UWB技术如何引领智能门锁革新

弄丢钥匙或者把钥匙忘在了家中，相信很多人都曾有过这样不愉快的经历。现在好了，智能锁为我们带来了一种现代、便捷且更加安全的替代方案。人们可以通过一系列访问选项进行锁定和解锁，如数字钥匙、PIN码、生物识别甚至智能手机等。2025年，智能门锁预计将取代并超越传统的机械锁和钥匙系统，从而处于市场领先地位。

除了逐步提升的市场地位，智能门锁在技术上也有了进一步的突破。在今年初的CES 2025展会上，就展示了内置超宽带（UWB）技术的智能锁，其可与多种智能家居系统集成，包括Apple Home、Amazon Alexa、Hey Google、SmartThings和IFTTT，允许通过专用移动应用程序进行远程访问和监控。

借助UWB技术，智能门锁可在几秒钟内快速解锁，内置的电池续航长达一年，可满足长时间使用需求。UWB初期主要通过苹果公司的AirTags和汽车数字钥匙系统等应用程序进入市场，现在该技术正在向智能门锁市场进行拓展。

智能锁中为什么要用UWB技术？

如今的智能锁可提供多种功能，如远程访问、语音控制以及与其他智能家居设备的集成。当我们将智能锁集成到智能家居环境中，不仅提高了访问的便利性，增强了用户体验，还大幅提升了整体家庭的安全性。

目前，市场上常用的智能锁主要有以下几种形态：

1、键盘智能锁

键盘智能锁使用数字键盘进行输入，通常具备一次性密码和自动锁定机制等功能。它的出现消除了对实体钥匙的需求，键盘操作极为直观，既方便又安全，适合所有年龄层和技术水平的用户使用。许多键盘锁还支持创建临时密码，这一功能对有访客需求的用户来说是非常理想的方案。

2、蓝牙连接智能锁

支持蓝牙的智能锁可通过智能手机应用程序控制出入，在蓝牙范围内，用户能够远程锁门和开门。在基本的门锁功能之外，蓝牙智能锁还能提供一些额外功能，如活动日志、访客访问管理等，与其他智能家居设备的集成也非常简便。

3、带Wi-Fi连接的智能锁

具有Wi-Fi功能的智能锁提供了与蓝牙锁相同的好处，但将控制范围扩展到更远的距离，用户甚至可以在任何有互联网连接的地方实施锁门或开锁等操作。一些Wi-Fi智能锁通过与手机的定位服务集成，当靠近家门时就可以自动解锁。

4、基于指纹识别的智能锁

指纹智能锁利用生物识别技术授予访问权限，提供高度的安全性。因无需密码或钥匙，指纹锁增强了使用的便利性和安全性，同时降低了与丢失钥匙或忘记密码相关的风险。在用户管理上，可轻松添加和删除授权的指纹。

智能锁是一种机械和电子紧固装置的组合，采用无钥匙进入机制，PIN码、生物特征扫描、接近传感器或语音识别等各种身份验证方法增强了智能锁的安全性和定制性，Wi-Fi、NFC（近场通信）、蓝牙和Zigbee等无线协议则实现了锁和连接设备之间的无缝通信。

传统的访问控制系统主要使用低功耗蓝牙（BLE）驱动的技术，特别容易受到信号欺骗和中继攻击等威胁。尽管NFC的应用可有效避免这些问题的出现，但它并不能提供类似于使用指纹或人脸识别进入建筑物的免提或无缝体验。此外，基于BLE的解决方案通常会受到连接可靠性不一致、解锁延迟和频繁依赖钥匙卡或输入码等手动干预的影响。

而超宽带（UWB）由于其精确的飞行时间（ToF）测量，有效地抵消了这些攻击，这也是该技术被引入到智能锁市场的重要原因。

UWB技术是一种无线通信协议，在非常高的频率下运行，使用极短的无线电脉冲在短距离内进行精确的位置跟踪和数据传输。UWB信号的这一独特物理特性是其在需要高定位精度和抗干扰性的应用中具有优势的基础，该技术能实现厘米级距离测量精度的能力得益于两个关键因素：

除了精确的距离测量外，UWB技术还可以确定信号的来源方向，这一特征被称为到达角（AoA），该功能主要通过使用天线阵列并分析信号如何到达各个天线元件的相位或时间差来实现。AoA功能在访问控制方面具有革命性的意义，有了它，系统可以确定用户是从外部（需要解锁）还是从房间内部（锁定或无动作）接近门，消除了当用户在建筑物内但他们的手机被智能锁检测到时意外解锁情况的发生。此外，通过结合ToF和AoA，只有当授权人员从正确的方向接近门时，门才能自动解锁，而无需掏出手机或执行任何其他操作，实现真正的免提访问。

对智能家居设备而言，低功耗是一个永远无法绕开的话题。尽管UWB拥有精确的位置跟踪和数据传输能力，但它的功耗却非常低。低功耗对于延长智能锁和用作虚拟钥匙的移动设备（智能手机、智能手表）的电池寿命至关重要。

UWB智能锁解决方案

通过由FiRa联盟和汽车连接联盟（CCC）等领先行业联盟开发和标准化的强大通信协议和认证机制，UWB的安全性得到了进一步加强。更重要的是，UWB能够配置极其精细的访问区域，得益于厘米级的精度，管理员可以定义非常详细的“地理围栏”。例如，仅当手机距离门1米以内时解锁，但仅限于办公空间内部。

UWB技术开始时主要为军用，在21世纪初首次投入商业使用。在WWDC 24上，苹果公司宣布制造商可以选择在其智能锁中加入UWB芯片，从而在Apple Watch或iPhone靠近时实现自动解锁。随着苹果公司在iPhone 11中推出U1芯片UWB在商用市场得到更广泛的采用。如今，UWB已集成到智能手机、车辆和众多物联网设备中。

NXP Semiconductor可提供智能门锁多种连接选项，如低功耗NFC、低功耗蓝牙或UWB，也有模拟组件来完成智能锁的设计。在图1的方案中，UWB模块Trimension SR150非常适合作为各种大型基础设施的UWB支持工具，如门禁装置、室内本地化设置和支付方案等。

图：NXP提供的系统级UWB智能锁解决方案，同时结合了嵌入式安全元件（eSE） 和近场通信（NFC）等技术（图源：NXP Semiconductor）

目前，智能锁市场高度分散，各种制造商使用专有的、通常是封闭的通信协议。这会导致兼容性问题，并限制消费者和企业的选择。用户经常发现自己被锁定在单一供应商的生态系统中。

由FiRa联盟与连接标准联盟（CSA，前身为Zigbee联盟）合作开发的Aliro标准在UWB标准化和大规模采用中发挥了非常重要的作用。Aliro是一种专门为智能锁和门禁系统设计的通信协议，它充分利用UWB的能力，同时也支持其他技术，其目标是为数字密钥创建一个统一、安全和可互操作的生态系统。

由Nordic Semiconductor和Qorvo联合推出的一款针对Aliro和Matter的门禁系统参考应用程序已获业界的广泛关注。该解决方案基于Nordic的nRF54L系列超低功耗多协议片上系统（SoC）和Qorvo的QM35825超宽带（UWB）SoC，参考应用程序使得开发人员能够轻松快速地开始Aliro和Matter访问控制。

方案中的QM35825是一款完全集成的超宽带产品，符合IEEE 802.15.4-2024标准，针对消费者、企业和工业应用进行了优化，支持FiRa、Aliro和Omlox测距方案，精度为±5cm，AoA为±2°。QM35825 UWB SoC通过实现微定位精度和可靠的距离测距，满足了Aliro的精度和安全要求。

Nordic的nRF54L系列SoC集成了超低功耗多协议2.4GHz无线电和Arm Cortex-M33 MCU，带来了智能锁所需的超低功耗和安全性。

图：QM35825 UWB SoC系统方框图（图源：贸泽电子）

本文小结

Custom Market Insights的研究数据表明，2024年，全球智能锁市场的价值约为29亿美元，预计在2024–2033年期间将以16.16%的复合年增长率增长，到2033年将达到107.4亿美元。

智能锁技术的未来趋势包括先进的生物识别功能、与物联网生态系统的集成、预测性访问控制、用于安全密钥管理的区块链技术，以及节能设计的可持续性。此外，人工智能（AI）和机器学习（ML）的集成将使智能锁能够从用户行为中学习，识别异常模式，并提醒房主潜在的安全威胁。随着技术的进步，用户体验将成为智能锁制造商关注的重点，未来的智能锁可能会具有改进的界面和更直观的控制，更容易被所有年龄段的人使用。

随着物联网的兴起，智能锁正成为互联家庭生态系统不可或缺的一部分，为房主和企业提供无钥匙进入的便利。目前使用蓝牙、Wi-Fi和NFC等技术的智能锁存在一些实际问题，它们的局限性源于这些技术的固有特性。

例如，蓝牙和Wi-Fi主要依赖于接收信号强度指示符（RSSI）进行距离估计，极易受到干扰、衰减和环境变化的影响，使得它们在计算你距离门锁有多远时不太准确。另外，这些门锁还很容易受到棘手的“中继”攻击，别有用心之人利用这一漏洞，可以通过拦截并重新传输身份验证信号欺骗门锁打开。这些问题的出现使得当前的智能锁看起来不是那么安全。

UWB是一种能够克服上述挑战的新兴技术，它提供了更精确的位置感应和更高的安全性。UWB代表了访问控制系统的一种战略性和前瞻性选择，它精确测量距离（ToF）和方向（AoA）的能力，以及对“中继”攻击的固有抵抗力，从根本上改变了安全访问的范式。尽管目前的UWB智能门锁的部署成本仍然较高，生态系统也不是很成熟和完善，但市场趋势仍清楚地展现了其在智能锁市场日益增长的主导地位。