「十年前,連網技術面臨的最大挑戰,是如何把終端裝置連接到網際網路。而今,每天都有超過500萬台智慧終端連接到網際網路,我們最大的挑戰在於如何確保連網終端的和諧共存,並為用戶提供無縫體驗。」

高通(Qualcomm)產品管理副總裁Gopi Sirineni稱,此前有分析機構在報告中預測,一個典型的美國四口之家擁有的連網終端數量,將從2017年的20個增加到2022年的50個,使用者每月的資料使用量也將從2016年的70GB猛增到2020年的165GB。但從目前的實際情況來看,這些資料顯然是被低估了。

解決傳統路由器三大痛點

根據高通針對中國消費者的一項調查顯示,接近60%的使用者都對家中的路由器感到不滿,以下三點尤其突出:一是Wi-Fi覆蓋問題,54%的受訪者認為隨著居住面積的擴大,很多房間都無法連接Wi-Fi;二是接近60%的使用者反映在高峰時間網路連線性較差,即網路擁擠和網路互相干擾問題嚴重;三是38%的用戶認為極難甚至無法增加新終端,路由器的使用者使用介面和終端接入難度較大,用戶體驗不好。

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Gopi Sirineni認為,要想實現無縫的用戶體驗並驅動智慧家庭發展,是否能夠解決好連接、感知、互動和安全這四大技術將成為關鍵。因此,高通針對家庭網際網路的需要,在三、四年前提出了Wi-Fi SON (Self-Organizing Network)概念。據稱目前60%的美國家庭已經將家中的Wi-Fi網路從普通單節點轉換成網狀網路,但在中國,網狀網路方式還沒有非常大的接取率,市場潛力很大。

SON可直譯為自組織網路或被稱為網狀網路,相較之前使用者買一台Wi-Fi閘道的傳統方式,網狀網路是指在家中擺放一套三件組、四件組,甚至六件組的多台Wi-Fi連網裝置。當其中一台連接到上行網路後,其他幾台就會自動組成一個網際網路,家中的終端也會根據訊號強度和環境干擾狀況,就近連接到一個特定的網路節點上。

自修復功能則是網狀網路的另一大優勢。例如家中安裝的攝影機通常只在特定的時間工作,或者偵測到家中有移動目標才工作。在自組網路上,攝影機的工作情況則與正常使用情況的規律不同。發現攝影機在不該開啟的時段進行工作,或者攝影機抓取的資料情況跟平時使用的情況不一致時,自組網自修復功能可以根據使用者平時使用攝影機的情況進行監測,情況有變化的時候向用戶提供警報,甚至將這種終端隔離,起到保護的作用。

再例如,按照傳統方式在家中接取至路由器,但路由器若損壞,家中的網路基本癱瘓,無法與終端進行Wi-Fi連接。而具有多個節點的網狀網路解決方案,如果某一個節點出現故障,使用資料流程將會自動連接到其他節點,甚至是終端的連接也可以透過其他的網路節點來實現,網路的穩健性、抗干擾和抗破壞的能力更勝一籌。

讓高密度居住環境受益

網狀Wi-Fi針對城市中心地區,可以讓高密度的居住環境受益,這是Gopi Sirineni提出的基本觀點。

在建築物中,高密度環境中訊號干擾問題對消費者網路使用體驗的負面影響非常大。在部署網狀網路的情況下,不同住戶的網狀網路可以協同工作——即根據網路擁擠情況或使用者使用特性進行相互協調,從而解決了三大問題:第一,減少相互干擾;第二,增強訊號覆蓋;第三,從整體上提高用戶體驗。這不僅提高了某一家住戶的體驗,而且為整個建築物的每位住戶都提供更優質的使用體驗。

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以一個標準的家庭接取場景為例,即寬頻透過光纖接取,路由器放在家中的某一端,這造成了路由器的實際覆蓋面積僅為居住環境的1/4,其餘3/4不僅沒有提供家庭覆蓋的功能,反而造成了對周圍鄰居的干擾。這也是使用者感覺在網路使用高峰時段體驗變差的根本原因,因為網路之間的相互干擾非常強烈。也就是說,網路不僅沒有實現全部覆蓋,反而造成了更多干擾。

反之,如果採用網狀網路,當家中有多個網路接取點(AP)時,可以根據網路干擾情況、使用者使用需求情況,把家用網路的覆蓋重點轉移到在家庭中心的節點位置,或者干擾比較小的節點位置。這樣既解決了家庭內部的網路覆蓋問題,也減少了毗鄰網路之間的互相干擾。

在高通的測試中,如果只使用單個路由器,離路由器節點比較遠的地方只有60M的資料輸送量。使用網狀網路解決方案後,即使最弱接取點的資料輸送量也可以達到265M。此外,家用網路的平均輸送量也有50%以上的提升。

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用Wi-Fi進行智慧偵測

網狀網路不僅能夠解決網路覆蓋的問題,還可以提供更多的智慧功能,用以打造無縫的互動體驗,例如,華碩Lyra Voice和NETGEAR Orbi Voice即為語音UI+網路整合的典型代表。

語音生物辨識——高通的音訊解決方案不僅能夠透過辨識關鍵字執行指令,而且能夠辨識語音指令發出的物件,進一步根據指令發出物件的身份進行不同的操作; 喚醒詞辨識和低功耗待機模式——這不僅僅可以節能,同時透過降低關鍵字誤判率,減少不必要的網路和雲端資料傳輸,從而實現網路最佳化; 語音打斷和遠場語音——基於6-8個麥克風回音消除和雜訊抑制的遠場語音技術,即使智慧音箱或其他終端正在播放音樂且音量很高,系統依然可以辨識關鍵字或者發佈的指令,並進行互動; 來源追蹤——用戶在不同房間內走動時,音樂可以伴隨使用者的移動在不同的智慧音箱中播放,創造無縫的用戶體驗。

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除了與語音互動功能進行整合外,針對空間人工智慧(AI)感知將成為網狀網路下一步整合的目標。

具體而言,雖然使用者無法看到Wi-Fi訊號,但實際上Wi-Fi訊號會在家中不停的發生碰撞和反射,所以不同的人、寵物、物件在家中移動時,對環境擾動的射頻(RF)資訊都是不同的。從技術角度來看,我們完全可以透過RF環境的變化來感知和判斷是誰在家中移動。

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以下三個應用場景也許會給我們帶來新的應用靈感:

第一,動作偵測。針對家庭安全應用,無需透過攝影機或其他感測器進行監測,只要家中部署了網狀網路Wi-Fi,就可以偵測到主人離開家之後是否突然有人闖入,並且透過動作偵測判斷這是家人還是陌生人。

第二,位置追隨。家中的智慧照明產品、音訊裝置、智慧電視可以跟隨使用者位置的移動而改變操作的具體位置,例如當主人從一個房間走到另外一個房間或者從客廳走到臥室的過程中,這些智慧產品依然可以提供無縫的用戶體驗。

第三,遠端監測。如果整個建築物都部署了網狀網路,在一些非常緊急的情況下,安全人員可以透過RF訊號的偵測,遠端掌控住戶家中是否有人?一共有多少人在建築物內?這些人分佈在哪些位置?而無需進入住戶家中進行查看。

但Gopi Sirineni強調說,RF偵測辨識的不是臉部資訊,更多是辨識個體生物紋路特性,例如人或寵物等的外形、動作(走路、奔跑、跳躍)的習慣特性,從而判斷個體的身份,這和臉部辨識的技術完全不同。

他認為Wi-Fi RF偵測與視訊攝影機相較,具有更好的靈活性:透過視訊進行臉部辨識時,人或採集目標需要站在特定的位置;Wi-Fi的RF偵測無此要求,無論目標是人、寵物或其他物體,他們都可以處於家中的任何位置,可以依照平時的活動範圍和生活習慣自由移動,Wi-Fi可以即時進行RF偵測和辨識。

此外,RF偵測還可以更有效地保護隱私。因為家中的安全攝影機通常都是對著大門、室外或家中某些特定位置,如果進行大範圍的視訊監測,使用者會擔心資料傳輸到雲端後被洩露。但RF偵測避免了隱私方面的擔憂,因為它只在關鍵動作或者關鍵指令的部分有互動,其他部份不會有任何成像,用戶無需擔心家人的一舉一動被遠端監視。

Wi-Fi加速準備搶進6GHz頻段

據傳業界工程師們已經達成在明年5月展開下一代Wi-Fi規格訂定工作的共識,可望將資料傳輸量提升四倍;新的「極高吞吐量」(extreme high-throughput,EHT)規格,會是首度從設計之初就納入對6GHz頻段的支援,而且問世步伐加快的Wi-Fi標準。

開發者期望6GHz頻段能在2020年清空,以提供包括Wi-Fi與蜂巢式通訊等技術的免執照使用;而Wi-Fi陣營的目標是屆時能翻新802.11ax規格供6GHz頻段使用,並在2023年推出EHT規格來強化6GHz的實際佈署。

對此,Gopi Sirineni表示,從Wi-Fi Alliance (WFA)層面來看,802.11ax的技術規範其實還沒有完全鎖定,向6GHz頻段具體而言是從5.9GHz至7.1GHz的範圍擴展,已經是大勢所趨,因為它不但可以帶來更高的靈活性,也可以避免160MHz頻帶之間相互干擾和覆蓋。

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但他表示,「嚴格來說,這實際上還算不上是下一代Wi-Fi技術的演進,只是在.11ax的基礎上增加了頻寬和可用頻譜,從而使服務範圍變得更廣而已。」。

至於EHT,高通產品管理總監 Jason Tao認為還需要更多的技術融合,特別是基於相似頻譜的技術之間的演進和融合將成為重要趨勢。例如在蜂巢式和Wi-Fi之間,11ax就導入了OFDMA技術,類似的情形今後會更加常見。