在物聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展的浪潮下，智能家居的熱度也隨之不斷升溫。由于智能家居的安全、節(jié)能、舒適、便利、高效等諸多特點，越來越多的客戶開始接受和開發(fā)智能家居單品和系統(tǒng)。在中國推廣Zigbee技術的這幾年里，我有幸看到來自中國的廠家在物聯(lián)網(wǎng)和智能家居領域實現(xiàn) “彎道超車”，中國的智能家居技術與市場發(fā)展極其迅猛，我們的產(chǎn)品和系統(tǒng)可以說是世界領先。

　　作為Zigbee中國技術組的主席，我很高興有這樣一個機會談談智能家居中的一個重要技術環(huán)節(jié)——無線連接技術。當然我不會刻意去講Zigbee，相反，我希望可以淡化技術隔閡，談一談智能家居這么一個特定的應用領域到底需要什么樣的無線連接。如文章的題目所示，我希望多從技術角度出發(fā)，以說明問題、解答疑惑。如果另有機會，我的同事們可以從市場的角度聊聊產(chǎn)品與應用。

　　智能家居系統(tǒng)的技術界面

　　要分析智能家居的無線技術，首先要明確：智能家居的范圍是什么?系統(tǒng)架構什么樣?這是我們討論的基礎。下面以智能家居中的一個子系統(tǒng)——智能照明系統(tǒng)為例說明問題。

　　圖1 家庭智能照明系統(tǒng)及技術界面

　　如圖1所示，家庭智能照明系統(tǒng)大致可以分為三個技術界面：①基于云端的應用與服務;②家庭范圍的無線控制網(wǎng)絡;以及③智能照明產(chǎn)品內(nèi)部的控制軟件與驅動電路。

　　在這三個技術界面中，最受人關注、討論最多也是最讓人迷惑的就是第二個界面：家庭無線控制網(wǎng)絡。市場上各種產(chǎn)品形態(tài)共存，網(wǎng)絡上各種觀點百家爭鳴。應當理解，技術本身無所謂優(yōu)劣(拙劣的技術在其發(fā)展中自然而然地被淘汰了)，只有適合不適合。我們思考的是：什么樣的無線技術更適合智能家居網(wǎng)絡?或者說，智能家居系統(tǒng)對無線互聯(lián)技術有什么獨特的需求?

　　智能家居系統(tǒng)是怎么玩的?

　　個人消費者對新生事物的接受度往往超越工業(yè)界的預計，智能家居亦是一例。

　　智能家居范圍極廣，沒有統(tǒng)一的定義。其典型子系統(tǒng)——智能照明，可以簡單到只有一個獨立控制器(手機也是一個控制器)和一盞燈，也可以復雜到一個集成照明設備、傳感器、智能開關以及控制算法的完整照明系統(tǒng)。作為消費者接觸智慧照明的第一步，一個可以用手機控制的、安裝簡單的燈泡是很好的產(chǎn)品形式。這個燈泡可以不那么完美，功能也不豐富，但一定要像普通燈泡一樣，擰上去就好。幾分鐘的時間就可以操作起來。因此，對消費者來說，智能產(chǎn)品的第一個需求就是：低復雜度、易于安裝。

　　當消費者慢慢習慣了用手機控制家里的燈泡，新的需求出現(xiàn)了。這時，和燈泡無縫互聯(lián)的開關類設備可以提供更加自然、直觀的服務。如果配上合適的傳感器，比如運動、溫濕度、光照傳感器，通過設定特定的規(guī)則，一個小型的、自動運行的照明系統(tǒng)就出現(xiàn)了。這個照明子系統(tǒng)可以和其它的子系統(tǒng)比如安防、影音、廚衛(wèi)、遮陽系統(tǒng)互動。這構成了典型的智能家居無線網(wǎng)絡。

　　因此，智能家居的無線網(wǎng)絡應當是一個大范圍、多設備的局域網(wǎng)絡。用技術語言來講——它應當是一個mesh網(wǎng)。

　　我們拋開讓人眼花繚亂的技術指標和市場宣傳，順著剛才的思路想一想，一個穩(wěn)定可靠的智能家居無線網(wǎng)絡應當有哪些要素。

　　1、mesh網(wǎng)。智能家居系統(tǒng)的節(jié)點數(shù)可以從數(shù)個到數(shù)十個甚至上百個，這與點對點控制的智能單品截然不同，要求網(wǎng)絡可以提供更大的冗余度以利負載平衡和路徑選擇。要做到負載平衡，需要在路由協(xié)議上下功夫，合理創(chuàng)建路由和選擇路由，并進行持續(xù)的、動態(tài)的優(yōu)化。

　　2、健壯性。在一個節(jié)點數(shù)較多的網(wǎng)絡中，健壯性至關重要。智能家居系統(tǒng)多部署在室內(nèi)，空間結構上的遮擋、反射以及無線電環(huán)境上的干擾，都對系統(tǒng)的健壯性提出了更高的要求。路由的合理創(chuàng)建和設備的合理維護，以及不同的通訊報文類型，都對網(wǎng)絡的健壯性產(chǎn)生決定性影響。

　　3、空間的復用性。在一個有限的頻譜中，怎樣與不同的技術進行合理的避讓和分配，也同樣對無線網(wǎng)絡的穩(wěn)定性提出考驗。空間訪問機制，以及軟件和協(xié)議的協(xié)同配合在其中起了很大的作用。

　　Zigbee為什么要費盡心思做mesh網(wǎng)?

　　另一種同樣用于連接低功耗資源受限型設備的IoT無線技術——低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)是典型的集中式網(wǎng)絡結構(即星形網(wǎng)絡)。比較一下這兩種技術的特點會非常有意思，也有助于我們加深對IoT無線連接技術的理解。

　　LPWAN(如NB-IoT和Lora)是非常優(yōu)秀的無線網(wǎng)絡，它將IoT設備長距離地直接連至基站，進而接入云端。這一網(wǎng)絡拓撲結構決定了，LPWAN在獲得低功耗、長距離連接的同時，放棄了一個對智能家居而言極其重要的特性——設備的本地互動。請看下面的例子。

　　這是一個極簡單的設備互動——當門被打開時點亮燈泡(當然也可以是傳感器)。在一個本地的mesh 網(wǎng)絡中，門鎖可以和燈泡直接互聯(lián)，通過應用層的邏輯綁定可一步實現(xiàn)這個功能。而在LPWAN的架構下，門鎖必須將消息上報給基站，通?；臼遣粚崿F(xiàn)應用邏輯的，需要進一步上報給云端。云端通過處理給燈泡下發(fā)指令——開燈或關燈。對這個應用而言，這一數(shù)據(jù)通路明顯過于復雜了。

　　當然在實際應用中，LPWAN的每次消息傳輸還意味著一筆費用，不過這是另外一個層面的事情。

　　進一步地，如果上百個設備都是這樣操作，系統(tǒng)的性能差異將非常明顯。

　　圖2 本地mesh網(wǎng)和LPWAN架構下的設備互動

　　也許有人會想，為什么不可以在LPWAN，比如NB-IoT設備上實現(xiàn)本地的通信呢?提出這個問題并不奇怪，甚至有些理所當然。我曾經(jīng)在一個研討會上遇見一名物聯(lián)網(wǎng)從業(yè)者，他大篇幅地描述他在NB-IoT上提出的新應用，就是基于這個想法。