Wi-Fi6和CHIP：真正的即插即用智能家居

Cees Links

0 引言

2020年的COVID-19疫情使得更多的人在家工作，這加速了新Wi-Fi標準（Wi-Fi 6））的部署采用。消費者開始使用這種更高速度的新Wi-Fi 6來升級家庭網絡，同時享受分布式架構帶來的優勢。它不僅易于設置，可覆蓋所有房間，而且具有高容量，能夠滿足所有家庭成員的多樣化需求，例如在書房參加視頻會議，在客廳觀賞最喜歡的節目，在樓上臥室玩數小時的在線游戲等。

到目前為止，智能家居一直通過多個相互競爭的標準提供服務，包括 Wi-Fi、Zigbee、Bluetooth Low Energy、Thread 等。這種碎片化狀態，即采用多個標準，使智能家居以及物聯網本身無法發揮其潛力。CHIP 將ZigBee、Thread、藍牙和Wi-Fi集成在一個總體標準中。本文將探討為什么采用 CHIP 將會實現真正的智能家居。

1 Wi-Fi 6 分布式架構和 Pod

Wi-Fi 6的分布式架構包含1個路由器和1組安放在家中適當位置的衛星（Pod）。這些Pod通過稱為 EasyMesh 的協議，可以自動連接到與室外互聯網相連的主路由器。這樣整個房屋范圍內都能獲得高速 Wi-Fi。過去，必須靠近路由器才能獲得高性能，并且需要借助中繼器和/或電線適配器來覆蓋網絡死區，這樣的日子一去不復返了。

盡管“Pod”這個詞聽起來很簡單，但它卻是個相當復雜的設備，可同時執行許多其他操作。事實上，每個非移動Wi-Fi設備都可充當Pod。電視機、無線揚聲器或智能助理（如Amazon的Echo Dot或Google Home）在執行自身功能的同時，也可用作其他Wi-Fi設備的Pod。這一切都在規劃之中。

2 互聯網協議互聯家居（CHIP）

CHIP 是一種新的物聯網標準。CHIP 的既定目標是“簡化制造商的開發過程，提高消費類的兼容性”。CHIP以IP為基礎，旨在通過定義一組基于 IP 的特定網絡技術進行設備認證，從而實現智能家居設備、移動應用和云服務之間的通信。

它更像是一種新的聚合標準，而不是新的網絡標準。從本質上講，CHIP整合了現有物聯網標準的不同要素。如今，物聯網通過多個相互競爭的標準提供服務，這些標準代表不同的生態系統，包括WiFi、Zigbee、藍牙/藍牙低功耗以及Apple HomeKit、Samsung Smart Things、Google Nest、Amazon Alexa 等使用的Thread。在消費者等待一個總體概念時，這種碎片化狀態，即不同的技術標準以不同的方式在多個獨立的生態系統中混合使用，使物聯網無法發揮其潛力。如果沒有一個總體概念，智能家居就只是一組不連貫的、獨立的專用應用，無法使用彼此的數據或提供可用性。

運動傳感器就是一個很好的示例，因為許多不同應用都使用這種傳感器。在當今的碎片化應用環境下，報警系統中的運動傳感器無法與開燈或觸發加熱/冷卻系統的傳感器通信。

CHIP 是個好消息。它是由Zigbee聯盟和Thread聯盟與Amazon、Apple、Google和Samsung合作制定的，旨在將Zigbee、Thread、藍牙和Wi-Fi的不同組件集成在一個總體標準中。

網絡生態系統共存方面，CHIP是一種聚合標準，匯集了現有的物聯網標準（圖1）。

3 CHIP如何將所有智能家居設備連接至Wi-Fi網絡

即插即用（圖2）這一物聯網前景可利用CHIP認證設備通過Wi-Fi網狀網格上的pod連接和發送數據來實現。消費者可根據品牌偏好或設備性能選擇“物”，并且知道這些“物”將會跨越生態系統或平臺工作。

CHIP 標準將支持終端設備（物聯網的“物”）和Wi-Fi 6網絡的“Pod”通信，并通過這些Pod與互聯網通信。傳感器終端節點數據可放在需要的地方。這個概念使Wi-Fi6和CHIP成為室內總體連接的理想組合。

每個Wi-Fi 6 pod都將配備Zigbee無線電，或者在Wi-Fi無線電旁邊配備更好的標準IEEE 802.15.4（IoT））無線電。這就使所有智能家居設備（運動傳感器、溫度傳感器、開/關傳感器）都能連接到Wi-Fi網絡，連接到互聯網。隨著Wi-Fi連接的普及，很多家庭中的Pod數量開始顯著增加。通過物聯網無線電擴展這些pod很有意義，而Wi-Fi 6 EasyMesh連接會自動處理其余的工作，即實現家中連接和云連接。一些Wi-Fi路由器公司已經在產品中納入了CHIP無線電（IEEE 802.15.4），這樣其產品的軟件就能夠在CHIP標準發布之時立即升級至該標準。

此外還有更多好消息：CHIP終端設備自身無需支持網格功能。Wi-Fi 6實現全面覆蓋后，終端設備始終處于Wi-Fi pod的范圍內。因為網格功能會消耗大量功率，采用Wi-Fi 6網格功能的無網格CHIP終端設備將顯著降低功耗，從而有助于縮小電池尺寸，延長電池使用壽命。這也就意味著，這些物聯網終端設備的成本和設計復雜性將顯著降低，同時可實現更小巧、更美觀自然的設計。

4 關于藍牙和藍牙低功耗網格

那么藍牙和藍牙低功耗網格將會如何呢？這還有待觀察。有人可能會說，Wi-Fi pod可以輕松配備藍牙低功耗無線電，而不是802.15.4無線電。盡管在技術上是這樣，但它并非是最實用的解決方案，因為藍牙本身本質上是一種連接技術，并不適合聯網。

事實上，當今市場上的許多更復雜的終端設備可同時使用802.15.4和藍牙低功耗通信，但應用方式通常是將802.15.4無線電指定為網絡連接，并使用低功耗藍牙連接到智能手機進行調試。由于傳感器通常比較小，并且沒有屏幕或鍵盤，因此與傳感器相連的藍牙低功耗智能手機將用作接口。利用與Wi-Fi網絡相連的智能手機以及與手機相連的藍牙低功耗傳感器，就可以更新傳感器的設置和配置信息（如網絡安全密鑰），然后建立802.15.4與Wi-Fi網絡pod的連接，并可斷開傳感器與手機的藍牙低功耗連接。

5 是否存在其他標準？

過去10年推出了許多物聯網標準和計劃，但沒有一個在物聯網市場占據主導地位。其中一個原因就是，不同于Wi-Fi，物聯網標準需要定義應用協議。價值創造通常是由應用實現的，例如：為什么中控鎖常用于汽車中，但在房間內卻不常見？此外，大公司將賭注押在發展迅速，足以進入完整生態系統的市場，但這種市場并未出現。我們來看一下健康監控設備，不同設備具有不同的優勢，但一個品牌的體重秤如何才能與另一個品牌的睡眠監測儀、計步器或心律監測儀配合使用？

供應商逐漸意識到，通過共享通信標準和應用協議，消費者可以選擇自己喜歡的產品，而不會限定在專有的非通信生態系統，這才是一個真正的即插即用場景。從常理上講，智能世界在等待能夠讓所有人受益的互操作性——真正的即插即用智能生態系統。

這種全新的智能系統未來能否向后兼容當前系統？在很大程度上是可以的。Wi-Fi 6已經完全向后兼容Wi-Fi 5等技術。但CHIP未來能否向后兼容現有的藍牙和ZigBee設備？無線電或網絡協議無法向后兼容，例如基于CHIP的新型燈具將無法在舊的 ZigBee網絡中使用。然而，兩者都可以與Wi-Fi 6網絡協同工作，而應用集成也將由此展開。

6 結束語

由此可見，市場上可能會迎來Wi-Fi 6 CHIP設備的爆炸式增長。在消費者的認知中，家里的一切都將“連接Wi-Fi”。這將通過Wi-Fi 6 EasyMesh來實現，終端設備將直接通過Wi-Fi無線電（帶鍵盤和屏幕的終端設備）或通過智能手機設置和IEEE 802.15.4無線電與Wi-Fi 6網絡通信。

CHIP和Wi-Fi 6將會是理想組合，可通過Wi-Fi網格大大簡化室內/智能家居網絡和傳感器連接，可從降低功耗、縮小電池尺寸以及延長電池使用壽命中獲益，并可簡化碎片化技術格局。