，控制的物聯網設備節(jié)點超過兩百萬。通訊協(xié)議成為技術是否與能空間有效聯結的重要因素，正在受到越來越多的關注。

自己做無線通訊協(xié)議的想法來自項目落地中，幻騰的技術人員發(fā)現，提及無線通訊技術在樓宇自控和人居空間領域的應用，很多地產行業(yè)實施一線人員的第一反應都是使用有線網絡，因為在他們的經驗中，與有線網絡的通訊技術相比，主流的無線通訊技術似乎不夠穩(wěn)定。

但是，具體在房地產應用中，呈幾何倍數上升的物聯網設備數量，頻繁的設備功能迭代所帶來的對設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要求由云端接入和管理，讓有線系統(tǒng)無論是從技術能力還是成本上都開始無法適應這些變化。

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

降低維護復雜程度，適配住宅和商業(yè)地產

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

典型情況下，使用Phantom mesh的無線開關，使用一節(jié)紐扣電池可以正常工作5年。即使是需要低延時喚醒的應用，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發(fā)模塊，可以連續(xù)工作6個月以上，紅外轉發(fā)平均延時小于1秒。

在對高密度設備和高可靠通訊的權衡上，Phantom mesh使用了精心優(yōu)化的可控泛洪式路由算法，可在設備密集、數據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，但需要付出維護路由表的通訊開銷和存儲資源開銷，硬件、軟件復雜度高，單個網絡節(jié)點數少。這使其無法適配住宅與商業(yè)地產的應用。另一些采用樹形或星形的路由算法，以經典Zigbee和WIFI為例，更是依賴唯一路徑上所有節(jié)點都正常工作，這恐怕只有精心布置的實驗室能達到。

高密度＋高穩(wěn)定的雙向加持，支撐大區(qū)級智能化實施

Phantom mesh采用類似藍牙m(xù)esh的預分配的地址，使用32bit的地址空間，能夠在實踐中達到幾乎無上限的大規(guī)模網絡。這讓幻騰智能在對旭輝北京26街區(qū)實施智能化升級的過程中，讓整個項目智能設備的密度達到了每2平米一個的程度。在面積不大的Loft小戶型中，會有多達40個智能設備。而一個小規(guī)模的四層辦公樓中，可能有多達1500個物聯網設備。

與Phantom mesh所能支持的網絡相比，Zigbee的動態(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，實際的設備量通常不超過數百個。此外，WIFI等星型網絡，也無法承載大規(guī)模的網絡。而家用的WIFI路由器，通常受限于硬件資源，只支持十幾個同時連接的設備。

不僅如此，Phantom mesh還支持自適應的心跳算法，保證不論設備密度的高低，都能穩(wěn)定地保持節(jié)點之間的鄰居關系，進而釋放協(xié)議超強的尋址能力。這讓Phantom mesh在高設備密度情況下，能夠保障每個設備周圍既不會被全功能設備占滿資源，導致低功耗設備無法接入；也不會被低功耗設備占滿資源，導致全功能設備無法形成骨干網絡。

無中心設計，打造媲美有線的穩(wěn)定性

Phantom mesh采用無中心的設計，任意兩個節(jié)點之間可以直接通訊。在實際項目中，通常需要網關設備來橋接Phantom mesh和互聯網。而通過部署冗余的網關設備，Phantom mesh可以自適應選擇合適的網關連接互聯網，并實現負載均衡。這樣的設計，讓Phantom mesh在后裝項目中，即使遭遇個別網關由于打掃衛(wèi)生或急需插座等情況而意外下線時，也能自適應切換到仍然在線的網關上，進而讓上下行雙向數據均不受影響。

與之相反，包括Zigbee、藍牙m(xù)esh、WIFI、LoRA在內的幾乎所有的其它無線協(xié)議，因為帶有很強的“一帶多”邏輯（即一個網關或AP下帶若干個設備），所以當遇到網關意外下線等情況時，其下所有的設備就會隨之下線，無法自動恢復。

跨越邊緣網關，讓控制策略下沉至末端，實現極速響應

基于Phantom mesh的數字人居系統(tǒng)，具有越過邊緣網關，將策略下沉到末端設備的能力。這樣的設計，不僅能夠完全發(fā)揮出mesh網絡在任意兩個設備之間的通訊能力，將策略延時縮短到極限，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，經過測試我們還發(fā)現，利用Phantom mesh，復雜邏輯的控制延時平均為69ms，最低可低于30ms。而使用傳統(tǒng)邊緣網關執(zhí)行策略方式的競品，即使網關處于單跳通訊距離內，平均延時高達179ms，最佳情況也需120ms。

基于普通單片機的巧妙設計，讓無線更“低耗”

Phantom mesh不要求精確的無線時序，通常單片機的定時器即可滿足要求。Phantom mesh包含鏈路層和網絡層協(xié)議，可以基于任何單幀數據長度超過38字節(jié)的無線收發(fā)器芯片。

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

支撐“無立管”設計，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。在實施過程中，Phantom mesh所支持的“無立管”設計，不僅能保障門禁控制器、智能門磁、門禁鍵盤等硬件設備在內的智能門禁系統(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，將運用這套成熟的無線通訊協(xié)議幫助故宮建筑室內空間進行電路智能化升級。改變了原來有線控制有可能產生的火災風險，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隊的極大認可。

從現在到未來， Phantom mesh作為更適合應用于科技地產和智能家居的物聯網無線通訊技術，一直努力將自有協(xié)議往通用協(xié)議上遷移，但同時也充滿信心，在技術和應用能力上，能夠成為替代權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)定的技術注入業(yè)界生態(tài)，為推動我國物聯網無線通訊協(xié)議的核心技術研發(fā)和科技地產的加速發(fā)展持續(xù)貢獻力量。

最后

智能家居作為物聯網最具潛力細分領域，市場規(guī)模高達萬億，且呈現出高速增長態(tài)勢，有數據顯示，到2023年，全球智能家居市場規(guī)模將高達1550億美元（人民幣1．07萬億元），另依據IDC報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。各種報告可以看出智能家居行業(yè)高速發(fā)展。全球地產商積極擁抱，Katerra卡特拉將智能家居服務集成到建筑住宅中，在建筑項目中增加附加值，有數據現在，未來兩年已積壓高達13億美元項目。

幻騰智能方案也成功落地50個商業(yè)地產，包括萬科、華潤置業(yè)、中海地產、龍湖地產等地產商，通過與智能設備無聯動，實現人居空間智能升級，從健康、節(jié)能、安全等維度出發(fā)，有效促進人居環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。伴隨智能家居技術與產品不斷發(fā)展，房地產企業(yè)智能化升級轉型已經成為必然。

人們的智慧生活值得期待，這主要得益于產業(yè)鏈共同努力，也預示著行業(yè)黃金發(fā)展時代到來，但互聯互通的無線通信標準則是支撐用戶智慧生活核心一環(huán)。