簡述智能家居的現(xiàn)狀和未來

在本章中，我們將深入了解物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 如何為智能家居提供動力，以及網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)/每間房一個 pod 通信如何實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)連接。我們還將了解一些物聯(lián)網(wǎng)挑戰(zhàn)，以及新的技術(shù)進步如何幫助應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。

當(dāng)今智能家居調(diào)查

過去幾年，隨著制造商開發(fā)出越來越多可連接至家庭網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，智能家居概念隨之興起。智能家居網(wǎng)絡(luò)使房主能夠有效地利用資源，使用語音命令控制設(shè)備和家用電器，并根據(jù)設(shè)備提供的數(shù)據(jù)做出決策。智能家居的潛力巨大：它可用于提高能效、舒適度、安全性、娛樂性和便利性。

當(dāng)今大多數(shù)智能家居都配備了各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、集線器和傳感器，它們可通過家庭網(wǎng)絡(luò)/網(wǎng)關(guān)進行通信，并最終與云端通信。房主可在家里的任意位置進行控制，甚至可以通過互聯(lián)網(wǎng)進行遠程控制。

智能家居系統(tǒng)可能包括多個與家居應(yīng)用相關(guān)的無線連接標準。此外，這些家庭網(wǎng)絡(luò)可能由幾個在主網(wǎng)關(guān)下運行的互連網(wǎng)絡(luò)組成。

當(dāng)今的許多智能家居都是由一些特殊節(jié)點組成。節(jié)點是一種在網(wǎng)絡(luò)上擁有自己唯一地址的硬件；節(jié)點可以是設(shè)備，也可以是集線器：

設(shè)備：設(shè)備（例如：恒溫器或燈泡）通常只有一個網(wǎng)絡(luò)連接點。設(shè)備可能需要也可能不需要保持實時跟蹤，具體取決于其功能。

集線器：集線器是一個管理網(wǎng)絡(luò)流量的盒子；它可能有許多連接點，因為可以連接至多個設(shè)備。集線器必須保持實時跟蹤，以便高效和有效地分派事件。

單集線器網(wǎng)絡(luò)由一個集線器節(jié)點和一個或多個設(shè)備節(jié)點組成。集線器管理網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備之間的事件和信息交換。多集線器網(wǎng)絡(luò)包含多種集線器，如圖 3-1 中所示。圖 3-1 中的網(wǎng)絡(luò)布局包含兩個集線器，每個集線器使用不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（藍牙和 ZigBee）。各個設(shè)備連接至其中一個集線器。然后，集線器連接至網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)可與兩個集線器通信。

網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)/每間房一個 Pod

為了打造一個連接更緊密、通信更可靠的智能家居，消費類產(chǎn)品開始采用新型拓撲結(jié)構(gòu)，名為網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，有時候也稱為“每間房一個 Pod”。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可以輕松地擴大無線設(shè)備的范圍，并在辦公室、住宅甚至戶外等區(qū)域提供一致的高數(shù)據(jù)速率。此外，使用“每間房一個 Pod”的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)支持多種協(xié)議，可減少家庭中使用多個網(wǎng)格系統(tǒng)的開銷。

網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是 Wi-Fi 演變過程中的一次重要發(fā)展，尤其是在智能家居領(lǐng)域。Wi-Fi 網(wǎng)格系統(tǒng)包括連接至主要互聯(lián)網(wǎng)連接的路由器，以及放置在住宅周圍的多個類似衛(wèi)星路由器的設(shè)備（或節(jié)點），以提供全面的 Wi-Fi 家居物聯(lián)網(wǎng)覆蓋（參見圖 3-2）。這種先進的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可提供完全冗余，并充分提高網(wǎng)絡(luò)性能。

節(jié)點越多，連接點傳播的距離就越遠，如圖 3-3 中所示。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可以有效地將信號范圍擴展到整個住宅，從而提高了可靠性，可實現(xiàn)與所有設(shè)備的實時通信。Wi-Fi 部署技術(shù)的進步支持頻譜分離，并可確保信息通過專用回傳數(shù)據(jù)路徑往返于云端。它們還可為設(shè)備提供專用數(shù)據(jù)流。此外，一些設(shè)備可以存儲數(shù)據(jù)。這些存儲的數(shù)據(jù)可以節(jié)省用戶成本，進一步提高網(wǎng)絡(luò)可靠性，并且支持更智能的數(shù)據(jù)驅(qū)動應(yīng)用。

網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)還可自行配置。因此，它可以自動將新節(jié)點整合到現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中，無需網(wǎng)絡(luò)管理員進行調(diào)整。這使得網(wǎng)絡(luò)更具適應(yīng)性和可擴展性。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)還可以通過自動尋找最快速且最可靠的信號來傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)自我修復(fù)，即使在節(jié)點阻塞或信號丟失的情況下亦是如此。

當(dāng)今許多網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)使用所謂的三頻段 Wi-Fi 網(wǎng)關(guān)和終端節(jié)點。三頻段 Wi-Fi 可通過在網(wǎng)關(guān)和終端節(jié)點中使用 2.4 GHz、5.2 GHz 和 5.6 GHz 頻段來提高數(shù)據(jù)容量和覆蓋范圍。在三頻段系統(tǒng)中，第二個 5.6 GHz 頻段充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上兩臺路由器之間的專用通信線路，從而使整個系統(tǒng)的速度比舊的雙頻段配置系統(tǒng)快 180%。

因此，Wi-Fi 三頻段的優(yōu)勢顯而易見。首先，它可以通過使用更快的 5 GHz 頻帶以及 Wi-Fi 6E（5 GHz 和 6 GHz 頻段），將更多的無線設(shè)備連接至互聯(lián)網(wǎng)。如果您的網(wǎng)絡(luò)是一個網(wǎng)格系統(tǒng)，配備多個分散在整個空間內(nèi)的路由器，那么更高頻段可充當(dāng)兩個路由器之間的專用通信線路，以提高整個系統(tǒng)的速度。

三頻段系統(tǒng)的第三個無線電還可用于網(wǎng)格路由器之間的回傳通信。這樣一來，它就創(chuàng)建了一條專用線路，僅供路由器之間的數(shù)據(jù)流使用。盡管雙頻段系統(tǒng)使用相同的 Wi-Fi 帶寬來連接至其他路由器和接入點，但在三頻段系統(tǒng)中，終端設(shè)備可立即用于設(shè)備連接。這可將效率提高 50%，特別是添加了更多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的情況下。

此外，由于該無線電傳播速度更快，因此DSL/電纜調(diào)制解調(diào)器的連接速度將遠不止于此。相反，它們可以傳送至整個網(wǎng)絡(luò)。這對于當(dāng)今和未來智能家居中的智能電視和攝像頭的 Wi-Fi 視頻流非常有益。

為了確保您現(xiàn)有家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠適應(yīng)未來發(fā)展需求，您需要使用三頻段系統(tǒng)。千兆服務(wù)將很快呈現(xiàn)在世人面前，而且實施三頻段系統(tǒng)是確保未來容量和速度的最佳解決方案。

網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的另一個重要發(fā)展就是采用濾波器技術(shù)，以進一步提高容量和擴大每間房一個 Pod 拓撲的范圍。使用 bandBoost 濾波器可通過增強三頻段網(wǎng)格系統(tǒng)中的頻段隔離，最大限度地提高網(wǎng)絡(luò)容量和覆蓋范圍。使用 edgeBoost 濾波器可通過最大限度地提高靠近頻帶邊緣的 Wi-Fi 通道的輸出功率來提高容量和擴大范圍。在下一節(jié)中，我們將詳細闡述這些主題及其如何解決網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的共存挑戰(zhàn)。

正如第 1 章所述，領(lǐng)先制造商正在開發(fā)一種名為 Matter 的新標準，以提高設(shè)備的互操作性，降低網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。在過渡至 Matter 期間，將需要多標準無線電。這些無線電將使網(wǎng)絡(luò)能夠滿足未來向 Matter 遷移的需求，并可提供向后兼容性，以連接使用傳統(tǒng)標準的節(jié)點。雖然 Matter 仍在最后敲定中，預(yù)計將于 2021 年的某個時候推出，但標準機構(gòu)和領(lǐng)先制造商之間的合作已開始推動其在行業(yè)中的普及。

應(yīng)對挑戰(zhàn)

接下來，我們來討論一下物聯(lián)網(wǎng)智能家居網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備制造商面臨的一些挑戰(zhàn)。

互操作性

互操作性就是系統(tǒng)、應(yīng)用和服務(wù)以可預(yù)測的方式可靠協(xié)同工作的能力。這有助于確保技術(shù)的易用性，進而快速推廣普及。每個用戶都希望其電子無線和有線設(shè)備能夠輕松連接和協(xié)作，也就是即插即用。智能家居網(wǎng)絡(luò)也沒有什么不同，它將由許多不同制造商開發(fā)的各種設(shè)備組成。

互操作性和認證計劃有助于確保使用多個關(guān)鍵物聯(lián)網(wǎng)標準的設(shè)備之間的互操作性。Wi-Fi 之所以如此成功，是因為 Wi-Fi 聯(lián)盟實施的 Wi-Fi 互操作性計劃，該聯(lián)盟擁有世界上最值得信賴的認證制度之一。目前已有成千上萬個經(jīng)過認證的 Wi-Fi 設(shè)備可以實現(xiàn)無縫連接。

如今，Zigbee 3.0 也可提供同樣級別的互操作性，而這也得益于合作伙伴關(guān)系和認證計劃。由于兩者之間的合作關(guān)系，使用 ZigBee 和 Thread 的產(chǎn)品間通信也經(jīng)過了認證。藍牙也具有涵蓋整個協(xié)議堆棧和應(yīng)用配置文件的認證計劃，從而有助于藍牙和低功耗藍牙 （BLE） 實現(xiàn)出色的通信體驗。

這些聯(lián)盟和認證對于在具有各種標準的分散型智能家居物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備環(huán)境中實現(xiàn)整合至關(guān)重要。使用這些協(xié)議的設(shè)備制造商必須遵守這些認證和聯(lián)盟標準，使其產(chǎn)品在進入市場之前獲得批準。這樣方可確保用戶體驗到期望的即插即用互操作性。

射頻干擾

由于無線技術(shù)的更新?lián)Q代，智能家居網(wǎng)絡(luò)的射頻 （RF） 復(fù)雜性也不斷提高。許多家用射頻通信設(shè)備采用頻段重疊或密切相關(guān)的標準。有時候，由于兩個頻段之間的距離太近，導(dǎo)致一個通信頻段會干擾另一個通信頻段發(fā)送和接收的信號。

物聯(lián)網(wǎng)和 5G 技術(shù)進一步增加了復(fù)雜性，從而加劇了智能家居設(shè)備設(shè)計工程師面臨的挑戰(zhàn)。如今，智能家居物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備必須支持許多射頻路徑，有時需要更大的帶寬，并保持低功耗，同時所有標準及其所發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)之間都不存在干擾。由于網(wǎng)絡(luò)上運行的標準越來越多，所以減少干擾勢在必行。

利用 RF 濾波器減少干擾

幸運的是，射頻濾波器技術(shù)的進步大大降低了不同協(xié)議標準之間相互干擾的可能性。射頻濾波器不斷演變，以支持物聯(lián)網(wǎng)、5G 和工業(yè) 4.0 的擴展需求。體聲波 （BAW） 等復(fù)雜的多濾波器模塊開始越來越多地用于解決射頻系統(tǒng)中的共存、容量和范圍問題。

此外，通過促進集成模塊的開發(fā)，外形更加小巧的濾波器有助于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品制造商將日益復(fù)雜的 RF 前端 （RFFE） 架構(gòu)整合到微型設(shè)備中。與此同時，當(dāng)今的濾波器技術(shù)有助于緩解與更高頻率和更小外形尺寸相關(guān)的散熱問題。

不同濾波器滿足不同需求

為滿足不同的濾波需求，需要使用不同的濾波器。一些濾波器可優(yōu)化與其他設(shè)備的共存特性；其他一些則有助于改進系統(tǒng)、容量、范圍和性能。

例如：共存濾波器（如 Qorvo coexBoost 濾波器）可用于射頻路徑，針對需要同時操作信號的應(yīng)用。這些共存濾波器都具有陡峭的帶緣裙邊（bandedge skirt）。它們對于保持信號質(zhì)量和確保信號能夠與使用相鄰頻率的其他信號共存至關(guān)重要。

射頻發(fā)射器和接收器路徑必須保持這種共存性。例如，需要在頻段 40 蜂窩信號和 2.4 GHz Wi-Fi 頻段之間保持共存性。頻段 40 的工作頻率范圍為 2，300 至 2，400 MHz，而 2.4 GHz Wi-Fi 頻段的工作頻率范圍為 2，412 至 2，484 MHz。

這意味著，從 2.4 GHz Wi-Fi 頻段來看，頻段 40 的高端僅為 12 MHz。所以，頻段 40 和 Wi-Fi 頻段都需要陡峭的濾波器裙邊。這些共存濾波器可通過拒絕相鄰頻帶的信號來保護每個頻帶不受干擾。

其他濾波器旨在幫助實現(xiàn)最大容量和范圍性能。例如 Qorvo edgeBoost 和 bandBoost 濾波器。這些濾波器允許設(shè)計師提高每個信道頻段邊緣的 RFFE 輸出功率，同時滿足聯(lián)邦通信委員會 （FCC） 的功率譜密度要求。

它們還有助于降低頻譜密度，以幫助提高輸出功率性能。通過使用可能無法使用的頻譜，這些濾波器使得運營商和制造商能夠提供高速數(shù)據(jù)和更大帶寬。如圖 3-4 中所示，使用頻帶邊緣濾波器可將功率密度提高幾個 dB。

舉個真實的示例，假設(shè)您所在的房間內(nèi)有多人使用 Wi-Fi 和手機。2.4 GHz Wi-Fi 頻譜被分為 11 個信道，從低頻段的信道 1 到高頻段的信道 11。例如，假設(shè)您正在使用信道 5 的 Wi-Fi 觀看足球比賽直播，沒有緩沖也沒有中斷?？蛇@時，來了一個新的手機用戶，開始占用您信道 5 的 Wi-Fi 容量。網(wǎng)關(guān)設(shè)備經(jīng)過調(diào)整之后，將您轉(zhuǎn)移至信道 1，以便釋放信道 5 的容量。

如果 Wi-Fi 單元未配備帶緣濾波器，那么其強度和流傳輸速度就會降低，從而發(fā)生緩沖，中斷您觀看的視頻，并導(dǎo)致您錯過比賽的關(guān)鍵時刻。這是因為網(wǎng)關(guān)設(shè)備為了遵守 FCC 的規(guī)定，必須降低信道 1 的功率，以免干擾相鄰的蜂窩頻段。然而，如果網(wǎng)關(guān)單元配備了帶緣濾波器，就不需要降低信道 1 和 11 的功率，這樣您就可以在信道 1 上繼續(xù)觀看比賽，且不會出現(xiàn)緩沖和相關(guān)中斷。

保持無縫、節(jié)能、可靠的連接

一些制造商生產(chǎn)的產(chǎn)品使用多種標準。這些產(chǎn)品可以與更多的其他設(shè)備通信，從而進一步增強了產(chǎn)品在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的互操作性。通過動態(tài)多協(xié)議支持，一個節(jié)點可以與使用不同標準的多個設(shè)備通信。

例如：智能家居網(wǎng)絡(luò)可能包括 ZigBee 設(shè)備和 BLE 設(shè)備。在同時支持 Zigbee/Matter 和 BLE 設(shè)備的動態(tài)多協(xié)議網(wǎng)狀節(jié)點中，設(shè)備的通信部分可自動在這些標準之間來回切換，每次支持以一個標準通信。

用于智能家居設(shè)備的 Qorvo 物聯(lián)網(wǎng)通信產(chǎn)品通過支持 ConcurrentConnect 技術(shù)增加了另一項功能，即可以持續(xù)接收和轉(zhuǎn)換通信，如圖 3-6 所示。該創(chuàng)新以一種更快速、更可靠的方式實現(xiàn)協(xié)議切換，以減少數(shù)據(jù)包丟失，同時仍保持動態(tài)多協(xié)議支持。

左側(cè)顯示物聯(lián)網(wǎng)通信產(chǎn)品整合了動態(tài)多協(xié)議支持。這種多協(xié)議支持允許使用不同標準的多個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間進行通信。這樣就可以在需要時，從一個協(xié)議切換到另一個協(xié)議。但 Qorvo 在其物聯(lián)網(wǎng)射頻設(shè)備中采用 ConcurrentConnect 技術(shù)，進一步增加了復(fù)雜性。ConcurrentConnect 技術(shù)使物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備具有同時從所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連續(xù)接收和發(fā)送設(shè)備通信的能力，從而實現(xiàn)更可靠、更無縫的通信。這樣，協(xié)議之間的通信可實現(xiàn)無縫切換，從而減少了重復(fù)進行 ping 操作的需求以及通信掉線的可能性。

請試想一下實際的網(wǎng)絡(luò)情況。如果未采用 ConcurrentConnect 技術(shù)，Zigbee/Matter 和藍牙低功耗 （BLE） 設(shè)備就需要在標準之間來回切換，每次支持以一個標準通信。但協(xié)議之間的切換會造成延遲，從而導(dǎo)致通信掉線。

而采用 ConcurrentConnect 技術(shù)的設(shè)備則允許從 BLE 到 Zigbee/Matter 的瞬時切換，幾乎不會出現(xiàn)通信掉線的情況。這是因為 ConcurrentConnect 技術(shù)可消除協(xié)議切換的延遲。因此，通信將更快速、更有效、更具可擴展性，并且能夠在更短的時間內(nèi)接收更多數(shù)據(jù)包。

創(chuàng)建簡單易用的自主管理物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)

大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)用戶都希望實現(xiàn)即插即用，只需很少或最少的設(shè)置或交互。我們都希望該網(wǎng)絡(luò)在通電后工作。這樣產(chǎn)品制造商就需要解決產(chǎn)品的簡單易用性問題。解決這項挑戰(zhàn)并不是件易事，因為每個用戶的網(wǎng)絡(luò)都是不同的。為幫助實現(xiàn)這一目標，家庭的網(wǎng)狀物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有自我管理和自我修復(fù)功能，這樣就可以確保消費類產(chǎn)品持續(xù)運行，而無需參與網(wǎng)絡(luò)管理的技術(shù)細節(jié)。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該能夠進行操作和監(jiān)控，并在網(wǎng)絡(luò)完全關(guān)閉之前通知用戶可能出現(xiàn)的問題。在適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)故障和環(huán)境變化的同時，各個節(jié)點和網(wǎng)關(guān)還必須具有互操作性和協(xié)同性。智能家居網(wǎng)絡(luò)中的子系統(tǒng)可監(jiān)控信號強度、電池使用壽命等，始終適應(yīng)并通知用戶，從而實現(xiàn)性能優(yōu)化。

網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供切實優(yōu)勢，因為它始終可用且可訪問。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)采用一種自修復(fù)算法，即使某些節(jié)點意外失去連接，該算法也能自動選擇最佳路徑來發(fā)送數(shù)據(jù)。這種算法可確保流量只能通過功能正常的可用連接進行路由。這樣，即使某些節(jié)點不工作，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)也能繼續(xù)運行。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)還允許設(shè)備彼此直接通信，無需通過網(wǎng)關(guān)路由所有通信。

網(wǎng)絡(luò)安全和隱私

在物聯(lián)網(wǎng)部署中，實施足夠的安全和隱私措施是一項巨大挑戰(zhàn)。當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通常是分散的，且使用各種協(xié)議和技術(shù)，這樣就難以控制網(wǎng)絡(luò)安全和隱私。

這也強有力地證明必須實現(xiàn)標準化，以幫助提高安全和隱私。它還可以提高易用性和可擴展性，使用戶能夠輕松地將設(shè)備添加至網(wǎng)絡(luò)。標準化可幫助用戶以安全的方式進行自己的優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。

如前所述，使用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可以將控制權(quán)和安全保障掌控在所有者手中。通常，這些網(wǎng)格系統(tǒng)使用應(yīng)用進行設(shè)置、控制和監(jiān)控。應(yīng)用有助于網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，并可確保設(shè)置密碼的安全性。此外，應(yīng)用還有助于管理網(wǎng)絡(luò)問題、檢查數(shù)據(jù)速率、設(shè)置家長控制功能等。一些系統(tǒng)可幫助所有者隨時查看連接到系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的對象。

為確保這些設(shè)備的安全，必須持續(xù)更新您的電腦和智能手機。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)亦不例外。然而，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)通常都是自行更新，這樣所有者就無需擔(dān)心執(zhí)行令人煩心的可操作更新。

一些網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)還需要支付訂閱費來獲得增強的安全功能，比如防范黑客攻擊、網(wǎng)站威脅和安全掃描。這些訂閱還包括防范惡意軟件、病毒、黑客甚至網(wǎng)絡(luò)罪犯攻擊的安全功能。

如果您的智能家居帶有聯(lián)網(wǎng)的安保攝像頭、恒溫器以及其他物聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備，那么網(wǎng)格系統(tǒng)將會大有幫助。網(wǎng)格系統(tǒng)功能可幫助您保護整個網(wǎng)絡(luò)（包括這些設(shè)備）免受網(wǎng)絡(luò)攻擊。

功耗

全球的化石燃料正在加速消耗。降低功耗和提供更環(huán)保產(chǎn)品的壓力越來越大。如今，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的制造商和供應(yīng)商也感受到了同樣的壓力。隨著世界各國領(lǐng)導(dǎo)人推進越來越多的綠色倡議，這一趨勢只會加劇。

其中一些物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品只使用紐扣電池（一些可持續(xù)使用長達 10 年），但生產(chǎn)這些電池要消耗化石燃料。此外，許多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備并不使用紐扣電池；相反，它們使用電網(wǎng)電力。因此，為了控制功耗需求，某些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備有時會添加軟件和硬件，以確保在不通信時處于睡眠模式。

在制造環(huán)境中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)備不僅能進一步提高效率和自動化程度，還必須采用低功耗設(shè)計。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造商已經(jīng)著手生產(chǎn)低功耗產(chǎn)品。同時還開始生產(chǎn)更高效、更小巧、更纖薄的產(chǎn)品。通過嘗試生產(chǎn)運行時能耗更低的裝置，消費者、企業(yè)和制造商可以實現(xiàn)共贏。確保物聯(lián)網(wǎng)在可再生能源領(lǐng)域的前沿地位，可使許多公司獲益。在發(fā)電、傳輸和配電設(shè)備上使用物聯(lián)網(wǎng)傳感器可實現(xiàn)遠程資產(chǎn)監(jiān)控和管理。此外，在整個制造環(huán)境中安裝物聯(lián)網(wǎng)有助于降低照明、供暖、冷卻和安全相關(guān)成本。

智能家居網(wǎng)絡(luò)可能包括許多 7x24 小時全天候運行的通信設(shè)備。這些設(shè)備即使在不主動通信的情況下也會消耗能源，所以效率和功耗一直都是設(shè)計考慮因素。無論使用何種協(xié)議，都必須優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，以實現(xiàn)節(jié)能運行。

下面簡要概述了不同標準的功耗：

Wi-Fi 和 Matter（ZigBee、Thread）的信號范圍類似，但因為 Wi-Fi 支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，所以功耗更高。

Matter（ZigBee、Thread）和 BLE 的功耗相當(dāng)，都是為了節(jié)省電池電量而開發(fā)。

Matter（ZigBee、Thread）的功耗差不多是 Wi-Fi 的 1-3%，具體取決于應(yīng)用。

隨著環(huán)保倡議在全球范圍內(nèi)實施，降低物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的功耗勢在必行。用戶和制造商的目標是在不降低性能和整體物聯(lián)網(wǎng)連接的情況下降低功耗。當(dāng)需要更換電池時，設(shè)備會自動通知用戶，以確保持續(xù)運行。

始終在線連接的重要性

過去幾年，家庭和工作場所的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)得到了顯著發(fā)展。與此同時，我們對這些網(wǎng)絡(luò)的依賴也在增加。越來越多的人居家辦公。家庭使用家庭網(wǎng)絡(luò)進行視頻聊天、玩游戲、看電視、監(jiān)測健康情況以及確保住宅安全。為確保對這些用例提供 7x24 小時全天候支持，我們確實需要低延遲、始終在線的可靠連接。

幸運的是，所有領(lǐng)域的無線產(chǎn)品提供商都在推出新產(chǎn)品，包括向 5G 網(wǎng)絡(luò)的過渡。我們將不必擔(dān)心是否會有連接或快速的數(shù)據(jù)連接。相反，隨著智能家居、智慧城市、工業(yè) 4.0、V2X 以及我們生活的其他方面越來越依賴物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，我們的關(guān)注重點將轉(zhuǎn)向隱私和安全等更高層次的網(wǎng)絡(luò)屬性。這些新問題促使所有制造商和無線服務(wù)提供商開始將安全性作為網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備設(shè)計的首要考慮因素。

新的數(shù)字化時代使企業(yè)和消費者不斷聯(lián)系在一起。高度互連的物聯(lián)網(wǎng)用戶大部分時間都在上網(wǎng)，工作、上學(xué)、玩游戲、玩社交媒體等等。不僅我們平均每天上網(wǎng) 8 小時以上，我們的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備亦是如此。這些物聯(lián)網(wǎng)與我們的傳感器和攝像頭進行 7x24 小時全天候在線交互，而這些傳感器、攝像頭和監(jiān)視器則將我們帶入始終在線的情景之中，尤其是在物聯(lián)網(wǎng)時代。

數(shù)字世界是動態(tài)的環(huán)境，可為我們提供許多不同的通信信道。其中最重要的信道就是英特網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)今，在線通信具有快速、簡單和實時特點。它確保我們可以隨時訪問信息和數(shù)據(jù)。

在企業(yè)環(huán)境下，7x24 小時在線連接允許經(jīng)理、員工、利益相關(guān)者和供應(yīng)鏈隨時獲取和查看實時更新信息。當(dāng)您不在辦公室時，也能夠隨時了解最新信息。特定行業(yè)的產(chǎn)品將會率先使用物聯(lián)網(wǎng)，但借助工業(yè) 4.0，在制造效率和成本管理的推動下，消費者也成為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的重要組成部分。

消費者會購買數(shù)十億臺設(shè)備，安裝在家中，進行持續(xù)監(jiān)控、自動更新和手動更新，而這一切都是為了實現(xiàn)便利性、安全性、健康和降低成本。消費類物聯(lián)網(wǎng)有望提高我們環(huán)境、家居和車輛的智能化程度，可便于測量和溝通。此類物聯(lián)網(wǎng)始終在線，并等待我們與之通信，如 Amazon Alexa 或 Echo，或始終監(jiān)控正在發(fā)生的事情，以幫助我們就家庭環(huán)境和相關(guān)活動做出更明智的決定。

通過連接至機器部件或環(huán)境傳感器或我們客廳智能揚聲器的傳感器，物聯(lián)網(wǎng)可 7x24 小時全天候生成大量數(shù)據(jù)。這意味著，物聯(lián)網(wǎng)是進行大量數(shù)據(jù)分析的重要驅(qū)動力，以支持公司進行分析，并可提高智能事物的智能化水平。

這些數(shù)據(jù)有許多不同的形式，包括語音請求、傳感器讀數(shù)、視頻等。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)在不斷增長，將這些元數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫可實現(xiàn)非結(jié)構(gòu)化內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化，或輸入認知系統(tǒng)可為我們的環(huán)境帶來全新的決策、理解和智力水平。

我們周圍的這種物聯(lián)網(wǎng)決策、理解和智力水平有多少能讓人大開眼界。例如，許多人對家庭網(wǎng)絡(luò)中存在這么多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備感到驚訝。如果您的新家有新的家用電器和一兩部 Amazon Alexa，那么您的網(wǎng)絡(luò)中很快就會有 15 或 20 個互連設(shè)備。

對您手機上的應(yīng)用程序進行簡單調(diào)查就可以了解您家的物聯(lián)網(wǎng)水平：前門、客廳和后院裝有攝像頭；另一個應(yīng)用程序適用于您的新洗衣機和烘干機，而且很有可能還適用于冰箱、烤箱和微波爐；家里有一兩部 Amazon Alexa。

此外，可能還有一個應(yīng)用程序用于家里的一些照明設(shè)備，也就是 3-10 個燈泡。您可能已經(jīng)明白了。將它們加起來，周圍可能會有 10-20 個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，或許還有兩三塊智能手表或 Fitbit 與幾部手機和平板電腦相連。

它們始終處于開啟狀態(tài)，并與您的網(wǎng)絡(luò)以及彼此之間進行通信。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備始終處于開啟狀態(tài)，進行感測和監(jiān)控，并為我們以及與我們一起做出決策。像這樣的簡單調(diào)查可能令人難以置信，但同時也讓人著迷，它表明物聯(lián)網(wǎng)無處不在。

編輯：jq