据全球市场研究咨询公司Markets and Markets发布的市场研究报告指出,2015年全球智能照明市场规模为33亿美元,而到2022年,全球智能照明市场规模预计将达到197亿美元,2016年到2022年之间的复合年增长率为27%。但Zigbee、Wi-Fi、Thread、蓝牙Mesh等多个标准的相互厮杀,在一定程度上阻碍了智能照明的发展。

用设备来取悦用户

“当我们谈到联网设备时,就应该花点时间来谈谈联网照明。”Silicon Labs软件业务副总裁Skip Ashton认为同智能门锁一样,联网照明也是让最简单的设备去做最复杂的、可靠性最高的工作。“照明厂商很擅长结合玻璃和LED技术来制造各种灯泡,但对于嵌入式网状网(Mesh)和无线连接却并不在行,如果不认真解决这些技术挑战,就会遭到消费者的抛弃。” Silicon Labs软件业务副总裁Skip Ashton Silicon Labs软件业务副总裁Skip Ashton

对于未来的物联网市场,当业界都在“疯狂的”预测会安装多少个设备的时候,Skip却更关心“市场到底能为消费者提供什么样的设备?”。因为几乎所有人都遇到过类似的情景—安装了很多“看起来有趣,但实际上无用”的自动化设备。

他认为这是物联网市场成长过程中面临的一个挑战,即如何用设备来取悦用户?亚马逊(Amazon)推出的采用Alexa语音识别系统的Echo音箱在Skip看来是一个成功案例,它可以将很多具备不同功能的产品连接在一起,在进行了多次的版本升级后,已经能够为用户提供非常简便易用的体验。

“这就是用设备来取悦用户的典型案例。虽然目前看起来Echo还不是那么完美,它对口音的识别也不足够好,但这已经让用户眼前一亮了,所以亚马逊给出了1000万台的销售量预测。对于拥有1亿个家庭的美国市场而言,1000万台的销量已经是很高的渗透率了。”所以,Skip说,对于Silicon Labs这样的芯片厂商而言,不但需要提供芯片、模组、开发工具和软件,还要在出现问题时帮助分析原因和解决问题。

NB-IoT和BLE Mesh并不适合智能照明

NB-IoT可以说是目前物联网市场上最受关注的技术。Skip承认它会在长距离覆盖市场上占有一席之地,但认为NB-IoT的功耗是蓝牙和15.4标准的10倍,所以这对电池供电设备不一定适合。另一个问题是物联网世界中的绝大多数设备其实只需要本地连接和通信,比如智能照明设备就不需要和云端沟通,尽管如果连接到云端可以更好的了解工作状态,但实际上通过本地化的方式来实现连接和控制会更加方便。

几个月前,黑客们袭击了美国的DNS服务器,影响了Linux摄像头等很多物联网设备,许多互联网网站也出现宕机。Skip说如果采用从设备到云的端到端控制方式,在没有互联网的情况下,安防系统、智能家居系统就不会工作。“对于联网照明,我们希望开关动作在没有互联网的情况下仍然能够正常工作。拥有云连接是一件好事,这可以提供更多服务,但是你不能确保设备总是运行良好,这就是问题。所以我们的核心策略将是专注于设备与设备间的通信。”

最新推出的Bluetooth Mesh技术同样引起了业界的关注,但Skip却认为它并不会像Zigbee那样在照明领域内拥有丰富的产品。因为Bluetooth Mesh采用的是大数据流的flooding Mesh,而不是路由方式的Mesh,它的工作原理是每一个节点以不断重复的方式发送数据。这种做法的好处是简单易用,但可扩展性是其短板,特别是在商业楼宇中无法使用。另外,可靠性也是个问题,因为其工作时很容易出现“吼叫”现象。比如在房间里有15个灯泡,用flooding Mesh没有问题,但是如果整个区域有几十个上百个灯泡,flooding Mesh的工作状态就不会很好。

他还特别强调了物联网设备的可靠性、互通性和安全性,并认为Zigbee 3.0在这些方面拥有长达10年的优化和完善经验。相比之下,新生的Bluetooth Mesh可能会遇到一些有趣的挑战。比如蓝牙设备制造商以前是不用担心互通性的,因为一家智能手表厂商最关心的,是让自己的智能手表和自己App连在一起,而不是将其它人的设备与自己的App连在一起。所以在这种情况下,制造商拥有和控制了通信的两端,大多数蓝牙用户都添加了自己的特性,因为互通性只限于我的设备和我的App。

但是对于家庭中的Bluetooth Mesh,互通性就不仅仅限于我的设备和我的App了,而是所有的设备之间都要能够交流。Skip认为这是一种有趣的“理念”改变,而不是技术问题。“今天蓝牙的对话设置互通性很差,消费者必须手动来设置这种连接,必须自己设置电话与手表之间的通信,这种情形是不用担心互通性问题。但是在Mesh网络中呢?”

Zigbee/Thread标准的最新进展

在过去的12个月内,获得Zigbee认证的新设备数量主要来自联网照明和家庭自动化,两者加起来占总认证数量的75%。只是目前行业的主要关注点仍然是Zigbee,Thread产品还没有实际发货。 20170802-silicon-labs-1 过去的12个月内获得Zigbee认证的新设备数量(截止2017年5月31日)

从Skip提供的列表中可以看出,服务提供商的机顶盒等已经具备了15.4连接功能,例如Verizon最新的Fios机顶盒、Comcast的家用接入终端、以及Dell的Edge Gateway等;家用Wi-Fi设备商如Linksys、TP-Link、Google和三星等,也都在其为美国市场提供的产品中加入了15.4连接能力。高通在今年Computex上宣布推出的接入设备参考设计中,就将Wi-Fi、Bluetooth和15.4这三种协议结合在一起,提供给硬件设备生产商来采用;音频和视频控制设备,如Nest控制器、温控器或者摄像头因为具备15.4无线连接功能而成为家庭15.4路由汇集中心。现在大家都在做更大的集成,因而可以取代一些设备,家里就没有这么多盒子了。

Zigbee联盟在中国的发展也很迅速,在过去18个月内,包括力达信集团在内的四家公司加入了Zigbee联盟董事会,另外三家分别是华为、南京物联和美的。此外,Alibaba也在近期成为了Zigbee联盟的会员。这说明无论是电视运营商,还是腾讯、阿里巴巴,他们都在千方百计的将触角深入每个消费者的家庭中,如果设备已经具备了15.4功能,至少他们在进入智能家居市场时不用担心付出额外的成本和复杂性。

Zigbee 3.0是Skip强调的重点。尽管从下表来看,目前Zigbee 3.0所占的份额很小,处于市场萌芽状态,但由于这是Zigbee照明和家庭自动化领域内领先厂商共同决定推出并优化的技术,所以发展前景是极为乐观的。按照他的说法,Zigbee 3.0相对以前的技术更简单、易用,灵活性更高,有更好的用户体验,互通性和兼容性也更强,更重要的是提升了安全性,例如过去1年中联盟成员就共同完成了156个测试项目来确保互通性。

多种无线协议共存

多种无线协议共存一直以来就是行业的热点话题,Skip此番特意提到了Wi-Fi和Zigbee的共存。他说在经过长时间的研究和大量的测试后,发现这两种协议在共存时会发生以下三种问题:一是两种协议进入同一个设备后,射频部分会相互冲突;二是Wi-Fi的发射功率高达20-30dBm,往往“淹没”了Zigbee;三是Wi-Fi总是以很高的速度去传输数据,占用了很多频段资源,比例一度甚至可以达到99%,留给Zigbee的资源只有1%,这样就有可能造成包的延迟,从而影响到了用户体验。

他们的解决方案是通过一个共享机制让两者之间进行合作,以防止出现过多的数据包丢失,或是对彼此的干扰。这种协调机制是以软件的方式来实现的,一种是可切换的方式,可以根据用户需求去进行重启和载入;另外一种是动态性转换,可以通过软件在工作时即时进行两种协议的转换。 20170802-silicon-labs-2 PTA功能减少了数据包丢失

“设计这种多协议产品还是很有挑战性的,包括如何在实际使用时用软件去切换射频?如何用软件去调用不同的协议栈?如何去设定安全性指标等。”Skip认为在实际运行中切换协议栈对于许多大型半导体公司而言并不是一个容易解决的问题,因为他们喜欢的商业模式是我派工程师帮你做成功,但对物联网应用来说,更多是靠软件来做自我优化,而不是靠更多的工程师去现场提供支持,这是他所带领的软件团队的优势。

此外,由于在多协议芯片中不同的协议可以使用同一个Flash和Memory,所以多协议芯片的成本会比几个单独的芯片加起来要便宜的多。而且多协议芯片还带来了很多新的应用,比如同一个片上Flash可以用来在不同时候运行不同的协议,用户就可以用Zigbee去控制灯泡,也可以实现蓝牙信标(beacon)功能,提升了开发便利性和用户体验。

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