在ZigBee 3.0上构建更智能的“智能家居”

随着时间的流逝，似乎越来越多平凡的家居用品正在配备连接性。从冰箱和洗衣机到烤面包机和灯泡，各种电器正在被联网并作为即将到来的智能家居的元素进行营销。

虽然未来的智能家居架构确实将由众多联网设备组成，但仅仅通过互联网实现门锁或电灯开关并不能使其本质上“智能”。智能家居的关键是基于行为和使用模式的数据，并利用这些智能自主地改善居民的生活质量。但是，在将今天的智能家居与未来独立和幕后运营的智能家居进行比较时，Gartner（www.gartner.com）半导体集团首席研究分析师Paul O‘Donovan表示，它“类似于1990年代的手机与现在的情况相似 - 功能强大，但绝不是智能。

“基本上，在当今可用的系统中很少或根本没有计算或学习，”O’Donovan说。“有一些有限的决策，例如在房主离开建筑物时关闭暖气或灯，但除此之外，在本地或云中几乎没有‘处理’数据。

“智能家居仍处于起步阶段，”ZigBee联盟（www.zigbee.org）战略营销总监Ryan Maley说。“有许多产品可用，这些产品部署得很好，为房主提供了舒适性和效率。但是，这些产品往往是单一用途的应用，例如照明，安全或能源效率。这些装置可能反映了房主感兴趣的位置或具有一些易于理解的价值。但是，智能家居应该更多。

“随着越来越多的设备被连接起来，消费者将看到更多的价值，而不仅仅是将家庭控制权扩展到移动设备，”Maley继续说道。“智能家居应该自动优化效率并做出决策，而不是简单地允许我们通过移动设备而不是电灯开关打开和关闭事物。随着越来越多的日常物品被连接起来并变得智能，许多新的有趣的应用可能会出现，例如通过打开窗帘而不是在我们进入房间时打开灯来平衡照明和能源管理的需求。

为了对新的智能家居应用和服务（如能源管理）进行分析，DSR等嵌入式软件开发公司设计了从连接设备中收集传感器数据的架构（图 1）。此外，新的技术和技巧正在出现，这将增加价值，使家庭自动化对最终用户更加透明，DSR运营副总裁吉尼·佩什科娃说。

图 1：像DSR这样的公司将嵌入式设备与智能家居分析架构集成在一起，为智能家居提供新的应用和服务。

“消费者希望智能家居是真正智能的 - 不要问我你可以确定的事情，了解我的行为和适应，”佩什科娃说。“不要不必要地打扰我，但当出现问题或不寻常时，请告诉我。这个想法是让智能家居完美地适应消费者的生活方式，适应他或她的好恶，简化生活，增加便利性，并提供急需的安全性和安心。

“没有分析和数据智能，智能家居系统就无法学习，智能响应并真正适应消费者，”她继续说道。“随着智能家居市场的不断增长，数据将成为等式中越来越强大的组成部分。我们正在与提供行为分析引擎、内容分析和语音控制的合作伙伴合作，这些引擎是用户生活方式、社交偏好、行为分析和预测的高度自动化，其中许多已经存在，但将变得更加复杂。将所有这些结合在一起，将提供一个真正智能的解决方案，为消费者带来很多价值。

但是，在这种基础设施下的网络应用层，互操作性挑战仍然存在，限制了互联家庭的潜力。

应用级互操作性和智能家居之争 – ZigBee 3.0

尽管图 1 中描述的架构通常通过将传感器直接连接到云的网关或路由器来抽象应用层，但对于构成完全装备的智能家居的许多子域和设备而言，应用级互操作性仍然是关键。例如，虽然网络级别的标准化允许围绕数据包转发的通用性，但应用层的互操作性为设备之间的数据交换建立了一致的规则。作为参考，后者类似于HTML在互联网上的使用方式。

鉴于此，以及消费者对低功耗、低成本和易用性的要求，无线网状网络技术作为将产品集成到智能家居中的可扩展方式而日益突出。然而，O‘Donovan说，由于供应商设备和众多网络技术之间普遍不兼容，所有这些技术都在争夺新兴市场，因此解决任何一种连接解决方案都已成为行业和消费者的难题。

“多种网络技术显然使消费者的情况复杂化，并减慢了制造商围绕一个或多个兼容系统进行统一的尝试，”他解释说（图3）。“市场上几乎没有凝聚力。尽管一些参与者努力部署网状网络作为提供整个家庭/系统解决方案的一种方式，但大多数制造商之间几乎没有互操作性。

图 3：可用于智能家居的大量网络技术使得围绕其中任何一种技术的凝聚力变得困难。数据由加特纳提供。

“有许多选择争夺家庭自动化市场，X10可能是最知名的，因为它已经存在了很长时间，尽管ZigBee和Z-Wave现在被认为是前进的方向，”O’Donovan继续说道。我的预测是，获胜者将永远是一个广泛可用的、基于标准的解决方案，在这种情况下，ZigBee应该占据主导地位。

尽管ZigBee自90年代末构思以来已经获得了牵引力，但其成功和市场采用的大部分是由于“应用程序配置文件”为某些垂直市场量身定制了该技术。虽然这些帮助ZigBee渗透到新的领域和用例中，但它们也损害了基于不同配置文件的设备无缝互操作的能力，如前所述，这是全面智能家居部署中的一个关键考虑因素。

然而，在2014年底，ZigBee联盟宣布发布ZigBee 3.0，这是一项新标准，统一了之前基于ZigBee PRO的应用标准，以实现家庭自动化，能源管理，照明，电器，安全，医疗保健监控和其他智能家居设备之间的互操作性。基于IEEE 802.15.4标准，ZigBee设备以前在网络的较低级别兼容，但ZigBee 3.0的出现也促进了应用层的互操作性，以减轻设备级互操作性的一些挑战。

“当然，互操作性是一个关键问题，因为消费者必须拥有易于使用和易于连接的设备，这些设备可以简单地协同工作，”Maley说。“ZigBee 3.0将允许更广泛的设备无缝互操作。ZigBee一直在各个领域（照明，医疗保健）之间提供互操作性，但ZigBee 3.0将允许更多种类的设备连接在一起，这应该简化产品开发人员和消费者的选择。

“ZigBee认证计划可以通过确保认证设备之间的互操作性来提供帮助，无论制造商如何，”他补充道。

在ZigBee 3.0中，ZigBee设备的所有传统特性都得以保留，例如与网状网络相关的自愈功能和比Wi-Fi低几个数量级的功耗，以及诸如绿色电源之类的功能，这些功能支持无电池能量收集设备。关于电源的最后一点对于智能家居来说也是至关重要的，一方面，因为一个领域的效率提高不应该以牺牲另一个领域的低效率为代价，另一方面，定期为充满连接设备的房子更换电池的前景在消费者世界中只是一个非起点。

成本和“杀手级应用”

尽管应用级标准化对于智能家居的发展来说很有趣，但基于行为和效率做出有益决策的架构被大市场所接受，这是一个成本和消费者需求的问题。正如O‘Donovan所指出的那样，“如果你必须为新照明支付1，500美元，那么成本就很重要，这只会为你节省50美元的能源成本。必须有一个令人信服的理由来购买智能家居概念。

继加州立法机构最近就机顶盒的待机功率要求进行监管的讨论之后，领先的ZigBee芯片组和模块供应商GreenPeak Technologies的创始人兼首席执行官Cees Links认为，两者的答案都即将到来。

“数量会降低成本，较低的成本会提高数量，”Links 说。“唯一的问题是，”启动这个过程需要什么？杀手级应用。从绿峰的角度来看，我们认为杀手级应用程序在机顶盒和遥控器中具有ZigBee，“Links继续说道。“首先，与IR相比，消费者对ZigBee的用户体验更好，但是［由于电源优势］运营商看到服务成本下降 - 给运营商的四分之一的服务呼叫实际上是关于遥控器中的电池没电了。因此，在遥控器中使用ZigBee，有线电视运营商将赢得两倍：减少服务呼叫和成本。此外，每个机顶盒中都有ZigBee，它允许用户将其他传感器或应用程序与机顶盒连接，从而实现增量服务。

对于Links来说，智能家居及其配套技术的全面采用将以与Wi-Fi技术相同的方式发展，在达到今天几乎普遍接受之前，大约有10年的成本降低和文化突破。然而，随着技术成本的逐步降低和成功教育人口，Wi-Fi的成就主要基于围绕该标准的联合行业合作，最终使所有相关方受益。

“成本和文化是两个主要制约因素，”林克斯说。“假设成本会随着数量的增加而降低，关键是让人们对智能家居生活感到舒适。这意味着需要保证系统是安全的，系统不会侵犯隐私等。但在很大程度上，这不是技术，而是未来几年需要解决的营销挑战。

“此外，该行业需要共同制定一套标准，以确保最终用户的互操作性和易用性。正是802.11的国际采用才真正使Wi-Fi最终在市场上取得成功。该行业需要从Wi-Fi历史中学习。大型科技公司需要停止建立旨在争夺市场份额的技术孤岛，而是意识到这些部门合作的越多，以确保互操作性，合作伙伴关系和客户易用性，所有科技公司将越成功，“他继续说道。“随着ZigBee 3.0统一通信标准的到位，智能家居应用对于最终用户来说不应该比智能手机更昂贵或更复杂。这是智能家居成为供应商和消费者的现实的时候。

审核编辑：郭婷