NXP技術(shù)白皮書：AIoT人工智能物聯(lián)網(wǎng) 將人工智能與現(xiàn)實(shí)世界相連

分析師將人工智能物聯(lián)網(wǎng) (AIoT) 大致定義為人工智能 (AI) 與物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的融合，利用AI讓物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備變得更智能、更具自主性。但這是一個(gè)以設(shè)備為中心的“小數(shù)據(jù)”的定義。從戰(zhàn)略層面的“大數(shù)據(jù)”視角來(lái)看，AIoT是機(jī)器智能與現(xiàn)實(shí)世界之間的連接。

用于AI訓(xùn)練和推理的大數(shù)據(jù)最初是由網(wǎng)絡(luò)邊緣與事物和人交互的設(shè)備所采集的小數(shù)據(jù)。這些IoT傳感器和人類輸入設(shè)備是真實(shí)數(shù)據(jù)的來(lái)源，它們讓AI變得實(shí)用且有價(jià)值。換言之，互聯(lián)設(shè)備構(gòu)成了神經(jīng)系統(tǒng)，并將AI與我們的世界相連。AIoT讓AI變得真實(shí)且有意義。

本文節(jié)選自《AIoT：將人工智能與現(xiàn)實(shí)世界相連》白皮書

AIoT與設(shè)備連接的價(jià)值

AI對(duì)可靠的、現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)有著無(wú)盡的需求，以此來(lái)推動(dòng)訓(xùn)練和推理。因此，AI的快速發(fā)展需要大量關(guān)于我們所處世界的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，而這種依賴從根本上改變了設(shè)備連接的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。過(guò)去，評(píng)估一個(gè)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的價(jià)值往往基于其功能的內(nèi)在價(jià)值，比如恒溫器能夠測(cè)量溫度并控制HVAC系統(tǒng)。但如今，AI拓展了設(shè)備的價(jià)值主張，使其價(jià)值還包括對(duì)能源管理等更高級(jí)別系統(tǒng)的貢獻(xiàn)。

設(shè)備總價(jià)值 = 功能價(jià)值 + AI貢獻(xiàn)價(jià)值 - 設(shè)備成本

基于AI的生態(tài)系統(tǒng)能從互聯(lián)的傳感器和控制器中提取更多信息，有可能使每個(gè)參與設(shè)備的價(jià)值大幅超越其基本功能。然而，每個(gè)設(shè)備的AI貢獻(xiàn)價(jià)值會(huì)因使用案例和解決方案規(guī)模而異，所以AI并不能成為隨意提高設(shè)備價(jià)格的理由。功能價(jià)值仍然設(shè)定了客戶對(duì)成本的基本預(yù)期，因此，開發(fā)盈利的AIoT設(shè)備的關(guān)鍵在于盡可能高效地添加AI功能和生態(tài)系統(tǒng)連接——而具有成本效益的連接正是本文的重點(diǎn)。

AIoT重新定義設(shè)備連接性

AI的爆發(fā)式增長(zhǎng)促使聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造商來(lái)滿足IoT產(chǎn)品快速增長(zhǎng)的需求，這些產(chǎn)品能為基于AI的生態(tài)系統(tǒng)提供現(xiàn)實(shí)世界的輸入。從連接的角度來(lái)看，這需要：

1

標(biāo)準(zhǔn)的、廣泛可用的基于IP的網(wǎng)絡(luò)；

2

一個(gè)軟件應(yīng)用層，能在設(shè)備和應(yīng)用之間實(shí)現(xiàn)直接、安全的多廠商通信。

這種對(duì)設(shè)備連接的新定義在垂直領(lǐng)域內(nèi)將消息分發(fā)與消息內(nèi)容相結(jié)合。連接的標(biāo)準(zhǔn)化可加速產(chǎn)品開發(fā)、簡(jiǎn)化設(shè)備安裝并降低產(chǎn)品總成本。消息內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)化則通過(guò)實(shí)現(xiàn)與多個(gè)應(yīng)用和生態(tài)系統(tǒng)的有效連接，進(jìn)一步提升了設(shè)備的價(jià)值。

接下來(lái)兩個(gè)部分將探討利用極少的IP網(wǎng)絡(luò)以及特定領(lǐng)域應(yīng)用層來(lái)打造面向大眾市場(chǎng)的AIoT產(chǎn)品的可行性。

標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)

全球有數(shù)百種各具特色的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)——有線、無(wú)線、基于IP、非IP、全棧式、LAN、PAN、 LP-WAN、蜂窩網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)等等，連接著數(shù)十億臺(tái)設(shè)備。這些網(wǎng)絡(luò)在過(guò)去30年中不斷發(fā)展演變，每一種都有其令人信服的應(yīng)用場(chǎng)景和商業(yè)模式。

起初，網(wǎng)絡(luò)的快速創(chuàng)新讓嵌入式設(shè)備制造商能夠基于能效、覆蓋范圍、mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、安全性、易用性、設(shè)備功能、成本和產(chǎn)品兼容性等方面來(lái)打造差異化產(chǎn)品，而無(wú)需等待繁瑣復(fù)雜的全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化流程。然而等待是值得的。如今，少數(shù)幾個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)涵蓋了所有相關(guān)的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)特性和功能。設(shè)備連接的快速創(chuàng)新階段已經(jīng)結(jié)束。我們現(xiàn)在處于融合階段，而且已經(jīng)到了這樣一個(gè)階段:大多數(shù)專用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已無(wú)明顯差異，只會(huì)增加市場(chǎng)阻力和成本，卻無(wú)法帶來(lái)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

產(chǎn)品公司現(xiàn)在可以從極少的關(guān)鍵設(shè)備網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行選擇。四種局域網(wǎng)加上蜂窩網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和LP-WAN就能滿足大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景。其他專用網(wǎng)絡(luò)則用于填補(bǔ)空白。

標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用層

互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 (IP) 使消息能夠在承載IP的網(wǎng)絡(luò)上傳輸，而無(wú)需經(jīng)過(guò)集線器、網(wǎng)關(guān)或協(xié)議轉(zhuǎn)換器。因此，應(yīng)用可以使用相同 (或相似) 的消息有效負(fù)載與通過(guò)Wi-Fi、Thread、衛(wèi)星或蜂 窩網(wǎng)絡(luò)連接的IoT設(shè)備進(jìn)行通信?；贗P的通信鏈路是實(shí)現(xiàn)設(shè)備連接標(biāo)準(zhǔn)化的首要條件。第二個(gè)條件是一個(gè)應(yīng)用層—同一種通用語(yǔ)言—同一種設(shè)備語(yǔ)言，用于IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)南⒂行ж?fù)載內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)化。

Matter為智能家居領(lǐng)域定義了一個(gè)應(yīng)用層。而商業(yè)建筑、醫(yī)療保健、零售、農(nóng)業(yè)或智慧城市等其他領(lǐng)域的應(yīng)用層則有獨(dú)特的設(shè)備定義、屬性和安全架構(gòu)。下面我們先介紹一下Matter，然后再看看如何將相同的概念應(yīng)用到其他領(lǐng)域。

Matter：智能家居的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用層

Matter是連接標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟 (CSA) 推出的全新智能家居連接標(biāo)準(zhǔn)。它是一種典型的應(yīng)用層例子，能在以太網(wǎng)、Wi-Fi和Thread等IP LAN網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)設(shè)備安全、隱私和消息語(yǔ)義的標(biāo)準(zhǔn)化。

Matter的主要目標(biāo)是統(tǒng)一消費(fèi)類設(shè)備網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議，這樣任何制造商生產(chǎn)的認(rèn)證產(chǎn)品都能通過(guò)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)無(wú)縫互操作。這需要網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化，但這其實(shí)相對(duì)容易做到；真正的難點(diǎn)在于對(duì)應(yīng)用層進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，從而讓設(shè)備和應(yīng)用程序能夠在任何IP網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)互操作。

如需詳細(xì)了解Matter標(biāo)準(zhǔn)

請(qǐng)參考恩智浦Matter系列研究報(bào)告

Matter研究報(bào)告

Matter——讓智能家居更智能

深入探討了Matter的技術(shù)細(xì)節(jié)，以及Matter在從智能家居向自動(dòng)化家居過(guò)渡中所起的推動(dòng)作用。，點(diǎn)擊下載>>

Matter——讓智能家居更安全

介紹了Matter基于信息安全和隱私的基礎(chǔ)，以及恩智浦如何讓Matter的開發(fā)變得更輕松、更快速、更安全，點(diǎn)擊下載>>

面向消費(fèi)電子產(chǎn)品制造商的MATTER標(biāo)準(zhǔn)

從消費(fèi)電子產(chǎn)品制造商的角度對(duì)Matter在整個(gè)行業(yè)的影響進(jìn)行戰(zhàn)略分析，點(diǎn)擊下載>>

Matter作為AIoT應(yīng)用層

Matter定義了一個(gè)應(yīng)用層——位于網(wǎng)絡(luò)層傳輸之上的一種連接“fabric”。Matter fabric有兩個(gè)獨(dú)特的組成部分：

1

安全和隱私——用于確保設(shè)備可信、管理安全的設(shè)備連接，以及對(duì)所有消息進(jìn)行端到端加密的方法

2

語(yǔ)義(數(shù)據(jù)模型)——一種在該fabric上實(shí)現(xiàn)高效設(shè)備通信的通用語(yǔ)言

Matter是一種虛擬的設(shè)備連接延伸——構(gòu)建于基于物理IP的網(wǎng)絡(luò)之上的fabric。Matter協(xié)議對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行身份驗(yàn)證和授權(quán)，創(chuàng)建并管理安全fabric，同時(shí)定義在該fabric內(nèi)傳輸?shù)南⒌慕Y(jié)構(gòu)和語(yǔ)義。

借助Matter，制造商可以任意組合使用標(biāo)準(zhǔn)化且廣泛普及的IP網(wǎng)絡(luò)，如以太網(wǎng)、Wi-Fi和Thread，還能利用低功耗藍(lán)牙進(jìn)行設(shè)備設(shè)置。其他IP網(wǎng)絡(luò) (如蜂窩網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)) 能夠?yàn)榧彝ヒ酝獾膱?chǎng)景以及其他垂直領(lǐng)域提供新的應(yīng)用場(chǎng)景支持。不過(guò)，采用新的網(wǎng)絡(luò)就需要新的設(shè)備配置和安全流程。

Matter定義了一個(gè)應(yīng)用層，旨在為智能家居應(yīng)用實(shí)現(xiàn)協(xié)議、安全和語(yǔ)義的標(biāo)準(zhǔn)化，相同的理念也可應(yīng)用于其他領(lǐng)域。

Matter垂直市場(chǎng)：家庭之外的應(yīng)用

連接標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟 (CSA) 開發(fā)了Matter作為應(yīng)用層，旨在為住宅環(huán)境中的CE產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、安全和語(yǔ)義的標(biāo)準(zhǔn)化。然而，在多戶住宅、小型企業(yè)、醫(yī)療保健和其他垂直領(lǐng)域等，對(duì)類似Matter應(yīng)用層的需求正在不斷增加。Matter適用于哪些場(chǎng)景?哪些場(chǎng)景又不適用?應(yīng)用層將如何發(fā)展以滿足其他垂直市場(chǎng)的需求?本節(jié)將從產(chǎn)品開發(fā)者的角度探討這些問(wèn)題。

Matter在非住宅應(yīng)用場(chǎng)景中的應(yīng)用

作為一項(xiàng)智能家居標(biāo)準(zhǔn)，Matter并未直接涵蓋商業(yè)建筑、零售、制造、醫(yī)療保健和農(nóng)業(yè)等其他產(chǎn)品領(lǐng)域。但對(duì)于一些具有類似住宅特征的商業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，Matter產(chǎn)品已然適用。例如，對(duì)于使用住宅類設(shè)備的中小型企業(yè)來(lái)說(shuō)，Matter非常適合用于照明和HVAC控制。不過(guò)，至少就目前而言，大型商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用超出了Matter的適用范圍。

我們預(yù)計(jì)Matter的應(yīng)用范圍有可能會(huì)擴(kuò)展到某些商業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景。隨著Matter的應(yīng)用加速普及，我們預(yù)計(jì)CSA將繼續(xù)聚焦于住宅應(yīng)用場(chǎng)景。然而，就像當(dāng)初促使企業(yè)采用Wi-Fi的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力一樣，如今這些相同的市場(chǎng)力量也會(huì)促使商業(yè)客戶在那些Matter可能適用的非住宅垂直領(lǐng)域部署Matter或其變體標(biāo)準(zhǔn)。

連接性考量：家庭和小型企業(yè)與大型企業(yè)

本文闡述在AI的推動(dòng)下，制造數(shù)十億臺(tái)AIoT設(shè)備蘊(yùn)含著巨大的商業(yè)機(jī)遇。這些設(shè)備能在免授權(quán)頻譜的標(biāo)準(zhǔn)LAN網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行，并能與支持AI的應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)自然連接。所有硬件、網(wǎng)絡(luò)和軟件組件都基于標(biāo)準(zhǔn)，而且是現(xiàn)成的，幾乎不需要進(jìn)行系統(tǒng)定制，因此規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益顯著。

Matter就是一個(gè)典型例子，它適用于智能家居領(lǐng)域以及其他類似的行業(yè)。隨著Matter (和Thread) 技術(shù)的成熟，適用的“類似特征”范圍也在擴(kuò)大。不過(guò)，LAN網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性以及類似Matter的應(yīng)用層存在一些根本局限，到了一定程度，企業(yè)就無(wú)法使用這些技術(shù)進(jìn)行部署，只能轉(zhuǎn)而選擇需要授權(quán)的連接解決方案。

▲表1：消費(fèi)者與企業(yè)設(shè)備連接

（資料來(lái)源:Moor Insights & Strategy）

企業(yè)通常不愿考慮使用免授權(quán)頻譜的無(wú)線設(shè)備連接方案，這是因?yàn)樗麄儗?duì)技術(shù)限制存在先入為主的觀念，同時(shí)也考慮到是否有辦法克服這些限制、平臺(tái)的可用性以及成本等因素。表1對(duì)比了消費(fèi)者和企業(yè)在連接IoT設(shè)備時(shí)所考慮的八個(gè)方面。前五個(gè)方面 (綠色高亮) 有切實(shí)可行的解決辦法，但后三點(diǎn) (橙色高亮) 則沒(méi)有。

無(wú)論應(yīng)用領(lǐng)域如何，還有另外兩種部署情況對(duì)于免授權(quán)頻譜網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)是無(wú)法克服的障礙，即移動(dòng)性和偏遠(yuǎn)地區(qū)。這兩種情況需要使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)或LP-WAN網(wǎng)絡(luò)。從理論上講，類Matter應(yīng)用層在蜂窩網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)上也能正常工作，但Matter的配置和部署功能需要進(jìn)行大幅修改。

像LoRaWAN這樣的LP-WAN網(wǎng)絡(luò)在設(shè)備層面上沒(méi)有足夠的帶寬來(lái)支持Matter。不過(guò)，LoRaWAN網(wǎng)關(guān)可以像Matter橋接器支持舊協(xié)議那樣支持Matter，但這一想法還需要驗(yàn)證。

本文小結(jié)

IP網(wǎng)絡(luò)讓計(jì)算機(jī)走出了機(jī)房，蜂窩服務(wù)賦予了我們移動(dòng)性，如今衛(wèi)星星座又有望實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。不過(guò)，大部分無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)流量仍通過(guò)免授權(quán)無(wú)線電頻譜傳輸，尤其是Wi-Fi，而且這種情況不太可能改變。隨著Wi-Fi 6和Wi-Fi 7性能的提升，以及低功耗設(shè)備向Thread靠攏，免授權(quán)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展有望進(jìn)一步加速。

IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議使產(chǎn)品開發(fā)者能夠任意組合使用無(wú)線電技術(shù)，無(wú)論是免授權(quán)的 (Wi-Fi、Thread、低功耗藍(lán)牙和LP-WAN) 還是需要授權(quán)的 (蜂窩網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò))。為特定垂直行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化基于IP的互操作性協(xié)議是下一步的發(fā)展方向，消費(fèi)電子制造商正憑借Matter標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)這一潮流。

對(duì)于大多數(shù)產(chǎn)品而言，免授權(quán)網(wǎng)絡(luò)是成本最低且應(yīng)用最廣泛的選擇，將Wi-Fi、Thread和低 功耗藍(lán)牙集成到IoT設(shè)備中也變得非常容易。

例如，恩智浦的三頻無(wú)線芯片簡(jiǎn)化了無(wú)線硬件和軟件開發(fā)流程，讓開發(fā)者能夠指定與現(xiàn)成平臺(tái)軟件無(wú)縫適配的芯片和芯片組—認(rèn)證簡(jiǎn)便、無(wú)需頻譜授權(quán)、無(wú)需服務(wù)提供商且性能可預(yù)測(cè)。更低的成本、更好的性能以及基于IP的通用設(shè)備連接性，使產(chǎn)品公司能夠在AI發(fā)展對(duì)現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)產(chǎn)生大量需求時(shí)實(shí)現(xiàn)快速擴(kuò)張。

多模態(tài)AI、通用設(shè)備連接性和互操作性標(biāo)準(zhǔn)的綜合效應(yīng)形成了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)引力，為IoT發(fā)展創(chuàng)造了前所未有的有利環(huán)境。這種相輔相成的局面產(chǎn)生了飛輪效應(yīng)，將IoT的發(fā)展與AI的擴(kuò)張緊密聯(lián)系在一起。

▲圖1：AI-IoT飛輪

（資料來(lái)源:Moor Insights & Strategy）

圖1展示了AI和IoT之間的關(guān)系。多模態(tài)AI應(yīng)用對(duì)來(lái)自聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)量需求不斷增加。產(chǎn)品公司通過(guò)最大限度地提升設(shè)備的連接性和互操作性來(lái)滿足這一需求，而數(shù)據(jù)可用性的提高又會(huì)加速AI的發(fā)展。隨著這個(gè)“飛輪”加速運(yùn)轉(zhuǎn)，規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)會(huì)降低設(shè)備成本，進(jìn)而進(jìn)一步推動(dòng)發(fā)展。

這是一場(chǎng)完美的“風(fēng)暴”?；贗P的通用連接是AI的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，是用于訓(xùn)練和推理的唯一直接且未篩選的真實(shí)數(shù)據(jù)源?；贏I且對(duì)數(shù)據(jù)需求極大的應(yīng)用、低成本的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以及基于標(biāo)準(zhǔn)的互操作性相結(jié)合，從根本上改變了嵌入式計(jì)算的經(jīng)濟(jì)模式，其帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)單個(gè)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備價(jià)值的總和。

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本文節(jié)選自白皮書《AIoT：連接AI與現(xiàn)實(shí)世界》，討論了連接如何助力實(shí)現(xiàn)AIoT，并詳細(xì)回顧了AIoT部署的考慮要素。白皮書中還特別提到了恩智浦三頻技術(shù)的重要性，該技術(shù)有助于簡(jiǎn)化無(wú)線硬件和軟件的開發(fā)，使產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)能夠在AIoT不斷擴(kuò)展的過(guò)程中快速擴(kuò)大規(guī)模。

本文作者

Bill Curtis是Moor Insights & Strategy公司負(fù)責(zé)大型物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的駐場(chǎng)分析師。他幫助企業(yè)設(shè)計(jì)分布式解決方案，整合了從現(xiàn)實(shí)世界設(shè)備到分析的完整端到端物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議棧。他憑借在各種大眾市場(chǎng)計(jì)算平臺(tái)上的芯片和軟件方面的行業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，致力于克服阻礙物聯(lián)網(wǎng)部署發(fā)展的根本問(wèn)題。