智能家居包括哪些要素？协议和应用指南

这是关于实现物联网 (IoT) 技术的五部曲系列文章中的一篇的摘要。文章全文可在 wevolver.com 网站查看。

简介

得益于技术的进步，“智能家居”的定义随着应用和容量的增长而持续发展。但万变不离其宗的是，智能家居由多个协同工作的系统构成，以实现自动、舒适和无压力的家居环境。

近年来，物联网 (IoT) 已成为智能家居系统转型的关键驱动力之一。物联网让我们可以憧憬，将我们环境中的元素和对象连接到互联网。这导致了包括智能家居在内的众多行业/垂直领域发生巨大的转变。得益于物联网，以前仅仅在家居范围内彼此共享数据的智能家居设备，现在可以在互联网上共享数据了。这让智能家居用户能够随时随地与他们的家居和基础设施进行实时交互。同时也让智能家居解决方案变得“更加智能”，并为多种全新应用开辟了道路，利用云计算和机器学习/AI（人工智能）来处理数据、实时评估场景以及做出超越典型预编程逻辑的智能决策。这些潜力不断得到开发，并催生了多种新的智能家居设备/解决方案。

催生智能家居系统和走向物联网化的主要推动力是通信协议。它们提供了基础设施，并规定了为实现家居环境自动化，设备应遵循的通信条款。本文将针对支持当前智能家居趋势的通信协议和标准提供指引。

智能家居通信协议

智能家居应用是围绕多个设备、传感器、执行器等元素彼此间通信的能力而构建的。从恒温器与空调通信以调节家居温度，到运动传感器关闭无人房间的灯光，无不如此。这使得通信协议成为智能家居应用不可或缺的一部分。但是，由于特性、功能、工作模式和要求的变化，制造商针对不同应用采用了多种通信协议。一些流行的智能家居通信协议包括：

1. WiFi

2. Zigbee

3. Z-Wave

4. BLE

5. Matter

构建智能家居解决方案：

了解通信协议与物联网智能家居应用之间的关系

虽然制造商的偏好（创建具有相同协议的产品线等）这类不起眼的因素有时也会影响决策过程，但为智能家居系统选择通信协议最终总是取决于应用的要求。一些应用特性可决定所用协议，包括：

1. 数据量

2. 功率

3. 工作周期

4. 平台兼容性

5. 成本

整合设备：智能家居中枢和多协议中枢/网关

在家中将多个智能家居设备分布在不同应用中，很快就会增加许多需要管理的内容。每个应用的不同控制/界面会让用户疲惫不堪，无法实现智能家居应用之间该有的同步水平，阻碍家居变得真正的智能和自主。

为了解决这个问题，人们开发了智能家居中枢。智能家居中枢（网桥或网关）是让用户能够统一其智能家居设备，以便能够从单一界面进行管理的硬件设备。

除了能够从一个界面访问多个设备/应用之外，中枢还让用户能够在这些设备/应用之间建立关系和交互。对于基于非 IP 协议的设备，有时会使用中枢将数据从设备传输到互联网（反之亦然）。

不过，中枢的存在进一步揭露了由于多种协议而困扰智能家居系统的互操作性挑战。例如，如果您通过基于 Zigbee 的中枢部署了一些基于 Zigbee 的智能家居设备，那么您就“不允许”移情别恋，选择一套基于另一种协议的其他设备/应用，除非您打算再获得另一个基于该协议的中枢，或者单独运行这些设备/应用。

多协议中枢/网关（如 Samsung 的 Smartthings 中枢和 Wink 中枢 2）让用户能够将基于多种协议（包括 Zigbee、Z-wave、WiFi 等）的设备相互连接，提供了一种解决此问题的方法；但这些设备需要额外的成本，给用户带来了额外的负担并阻碍了智能家居解决方案的采用。

除其他因素外，互操作性挑战及其对智能家居采用的影响，也使得协议/标准的统一成为必要之举，在这种情况下，类似 Matter 这样的协议/标准应运而生。

Matter：为什么它很重要

根据 Google 和 Accenture 在 2020 年进行的一项研究，采用智能家居的主要障碍之一是智能家居解决方案之间缺乏互操作性。根据亚太地区的专题报告：“消费者要么由于缺乏了解而没有购买设备，要么未能充分利用这些设备。在许多家居中，设备之间在很大程度上是彼此断连的，这意味着用户无法获得无缝的体验，设备的智能功能也没有得到充分的施展。”这是一个所有人都很清楚的问题。随着时间的推移，智能家居解决方案提供商/制造商已经尝试通过联合组成联盟来制定统一的标准/协议。Zigbee 联盟就是一个很好的例子。

虽然取得了不俗的进展，但对于一些建立联盟的基础协议而言，其面临的根本挑战动摇了它们的生存能力，并导致联盟无法发挥真正的潜力。

在这种情况下，Matter 应运而生，它是一种通信标准，其架构兼具简易性、安全性以及真正提升家居智能化和互联度所需的优雅简练性。

Matter 满足了以前的联盟和标准未能达成的所有要求。

除了作为智能家居行业主要参与者支持和共同制定的协议（罕见的壮举）之外，由于 Matter 的开放性和基于 IP 的架构（这为每个设备赋予了唯一的地址），因此对基于物联网的智能家居系统的未来发展有着举足轻重的重要意义。这两个因素将会降低部署解决方案的复杂性并解决安全性和隐私问题，充分利用已经为其他基于 IP 的协议完成的重要工作。

结语

智能家居系统的定义取决于应用，随着技术的不断进步，尤其是元宇宙的扑面而来，应用和功能将会不断发展并变得更加错综复杂。通信协议将继续在这些转变中发挥不可或缺的作用，因此也必须与时俱进。对于真正的集成式智能家居体验的需求将会增加，而且随着越来越多的家居设备连接到互联网，对安全、隐私、能效等问题的担忧也会日益加深。因此，为了获得真正的集成式智能家居体验，必须让协议发挥真正的作用，这些协议将从可获取的全方位知识中获益，从而确保安全性、实现高层次的隐私保护、降低部署难度以及改善互操作性。

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