當今智能家居調(diào)查

過去幾年，隨著制造商開發(fā)出越來越多可連接至家庭網(wǎng)絡的設備，智能家居概念隨之興起。智能家居網(wǎng)絡使房主能夠有效地利用資源，使用語音命令控制設備和家用電器，并根據(jù)設備提供的數(shù)據(jù)做出決策。智能家居的潛力巨大:它可用于提高能效、舒適度、安全性、娛樂性和便利性。

當今大多數(shù)智能家居都配備了各種物聯(lián)網(wǎng)設備、集線器和傳感器，它們可通過家庭網(wǎng)絡/網(wǎng)關進行通信，并最終與云端通信。房主可在家里的任意位置進行控制，甚至可以通過互聯(lián)網(wǎng)進行遠程控制。

智能家居系統(tǒng)可能包括多個與家居應用相關的無線連接標準。表3-1顯示了其中一些標準的特性及相互之間的區(qū)別。此外，這些家庭網(wǎng)絡可能由幾個在主網(wǎng)關下運行的互連網(wǎng)絡組成。

表3-1：智能家居開放標準和一些關鍵特性

當今的許多智能家居都是由一些特殊節(jié)點組成。節(jié)點是一種在網(wǎng)絡上擁有自己唯一地址的硬件；節(jié)點可以是設備，也可以是集線器：

設備：設備(例如:恒溫器或燈泡)通常只有一個網(wǎng)絡連接點。設備可能需要也可能不需要保持實時跟蹤，具體取決于其功能。

集線器：集線器是一個管理網(wǎng)絡流量的盒子；它可能有許多連接點，因為可以連接至多個設備。集線器必須保持實時跟蹤，以便高效和有效地分派事件。

單集線器網(wǎng)絡由一個集線器節(jié)點和一個或多個設備節(jié)點組成。集線器管理網(wǎng)絡中設備之間的事件和信息交換。多集線器網(wǎng)絡包含多種集線器，如圖3-1中所示。圖3-1中的網(wǎng)絡布局包含兩個集線器，每個集線器使用不同的網(wǎng)絡協(xié)議(藍牙和ZigBee)。各個設備連接至其中一個集線器。然后集線器連接至網(wǎng)關，網(wǎng)關可與兩個集線器通信。

圖3-1：采用ZigBee和藍牙集線器的智能家居

網(wǎng)狀網(wǎng)絡/每間房一個Pod

為了打造一個連接更緊密、通信更可靠的智能家居，消費類產(chǎn)品開始采用新型拓撲結(jié)構(gòu)，名為網(wǎng)狀網(wǎng)絡，有時候也稱為“每間房一個 Pod”。網(wǎng)狀網(wǎng)絡可以輕松地擴大無線設備的范圍，并在辦公室、住宅甚至戶外等區(qū)域提供一致的高數(shù)據(jù)速率。此外，使用“每間房一個 Pod”的網(wǎng)狀網(wǎng)絡支持多種協(xié)議，可減少家庭中使用多個網(wǎng)格系統(tǒng)的開銷。

網(wǎng)狀網(wǎng)絡是Wi-Fi演變過程中的一次重要發(fā)展，尤其是在智能家居領域。Wi-Fi網(wǎng)格系統(tǒng)包括連接至主要互聯(lián)網(wǎng)連接的路由器，以及放置在住宅周圍的多個類似衛(wèi)星路由器的設備(或節(jié)點)，以提供全面的Wi-Fi家居物聯(lián)網(wǎng)覆蓋(參見圖3-2)。這種先進的網(wǎng)狀網(wǎng)絡可提供完全冗余，并充分提高網(wǎng)絡性能。

圖3-2：網(wǎng)狀網(wǎng)絡基礎設施中的智能家居設備

節(jié)點越多，連接點傳播的距離就越遠，如圖3-3中所示。網(wǎng)狀網(wǎng)絡可以有效地將信號范圍擴展到整個住宅，從而提高了可靠性，可實現(xiàn)與所有設備的實時通信。Wi-Fi部署技術的進步支持頻譜分離，并可確保信息通過專用回傳數(shù)據(jù)路徑往返于云端。它們還可為設備提供專用數(shù)據(jù)流。此外，一些設備可以存儲數(shù)據(jù)。這些存儲的數(shù)據(jù)可以節(jié)省用戶成本，進一步提高網(wǎng)絡可靠性，并且支持更智能的數(shù)據(jù)驅(qū)動應用。

圖3-3：分布式“每間房一個Pod”物聯(lián)網(wǎng)連接網(wǎng)絡

網(wǎng)狀網(wǎng)絡還可自行配置。因此，它可以自動將新節(jié)點整合到現(xiàn)有網(wǎng)絡中，無需網(wǎng)絡管理員進行調(diào)整。這使得網(wǎng)絡更具適應性和可擴展性。網(wǎng)狀網(wǎng)絡還可以通過自動尋找最快速且最可靠的信號來傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)自我修復，即使在節(jié)點阻塞或信號丟失的情況下亦是如此。

當今許多網(wǎng)狀網(wǎng)絡使用所謂的三頻段Wi-Fi網(wǎng)關和終端節(jié)點。三頻段Wi-Fi可通過在網(wǎng)關和終端節(jié)點中使用2.4GHz、5.2GHz和5.6 GHz頻段來提高數(shù)據(jù)容量和覆蓋范圍。在三頻段系統(tǒng)中，第二個5.6 GHz頻段充當網(wǎng)絡上兩臺路由器之間的專用通信線路，從而使整個系統(tǒng)的速度比舊的雙頻段配置系統(tǒng)快180%。

因此，Wi-Fi三頻段的優(yōu)勢顯而易見。首先，它可以通過使用更快的5GHz頻帶以及Wi-Fi 6E(5GHz和6GHz頻段)、Wi-Fi 7(支持2.5G、5G、6G三頻段同時工作)，將更多的無線設備連接至互聯(lián)網(wǎng)。如果您的網(wǎng)絡是一個網(wǎng)格系統(tǒng)，配備多個分散在整個空間內(nèi)的路由器，那么更高頻段可充當兩個路由器之間的專用通信線路，以提高整個系統(tǒng)的速度。

三頻段系統(tǒng)的第三個無線電還可用于網(wǎng)格路由器之間的回傳通信。這樣一來，它就創(chuàng)建了一條專用線路，僅供路由器之間的數(shù)據(jù)流使用。盡管雙頻段系統(tǒng)使用相同的Wi-Fi帶寬來連接至其他路由器和接入點，但在三頻段系統(tǒng)中，終端設備可立即用于設備連接。這可將效率提高50%，特別是添加了更多網(wǎng)絡設備的情況下。

此外，由于該無線電傳播速度更快，因此DSL/電纜調(diào)制解調(diào)器的連接速度將遠不止于此。相反，它們可以傳送至整個網(wǎng)絡。這對于當今和未來智能家居中的智能電視和攝像頭的Wi-Fi視頻流非常有益。

為了確保您現(xiàn)有家居網(wǎng)絡系統(tǒng)能夠適應未來發(fā)展需求，您需要使用三頻段系統(tǒng)。實施三頻段系統(tǒng)是確保未來容量和速度的最佳解決方案。

網(wǎng)狀網(wǎng)絡系統(tǒng)的另一個重要發(fā)展就是采用濾波器技術，以進一步提高容量和擴大每間房一個Pod拓撲的范圍。使用bandBoost濾波器可通過增強三頻段網(wǎng)格系統(tǒng)中的頻段隔離，最大限度地提高網(wǎng)絡容量和覆蓋范圍。使用edgeBoost濾波器可通過最大限度地提高靠近頻帶邊緣的Wi-Fi通道的輸出功率來提高容量和擴大范圍。在后續(xù)的章節(jié)中，我們將詳細闡述這些主題及其如何解決網(wǎng)狀網(wǎng)絡中的共存挑戰(zhàn)。

在一個原本碎片化的智能家居設備市場，Matter標準現(xiàn)已成為有力的推動力量；其有助于管理智能家居中各種標準的無線網(wǎng)關、房間間擴展設備和智能設備。Matter在全屋范圍設置網(wǎng)狀網(wǎng)絡，幫助協(xié)調(diào)多種連接標準的智能家居生態(tài)系統(tǒng)、設備及應用。它將整合包括照明、電氣設備（如燈泡和插座）、HVAC溫度控制器、門鎖和安全傳感器、窗簾、電視等在內(nèi)的各種應用。Matter降低了復雜性，并消除對支持何種標準以及支持級別的不確定性，使智能家居的開發(fā)更加順暢。

審核編輯：劉清