物聯(lián)網(wǎng)無線連接技術(shù)出現(xiàn)高度重合

智能家居領(lǐng)域涉及到許多無線連接技術(shù)，比如主流的藍(lán)牙、藍(lán)牙Mesh、Zigbee、Thread、 Matter、2.4GHz，還有Wi-Fi、廣域連接技術(shù)，以及基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的無線連接技術(shù)。這些協(xié)議技術(shù)五花八門，給智能家居產(chǎn)業(yè)帶來了一些問題 ——一個應(yīng)用可以有非常多的技術(shù)選擇，究竟大家會選擇哪些技術(shù)？這面臨一些均衡及綜合的考慮因素。lj5esmc

當(dāng)然，以上的這些技術(shù)最開始出現(xiàn)時，是為了滿足一些獨(dú)立的應(yīng)用或者是單點(diǎn)應(yīng)用的需求，其實(shí)這些術(shù)之間并無太多交集。比如，藍(lán)牙最早是專注短距離無線數(shù)據(jù)傳輸和音頻應(yīng)用；Zigbee最初是針對家居或互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的組網(wǎng)技術(shù)；Wi-Fi是起初專注高帶寬局域信息的傳輸；蜂窩網(wǎng)絡(luò)是為遠(yuǎn)距離通信而產(chǎn)生……這可稱為1.0階段，各項(xiàng)無線技術(shù)之間是獨(dú)立發(fā)展、互相沒有交集。lj5esmc

隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，在需覆蓋更多應(yīng)用的驅(qū)動下，這些技術(shù)之間產(chǎn)生了交集。比如，最初的藍(lán)牙沒有組網(wǎng)能力，在2017年左右，藍(lán)牙Mesh技術(shù)的推出，促使藍(lán)牙多節(jié)點(diǎn)之間，可通過藍(lán)牙Mesh來實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)，這可滿足智能家居的應(yīng)用場景。lj5esmc

在觀察Wi-Fi的發(fā)展路徑，它最初只能滿足局域內(nèi)的無線數(shù)據(jù)傳輸，但隨著Wi-Fi版本不斷地更新?lián)Q代，它慢慢地覆蓋了更廣域的通信場景。lj5esmc

也是在2015年之后，無線連接技術(shù)進(jìn)入到2.0時代，其典型特征是各協(xié)議之間出現(xiàn)了高程度的重合，以及互相競爭的狀態(tài)。這一趨勢給整個產(chǎn)業(yè)帶來了新的問題——大家選擇技術(shù)時需要考慮更多的因素。lj5esmc

各類典型的低功耗無線連接技術(shù)特點(diǎn)如下：lj5esmc

• Zigbee，它支持Mesh組網(wǎng)能力，最新Zigbee標(biāo)準(zhǔn)支持通過手機(jī)直連，這解決了現(xiàn)有藍(lán)牙主控設(shè)備無法直接控制Zigbee網(wǎng)絡(luò)的難題；
• 低功耗藍(lán)牙，該技術(shù)基于2010年推出的藍(lán)牙4.0標(biāo)準(zhǔn)，其與經(jīng)典藍(lán)牙的發(fā)展路徑并不相同，低功耗藍(lán)牙推出后得到市場的廣泛認(rèn)可，該技術(shù)是藍(lán)牙Mesh使用的無線通信協(xié)議棧；
• Thread，它支持IP網(wǎng)絡(luò)，隨著Matter標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)(Matter支持Thread作為底層的通信），Thread也有望成為智能家居領(lǐng)域(尤其是低功耗設(shè)備)的主要通信技術(shù)；
• Matter，這是一個跨底層的通信技術(shù)、跨生態(tài)平臺應(yīng)用層的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，有望統(tǒng)一智能家居行業(yè)碎片化的局面；
• 2.4GHz，該協(xié)議并不跨平臺兼容，它適用于私有化的應(yīng)用，不是主流標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議。

無線連接SoC是一個高度集成的芯片

開發(fā)智能家居無線設(shè)備，需要用到哪些底層硬件和協(xié)議棧？梁佳毅指出，智能家居典型設(shè)備內(nèi)置了無線連接SoC芯片，這類無線連接SoC芯片典型的架構(gòu)包括以下模塊：lj5esmc

首先，無線連接SoC芯片內(nèi)部的關(guān)鍵模塊是處理器，它負(fù)責(zé)協(xié)議棧和應(yīng)用的運(yùn)行。該處理器有時是單核，有時也是多核，不同核負(fù)責(zé)處理不同的應(yīng)用。同時，無線連接SoC也會附帶其他更強(qiáng)算力的單元。lj5esmc

然后，無線連接SoC芯片中也會附帶射頻收發(fā)功能模塊，該模塊負(fù)責(zé)處理無線信號的收發(fā)，模塊本身可是多?；蚨鄥f(xié)議模塊，不僅支持單一無線的通信模式，也可支持多種主流的通信模式。其中，多模SoC芯片在2015年左右開始出現(xiàn)，此前大家看到無線連接SoC芯片基本是單模。泰凌微電子是率先推出多模無線連接SoC產(chǎn)品的芯片公司之一，這些產(chǎn)品有受到市場的歡迎，已成為業(yè)內(nèi)主流中高端產(chǎn)品配置。lj5esmc

其次，無線連接SoC芯片中還有電源管理模塊。很多智能家居設(shè)備都需電池供電，消費(fèi)者希望這類設(shè)備的續(xù)航能達(dá)到數(shù)月或數(shù)年，這對設(shè)備的整個系統(tǒng)功耗的要求非?？量蹋栽赟oC芯片中會有電源管理模塊，來使整顆芯片保持低功耗運(yùn)行的狀態(tài)。lj5esmc

再次，無線連接SoC芯片內(nèi)部還有存儲單元，也會提供擴(kuò)展外接存儲器的能力。lj5esmc

最后，無線連接SoC芯片上還有各種外設(shè)接口，包括了GPIO、語音輸入輸出以及常用的串口等等，這些都是為了通過連接外部設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)更豐富的系統(tǒng)功能。lj5esmc

梁佳毅總結(jié)道，無線連接SoC是一個高度集成的芯片，它把許多外部器件和功能集成在一顆單芯片中，非常適合智能家居各種設(shè)備的開發(fā)。“大家只需在外圍增加數(shù)量有限的被動器件就能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能。”lj5esmc

協(xié)議棧推動無線連接SoC多協(xié)議融合

除了上述硬件之外，軟件也不可缺少。芯片是一個硬件平臺，在該平臺上還要執(zhí)行各種協(xié)議棧。標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議棧及上層的應(yīng)用，主要通過固件的形式來實(shí)現(xiàn)，該固件是分層的結(jié)構(gòu)——從最下層的驅(qū)動，一直到協(xié)議棧，再到上層的應(yīng)用。梁佳毅介紹稱，泰凌微電子可提供完善的SDK軟件開發(fā)包，以實(shí)現(xiàn)不同的連接協(xié)議應(yīng)用開發(fā)。lj5esmc

lj5esmc

他還把這一階段稱之為2.0時代，他還分享了智能家居應(yīng)用場景的最新動向。無線連接技術(shù)在2.0時代呈現(xiàn)初出碎片化的特點(diǎn)，這種碎片化主要體現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：一是底層通信技術(shù)有比較多的選擇；二是在最上層的生態(tài)系統(tǒng)(智能家居生態(tài)平臺層)，也會有碎片化或者割裂的狀態(tài)。而每一個生態(tài)都有自己的那套應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，從而造成了不同生態(tài)、不同設(shè)備之間無法互聯(lián)互通。lj5esmc

近幾年來，業(yè)界正在努力解決這一系列問題。這需要對底層的芯片，最上層的軟件層，甚至一整條路徑，都要進(jìn)行一些調(diào)整。梁佳毅在前面也強(qiáng)調(diào)了，底層的芯片層需要在單芯片基礎(chǔ)上，來支持多種通信的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。目前，許多從業(yè)者都已經(jīng)往這一方向努力，并在單芯片中集成了低功耗藍(lán)牙、802.15.4、Wi-Fi等技術(shù)。對開發(fā)人員而言，硬件投入其實(shí)是一次性的，后續(xù)他們可再通過更新軟件，來靈活切換和進(jìn)行調(diào)整。lj5esmc

以上做法只是針對硬件層面，其實(shí)在協(xié)議棧層也要相應(yīng)的配套支持，比如支持不同的標(biāo)準(zhǔn)、不同的協(xié)議，這些協(xié)議棧要做對應(yīng)的開發(fā)?，F(xiàn)如今，芯片原廠基本都提供對協(xié)議棧的支持。lj5esmc

最上層的部分涉及到了生態(tài)和平臺，這兩者之間要形成一套標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用層面的規(guī)范涉及到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在過去兩三年里，全球多個聯(lián)盟和組織都在推動標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。截至目前，Matter 1.1標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)發(fā)布，Matter設(shè)備也開始問世。在整個系統(tǒng)完善的過程中，可能還需花費(fèi)一些的時間，未來也許會有更新的標(biāo)準(zhǔn)，但其整體趨勢會趨向統(tǒng)一。這也意味著，無論底層通信的技術(shù)怎樣，至少在上層應(yīng)用層面的標(biāo)準(zhǔn)會越來越統(tǒng)一。這就打破了各種生態(tài)之間無法互聯(lián)互通的困境，最終也會促進(jìn)智能家居市場的發(fā)展。lj5esmc

在這一環(huán)節(jié)，梁佳毅還演示了泰凌微電子的Matter over Thread方案，該方案模擬了燈泡的開和關(guān)，主要搭載了泰凌微電子的TLSR9 SoC和開發(fā)板。在多生態(tài)支持方面，泰凌微電子Matter方案可支持各主流智能家居平臺，比如Apple HomeKit，Google Home，Amazon Alexa，Samsung SmartThings，Tuya Smart等。另外，多款采用泰凌Matter方案的終端設(shè)備已經(jīng)通過了Matter認(rèn)證，并已經(jīng)或即將陸續(xù)上市。lj5esmc

lj5esmc

今年上半年，Zigbee PRO 2023新版本發(fā)布，這包括了Zigbee Direct的功能。早先Zigbee無法直連智能手機(jī)、平板等設(shè)備，它需要通過網(wǎng)關(guān)來實(shí)現(xiàn)連接功能。Zigbee Direct引入了Zigbee Direct Device(ZDD)，至此Zigbee設(shè)備可與Zigbee網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)直接通信。這使ZDD設(shè)備的入網(wǎng)控制過程更流暢，進(jìn)一步提升了用戶的使用體驗(yàn)。在梁佳毅看來，這是協(xié)議融合的典型案例，“不同的標(biāo)準(zhǔn)、不同的協(xié)議，在最新標(biāo)準(zhǔn)額基礎(chǔ)上互相融合，從而帶來更好的用戶體驗(yàn)，服務(wù)于最終市場的發(fā)展。”lj5esmc

更多無線連接SoC集成了AI功能

隨著越來越多的物聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備(包括智能家居設(shè)備)集成本地化的人工智能功能，在這一過程中也有多種選擇路徑。lj5esmc

第一種是在現(xiàn)有SoC芯片MCU上，直接運(yùn)行一些簡單的算法，即利用現(xiàn)有的硬件平臺。當(dāng)然，由于受限于算力問題，只能進(jìn)行一些簡單的指令。第二種是采用單獨(dú)的AI芯片作為系統(tǒng)上獨(dú)立的芯片，這個芯片本身的功能更強(qiáng)大，對于算法執(zhí)行效率可達(dá)到最高，其額外成本也會更大。第三種是在SoC芯片內(nèi)部加一個單獨(dú)的AI引擎，擴(kuò)展SoC芯片在AI范圍內(nèi)的處理能力。比如，泰凌微電子有部分高端SoC芯片產(chǎn)品搭載了單獨(dú)AI模塊。lj5esmc

此外，梁佳毅還通過一個演示來體現(xiàn)具備AI能力之后如何實(shí)現(xiàn)具體的應(yīng)用場景。這是一個客廳燈、吊燈、臥室燈的演示，其芯片內(nèi)部有麥克風(fēng)的輸入接口，在輸入語音信息之后，會先在本地對語音指令進(jìn)行識別，通過Mesh的指令去控制相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，從而來進(jìn)行操作。對應(yīng)用進(jìn)行智能化的提升，不一定都采用語音輸入的方式，也可以由其他環(huán)境音觸發(fā)或者傳感器的數(shù)據(jù)觸發(fā)。lj5esmc

泰凌微電子在物聯(lián)網(wǎng)無線連接方面的成績

最后，梁佳毅介紹說，泰凌微電子支持目前市面上主流的物聯(lián)網(wǎng)無線連接協(xié)議，比如低功耗藍(lán)牙、經(jīng)典藍(lán)牙、Zigbee、Thread、Matter等等，底層的通信、上層的云、應(yīng)用層的標(biāo)準(zhǔn)，都是其產(chǎn)品和方案支持的方向。同時，其目標(biāo)應(yīng)用方向包括智能家居、智能設(shè)備，以及涉及到低功耗無線連接的所有場景。lj5esmc

泰凌微電子也是藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟董事會成員公司，在藍(lán)牙社群中發(fā)揮較大的影響力。此外，泰凌微電子也是CSA連接標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟(前Zigbee聯(lián)盟）、Thread Group、HomeKit 和 Apple MFi、WiFi Alliance、開放智聯(lián)聯(lián)盟(OLA)的成員。同時，泰凌微電子也一直在跟進(jìn)國際和國內(nèi)最新的無線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)，包括Bluetooth 4.0/4.2/5.0/5.1/5.2/5.3/5.4、Zigbee 3.0、Zigbee PRO2023、RF4CE、Zigbee Direct、Matter 1.1、Thread 1.3、Apple HomeKit、Apple Find-My等。lj5esmc