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      Hold住互聯(lián)家庭的多種通信標(biāo)準(zhǔn)，你需要……

      Qorvo半導(dǎo)體 ? 來源：未知 ? 2023-12-05 12:35 ? 次閱讀
      不同標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品設(shè)計提出不同的要求。以下是供應(yīng)商在新產(chǎn)品設(shè)計啟動前應(yīng)當(dāng)完成的工作。
      文 / John Anderton，Qorvo產(chǎn)品線管理總監(jiān)；首發(fā)于EETimes ASIA網(wǎng)站
      把智能家居產(chǎn)品打造使用方便且直觀的小工具是智能家居的夢想；但這很容易變成一場噩夢，因為協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)互不兼容的產(chǎn)品無法進(jìn)行有效通信。除了我們熟悉的Wi-Fi協(xié)議外，還有如低功耗藍(lán)牙（BLE）、Zigbee和Thread等幾種常見的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）標(biāo)準(zhǔn)正在崛起。此類低功耗、低數(shù)據(jù)速率的無線標(biāo)準(zhǔn)通常用于門鎖、LED照明、智能揚(yáng)聲器和家電等物聯(lián)網(wǎng)連接產(chǎn)品，見圖1。

      圖1，隨著智能家居技術(shù)的激增，互操作性挑戰(zhàn)也隨之而來

      為提高互操作性并降低智能家居消費(fèi)者所面對的復(fù)雜性，包括亞馬遜、蘋果、谷歌和三星在內(nèi)的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者正攜手推進(jìn)名為“Matter”的全新標(biāo)準(zhǔn)。它將統(tǒng)一協(xié)議體系，為真正的互聯(lián)家庭提供即插即用的消費(fèi)類物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。Matter建立在Wi-Fi和Thread基礎(chǔ)之上，面向基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）的數(shù)據(jù)通信，同時利用低功耗藍(lán)牙進(jìn)行簡單的設(shè)備接入。

      不同標(biāo)準(zhǔn)所面臨的挑戰(zhàn)在于每種標(biāo)準(zhǔn)都對產(chǎn)品設(shè)計有其獨(dú)特的要求——因此，供應(yīng)商必須在設(shè)計新設(shè)備前決定采用哪種標(biāo)準(zhǔn)。盡管Matter作為一項推動標(biāo)準(zhǔn)化的舉措值得歡迎，但遷移至Matter卻難以一蹴而就；消費(fèi)者希望其能繼續(xù)支持手中舊有的Zigbee和低功耗藍(lán)牙Mesh設(shè)備。

      展望未來，越來越多的技術(shù)正在瞄準(zhǔn)智能家居市場，例如將802.15.4和低功耗藍(lán)牙融合為單一標(biāo)準(zhǔn)的IP互聯(lián)家庭（Connected Home Over IP）計劃。遺憾的是，這樣的發(fā)展將讓我們更加難以在技術(shù)和面向未來的解決方案間做出選擇。


      多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的挑戰(zhàn)


      與局限在一種技術(shù)而不可避免地做出妥協(xié)相比，消費(fèi)者更希望能夠選擇支持多種無線協(xié)議的設(shè)備。當(dāng)今的一些通信設(shè)備都支持某種形式的動態(tài)多協(xié)議（DMP），但這種方法會導(dǎo)致不同形式的折衷，因為僅靠DMP無法充分實現(xiàn)互聯(lián)家庭的全部優(yōu)勢。

      相反，真正無縫的連接只有在您能夠同時接收和監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備時才能實現(xiàn)，而不僅僅是少數(shù)幾個設(shè)備。然而，當(dāng)單個無線電必須同時支持多個協(xié)議時，在硬件和軟件層面都會面臨重大挑戰(zhàn)。這是因為每個協(xié)議都有自己的規(guī)范，規(guī)定了設(shè)備應(yīng)如何以及何時監(jiān)聽傳入數(shù)據(jù)包，并發(fā)送傳出數(shù)據(jù)包。

      協(xié)議中的某些運(yùn)行階段可能有固定的時間間隔，在此期間無線電可以預(yù)測何時應(yīng)切換至正確的頻率（例如低功耗藍(lán)牙的“連接中”階段）。但是，在大多數(shù)情況下，特別是在監(jiān)聽階段——即在檢測候選連接時的實際連接階段之前——無線電需要不斷異步檢測接收到的數(shù)據(jù)包，而事先并不知道無線電需要打開接收窗口并接收數(shù)據(jù)包的具體時間。

      此外，應(yīng)用程序需要一個簡單易用的接口，以便以無縫的方式在多個協(xié)議上運(yùn)行；由此讓應(yīng)用程序開發(fā)人員擺脫協(xié)議依賴性，消除了在需要時切換到相應(yīng)協(xié)議的負(fù)擔(dān)。


      并發(fā)監(jiān)聽解決方案


      為應(yīng)對支持DMP的挑戰(zhàn)，Qorvo開發(fā)了ConcurrentConnect技術(shù)。它可以使用不同的協(xié)議，流暢、連續(xù)地為兩個或多個網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)，無論是Zigbee+Matter或Zigbee+低功耗藍(lán)牙，還是智能手機(jī)或Matter+低功耗藍(lán)牙Mesh，亦或其它多網(wǎng)絡(luò)協(xié)議用例。

      ConcurrentConnect使家庭中通過不同網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備能夠無縫運(yùn)行，而不會造成性能損失，并可將產(chǎn)品設(shè)計直接遷移至Matter。為了說明這一點(diǎn)，讓我們來看一個真實的網(wǎng)絡(luò)情況，即使用不支持ConcurrentConnect的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)將Zigbee或Thread/Matter和低功耗藍(lán)牙設(shè)備結(jié)合在一起，見圖2。
      圖2，在物聯(lián)網(wǎng)早期階段支離破碎的標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)體系

      由于此類節(jié)點(diǎn)不具備并發(fā)連接/監(jiān)聽能力，只能在這些標(biāo)準(zhǔn)間來回切換，每次只能與一種標(biāo)準(zhǔn)通信。除了明顯的低效率外，這種切換還可能導(dǎo)致通信中斷和延遲；因為只有一個標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信，而另一個標(biāo)準(zhǔn)則被阻塞，直到介質(zhì)恢復(fù)空閑。因此，在設(shè)定的時間范圍內(nèi)，通信量受到了挑戰(zhàn)。

      相比之下，采用ConcurrentConnect技術(shù)的節(jié)點(diǎn)可實現(xiàn)并發(fā)監(jiān)聽，這反過來也允許從低功耗藍(lán)牙到Zigbee或Thread/Matter的近乎瞬時切換，而很少或根本不會出現(xiàn)通信中斷。因此，設(shè)備間的通信速度更快、效率更高、可擴(kuò)展性更強(qiáng)，并能接收更多數(shù)據(jù)包。

      Qorvo的單芯片、單射頻解決方案與易于使用的軟件開發(fā)工具包相結(jié)合，可同時管理來自多個標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議的數(shù)據(jù)流量，并且不會出現(xiàn)可檢測到的延遲。此外，設(shè)計人員還可以縮減組件數(shù)量，從而實現(xiàn)更小巧、更時尚的外形，和更低的產(chǎn)品成本，并更容易提供相關(guān)支持。


      技術(shù)工作原理


      ConcurrentConnect在硬件層面上實現(xiàn)了不同協(xié)議數(shù)據(jù)包的異步交錯，從而使設(shè)備能夠同時監(jiān)聽多個協(xié)議，并且在監(jiān)聽階段不會檢測到盲點(diǎn)（見圖3）。由于該技術(shù)在監(jiān)聽來自多個協(xié)議異步事件的同時保持同步連接，因此這種方法可以最大限度地利用媒介。

      這一技術(shù)同DMP的關(guān)鍵區(qū)別在于可預(yù)測性與不可預(yù)測性。DMP支持基于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的可預(yù)測性；例如，它必須知道切換至低功耗藍(lán)牙后再切換回Zigbee或Thread/Matter的時間。ConcurrentConnect技術(shù)則支持不可預(yù)測性，可同時進(jìn)行同步和異步操作。

      圖3，Zigbee和低功耗藍(lán)牙數(shù)據(jù)包借助ConcurrentConnect技術(shù)的支持進(jìn)行交錯

      ConcurrentConnect技術(shù)在Qorvo的軟件開發(fā)工具包中進(jìn)行了抽象；該工具包提供簡單明了的API，因此應(yīng)用開發(fā)人員可以在其應(yīng)用中輕松使用該功能。它基于Qorvo平臺的硬件功能，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)包的高效檢測和識別。一旦檢測到數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包就會在硬件層上被實時識別，然后發(fā)送至相應(yīng)的協(xié)議棧，從而無需在更高的軟件層上進(jìn)行額外的非實時路由邏輯處理，見圖4。

      圖4，ConcurrentConnect支持 Qorvo硬件上的數(shù)據(jù)包路由；處理工作在硬件和軟件層完成

      Qorvo軟件開發(fā)工具包下一步將為應(yīng)用提供首選協(xié)議組合，讓應(yīng)用“認(rèn)為”它擁有自己的無線電；由此簡化了應(yīng)用開發(fā)，使開發(fā)人員能夠?qū)Ｗ⒂趯嶋H應(yīng)用的差異化。

      因此，這一技術(shù)為家庭網(wǎng)絡(luò)中的各類用例，包括網(wǎng)關(guān)、集線器和終端設(shè)備等提供了可能；這些用例需要支持多個不同設(shè)備間的高頻數(shù)據(jù)傳輸?，F(xiàn)在，網(wǎng)關(guān)可以在家庭網(wǎng)絡(luò)中存在的所有標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議間無縫切換，從而能夠連接和控制更多基于不同標(biāo)準(zhǔn)的終端設(shè)備。此外，設(shè)計人員和設(shè)備所有者在擴(kuò)展家庭連接時也不會被鎖定在某種技術(shù)上。

      推動全新用例


      由于ConcurrentConnect技術(shù)所支持的網(wǎng)關(guān)現(xiàn)在能夠同時理解多種協(xié)議，并允許混合使用終端設(shè)備，由此讓物聯(lián)網(wǎng)的新用例成為可能；此外，終端設(shè)備本身也允許更多的用例。例如，設(shè)備可以同時連接至低功耗藍(lán)牙Mesh和Zigbee或Thread/Matter網(wǎng)絡(luò)；或者，支持低功耗藍(lán)牙的智能手機(jī)可以直接連接到設(shè)備，同時在Zigbee或Thread/Matter網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行。


      并發(fā)監(jiān)聽的能力還為組合協(xié)議開辟了以前不可能實現(xiàn)的其它新用例；例如，基于Zigbee或Thread/Matter的設(shè)備可以通過持續(xù)掃描低功耗藍(lán)牙跟蹤器發(fā)出的低功耗藍(lán)牙信標(biāo)來實現(xiàn)“位置感知”。


      在智能家居領(lǐng)域，聯(lián)網(wǎng)照明是將受益于ConcurrentConnect技術(shù)的一個重要應(yīng)用。燈泡有史以來首次可以同時由基于Zigbee或Thread/Matter的開關(guān)和低功耗藍(lán)牙開關(guān)實現(xiàn)控制。運(yùn)動傳感器、恒溫器和其它智能家居感知與控制設(shè)備也可獲得類似的優(yōu)勢。


      結(jié) 論


      Qorvo的ConcurrentConnect技術(shù)成為超越動態(tài)多協(xié)議支持的下一代技術(shù)。它為物聯(lián)網(wǎng)帶來了極高的效率，推動并發(fā)操作達(dá)到全新水平，讓設(shè)計人員能夠無縫支持多種協(xié)議，并“干凈利落”地推進(jìn)向Matter的過渡，最終為消費(fèi)者帶來真正可互操作、用戶友好的聯(lián)網(wǎng)家庭體驗。


      Qorvo
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      了解Matter如何確保物聯(lián)網(wǎng)安全





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