電子發(fā)燒友App
智能家居市場終于開始獲得推動力。隨著制造商不斷推出創(chuàng)新的技術(shù)解決方案，以及消費(fèi)者對互聯(lián)家庭便利性的青睞，專家預(yù)計(jì)未來幾年智能家居市場的發(fā)展勢頭將愈發(fā)強(qiáng)勁。
根據(jù)Statistica數(shù)據(jù)，2022-2026年間，全球智能家居市場的收入預(yù)計(jì)將以13.3%的年增長率增長；到2026年，市場規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到2,078億美元。IDC的預(yù)測也同樣令人期待：智能家居設(shè)備的出貨量預(yù)計(jì)將從2021年的8.957億臺增長到2026年的14億臺以上。
從大局的角度來看，這對智能設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的傳統(tǒng)玩家和新來者來說都是好消息。然而，要在任何新興市場取得成功，開發(fā)人員都需要更深入地了解當(dāng)今市場現(xiàn)狀，以及塑造未來市場的技術(shù)障礙和趨勢。
本文將解讀推動智能家居市場發(fā)展的一些主要技術(shù)趨勢、物聯(lián)網(wǎng)和智能設(shè)備工程師在市場轉(zhuǎn)變過程中必須克服的六大挑戰(zhàn)，以及Qorvo解決方案將如何幫助今天的設(shè)備為明天的市場做好準(zhǔn)備。
塑造智能家居的新興技術(shù)趨勢 ?
有幾個因素推動著智能家居市場向前發(fā)展。盡管消費(fèi)者對家庭自動化的興趣日益高漲，但三大技術(shù)變革也為市場的大幅增長奠定了基礎(chǔ)。 ?
Matter標(biāo)準(zhǔn) ?
第一個轉(zhuǎn)變是Matter標(biāo)準(zhǔn)的制定——業(yè)內(nèi)首個通用或統(tǒng)一的智能家居連接標(biāo)準(zhǔn)。一直以來，家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部缺乏互操作性是該行業(yè)需要克服的最大障礙之一。如今，大多數(shù)家庭都配備了各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和集線器，而這些設(shè)備和集線器只能支持一種或兩種無線連接標(biāo)準(zhǔn)。這就造成了智能家居生態(tài)系統(tǒng)中設(shè)備間的脫節(jié)——對于希望創(chuàng)建全互聯(lián)智能家居的業(yè)主來說，這無疑是一個重大挫折；對于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品制造商來說，無論生態(tài)系統(tǒng)是否兼容，他們都在努力創(chuàng)造可行的產(chǎn)品。 ?
然而，Matter解決了“圍墻花園”的問題。從本質(zhì)上講，任何帶有Matter標(biāo)識的智能家居產(chǎn)品都能與其它Matter產(chǎn)品兼容，從而消除了兼容性問題，使用戶能夠?qū)⑿碌闹悄茉O(shè)備無縫連接至現(xiàn)有家庭網(wǎng)絡(luò)。制造商也將從Matter基于IP的開源方法中獲益；這將簡化開發(fā)過程，讓工程師將更多時間用于創(chuàng)新。
網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)?
第二個轉(zhuǎn)變是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)越來越高的采用率。這種較新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是Wi-Fi演進(jìn)過程中的一個重要進(jìn)步，尤其是在智能家居領(lǐng)域，因?yàn)樗试S用戶創(chuàng)建一個連接更緊密、通信更可靠的家居環(huán)境。
? 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中的智能家居設(shè)備?
Wi-Fi網(wǎng)狀系統(tǒng)包括一個連接至主互聯(lián)網(wǎng)連接的路由器和放置在家庭周圍多個類似衛(wèi)星路由器的設(shè)備（或節(jié)點(diǎn)），以提供全面的Wi-Fi家庭物聯(lián)網(wǎng)覆蓋。Qorvo將此稱為“One Pod Per Room”。這種布局提供了充分的冗余，有助于最大限度提高網(wǎng)絡(luò)性能——簡單來說，節(jié)點(diǎn)越多，通信傳播得越遠(yuǎn)。
網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)或“One Pod Per Room”布局可有效擴(kuò)展整個家庭的信號范圍，從而提高可靠性，實(shí)現(xiàn)與所有設(shè)備的實(shí)時通信。此外，Wi-Fi部署的進(jìn)步還允許分離頻譜，并確保信息往返云端的專用回程數(shù)據(jù)路徑。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可自我配置和自我修復(fù)：它們會自動將一個新節(jié)點(diǎn)并入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，無需網(wǎng)絡(luò)管理員進(jìn)行調(diào)整，而且即使在節(jié)點(diǎn)被阻塞或失去信號的情況下，也能找到最快、最可靠的信號來傳輸數(shù)據(jù)。
?三頻Wi-Fi? ?
最后一個轉(zhuǎn)變是三頻Wi-Fi的使用率越來越高。該技術(shù)通常用于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，利用2.4GHz、5GHz和6GHz頻段大大提高了數(shù)據(jù)容量及覆蓋范圍。
與雙頻相比，三頻技術(shù)具有多項(xiàng)優(yōu)勢。首先，用戶可以使用速度更快的5GHz頻段或Wi-Fi 6E（5GHz 和6GHz頻段）將更多無線設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)。此外，在有多個路由器分散在家中的網(wǎng)狀系統(tǒng)中，較高頻段可作為網(wǎng)絡(luò)上兩個路由器間的專用通信線路；與舊式雙頻配置系統(tǒng)相比，整個系統(tǒng)的速度可提高180%。
? 技術(shù)挑戰(zhàn)與解決方案? ?
盡管這三項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步刺激著市場增長，并為物聯(lián)網(wǎng)和智能家居領(lǐng)域的企業(yè)帶來令人興奮的機(jī)遇，但它們也給開發(fā)人員和工程師帶來了一系列全新的挑戰(zhàn)。 以下是智能家居網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備制造商在市場采用這些新技術(shù)時將面臨的六大障礙，以及Qorvo提供的一些解決方案。
挑戰(zhàn)1：互操作性 ?
智能家居網(wǎng)絡(luò)中物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和通信協(xié)議的激增給工程師和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)師帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)；讓保持多種標(biāo)準(zhǔn)間的網(wǎng)絡(luò)活動協(xié)調(diào)且最大限度地減少延遲這一工作，變得更為復(fù)雜。
盡管智能家居中的許多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都包含針對多種協(xié)議的支持，但大多數(shù)都依賴于時分復(fù)用（TDM）進(jìn)行通信。時分復(fù)用是一種在共用信道上傳輸兩個或多個流數(shù)字信號的通信過程。這種方法在設(shè)備數(shù)量較少的情況下效果很好，但在較為復(fù)雜的家庭網(wǎng)絡(luò)中，其固有的延遲和可能出現(xiàn)的通信中斷就會造成問題。當(dāng)多臺設(shè)備同時競爭一段通信時間時，網(wǎng)絡(luò)活動就可能會中斷。
企業(yè)可以通過幾種方式應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。如前文所述，采用一種通用家庭連接標(biāo)準(zhǔn)（即 Matter）將有助于解決設(shè)備間的一些通信問題，并降低網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。不過，隨著行業(yè)向Matter的過渡，將需要多標(biāo)準(zhǔn)無線電。這些無線電設(shè)備將面向未來的網(wǎng)絡(luò)，以支持向Matter的遷移，并提供向后兼容性，以連接使用傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)點(diǎn)。
Qorvo解決方案：QPG6100軟件開發(fā)包（SDK）采用Qorvo的ConcurrentConnect技術(shù)，利用獨(dú)特的方法確?？煽康耐ㄐ排c互操作性。市場上的其它多協(xié)議解決方案僅限于一次與所支持單個協(xié)議通信，而 Qorvo的ConcurrentConnect技術(shù)則可管理所有協(xié)議的數(shù)據(jù)流量，并將技術(shù)功能直接集成到芯片中。這樣，無論使用何種協(xié)議，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間都能進(jìn)行流暢、持續(xù)的通信，并實(shí)現(xiàn)向后兼容。例如，可以在不犧牲響應(yīng)速度的情況下控制一部Matter網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行的電器、一臺ZigBee語音助手，或一個藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)。
QPG6100系列SDK包括三個開發(fā)板，用于將Qorvo控制器集成到具有外設(shè)、LED、按鈕和電源的項(xiàng)目中；編程和調(diào)試接口也是套件的一部分。參考應(yīng)用提供了構(gòu)建并行ZigBee路由器和藍(lán)牙Mesh智能照明應(yīng)用的起點(diǎn)。套件還包含其它幾個示例應(yīng)用程序，用于控制多種不同的智能家居設(shè)備。
挑戰(zhàn)2：RF干擾 ?
伴隨每一代無線技術(shù)的發(fā)展，智能家居網(wǎng)絡(luò)中射頻（RF）的復(fù)雜性也在增加。許多家庭RF通信設(shè)備使用的標(biāo)準(zhǔn)頻段相互重疊或緊密相鄰。有時，這些頻段非常接近，會導(dǎo)致一個通信頻段干擾另一個頻段發(fā)射和接收的信號。
物聯(lián)網(wǎng)和5G增加了另一個層次的復(fù)雜性，且進(jìn)一步加劇了設(shè)計(jì)工程師面臨的挑戰(zhàn)。如今的智能家居物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備必須支持多RF路徑，有時還需要更大的帶寬，并保持低功耗——所有這些都不能在不同通信標(biāo)準(zhǔn)及其正在發(fā)射或接收的數(shù)據(jù)間產(chǎn)生干擾。在一個網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行如此多的標(biāo)準(zhǔn)，減少干擾勢在必行。
幸運(yùn)的是，RF濾波器技術(shù)的進(jìn)步大大降低了不同協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)相互干擾的可能性。復(fù)雜的多濾波器模塊——如體聲波（BAW）濾波器——正被用于解決RF系統(tǒng)中的共存、容量和范圍問題。此外，更小的濾波器外形尺寸有助于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品制造商將日益復(fù)雜的射頻前端（RFFE）架構(gòu)壓縮到微小的設(shè)備中。
Qorvo解決方案：為滿足真正的網(wǎng)狀三頻段應(yīng)用需求，需要設(shè)計(jì)精良的濾波器。Qorvo擁有三種BAW濾波器，可提升Wi-Fi的整體性能、最大限度地提高網(wǎng)絡(luò)容量、增加RF范圍，并減輕同時運(yùn)行的多種不同家用無線電間的干擾。每種濾波器都針對不同類型的用例，解決不同的問題，并具有不同的優(yōu)勢。
Qorvo的coexBoost濾波器可以添加到無線電發(fā)射或接收鏈路中，以便同時使用采用不同連接技術(shù)的其它無線電。
Qorvo的edgeBoost濾波器可添加到無線電發(fā)射鏈路中，以獲得更佳的性能，尤其是在接近頻帶邊緣的信道范圍內(nèi)。
Qorvo的bandBoost濾波器是一種頻帶隔離濾波器，可實(shí)現(xiàn)特定無線電類型（如 Wi-Fi）的多頻段同時運(yùn)行，從而成倍提高每個分頻的網(wǎng)絡(luò)容量與吞吐量。
挑戰(zhàn)3：保持無縫可靠的連接 ?
如前所述，當(dāng)今大多數(shù)家庭網(wǎng)絡(luò)都包含使用多種不同標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)的設(shè)備。這些設(shè)備基本上必須在不同標(biāo)準(zhǔn)間來回切換，一次只與一種標(biāo)準(zhǔn)通信，由此造成了延遲并引發(fā)通信中斷。
Qorvo的ConcurrentConnect技術(shù)通過使用一種稱為并發(fā)監(jiān)聽的技術(shù)來持續(xù)接收和轉(zhuǎn)換通信，從而幫助解決這一問題；它以更快、更可靠的方式進(jìn)行協(xié)議切換，減少數(shù)據(jù)包丟失，同時仍能保持動態(tài)的多協(xié)議支持。
內(nèi)置天線分集的物聯(lián)網(wǎng)解決方案還有助于實(shí)現(xiàn)更無縫、更可靠的連接。這可以確保始終使用最佳天線，從而最大限度地擴(kuò)大設(shè)備的可靠范圍，并最大限度減少多徑干擾的影響，保持高質(zhì)量的連接。
Qorvo解決方案：除ConcurrentConnect技術(shù)外，Qorvo的QPG6100系列解決方案和QPG7015M控制器還包括獲得專利的天線分集與隔離方案。這一集成功能利用雙天線將可靠范圍擴(kuò)大一倍，并在擁擠的2.4GHz無線環(huán)境中提供了額外的穩(wěn)健性。這同時減少了重傳，從而延長了電池壽命并最大限度地減少了延遲問題。
挑戰(zhàn)4：創(chuàng)建易于使用的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò) ?
智能家居行業(yè)一直面臨的挑戰(zhàn)之一就是為業(yè)主創(chuàng)造一個即插即用的場景；最終目標(biāo)是讓用戶在購買智能家居產(chǎn)品并將其帶回家后，僅需在手機(jī)上打開一個應(yīng)用程序就能立即將其添加至自己的網(wǎng)絡(luò)中。然而，由于目前存在許多不同的技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和用戶網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)品制造商很難實(shí)現(xiàn)這一功能。
隨著Matter的推出，即插即用的家庭網(wǎng)絡(luò)可能最終成為現(xiàn)實(shí)。隨著越來越多的制造商采用這一通用標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)入市場的大多數(shù)新物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品、智能設(shè)備，和集線器都將與之兼容。不過，伴隨行業(yè)的轉(zhuǎn)型，物聯(lián)網(wǎng)和智能設(shè)備制造商將需要配備向后兼容的產(chǎn)品，以確保市場生存能力。
網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)還將幫助用戶和制造商實(shí)現(xiàn)易用、低維護(hù)的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。采用自愈算法的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可以在某些節(jié)點(diǎn)不慎失去連接的情況下自動選擇發(fā)送數(shù)據(jù)的最佳路徑。換句話說，該算法可確保流量只通過可用且正常的連接進(jìn)行路由，從而保持網(wǎng)絡(luò)持續(xù)運(yùn)行。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)還能讓設(shè)備之間直接相互通信，而不必通過網(wǎng)關(guān)路由所有通信。
具備更強(qiáng)上傳和下載能力的三頻技術(shù)，是業(yè)界創(chuàng)造更好用戶體驗(yàn)的另一種方式，尤其是在Wi-Fi視頻流應(yīng)用領(lǐng)域。然而，使用較高頻段的代價是信號衰減，以及與其它緊密排列的頻譜發(fā)生干擾的可能性增大。這就要求設(shè)計(jì)中必須包含可靠的濾波器解決方案。然而，很少有濾波器供應(yīng)商能夠滿足5.2GHz頻段抑制、插入損耗和功率處理的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，這給開發(fā)人員帶來了一系列全新挑戰(zhàn)。
Qorvo解決方案：Qorvo為開發(fā)人員提供了幾種克服可用性挑戰(zhàn)的方法。首先，Qorvo 的通信控制器芯片設(shè)計(jì)面向未來，支持多種不同的通信協(xié)議，包括Matter、ZigBee、Thread和低功耗藍(lán)牙技術(shù)。這些芯片還具有終身電池和免維護(hù)傳感器，以及ConcurrentConnect技術(shù)，可使單個無線電同時在不同協(xié)議之間實(shí)現(xiàn)無縫操作，而不會造成性能損失。這將有助于工程師開發(fā)出一種可行的、即插即用的產(chǎn)品，而且能夠向后兼容。
為了解決與三頻技術(shù)相關(guān)的常見障礙，Qorvo為UNII 5GHz頻段提供了三種濾波器解決方案：QPQ1903、QPQ1904和QPQ2001器件。這三種解決方案均基于Qorvo的BAW濾波器設(shè)計(jì)和技術(shù)能力，可確保不斷增加的頻段間的隔離，并提供低插入損耗，以支持器件性能要求。Qorvo的濾波器不僅能滿足所需的關(guān)鍵監(jiān)管規(guī)范，在大多數(shù)情況下，它們還能在高達(dá)95?C的較高溫度范圍內(nèi)提供額外的裕量，從而進(jìn)一步幫助客戶及系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員滿足嚴(yán)格的最終產(chǎn)品熱管理要求。
挑戰(zhàn)5：網(wǎng)絡(luò)安全和隱私 ?
在物聯(lián)網(wǎng)部署過程中，實(shí)施適當(dāng)?shù)陌踩碗[私措施是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。當(dāng)今的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)一般呈現(xiàn)碎片化形態(tài)，使用各種協(xié)議和技術(shù)，因此很難控制安全性和隱私性。
這一現(xiàn)實(shí)是智能家居市場實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的有力論據(jù)。事實(shí)上，這也是行業(yè)向Matter過渡的一大好處。安全是該標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素，其架構(gòu)基于“安全設(shè)計(jì)”和“零信任”等最佳實(shí)踐。每臺Matter設(shè)備都有一個唯一身份，每臺加入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備都要經(jīng)過身份驗(yàn)證，以確保其是獲得Matter認(rèn)證的合法設(shè)備。這樣，應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)管理員就可以阻止未經(jīng)授權(quán)或未經(jīng)認(rèn)證的設(shè)備，帶來另一層保護(hù)。
網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)還通過將控制和安全權(quán)力置于所有者的手中來提高安全性和隱私性。通常情況下，這些網(wǎng)狀系統(tǒng)借助一個應(yīng)用程序進(jìn)行設(shè)置、控制和監(jiān)控。該應(yīng)用程序可幫助進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，并確保設(shè)置安全密碼。這一應(yīng)用程序還允許用戶管理網(wǎng)絡(luò)問題、檢查數(shù)據(jù)速度、設(shè)置家長控制等。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)通常還會進(jìn)行自動安全更新；許多還提供基于訂閱的安全功能，構(gòu)建更強(qiáng)的防護(hù)，防止惡意軟件、病毒、黑客和網(wǎng)絡(luò)犯罪分子的威脅。
Qorvo解決方案：從產(chǎn)品開發(fā)的角度來看，安全和隱私功能不再是事后才想到的問題。相反，它們需要在設(shè)計(jì)流程的最前沿加以考慮，并在整個開發(fā)周期中加以解決。選擇像Qorvo的QPG6100系列解決方案和QPG7015M這樣支持Matter和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)等安全前向技術(shù)的產(chǎn)品，可以幫助企業(yè)在其物聯(lián)網(wǎng)和智能設(shè)備解決方案中增強(qiáng)安全性。 ?
挑戰(zhàn)6：功耗 ?
要求制造商降低功耗和開發(fā)更環(huán)保產(chǎn)品的呼聲不斷高漲。雖然智能設(shè)備可以幫助業(yè)主減少能耗，但物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的制造商和供應(yīng)商仍然感受到了壓力；他們必須開發(fā)出能夠減少碳足跡的產(chǎn)品。
許多物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品使用的紐扣電池壽命長達(dá)十年，但生產(chǎn)這些電池需要消耗化石燃料。此外，不使用電池的智能設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品仍需電網(wǎng)供電。而且大多數(shù)智能家居網(wǎng)絡(luò)都包括每周7天、每天24小時持續(xù)運(yùn)行的設(shè)備，這意味著這些設(shè)備即使不被使用，也在消耗能源。
鑒于此，物聯(lián)網(wǎng)和智能設(shè)備制造商必須將效率和功耗作為設(shè)計(jì)的首要考慮因素，并且必須降低整個物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的功耗。為了控制功耗要求，需要采用高效的睡眠模式等功能。設(shè)備還可以在需要更換電池時自動通知用戶，從而進(jìn)一步確保高效運(yùn)行。
Qorvo解決方案：Qorvo提供一系列超低功耗無線數(shù)據(jù)通信控制器芯片，支持智能家居和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。例如，QPG6095J控制器為智能家居發(fā)送器設(shè)備的超低功耗無線通信提供了完全集成的解決方案，并專門針對照明應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。
除了支持多協(xié)議和ConcurrentConnect技術(shù)等性能特點(diǎn)外，QPG6095J還具有先進(jìn)的電源管理功能，可確保在活動和待機(jī)狀態(tài)下最大限度地降低功耗，從而實(shí)現(xiàn)免維護(hù)和超小型產(chǎn)品。為了降低功耗，集成的DC/DC降壓轉(zhuǎn)換器可與少量外部元件一起使用?；蛘撸部梢允褂脙?nèi)部穩(wěn)壓器代替集成的DC/DC轉(zhuǎn)換器，以最大限度地縮減物料清單。
為下一步做好準(zhǔn)備? ?
包括全自動家居在內(nèi)的未來圖景首次觸手可及。在經(jīng)歷多年的“各自為政”后，智能家居行業(yè)正在不斷進(jìn)步，并為大幅增長做好準(zhǔn)備。Matter、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)和三頻Wi-Fi技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展推動著市場前行，而物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)們也正在以這種高度互聯(lián)的環(huán)境為目標(biāo)，持續(xù)創(chuàng)新并開發(fā)新產(chǎn)品。 ?
與任何新興市場一樣，新的進(jìn)步將為產(chǎn)品開發(fā)人員和工程師帶來全新的設(shè)計(jì)考量。不過，只要有正確的技術(shù)解決方案和設(shè)計(jì)策略，物聯(lián)網(wǎng)和智能設(shè)備制造商就能創(chuàng)造出不僅能在當(dāng)今市場取得成功，而且能在未來智能家居中繼續(xù)蓬勃發(fā)展的產(chǎn)品。 ?
審核編輯：劉清
工商網(wǎng)監(jiān)
評論