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蓝牙自组网mesh及智能家居的未来模式探讨

时间:2019-03-31     作者:桃芯科技【原创】

智能家居这个概念在很久以前就有,来来回回这么多年,随着物联网的发展和渗透,已经逐步见到起色。

我们期望中的智能家居应当是一个自动的,自适应的,随着主人,随使用场景变化,以及家居内部或外部环境变化而自动适应人的需求的一种理想状态。当然我们目前的水准还打不到这个目标。

一,智能家居基本架构

现阶段,所谓的智能部分能够达到的水平,还限于所有家居物品能够实现自动控制,宏观上看是家居的功能节点实现了被动可控,技术上看,是家居物品能够连接入网,可以通过集中的控制平台进行控制。

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如图所示,所谓智能家居系统及平台,其特点是操控中心化,应该具有如下要素:

A:物理中心节点。该节点能够连通所有家居设备,目前的家居设备中,基本通用的连接技术有WiFi,BLE,Zigbee。通常中心节点会具备WiFi,BLE功能,Zigbee稍微尴尬一些,需要转接。这样,通过某种方式,所有家居节点就变成可见及可控了。

B:云及后台。智能家居设备可以通过HuB到达云端。可以对数据内容进行存储,运算以及分析识别等等。

C:显示及操作平台。该终端通过各种方式连接中心节点,或者云,对家居设备进行状态显示,以及操控。

D:终端家居设备。

同时,该家居系统中有几条路径是系统中的关键路径:

1:中心节点与终端设备之间。如前所述,通常是WiFi及BLE。数据传输到HUB后,需要打包封装成平台的格式,便于集中统一管理,或者数据进行预先的包装,然后进行传输。

2:终端平台通过HUB对系统内部的任何一个节点进行控制和信息收集。

3:平台终端通过外网对系统内部的任何一个节点进行控制和信息收集。

4:HUB到云,通常数据库是维护在云端,HUB可直接将数据上传,当然也可以通过平台终端与云打交道。

我们经常听到各种的智能家居平台方案,包括Google,Microsoft,Amazon,Apple等等。他们通常做了些什么工作呢?

a,他们规范了通路1的数据格式。因为要接入各自的系统,所有系统里面所有的数据都应该遵循一定的格式。然后,在数据外面进行通信协议的包装,通过WiFi,BLE等进行接入体统。

b, 云及后台数据处理及管理。有些数据需要进行大量的计算,比如识别类的。还有其他包括搜索类的服务等等。

c,交互平台终端,比如用语音控制对终端进行控制等等。

二,现有解决方案分析

目前市面上已经存在非常多的智能家居解决方案,最终谁能问鼎中原还很难说,这不仅仅由技术决定。

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比如苹果在iOS 10系统之后的版本里内置了“Home”应用,这个应用里的核心逻辑是由:设备、场景、房间和自动化四个部分组成的。场景比如说睡觉,要关灯关窗帘;房间内可根据不同房间的不同功能进行分类;自动化代表某些特定场景的触发等等。

如上图。目前各个方案的一个比较共同的特点是,HUB角色由语音识别功能的智能音箱,平板电脑等来担任。比如谷歌Google Home音箱、微软Cortana(小娜语音助手)、苹果homekit及siri 、亚马逊的Alexa语音助手等等都具有类似的特点。不同的解决方案可能都有自己的逻辑,很难说谁更好,需要经过时间和市场的检验。

这种解决方案的特点和缺点也是控制节点的中心化。所有的设备都必须通过中心点来进行连接以及接受指令和进行信息采集,最大问题是每个节点能否实现对中心节点的实时连接。目前的WiFi,BLE等等都存在传输距离的问题,同时另外一个问题是所有操控都需要通过中心节点。而且音箱也有作为二传手的嫌疑,其实家庭路由器事实上具备了做中心点的特性,只是目前尚未利用起来,而且语言交互不方便。

三,未来智能家居架构设想

关于未来智能家居的重大特点,我们设想是控制平台去中心化。取而代之的是真正的智能家居自组网网络。

关于自组网,蓝牙组织SIG发布了蓝牙mesh协议,该协议的特点是:

  1. 所有节点都经过认证加入网络。
  2. 根据组网需求,所有节点都可以配置成中继(Relay),好友(Friend)以及低功耗(Low power)等不同角色。
  3. 各节点的信息都可以传送到任意一点。

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基于以上特点,智能家居网络可实现去中心化。各个设备节点根据组网需要配置成mesh网络的不同角色,智能音箱,路由器等连接外网设备也可以同时接入外部网络,实现内部网络数据的共享和存储。区别在于:

  1. 每个节点均可以作为指令输入端,通过mesh网络,从而控制任何一个设备。以音频交互控制为例,每个节点预设家居场景的音频识别,根据需要也可以送到云端识别。
  2. 状态和指令类的小数据量均本地消化,需要大速率传输的可以通用目前的WiFi网关,实现双层数据结构。

相同的部分在于:

  1. 云平台需要的数据也可以同时上传,作为大数据资料。
  2. 路由器和平台终端的功能可以保持不变。

这种基于蓝牙mesh的智能家居架构的优点在于:

  1. 去中心化,所有节点平等,解决了节点连接中心点困难的状况。
  2. 每个节点都可以作为操控平台,极大的便利了家居使用的各种场景。

智能家居的最终解决方案还在路上,我们期待随着物联网以及智能终端芯片和设备的发展,智能家居真正实现智能化,人性化。


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