來(lái)源 Qorvo半導(dǎo)體
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(dòng)力，以及網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)/每間房一個(gè) pod 通信如何實(shí)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(jìn)步如何幫助應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。
當(dāng)今智能家居調(diào)查
過(guò)去幾年，隨著制造商開(kāi)發(fā)出越來(lái)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(yǔ)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(lè)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(guò)家庭網(wǎng)絡(luò)/網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信，并最終與云端通信。房主可在家里的任意位置進(jìn)行控制，甚至可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
智能家居系統(tǒng)可能包括多個(gè)與家居應(yīng)用相關(guān)的無(wú)線連接標(biāo)準(zhǔn)。表 3-1 顯示了其中一些標(biāo)準(zhǔn)的特性及相互之間的區(qū)別。此外，這些家庭網(wǎng)絡(luò)可能由幾個(gè)在主網(wǎng)關(guān)下運(yùn)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(diǎn)組成。節(jié)點(diǎn)是一種在網(wǎng)絡(luò)上擁有自己唯一地址的硬件；節(jié)點(diǎn)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(gè)網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)。設(shè)備可能需要也可能不需要保持實(shí)時(shí)跟蹤，具體取決于其功能。
集線器：集線器是一個(gè)管理網(wǎng)絡(luò)流量的盒子；它可能有許多連接點(diǎn)，因?yàn)榭梢赃B接至多個(gè)設(shè)備。集線器必須保持實(shí)時(shí)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(gè)集線器節(jié)點(diǎn)和一個(gè)或多個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)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(gè)集線器，每個(gè)集線器使用不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（藍(lán)牙和 ZigBee）。各個(gè)設(shè)備連接至其中一個(gè)集線器。然后，集線器連接至網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)可與兩個(gè)集線器通信。
網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)/每間房一個(gè) Pod
為了打造一個(gè)連接更緊密、通信更可靠的智能家居，消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品開(kāi)始采用新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，名為網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，有時(shí)候也稱(chēng)為“每間房一個(gè) Pod”。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可以輕松地?cái)U(kuò)大無(wú)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(gè) 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(gè)網(wǎng)格系統(tǒng)的開(kāi)銷(xiāo)。
網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是 Wi-Fi 演變過(guò)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?chē)亩鄠€(gè)類(lèi)似衛(wèi)星路由器的設(shè)備（或節(jié)點(diǎn)），以提供全面的 Wi-Fi 家居物聯(lián)網(wǎng)覆蓋（參見(jiàn)圖 3-2）。這種先進(jìn)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(diǎn)越多，連接點(diǎn)傳播的距離就越遠(yuǎn)，如圖 3-3 中所示。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可以有效地將信號(hào)范圍擴(kuò)展到整個(gè)住宅，從而提高了可靠性，可實(shí)現(xiàn)與所有設(shè)備的實(shí)時(shí)通信。Wi-Fi 部署技術(shù)的進(jìn)步支持頻譜分離，并可確保信息通過(guò)專(zhuān)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(zhuān)用數(shù)據(jù)流。此外，一些設(shè)備可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。這些存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可以節(jié)省用戶成本，進(jìn)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(dòng)應(yīng)用。
網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)還可自行配置。因此，它可以自動(dòng)將新節(jié)點(diǎn)整合到現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中，無(wú)需網(wǎng)絡(luò)管理員進(jìn)行調(diào)整。這使得網(wǎng)絡(luò)更具適應(yīng)性和可擴(kuò)展性。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)還可以通過(guò)自動(dòng)尋找最快速且最可靠的信號(hào)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)自我修復(fù)，即使在節(jié)點(diǎn)阻塞或信號(hào)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(diǎn)。三頻段 Wi-Fi 可通過(guò)在網(wǎng)關(guān)和終端節(jié)點(diǎn)中使用 2.4 GHz、5.2 GHz 和 5.6 GHz 頻段來(lái)提高數(shù)據(jù)容量和覆蓋范圍。在三頻段系統(tǒng)中，第二個(gè) 5.6 GHz 頻段充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上兩臺(tái)路由器之間的專(zhuān)用通信線路，從而使整個(gè)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(shì)顯而易見(jiàn)。首先，它可以通過(guò)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(wú)線設(shè)備連接至互聯(lián)網(wǎng)。如果您的網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)網(wǎng)格系統(tǒng)，配備多個(gè)分散在整個(gè)空間內(nèi)的路由器，那么更高頻段可充當(dāng)兩個(gè)路由器之間的專(zhuān)用通信線路，以提高整個(gè)系統(tǒng)的速度。
三頻段系統(tǒng)的第三個(gè)無(wú)線電還可用于網(wǎng)格路由器之間的回傳通信。這樣一來(lái)，它就創(chuàng)建了一條專(zhuān)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(lái)連接至其他路由器和接入點(diǎn)，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(wú)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(yuǎn)不止于此。相反，它們可以傳送至整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。這對(duì)于當(dāng)今和未來(lái)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(lái)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(shí)施三頻段系統(tǒng)是確保未來(lái)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(gè)重要發(fā)展就是采用濾波器技術(shù)，以進(jìn)一步提高容量和擴(kuò)大每間房一個(gè) Pod 拓?fù)涞姆秶Ｊ褂?bandBoost 濾波器可通過(guò)增強(qiáng)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(guò)最大限度地提高靠近頻帶邊緣的 Wi-Fi 通道的輸出功率來(lái)提高容量和擴(kuò)大范圍。在下一節(jié)中，我們將詳細(xì)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(kāi)發(fā)一種名為 Matter 的新標(biāo)準(zhǔn)，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(guò)渡至 Matter 期間，將需要多標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線電。這些無(wú)線電將使網(wǎng)絡(luò)能夠滿足未來(lái)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(biāo)準(zhǔn)的節(jié)點(diǎn)。雖然 Matter 仍在最后敲定中，預(yù)計(jì)將于 2021 年的某個(gè)時(shí)候推出，但標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)和領(lǐng)先制造商之間的合作已開(kāi)始推動(dòng)其在行業(yè)中的普及。
應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)
接下來(lái)，我們來(lái)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(cè)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(jìn)而快速推廣普及。每個(gè)用戶都希望其電子無(wú)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(méi)有什么不同，它將由許多不同制造商開(kāi)發(fā)的各種設(shè)備組成。
互操作性和認(rèn)證計(jì)劃有助于確保使用多個(gè)關(guān)鍵物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備之間的互操作性。Wi-Fi 之所以如此成功，是因?yàn)?Wi-Fi 聯(lián)盟實(shí)施的 Wi-Fi 互操作性計(jì)劃，該聯(lián)盟擁有世界上最值得信賴(lài)的認(rèn)證制度之一。目前已有成千上萬(wàn)個(gè)經(jīng)過(guò)認(rèn)證的 Wi-Fi 設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。
如今，Zigbee 3.0 也可提供同樣級(jí)別的互操作性，而這也得益于合作伙伴關(guān)系和認(rèn)證計(jì)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(guò)了認(rèn)證。藍(lán)牙也具有涵蓋整個(gè)協(xié)議堆棧和應(yīng)用配置文件的認(rèn)證計(jì)劃，從而有助于藍(lán)牙和低功耗藍(lán)牙 (BLE) 實(shí)現(xiàn)出色的通信體驗(yàn)。
這些聯(lián)盟和認(rèn)證對(duì)于在具有各種標(biāo)準(zhǔn)的分散型智能家居物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備環(huán)境中實(shí)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(rèn)證和聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)，使其產(chǎn)品在進(jìn)入市場(chǎng)之前獲得批準(zhǔn)。這樣方可確保用戶體驗(yàn)到期望的即插即用互操作性。
射頻干擾
由于無(wú)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(biāo)準(zhǔn)。有時(shí)候，由于兩個(gè)頻段之間的距離太近，導(dǎo)致一個(gè)通信頻段會(huì)干擾另一個(gè)通信頻段發(fā)送和接收的信號(hào)。
物聯(lián)網(wǎng)和 5G 技術(shù)進(jìn)一步增加了復(fù)雜性，從而加劇了智能家居設(shè)備設(shè)計(jì)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(shí)需要更大的帶寬，并保持低功耗，同時(shí)所有標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越多，所以減少干擾勢(shì)在必行。
利用 RF 濾波器減少干擾
幸運(yùn)的是，射頻濾波器技術(shù)的進(jìn)步大大降低了不同協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)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(kuò)展需求。體聲波 (BAW) 等復(fù)雜的多濾波器模塊開(kāi)始越來(lái)越多地用于解決射頻系統(tǒng)中的共存、容量和范圍問(wèn)題。
此外，通過(guò)促進(jìn)集成模塊的開(kāi)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(shí)，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(wèn)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(jìn)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(duì)需要同時(shí)操作信號(hào)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(duì)于保持信號(hào)質(zhì)量和確保信號(hào)能夠與使用相鄰頻率的其他信號(hào)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(hào)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(lái)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(guò)拒絕相鄰頻帶的信號(hào)來(lái)保護(hù)每個(gè)頻帶不受干擾。
其他濾波器旨在幫助實(shí)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(jì)師提高每個(gè)信道頻段邊緣的 RFFE 輸出功率，同時(shí)滿足聯(lián)邦通信委員會(huì) (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，如圖 3-4 所示。通過(guò)使用可能無(wú)法使用的頻譜，這些濾波器使得運(yùn)營(yíng)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(gè) dB。
舉個(gè)真實(shí)的示例，假設(shè)您所在的房間內(nèi)有多人使用 Wi-Fi 和手機(jī)，如圖 3-5 所示。2.4 GHz Wi-Fi 頻譜被分為 11 個(gè)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(méi)有緩沖也沒(méi)有中斷。可這時(shí)，來(lái)了一個(gè)新的手機(jī)用戶，開(kāi)始占用您信道 5 的 Wi-Fi 容量。網(wǎng)關(guān)設(shè)備經(jīng)過(guò)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(qiáng)度和流傳輸速度就會(huì)降低，從而發(fā)生緩沖，中斷您觀看的視頻，并導(dǎo)致您錯(cuò)過(guò)比賽的關(guān)鍵時(shí)刻。這是因?yàn)榫W(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(huì)出現(xiàn)緩沖和相關(guān)中斷。
保持無(wú)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(biāo)準(zhǔn)。這些產(chǎn)品可以與更多的其他設(shè)備通信，從而進(jìn)一步增強(qiáng)了產(chǎn)品在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的互操作性。通過(guò)動(dòng)態(tài)多協(xié)議支持，一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以與使用不同標(biāo)準(zhǔn)的多個(gè)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(shí)支持 Zigbee/Matter 和 BLE 設(shè)備的動(dòng)態(tài)多協(xié)議網(wǎng)狀節(jié)點(diǎn)中，設(shè)備的通信部分可自動(dòng)在這些標(biāo)準(zhǔn)之間來(lái)回切換，每次支持以一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(guò)支持 ConcurrentConnect 技術(shù)增加了另一項(xiàng)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(shí)現(xiàn)協(xié)議切換，以減少數(shù)據(jù)包丟失，同時(shí)仍保持動(dòng)態(tài)多協(xié)議支持。
如圖 3-6 所示，左側(cè)顯示物聯(lián)網(wǎng)通信產(chǎn)品整合了動(dòng)態(tài)多協(xié)議支持。這種多協(xié)議支持允許使用不同標(biāo)準(zhǔn)的多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間進(jìn)行通信。這樣就可以在需要時(shí)，從一個(gè)協(xié)議切換到另一個(gè)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(jìn)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(shí)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(shí)現(xiàn)更可靠、更無(wú)縫的通信。這樣，協(xié)議之間的通信可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換，從而減少了重復(fù)進(jìn)行 ping 操作的需求以及通信掉線的可能性。
請(qǐng)?jiān)囅胍幌聦?shí)際的網(wǎng)絡(luò)情況。如果未采用 ConcurrentConnect 技術(shù)，Zigbee/Matter 和藍(lán)牙低功耗 (BLE) 設(shè)備就需要在標(biāo)準(zhǔn)之間來(lái)回切換，每次支持以一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通信。但協(xié)議之間的切換會(huì)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(shí)切換，幾乎不會(huì)出現(xiàn)通信掉線的情況。這是因?yàn)?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(kuò)展性，并且能夠在更短的時(shí)間內(nèi)接收更多數(shù)據(jù)包。
創(chuàng)建簡(jiǎn)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(shí)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(jiǎn)單易用性問(wèn)題。解決這項(xiàng)挑戰(zhàn)并不是件易事，因?yàn)槊總€(gè)用戶的網(wǎng)絡(luò)都是不同的。為幫助實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，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(fèi)類(lèi)產(chǎn)品持續(xù)運(yùn)行，而無(wú)需參與網(wǎng)絡(luò)管理的技術(shù)細(xì)節(jié)。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該能夠進(jìn)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(wèn)題。在適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)故障和環(huán)境變化的同時(shí)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)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(hào)強(qiáng)度、電池使用壽命等，始終適應(yīng)并通知用戶，從而實(shí)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(shí)優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗冀K可用且可訪問(wèn)。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)采用一種自修復(fù)算法，即使某些節(jié)點(diǎn)意外失去連接，該算法也能自動(dòng)選擇最佳路徑來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)。這種算法可確保流量只能通過(guò)功能正常的可用連接進(jìn)行路由。這樣，即使某些節(jié)點(diǎn)不工作，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)也能繼續(xù)運(yùn)行。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)還允許設(shè)備彼此直接通信，無(wú)需通過(guò)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(shí)施足夠的安全和隱私措施是一項(xiàng)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(qiáng)有力地證明必須實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，以幫助提高安全和隱私。它還可以提高易用性和可擴(kuò)展性，使用戶能夠輕松地將設(shè)備添加至網(wǎng)絡(luò)。標(biāo)準(zhǔn)化可幫助用戶以安全的方式進(jìn)行自己的優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。
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(jìn)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(wèn)題、檢查數(shù)據(jù)速率、設(shè)置家長(zhǎng)控制功能等。一些系統(tǒng)可幫助所有者隨時(shí)查看連接到系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的對(duì)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(jī)。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(wú)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(fèi)來(lái)獲得增強(qiáng)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(huì)大有幫助。網(wǎng)格系統(tǒng)功能可幫助您保護(hù)整個(gè)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(lái)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(guó)領(lǐng)導(dǎo)人推進(jìn)越來(lái)越多的綠色倡議，這一趨勢(shì)只會(huì)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(zhǎng)達(dá) 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(shí)會(huì)添加軟件和硬件，以確保在不通信時(shí)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(jìn)一步提高效率和自動(dòng)化程度，還必須采用低功耗設(shè)計(jì)。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(shí)還開(kāi)始生產(chǎn)更高效、更小巧、更纖薄的產(chǎn)品。通過(guò)嘗試生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)能耗更低的裝置，消費(fèi)者、企業(yè)和制造商可以實(shí)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程資產(chǎn)監(jiān)控和管理。此外，在整個(gè)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(shí)全天候運(yùn)行的通信設(shè)備。這些設(shè)備即使在不主動(dòng)通信的情況下也會(huì)消耗能源，所以效率和功耗一直都是設(shè)計(jì)考慮因素。無(wú)論使用何種協(xié)議，都必須優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。
下面簡(jiǎn)要概述了不同標(biāo)準(zhǔn)的功耗：
Wi-Fi 和 Matter（ZigBee、Thread）的信號(hào)范圍類(lèi)似，但因?yàn)?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(kāi)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(shí)施，降低物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的功耗勢(shì)在必行。用戶和制造商的目標(biāo)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(shí)，設(shè)備會(huì)自動(dòng)通知用戶，以確保持續(xù)運(yùn)行。
始終在線連接的重要性
過(guò)去幾年，家庭和工作場(chǎng)所的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)得到了顯著發(fā)展。與此同時(shí)，我們對(duì)這些網(wǎng)絡(luò)的依賴(lài)也在增加。越來(lái)越多的人居家辦公。家庭使用家庭網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行視頻聊天、玩游戲、看電視、監(jiān)測(cè)健康情況以及確保住宅安全。為確保對(duì)這些用例提供 7x24 小時(shí)全天候支持，我們確實(shí)需要低延遲、始終在線的可靠連接。
幸運(yùn)的是，所有領(lǐng)域的無(wú)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(guò)渡。我們將不必?fù)?dān)心是否會(huì)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(lái)越依賴(lài)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，我們的關(guān)注重點(diǎn)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(wèn)題促使所有制造商和無(wú)線服務(wù)提供商開(kāi)始將安全性作為網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備設(shè)計(jì)的首要考慮因素。
新的數(shù)字化時(shí)代使企業(yè)和消費(fèi)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(shí)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(shí)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(jìn)行 7x24 小時(shí)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(shí)代。
數(shù)字世界是動(dòng)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(jiǎn)單和實(shí)時(shí)特點(diǎn)。它確保我們可以隨時(shí)訪問(wèn)信息和數(shù)據(jù)。
在企業(yè)環(huán)境下，7x24 小時(shí)在線連接允許經(jīng)理、員工、利益相關(guān)者和供應(yīng)鏈隨時(shí)獲取和查看實(shí)時(shí)更新信息。當(dāng)您不在辦公室時(shí)，也能夠隨時(shí)了解最新信息。特定行業(yè)的產(chǎn)品將會(huì)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(dòng)下，消費(fèi)者也成為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的重要組成部分。
消費(fèi)者會(huì)購(gòu)買(mǎi)數(shù)十億臺(tái)設(shè)備，安裝在家中，進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控、自動(dòng)更新和手動(dòng)更新，而這一切都是為了實(shí)現(xiàn)便利性、安全性、健康和降低成本。消費(fèi)類(lèi)物聯(lián)網(wǎng)有望提高我們環(huán)境、家居和車(chē)輛的智能化程度，可便于測(cè)量和溝通。此類(lèi)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(dòng)做出更明智的決定。
通過(guò)連接至機(jī)器部件或環(huán)境傳感器或我們客廳智能揚(yáng)聲器的傳感器，物聯(lián)網(wǎng)可 7x24 小時(shí)全天候生成大量數(shù)據(jù)。這意味著，物聯(lián)網(wǎng)是進(jìn)行大量數(shù)據(jù)分析的重要驅(qū)動(dòng)力，以支持公司進(jìn)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(yǔ)音請(qǐng)求、傳感器讀數(shù)、視頻等。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)在不斷增長(zhǎng)，將這些元數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫(kù)可實(shí)現(xiàn)非結(jié)構(gòu)化內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化，或輸入認(rèn)知系統(tǒng)可為我們的環(huán)境帶來(lái)全新的決策、理解和智力水平。
我們周?chē)倪@種物聯(lián)網(wǎng)決策、理解和智力水平有多少能讓人大開(kāi)眼界。例如，許多人對(duì)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(huì)有 15 或 20 個(gè)互連設(shè)備。對(duì)您手機(jī)上的應(yīng)用程序進(jìn)行簡(jiǎn)單調(diào)查就可以了解您家的物聯(lián)網(wǎng)水平：前門(mén)、客廳和后院裝有攝像頭；另一個(gè)應(yīng)用程序適用于您的新洗衣機(jī)和烘干機(jī)，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(gè)應(yīng)用程序用于家里的一些照明設(shè)備，也就是 3-10 個(gè)燈泡。您可能已經(jīng)明白了。將它們加起來(lái)，周?chē)赡軙?huì)有 10-20 個(gè)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(jī)和平板電腦相連。它們始終處于開(kāi)啟狀態(tài)，并與您的網(wǎng)絡(luò)以及彼此之間進(jìn)行通信。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備始終處于開(kāi)啟狀態(tài)，進(jìn)行感測(cè)和監(jiān)控，并為我們以及與我們一起做出決策。像這樣的簡(jiǎn)單調(diào)查可能令人難以置信，但同時(shí)也讓人著迷，它表明物聯(lián)網(wǎng)無(wú)處不在。
