隨著 IPv6 的出現(xiàn)，對(duì)于所有實(shí)際用途，唯一互聯(lián)網(wǎng)地址目前幾乎是無(wú)限的。 因此，如何應(yīng)用它們尚未完全定義，但簡(jiǎn)單地說(shuō)，“智能”一詞將起到關(guān)鍵作用。

例如，智能家居將為可尋址的節(jié)點(diǎn)呈現(xiàn)出理想環(huán)境；家里的每個(gè)設(shè)備在不久的將來(lái)完全可能變得‘更智能’，而這意味著我們的家也將因此變得更智能。

遠(yuǎn)程管理家居環(huán)境的想法還是只是一個(gè)開(kāi)始。 從概念上講，你甚至不需從傳統(tǒng)意義上管理事務(wù)；您的家庭將能自行做決定。 主要表現(xiàn)為：智能照明、識(shí)別個(gè)人身份的安防系統(tǒng)，或適應(yīng)季節(jié)、當(dāng)日時(shí)間和占用率的環(huán)境設(shè)置。 所有這些都將成為可能，這就要?dú)w功于微控制器提供強(qiáng)大支持的節(jié)點(diǎn)，而這些節(jié)點(diǎn)主要通過(guò)安全通道以無(wú)線通信方式來(lái)收集和交換數(shù)據(jù)。

無(wú)線技術(shù)的演變

數(shù)十年來(lái)，無(wú)線通信技術(shù)一直用于促進(jìn)工業(yè)環(huán)境中的控制；在蜂窩技術(shù)出現(xiàn)前的很長(zhǎng)一段時(shí)間里，次 GHz 帶寬過(guò)去（目前仍然）主要用于創(chuàng)建專有而穩(wěn)固的射頻鏈路，這種鏈路同時(shí)具備良好的覆蓋率和彈性。 但是，可以說(shuō)是最近的工作在2.4 GHz 帶寬范圍的‘開(kāi)放’無(wú)線技術(shù)推動(dòng)了創(chuàng)新，同時(shí)推出的相關(guān)協(xié)議也是數(shù)量眾多。 如今，使用 868.0 - 868.6 MHz（歐洲）、902 – 928 MHz（北美）和 2400 - 2483.5 MHz（全球）頻帶的專用于無(wú)線通信的協(xié)議通常稱為IEEE 802.15.4 的 IEEE 規(guī)范，目前包括一系列更高級(jí)別的協(xié)議，如 ZigBee、藍(lán)牙和線程協(xié)議。

持續(xù)創(chuàng)新已讓制造商大幅縮減面向 IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)、已啟用射頻的微控制器的功耗和尺寸，如此一來(lái)，現(xiàn)在預(yù)計(jì)可以提供用于智能電器的基礎(chǔ)構(gòu)建塊，將其連接至家庭網(wǎng)關(guān)，并從此連接到整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)。 通過(guò)這種方式，房主很快就能從任何地方監(jiān)視并控制這些智能電器，而網(wǎng)關(guān)在控制家庭環(huán)境方面也可獲得一定的自主權(quán)。

在某種程度上，這個(gè)智能家居的愿景將通過(guò)部署智能電表來(lái)實(shí)現(xiàn)，而智能電表可以更密切地監(jiān)視天然氣、水和電等公用事業(yè)的輸送。 在智聯(lián)環(huán)境中與負(fù)責(zé)消耗這些商品的電器結(jié)合后，智能家居的愿景顯然已初步成型。 但是，有限資源的更智能使用只是一個(gè)方面。 未來(lái)會(huì)有很多機(jī)會(huì)改善開(kāi)展日?；顒?dòng)的方式，其中包括了安全門禁。 目前提供的‘智能鎖’可使用個(gè)人代碼編程，從而幫助屋主了解家里的情況，包括有誰(shuí)在家以及在家的時(shí)間等等。

智能家居將借由大量傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)低成本、超低功耗的微控制器控制和連接，這對(duì)從事此激動(dòng)人心且可能獲利的新領(lǐng)域的 OEM 來(lái)說(shuō)是一個(gè)大好良機(jī)。

集成解決方案

雖然低級(jí)協(xié)議仍為 IEEE 802.15.4，但較高級(jí)別的協(xié)議卻多種多樣且各不相同，實(shí)施這些協(xié)議的器件也是如此。 例如，NXP Semiconductors 推出的 JN516x 系列無(wú)線微控制器集成了一個(gè)專有的 32 位 RISC 內(nèi)核和一個(gè)包含 2.45 GHz 無(wú)線電、調(diào)制解調(diào)器、基帶控制器和安全協(xié)處理器的無(wú)線收發(fā)器，以及一個(gè)在需要更大范圍時(shí)用于直接控制外部功率放大器的專用輸出。

安全協(xié)處理器提供 IEEE 802.15.4 2006 標(biāo)準(zhǔn)中所需的基于硬件的 128 位 AES-CCM 模式，而收發(fā)器塊則提供由 CPU 上運(yùn)行的協(xié)議堆?？刂频?MAC 和 PHY 功能，以及高級(jí)協(xié)議和應(yīng)用軟件。

圖 1：NXP 的 JN516x 系列無(wú)線 MCU 框圖

雖然調(diào)制解調(diào)器提供數(shù)字收發(fā)器在 250 kbit/s 下符合 IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)所需的所有必要調(diào)制和擴(kuò)頻功能，但基帶處理器提供 MAC 層的所有時(shí)序關(guān)鍵型的功能，使用專門硬件來(lái)確?？罩薪涌诘木_定時(shí)。 此硬件/軟件分區(qū)讓軟件可以實(shí)現(xiàn)協(xié)議以毫秒分辨率安排時(shí)序事件所需的事件定序，而硬件能夠以微秒時(shí)序分辨率實(shí)施特定的事件。 軟件可處理協(xié)議的較高層功能，例如，使用基帶處理器提供的服務(wù)在端點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)之間發(fā)送管理和數(shù)據(jù)消息（圖 2）。

圖 2：NXP JN516x 系列基帶協(xié)處理器框圖

安全協(xié)處理器可由應(yīng)用軟件訪問(wèn)，以執(zhí)行加密/解密操作。 加密引擎的基于硬件的實(shí)現(xiàn)可大幅加快該過(guò)程。 此外，JN516x 還具有二十個(gè)通用型數(shù)字 I/O 引腳，以及兩個(gè)專用的數(shù)字輸出。

未來(lái)線路圖

高度集成的無(wú)線片上系統(tǒng)的另一個(gè)示例是Silicon Labs 推出的采用 ARM Cortex-M3 內(nèi)核的 EM358x 系列（圖 3）。

圖 3：Silicon Labs 的 EM358x 系列無(wú)線 SoC 框圖。

該系列還具備一個(gè) 2.4 GHz、符合 IEEE 802-15.4 標(biāo)準(zhǔn)的收發(fā)器。據(jù)Silicon Labs 所述，這一系列采用了一個(gè)高效架構(gòu)，超出了 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的動(dòng)態(tài)范圍要求 15 dB 以上。 使用集成的接收通道濾波意味著，使用此系列 SoC 的器件可與使用 2.4 GHz 范圍的其他器件共存；這是智能家居的一個(gè)重要因素，因?yàn)閷?duì)于許多（如不是全部）家用電器來(lái)說(shuō)，預(yù)期是啟動(dòng)無(wú)線功能的。

它在硬件中集成了許多 MAC 功能、AES128 加密加速器和自動(dòng) CRC 處理，其中包括自動(dòng) ACK 傳輸和接收、傳輸?shù)淖詣?dòng)回退延遲和空閑信道評(píng)估，以及收到的數(shù)據(jù)包的自動(dòng)濾波。 Ember 數(shù)據(jù)包追蹤接口還與 MAC 集成在一起，可以完整、非侵入式捕捉進(jìn)出器件的所有數(shù)據(jù)包，且專門與 Ember 開(kāi)發(fā)工具一起使用。

此處描述的兩個(gè)系列無(wú)線 MCU 專為實(shí)現(xiàn)ZigBee 協(xié)議而開(kāi)發(fā)和定位，該協(xié)議已在智能家居應(yīng)用中部署，但最近出現(xiàn)的線程協(xié)議預(yù)計(jì)會(huì)因其獨(dú)特功能而對(duì)面向智能家居的器件開(kāi)發(fā)產(chǎn)生顯著而積極影響。 許多可支持 ZigBee 的 SoC 也將支持線程，因此為開(kāi)發(fā)商和 OEM 提供了路線圖。

結(jié)論

智能家居將采用各種技術(shù)，包括智能電表、網(wǎng)關(guān)和家電。 盡管并非所有智能家居都可通過(guò)無(wú)線方式實(shí)現(xiàn)連接，但隨著 ZigBee 和線程等無(wú)線技術(shù)的不斷發(fā)展，大量智能電器將使用無(wú)線通信作為其連接家庭網(wǎng)關(guān)的主要（如不是唯一）形式。

IPv6 的繼續(xù)發(fā)展是這一演變的基礎(chǔ)，可以說(shuō)線程是這一方面的首選協(xié)議，因?yàn)樗鼘槔没ヂ?lián)網(wǎng)地址擴(kuò)展而開(kāi)發(fā)。 這將促使各種最終應(yīng)用連接到家中，同時(shí)產(chǎn)生對(duì)一系列新設(shè)備的需求。

在短短幾年之后，房主也許可能會(huì)問(wèn)自己，在無(wú)法從聯(lián)網(wǎng)世界的任何地方監(jiān)視與控制家居的各個(gè)方面時(shí)，他們?cè)?jīng)是如何進(jìn)行管理的。