随着市场加速发展,物联网(IoT)概念变得更为普及,但也更加令人困惑。现在是时候面对现实情况,去鉴定现状并且评估事情走向。
卡位物联网、无线技术各显神通
两年前,产业界对可能有助于物联网的不同无线电技术掀起讨论热潮。一些公司主张,Wi-Fi和蓝牙的存在就已足够,而其他公司则开始推动IEEE 802.15.4(即ZigBee和Thread的底层无线电技术)。如今大多数联网技术决策者皆能坦然接受并完全明白,物联网会针对不同的应用使用全部三种技术。
为弥补Wi-Fi相对于ZigBee的劣势,市场开始推行使低功耗Wi-Fi(IEEE 802.11ah)标准化活动;虽然该领域活动仍在如火如荼地进行,且可能会由此制订出标准,但全球对此的接纳程度却难以预测。由于世界不同地区所用的规格和型号不同,该标准并非是放诸四海而皆准。
即便这全新的低功耗标准被称为Wi-Fi,但并不相容真正的Wi-Fi,而是一种完全不同的无线电和媒体存取控制(MAC)技术。既然如此,那为什么不采用IEEE 802.15.4呢?这已经是一个通用标准,且涵盖新的低功耗Wi-Fi开发商为之奋斗的所有特性,而新类型的Wi-Fi并没有多大意义。
而蓝牙作为物联网标准而言,存在致命性缺陷,因其设计理念是替代点对点有线传输技术而非联网技术。为解决该缺陷,一些公司开始针对蓝牙研究网路层--蓝牙网格(Bluetooth Mesh),但面临着严峻挑战。以往许多业内联网工程师已经见证类似的Mesh联网所作出的努力均以失败告终。例如IEEE 802.11s几乎未曾使用,并只应用于单跳网格拓扑(中继器)中,其主要问题是,在支援多跳时无法控制延时。因此,网路技术工程师对新蓝牙Mesh情况持怀疑的态度也在意料中。
Bluetooth Mesh概念图
现在全球无线市场已承认三大核心物联网无线电技术,也就是目前熟悉的IEEE802.11/Wi-Fi,适用于内容送;IEEE 802.15.4/ZigBee则适用于像智慧家居类的传控器(Sentroller,即具备控制功能的感测器)网路;而蓝牙,包括低功耗蓝牙,则适用于连接个人区域网路(围绕智慧手机)及可穿戴式设备。前两种用于将家居设备连接到互联网,最后一种主要使用智慧手机进行网路连接。
目前已发布的短程物联网标准
许多供应商已经提供各式各样交叉无线电产品:Wi-Fi/蓝牙、ZigBee/蓝牙和Wi-Fi/ZigBee/蓝牙,目前这些产品的定价可能尚不太合理,却传达明确潜在资讯,也就是全球三大开放的统一无线电通讯标准奠定物联网基础,由此带来福音。
十多年前,相互竞争的无线电技术冲突随着Wi-Fi出现而结束,Wi-Fi是最后的赢家(而HomeRF和其他几种技术随之销声匿迹);之后围绕联网和应用层爆发新技术革命。现在,所有人都熟悉TCP/IP,即使未曾听闻该项技术,也会在通过网路和本地网路进行通讯时用到;然而为达到该阶段,多个网路标准进行过殊死搏斗,网路作业系统Novell Netware、Bayan Vines、Microsoft LanManager、IBM SNA等。
当时,几乎各大型电子公司都觉得必须透过自行定义网路层技术,在历史上留下个人专属印记。
这就是现在物联网和智慧家居领域正在经历的一切,许多公司再次重蹈覆辙,忘记标准战争会不利于且会减缓新技术采用,例如苹果(Apple)的HomeKit、Google的Brillo、高通(Qualcomm)的AllJoyn、英特尔(Intel)的IoTivity及华为(Huawei)从中国家居层面提出的LiteOS。这些新兴应用程式框架现在均在角逐获取其他行业的精神支持,努力成为物联网的佼佼者。
ZigBee可能成智慧家庭系统制造商优先考虑技术
紧随应用程式框架层步伐,联网层面也是剑拔弩张之势,其中ZigBee 3.0的挑战者是Thread。然而,令人百思不得其解的是,Thread Group中几个主力角色,如飞思卡尔(Freescale)、安谋国际(ARM)及芯科实验室(Silicon Labs)等半导体公司,也在ZigBee Alliance占突出的领导地位。
就目前来看,Thread要发展成为ZigBee 3.0强而有力的竞争对手有些难度。这也在意料中,因为ZigBee 3.0已整合许多应用领域(照明控制、家庭自动化、楼宇自动化、零售等)有多年的经验。ZigBee的认证计画已稳健启动并开展,授权多家检测中心,对一千多个ZigBee产品进行认证。ZigBee显然已经成为世界上众多物联网和智慧家居系统制造商的首选技术。同时,ZigBee功能容易使用,支援强大安全协议。由于感测器和周边设备通常未设有键盘来输入安全码,因此其实现正面临着重大挑战,故强而有力的安全协议显得十分重要。
最重要的是,ZigBee 3.0支援经历过众多反覆运算形成的应用程式库。因此,Thread Group认真考虑采用ZigBee应用程式库运行Thread也就不足为奇。但不仅限于此,ZigBee 3.0和ZigBee RF4CE在消费电子世界稳占一席之地,且ZigBee 3.0同时包括ZigBee Green Power功能。
ZigBee RF4CE
最初是在消费电子领域开发,用于替代基于无线电远端控制的红外线(IR)遥控,因此毋须再使用瞄准后按一下模式。随后其经历明显演变,最新版本ZRC(ZigBee Remote Control)2.0已完全整合ZigBee应用程式库。这代表着针对电视和机上盒设计的遥控器同样可控制家里的灯具、灯光、窗帘及遮阳罩等。随着时间推移,消费电子领域和智慧家居领域有望继续重叠及融合,而ZRC 2.0对此的定位恰到好处。
ZigBee RF4CE依然完全相容传统红外线技术,ZigBee远端控制可自动检测并下载需要红外线的传统设备所需代码集。由于具有以上所有功能及得到国际上认可,RF4CE使ZigBee成为智慧家居重要推动者也就不足为奇,而智慧家居又给有线电视运营商和电视运营商服务带来重大新商机。
除超低功耗需求外(可与低功耗蓝牙媲美,且覆盖范围更好),ZigBee RF4CE关键增值特性就是低延时。用户周边设备能从低延时中受益,原因是这些周边设备使得产品制造商能向使用者提供即时回馈。
一般而言,网状网路(包括Thread)倾向具有高达几百毫秒或以上延时,造成用户不愉悦的体验,几乎所有人都经历过按下按钮后没有反应,然后再按下按钮,灯光终于亮起,却又立即关掉的情形。现在,采用有线照明开关不会产生类似情况,因此没人仅因“现在是用无线的”作为理由而接受这种窘况。能够在网路中新增低延时的人性化介面装置对ZigBee而言非常关键。
ZigBee Green Power
ZigBee 3.0还包括ZigBee Green Power,其最初是制定为超低功耗的无线标准,用以支援能量收集设备。能量收集设备是指不使用电池也能从环境中撷取能量(如运动、光线、压电、帕尔贴效应等)的设备。最常见的应用是照明开关,其中,开关的拉动产生能量,然后向电灯传送无线通讯包。Green Power对于只偶尔存在于网路中的设备而言十分有效,如此使得这些设备能够安全进出网路,因此可在大部分时间处于关闭状态。
作为超低功耗的无线技术,Green Power对于使用电池供电的设备而言也是非常有效,这使得这些设备能用同一电池运行多年。Green Power同时还允许低成本端网点与网路中其他设备通讯,特别是在不需要Mesh情况下。
ZigBee完全相容Wi-Fi/IP
ZigBee 3.0完全相容IP。ZigBee设备与Wi-Fi设备类似,通常透过路由器、闸道或机上盒连接到互联网,让人可在世界其他地方利用连接互联网的个人电脑、平板或智慧手机应用程式等任何其他设备实现即时控制。由于ZigBee完全相容Wi-Fi和IP,因此没必要在手机本身插入ZigBee晶片,从而发现和控制ZigBee连接的智慧家居和物联网设备。只要通过任何联网中心均可让这一切实现,这意味着,透过Wi-Fi或蜂窝网进行联网的个人电脑和智慧手机可以作为指示板,并可毫不费力发现并与其他ZigBee设备进行通讯。
智能家居联网应用
ZigBee 3.0具有开放性、普遍性和完整性,可与现有的互联网应用程式完全相容,此技术是智慧家居的最佳解决方案,应用范围可涵盖照明、安全、恒温器、遥控器等。
而且ZigBee 3.0十分安全,支援不使用电池的设备、网状、低延时及能量收集。对于许多应用程式创造者而言,该技术是高于IEEE 802.15.4无线电技术的独一联网解决方案。将来许多物联网传感和控制网路及应用程式会把ZigBee 3.0视为低能耗的WiFi。