重新構思燈泡

　　在大約140年前，托馬斯?愛(ài)迪生申請了第一項關(guān)于“Improvement in Electric Lights”的專(zhuān)利，其中描述了使用碳絲作為白熾燈導體以限制發(fā)熱，從而使電燈可以長(cháng)時(shí)間持續照亮。那時(shí)，主要的設計問(wèn)題是如何不讓原型燃燒起來(lái)，而今天，照明幾乎被認為是理所當然的事情，這之間顯然發(fā)生了巨大變化。

　　在愛(ài)迪生取得重大成就之后的140年間，照明領(lǐng)域最具突破性的進(jìn)步之一便是LED的發(fā)明。如今的LED，尤其是互聯(lián)LED，帶有一些附加功能，如顏色選擇。此外，LED每單位瓦特所發(fā)出的流明數多于傳統白熾燈泡，從而大幅降低能耗。LED的能效亦不受尺寸的影響。然而，由于連接性需求，所有這種控制都為用戶(hù)帶來(lái)了全新的復雜性。

　　設想一下，下班回家，在您走進(jìn)家門(mén)之前，燈便已打開(kāi)。抑或在清晨，臥室照明通過(guò)逐漸調節床頭燈的顏色和亮度，在一小時(shí)內慢慢將您喚醒。

　　如今，雖然LED照明是一項價(jià)值$300億的全球產(chǎn)業(yè)，卻仍未跨越鴻溝，成為主流照明。目前，彩色互聯(lián)燈泡的成本約為每只$50，而美國家庭平均有40個(gè)燈座?；ㄙM近$2,000購置燈泡對任何人來(lái)說(shuō)都不利于推廣，可能只有最熱誠的早期嘗鮮者愿意接納。

　　但價(jià)格一直在下跌。2014年，一只標準LED燈泡的價(jià)格為$25，但現在僅為$2。價(jià)格下跌為供應商創(chuàng )造了差異化的機會(huì )。

　　互聯(lián)照明的優(yōu)勢

　　正如我們早前所提到的，有三大主要優(yōu)勢正在推動(dòng)互聯(lián)照明的采用：便捷性、智能和數據分析。照明是重要的環(huán)境因素，對人們的日常生活有著(zhù)重要影響。例如，在辦公環(huán)境中，照明通常為靜態(tài)，因此不會(huì )變化。燈要么打開(kāi)，要么關(guān)閉。打開(kāi)時(shí)，房間內充滿(mǎn)熒光。這種光線(xiàn)有利于閱讀，但并不適合盯著(zhù)電腦屏幕看。如果可以相應地調節環(huán)境照明以適合當前工作，那將會(huì )十分方便，這一愿望現已成為現實(shí)。智能照明以及智能和傳感器的使用也讓用戶(hù)有機會(huì )了解到入住數據等信息，或監控室內狀況、溫度、甚至流量模式。最后，智能LED可提供與位置和空間利用相關(guān)的分析功能。例如，LED可用于確定樓宇內利用率最高的區域或提供有關(guān)倉庫空間使用效率的反饋。

　　在美國，一個(gè)家庭平均有40個(gè)燈座，而互聯(lián)彩色燈泡的成本為每只約$50。

　　大多數人會(huì )選擇在家中安裝少量互聯(lián)LED，以逐步邁入智能照明時(shí)代。除了改變輸出的本質(zhì)，智能照明以及隨之產(chǎn)生的連接性為住宅帶來(lái)了大量好處。無(wú)論身在何處，用戶(hù)都可利用無(wú)線(xiàn)監控和控制能力來(lái)控制能源使用。此外，智能和數據分析也帶來(lái)附加價(jià)值，不僅可以讓消費者實(shí)時(shí)查看能量消耗情況，還能夠通過(guò)移動(dòng)設備控制智能物件，更增添了占位和環(huán)境條件傳感器等先進(jìn)功能，這樣無(wú)需用戶(hù)采取任何操作，環(huán)境便能夠自發(fā)做出響應。在更加智能地控制照明方面，占位、環(huán)境光線(xiàn)、甚至溫度傳感器都起到重要作用。在室內無(wú)人時(shí)關(guān)閉燈具真的只是冰山一角。

　　基于位置的照明也是新出現的便利功能。該理念利用燈光來(lái)判斷人的位置或占位情況。存在燈光表示有活動(dòng)進(jìn)行，人們通常聚集在有燈光的地方。由于燈具是固定的，在工業(yè)、商業(yè)、甚至一些戶(hù)外場(chǎng)所(如停車(chē)場(chǎng)和城市中心)通常均勻地間隔開(kāi)，因此能夠照射人所在的位置。在燈具內集成定位功能的使用案例十分常見(jiàn)。最簡(jiǎn)單的形式是將燈具的健康狀況與位置相結合，人們可以預防性地確定該燈具的維護時(shí)間，從而節省時(shí)間與資金。利用傳感器或 Bluetooth?信標等技術(shù)可準確判斷一個(gè)人的位置。

　　使用通過(guò)聚合不同時(shí)間和空間的數據得到的信息，可確定倉庫、超市甚至停車(chē)場(chǎng)的空間利用效率。這類(lèi)數據的另一個(gè)使用案例是，零售商可以根據購物者的位置選擇性地促銷(xiāo)產(chǎn)品。

        2014年，標準(非互聯(lián))LED燈泡的價(jià)格為每只$25，如今已降至約$2。

　　新興市場(chǎng)趨勢

　　安全性正逐漸成為物聯(lián)網(wǎng)設備普遍面臨的問(wèn)題，照明也不例外。系統的好壞取決于其最薄弱的環(huán)節。但由誰(shuí)來(lái)保證系統的安全呢? 安全性不應被視為在開(kāi)發(fā)周期結束時(shí)可實(shí)現的功能，而是應貫穿于整個(gè)過(guò)程。

　　這些無(wú)線(xiàn)系統十分復雜，而工程師的工作重點(diǎn)在于設計出有效的產(chǎn)品，因此很容易變得固執，不惜犧牲其他考慮因素去追求有效性。有一種強大的系統化方法可減少這些危險，幫助團隊集中精力投入其專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域方面。

　　好消息是，目前已有可大幅提高智能照明系統安全性的工具。

　　創(chuàng )新已不算是挑戰，真正的挑戰是以正確的方式學(xué)習如何使用技術(shù)。例如，在Bluetooth或ZigBee芯片上關(guān)閉安全性功能可簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)并方便調試。這也可能會(huì )拉低零件價(jià)格，因此在禁用安全性方面，可能存在一些財務(wù)誘因。另一個(gè)常見(jiàn)錯誤是，在芯片投入生產(chǎn)時(shí)未關(guān)閉調試接口。如果最終用戶(hù)連接調試程序，芯片會(huì )變得完全透明。取消安全性可能帶來(lái)短期利益，但會(huì )產(chǎn)生遠遠超出這些利益的長(cháng)期代價(jià)。

　　服務(wù)于智能照明市場(chǎng)的每個(gè)人，從芯片設計者到消費者設備制造商，都需要共同承擔起責任。目前，并沒(méi)有真正的激勵因素讓每個(gè)人承擔更多的責任作為自己工作的一部分。當發(fā)生嚴重的攻擊時(shí)，后果不僅僅是收入流失或對單個(gè)品牌造成損害。失去消費者的信任可造成市場(chǎng)長(cháng)期萎縮。與任何技術(shù)一樣，用戶(hù)體驗至關(guān)重要，如果因為這些孤立但廣為人知的失敗而讓消費者缺乏安全感，那么人們在購買(mǎi)時(shí)就會(huì )變得猶豫。長(cháng)期不安全的設備可能會(huì )引發(fā)行業(yè)監管或認證。

　　當發(fā)生嚴重的攻擊時(shí)，后果不僅僅是收入流失，更糟糕的是失去消費者的信任。

　　多協(xié)議連接性的設計要求和優(yōu)勢在考慮智能照明系統時(shí)，我們認為以下因素是關(guān)鍵的高層次需求：多協(xié)議的靈活性與易用性正逐漸成為競爭優(yōu)勢，可提供更好的用戶(hù)體驗和增強的使用案例?？梢允呛?jiǎn)單地對ZigBee進(jìn)行Bluetooth調試，也可以是同時(shí)運行ZigBee或thread和Bluetooth。

        可編程多協(xié)議

　　最基本的多協(xié)議支持必須包括芯片組，當使用合適的軟件協(xié)議棧進(jìn)行編程時(shí)，該芯片組可運行任意數量的無(wú)線(xiàn)協(xié)議。能夠在生產(chǎn)中對芯片進(jìn)行編程以支持Bluetooth smart或ZigBee或thread或一些專(zhuān)有協(xié)議，這意味著(zhù)制造商可簡(jiǎn)化其硬件設計并快速應對不同市場(chǎng)。對于所有其他多協(xié)議使用案例而言，通過(guò)不同軟件映像支持多個(gè)協(xié)議的芯片平臺是基本前提。

　　切換的多協(xié)議

　　對于任何多協(xié)議平臺而言，下一步是在現場(chǎng)部署設備后，能夠通過(guò)引導裝載新的固件映像來(lái)更改受支持的無(wú)線(xiàn)協(xié)議。我們將會(huì )看到，這需要一些基礎構建模塊，但卻為適應未來(lái)需求的現有產(chǎn)品創(chuàng )造了大量機會(huì )，包括利用智能手機連接性來(lái)簡(jiǎn)化和保護部署ZIGBEE thread設備加入無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。

       動(dòng)態(tài)多協(xié)議

　　最終，任何多協(xié)議解決方案都必須解決利用時(shí)間分片機制在協(xié)議之間共享射頻，從而在一個(gè)芯片上共同運行多個(gè)無(wú)線(xiàn)協(xié)議的可能性。如此開(kāi)辟出更多使用案例，尤其是當Bluetooth smart與其他無(wú)線(xiàn)協(xié)議結合使用時(shí)。在這些使用案例中，最簡(jiǎn)單的情況包括在通常運行ZigBee、thread或一些其他無(wú)線(xiàn)協(xié)議的設備上定期使用Bluetooth信標。

例如，在零售照明網(wǎng)絡(luò )等網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )旁邊使用Bluetooth信標以啟用近程感知應用。如果零售商店配備受ZigBee控制的照明系統，則已啟用ZigBee的照明裝置也可用來(lái)定期傳輸Bluetooth信標。由于燈具往往在整個(gè)區域內均勻間隔開(kāi)，因此商店內的照明不僅能以理想的方式提供照明，還能夠根據這些位置將信息傳輸到設備。

　　Bluetooth信標用于通知設備的存在和服務(wù)。通過(guò)使用定期接收到的數據包所收到的信號強度 (RSSI) 測量結果，移動(dòng)設備可以測定其與任何指定信標的距離并判定其在靠近信標還是遠離信標。通過(guò)監控多個(gè)信標，可以準確了解移動(dòng)設備在商店內的位置。在零售商店環(huán)境的示例中，Bluetooth信標可用于提供優(yōu)惠券以及與購物者所處店內位置相關(guān)的定制優(yōu)惠。商店會(huì )為購物者提供智能手機應用，通過(guò)監控商店各處的照明裝置發(fā)出的信標，該應用可提供位置相關(guān)信息并根據附近的產(chǎn)品與服務(wù)打造交互式用戶(hù)體驗。

　　并發(fā)多協(xié)議

　　從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，這是一種特殊類(lèi)型的動(dòng)態(tài)多協(xié)議。對于共享相同MAC和PHY的多個(gè)無(wú)線(xiàn)協(xié)議，有可能避免在不同的PHY或調制之間切換射頻。尤其是，如果ZigBee和thread都位于IEEE 802.15.4 2.4GHz MAC/PHY，就有機會(huì )共享該PHY并在一臺設備上同時(shí)高效運行這兩個(gè)協(xié)議棧，因為射頻始終可用于這兩個(gè)協(xié)議棧。在相同網(wǎng)絡(luò )內的ZigBee和thread之間進(jìn)行路由可能帶來(lái)非常有意義的前景。

　　該使用案例和其他動(dòng)態(tài)使用案例之間的區別在于，由于射頻協(xié)議或參數沒(méi)有變化，用戶(hù)離開(kāi)網(wǎng)絡(luò )時(shí)沒(méi)有數據包丟失，因此盡管有兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )/協(xié)議共享帶寬，用戶(hù)仍然不能同時(shí)接收Z(yǔ)igBee數據包和thread數據包，但普通CCA機制可用于避免沖突。

　　同步多協(xié)議

　　真正的同步操作的確需要兩個(gè)射頻，尤其是當不同協(xié)議使用不同的無(wú)線(xiàn)電頻率時(shí)。如果應用和網(wǎng)絡(luò )協(xié)議?？稍趦蓚€(gè)甚至可能利用兩個(gè)完全不同頻率范圍的無(wú)線(xiàn)電之間操作，這將產(chǎn)生極大價(jià)值。這方面的一個(gè)示例為英國的智能電表，英國政府將在2020年之前為3,000 萬(wàn)戶(hù)房屋部署雙PHY ZigBee通信集線(xiàn)器，從而實(shí)現家域網(wǎng)，其中包括2.4GHz ZigBee設備和1 GHz以下的ZigBee設備(在863-876，915-921MHz條件下工作)，這些設備保持在相同邏輯PAN上并通過(guò)通信集線(xiàn)器在不同無(wú)線(xiàn)電頻率的設備之間路由流量。

       應用領(lǐng)域

　　在一些地區，智能照明開(kāi)始展現出強勁的勢頭。我們已經(jīng)探討了消費市場(chǎng)以及易用性在該市場(chǎng)中的重要性。我們還看到，在零售和醫療保健等商業(yè)應用及路燈等市政用途領(lǐng)域，采用率也有所提高。每個(gè)應用領(lǐng)域都具備獨特的設計挑戰和要求。在接下來(lái)的三份白皮書(shū)中，我們將詳細探討每個(gè)領(lǐng)域：

　　智能家庭

　　在該系列的下一部分，我們將探索消費市場(chǎng)中的一些自動(dòng)化智能照明解決方案，以及如何為互聯(lián)家庭應用提供最新的低功耗MCU、無(wú)線(xiàn)技術(shù)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )標準(包括ZigBee和thread)，從而更快地進(jìn)入這一市場(chǎng)。我們還將討論合適的無(wú)線(xiàn)協(xié)議棧、認證模塊和參考設計所提供的優(yōu)勢。

　　智能辦公樓

　　此外，我們還將研究智能辦公樓和工廠(chǎng)，在這些環(huán)境中，通過(guò)利用合適的多個(gè)無(wú)線(xiàn)協(xié)議(包括ZigBee、 thread和Bluetooth)以及SoC和經(jīng)過(guò)認證的無(wú)線(xiàn)協(xié)議棧實(shí)現互聯(lián)節能LED照明，可節省大量能源，幫助實(shí)現個(gè)性化工作空間，優(yōu)化制造。

　　智能城市

　　智能照明可幫助打造更加安全的城市，降低能源成本并鼓勵社區參與。雖然智能城市包括智能辦公樓，但其覆蓋范圍遠非如此。智能城市牽涉到的不只是龐大規模帶來(lái)的復雜性，還涉及有效和高效管理諸多供應商。