宿为民:致引物联网由繁至简,创建开放通用标准,设备安全互通

2021年9月24日,2021 5G全球家庭互联网大会胜利召开,大会的【5G 智慧家庭论坛】上,CSA连接标准联盟大中华区主席 宿为民博士做了主题为《Zigbee/Matter开放互通标准,助力物联网创新》的精彩演讲!

宿为民:致引物联网由繁至简,创建开放通用标准,设备安全互通-DVBCN

联盟致力引领物联网由繁至简,为其应用和创新铺设坦途。创建、演进和推广开放通用标准,让设备安全互通。——宿为民

宿为民在会前表示:首先感谢主办方的邀请,这不是我第一次参加这个论坛,我相当于每年给大家做一次汇报,今天的主题是智能家居,联盟开发标准目前主要是针对智能家居的标准进行开发。其演讲的题目是《Zigbee/Matter开放互通标准,助力物联网创新》,会讲到Zigbee和Matter两个标准。这也是目前在智能家居领域较为盛行,关注度比较高的两个标准。

开放标准对物联网的贡献

宿为民在会中讲到:目前的智能家居现状是每家机构及大公司都联系各自的生态系统,所有生态系统构成了每一个信息孤岛或连接孤岛。如何让他们进行互联互通?互联互通的时候如何解决安全性?相关的问题一直摆在所有智能家居或者物联网面前的问题。

开放标准不是一个新概念,对于消费者而言,开放标准使得所有购买设备和另外购买设备之间互联,不一定要锁定某个厂家或者生态。开发人员可以进行统一开发模式。对经营者来说降低成本,零售商只要买某种标准的产品等。这是开放标准对物联网的贡献。

Zigbee联盟为什么改名字?

宿为民表示:CSA联盟其实就是原来的Zigbee联盟,CSA联盟是在今年把Zigbee改成CSA联盟,为什么改名字?CSA连接标准联盟,追溯到Zigbee联盟成立于2002年,到今天已经19年,这过程中,所有联盟会员单位致力于开发物联网标准,Zigbee联盟开发非常多和物联网相关的标准,有的标准存在一段时间,作出一定贡献就退出历史舞台,但有的标准为适合整个行业的发展不断演进。

最典型的是Zigbee系列标准,经过这么多年的演进不断成熟,使得今天对智能家居设备进行了广泛的接纳。整个联盟是胸怀不断发展的愿景来助力物联网的前景。

此前Zigbee联盟做的事情就是开发Zigbee以及Zigbee相关的标准。从去年开始,联盟的工作内容发生了一些变化,因为我们意识到随着对智能家居的演进,需要开发新标准来适应新要求,所以联盟的标准内容已经不局限于Zigbee系列的标准。

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右边的图反映了现在的标准情况,红色的是Zigbee系列,黑色部分是Matter,随着它的演进应该也会出现系列标准。中间绿色的是数据模型标准,基于所有的智能家居不同的设备定义的设备特性内容。

另外,访问控制标准,管理各种出入类型的设备,进行统一的标准制定,带来的好处是一个设备或者一张卡可以进到各种需要进出的商城、地铁、家。当然这种类型的标准来说,安全更加重要。

这种情况下,联盟认为我们已经不适合再叫Zigbee联盟,所以经过今年的董事会以及会员商议,正式把联盟的名字改成CSA连接标准联盟,它也进一步反映出联盟主要的目的,就是开发连接方面的标准,放到今天的主题就是开发智能家庭互联方面的标准。

Zigbee、Matter 目前的发展状况

据宿为民披露:从2002年整个联盟成立开始,就不断开发Zigbee标准,演进到今天已经非常成熟,它的成熟不是说标准内容写得版本很成熟,这只是很小的一方面,最重要的成熟是整个生态系统已经建立起来。

来自中国智能家居产业联盟去年的统计数据,对智能家居采用的技术情况做了统计,无论是无线,还是有线,Zigbee都是智能家居里被采纳最高的协议。超过三分之一的智能家庭在无线网上采用Zigbee协议。预计2023年全球每年Zigbee芯片出货量将达到10亿颗,如果说到网状网,85%的设备都是使用CSA联盟的标准。

大量的智能家居需要Zigbee这样的网络

大量的智能家居设备是什么?电视机顶盒只是其中一部分,除了空调、冰箱等,其实智能家居用到最多的设备是照明、开关、各种传感器,每个家庭都有十几盏照明灯,各种开关,一个家庭里有上百个类似这样的设备一点不稀奇。这样的情况下,要把整个家庭控制起来,就需要Zigbee这样的网络。

典型的产品有飞利浦HUE家庭娱乐类的照明灯,充分利用Zigbee的特性,把家庭娱乐发挥到极致。大家熟悉的品牌还有IKEA Tradfri,非常多智能传感器,可以无线控制。他们是通过Zigbee认证,他们之间的设备可以互联互通,这就是建立标准的好处,只要执行标准,设备拿到家里经过一定的配置认证,他们就可以互联互通,进行相关的设置。

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小米智能家居占据一定的地位,在消费者中具有相当的影响力,他不需要一次购买所有的设备,需要时买一个回家,它们之间就能够相互连接起来,并且组成一些场景。

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国外的Amazon最著名的产品是智能音箱,亚马逊的智能音箱也带领国内的智能音箱在前两年大力发展。亚马逊也是在音箱中嵌入了Zigbee,音箱所控制的所有的Zigbee设备,不是指亚马逊的,是所有符合Zigbee标准的设备。

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为什么Zigbee能得到广泛的使用?

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宿为民说:Zigbee标准的这些特性都是缺一不可的,因为主要特点是特别适用智能家居环境下的条件,比如说它是网状网,它的特点是设备越多网络越稳定,这是非常神奇的地方。

另外,低功耗方面:设备多时一定要考虑功耗,如果100个设备加起来用电非常强。我们面临智能家居的设备都是非常小的,它里面已经嵌入了不光是芯片底层的通信系统,还嵌了一些用来定义设备特点的协议,这些特点使得开关设备在远处按了一个开关键,就把设备唤醒,他也能听到,Zigbee很好地定义了所有的应用协议,使得互操作可以满足固定在设备里的需求。

目前跟Zigbee的低功耗能媲美的主要来自蓝牙低功耗的协议,和Zigbee在同一个功耗级别上的。只要家里开电视或者开冰箱,用不用Zigbee无所谓,但是家里面很多设备需要连的时候,就需要Zigbee。

从Zigbee的角度来说,Zigbee的特点是设备越多越好,设备越多越稳定,如果只有一个设备想连接的话怎么办?Zigbee给了一个方案,如果从一个设备开始,可以用Zigbee Direct,就是用蓝牙连接或者进行配置。接下来如果有第二个、第三个、第五个设备,蓝牙的Direct设备可以很容易和其他的Zigbee设备,通过Zigbee组网的方式连接起来,可以体现多设备的好处,主要的目的是让初学者很容易把智能家居先引入进来,然后可以慢慢不断增加自己的设备,最后用Zigbee将整个网络进行连接,这也体现了Zigbee联盟或者CSA连接标准联盟开放性的想法,主动把这些事情帮用户解决。

目前为止看到Zigbee已经有19家供应商提供200多款通过认证的芯片平台,只有选择性广的芯片平台支撑,设备需求的多样性才能落实,价格方面也可以得到非常好的竞争。

Zigbee Sub-GHz

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另外,Zigbee也在开发Zigbee Sub-Ghz,无论是蓝牙、WIFI主要都是用在2.4G的频段,尽管大家都用了不同的协议语言,但是这个频段有点挤,所以Zigbee也在发展新的频段解决应用的需求。Zigbee Sub-Ghz采用868MHz的频段,能传得更远。目前这个标准马上就要发布,主要应用领域是能源管理、电表管理方面,解决楼和楼比较远的问题,主要应用在英国、欧洲等。

近两年在业界备受关注的Matter标准

Matter近两年来在业界是非常受关注的标准,Matter就是架构在所有IP协议之上,经过IPv6的转化之后,上面的应用层是核心。

Matter协议确实希望智能家居每个产品都具有全球统一的地址,使得每个设备进到每个家庭以后,设备和设备之间能够有效进行合作和管理,并且能够被不同的软件开发厂商所发现,开发出特别适合于智能家居不同应用场景的软件或者APP。

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Matter主要的特点:统一应用层、基于IP全面开源,在标准开发的时候从开源库里拿出来就可以进行开发,可以利用固定与移动设备通用的协议。低开销指的是对于刚才提到的开关小设备都要求支持,过去我们知道IP的设备经常指的是比较真正智能或者比较大的存储和计算能力设备,但是Matter是要求能够对小设备也要支持,真正做到智能家庭的物联网要求。

Matter和Zigbee标准最大的区别是底层网络协议不一样,Zigbee有自己的网状网协议,Matter用的是IP。

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这是目前开发的支持情况,标准本身是由亚马逊、苹等三家公司统一发起的CHIP,到今天来说有非常多的厂家加入到Matter的开发中,这里只是罗列出一部分比较著名的品牌。

但是我们看到从人员来看,全球已经有超过1800个工程师,其实现在可能更多,这个数据还是两个月前的,这么多工程师投入到标准的开发中。

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2019年成立项目组,2020年开始真正进行开发,开发也是跟许多国际标准一样,不是拍脑袋就要开发,成立了三个组,一个负责制定市场需求,一定要开发真正有需求的,叫Marketing组。另外一个是做开发标准,还有一个组是测试认证,在标准开发的时候已经在验证开发测试的规范、开发测试的工具等。大的工作组下面分了30多个小的任务组。

今年3月份开始,有50多个公司提交了测试产品。测试的意思是要拿目前已经写好的标准,开发了产品,再拿产品出来一起让大家测试、验证一下标准是否正确,只有测试中发现的问题得到了解决,所有解决的内容也反映到测试工具、测试文档上的时候,标准才能正式发布。

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目前标准支持这么多设备,跟Zigbee差不多,另外增加了电视机。电视机只是黑电的初步,接下来还在做白电相应的协议、定义,包括我们熟知的各种家用电器。

Matter非常重视安全隐私

CSA在安全隐私方面做了非常多层面的考量,因为大家知道安全和灵活永远是一对矛盾体,越安全意味着越不灵活,需要安很多防御措施。但如果因为灵活又放弃安全也不合适,所以协议在两个矛盾体中进行选择求得平衡。在保证一定程度灵活的情况下,做到安全。或者要保证一定安全的情况下,要让它灵活,Matter也在这方面做了一些考虑,分层的机制、更强的算法、另外是弹性机制,在这种灵活性下保持什么样的安全性,另外的灵活性下保持什么样的安全性,使得用户可以根据自己的要求进行选择。

用标准给大家提供通用的智能家居路径

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现在的Matter目标是2022年上半年完成整个标准的开发,这个指的是能进行认证,然后开放认证,标准才真正得到完成。

根据联盟的要求,至少要有三个芯片厂商支持Matter标准,可以直接进行开发实践。联盟会提供免费的测试工具给到会员,拿着工具测试自己的产品。既有开源的参考代码,又有测试工具,我们希望随着标准的正式颁布,会有很多新的产品快速开发出来。

总结一下,联盟主要的愿景,就是希望把混乱的生态加以梳理,转变成简单的,不论对消费者、对开发者、设备商、经销商等,都是非常简单的环境,用标准的方法给大家提供通往智能家居的路径。谢谢!

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