智能家居互联领域的风险与挑战

　　摘要：智能家居互联技术蓬勃发展的背景下，互联技术标准是否统一尤为关键，本文从智能家居互联领域的国外标准化组织、国内产业生态、国际标准和国家标准等方面进行梳理分析，并就遇到的风险与挑战提出建议与对策。

　　关键词：智能家居； CHIP; 互联生态；

　　Abstract:In the context of the vigorous development of smart home interconnection technology, the harmonization of interconnection technology standard is particularly critical. This article analyzes the foreign standardization organizations, domestic industrial ecology, international standards and national standards in the field of smart home interconnection, and gives suggestions on risks and challenges.

　　Keyword:smart home; CHIP; connected ecosystem;

　　智能家居以住宅为载体，融合了自动控制、计算机、物联网、人工智能等技术，将家电控制、环境监控、信息管理、影音娱乐等功能有机结合，通过对家居设备的集中管理，提供更便捷舒适、安全节能的家庭生活环境。

　　近年来，智能家居技术与产业发展迅猛。智能灯具、智能电器、智能音响、智能门锁等典型产品已悄悄走进我们的生活。据国际权威机构预测，全球智能家居市场规模2022年将达到1220亿美元，年均增长率为14%.

　　在蓬勃发展的大趋势下，智能家居产业也存在隐忧。目前智能家居产品品牌众多，不同品牌的产品和系统间往往难以互联互通互操作，严重阻碍用户数据的高度整合及分析处理，最终严重影响用户对智能家居服务的使用体验。

　　智能家居互联技术标准是否统一决定着智能家居产业迅速发展的可持续性及能否建立起强大的应用生态系统。下面我们将从智能家居互联领域的国外标准化组织、国内产业生态、国际标准和国家标准、知识产权、发展机遇与挑战等五个方面进行梳理分析。

　　1 国外标准化组织

　　1.1 基于IP的家居互联工作组（CHIP）

　　2019年12月，亚马逊、苹果、谷歌等公司宣布共同成立IP家居互联项目（Project Connected Home over IP）工作组（简称CHIP工作组），计划开发和推广开源的免专利费的新连接协议，包含对产品全生命周期操作如入网及退网、错误恢复和软件更新等的标准，并实现跨厂商的智能家居设备、移动应用程序和云服务之间的通信。

　　目前CHIP工作组重点关注Wi Fi（含Wi Fi-6）和Thread联盟的技术标准，暂不重新开发新的底层通信协议。CHIP协议将吸纳采用现有的典型智能家居技术和协议，包括亚马逊Alexa、苹果Home Kit、谷歌Weave以及zigbee联盟的Dotdot等。CHIP协议虽基于IP,但与已有的zig Bee over IP标准并无直接关系。2020年底，CHIP工作组将发布技术规范草案和初步的开源参考实施方案。

　　1.2 开放连接基金会（OCF）

　　开放连接基金会（O p e n C o n n e c t i v i t y Foundation）是国际智能家居互联领域重要的标准化组织，由微软、思科、通用电气、高通、伊莱克斯、英特尔以及三星等企业联合成立。OCF继2015年收购UPn P联盟和2016年合并All Seen联盟1后，形成了现在的OCF基本形态。迄今为止，全球超过450个公司加入了OCF基金会。OCF规范是利用现有的行业技术标准，来提供设备之间以及设备和云之间的连接机制，可实现不同操作系统、服务提供商等之间的互联互通。

　　2016年，OCF基金会与Thread联盟2进行携手合作，以改善智慧家居系统的联网能力，提高家用物联设备间的互操作性。虽然Thread协议主要聚焦于网络层，OCF规范主要聚焦于应用层，但双方在开发面向智能家居互联的低功耗技术标准方面的目标是一致的。

　　1.3 zigbee联盟

　　zigbee联盟成立于2002年，是一个开放的、全球化的非盈利组织，其在IEEE 802.15.4标准的基础上开发了一套包含网络层、应用层及其配套的支持子层、安全子层的产业化标准，通过zigbee联盟认证的产品可保证较好互操作性。zigbee产品具有低功耗、低延时、易组网等特性，部分国内企业建立的智能家居生态圈也都采用了zigbee标准，近年来在智能家居市场得到广泛推广应用。

　　zigbee联盟在2019年1月与Thread联盟达成Dotdot over Thread合作项目，并确定了互相认证等事项。2019年5月，zigbee联盟启动All Hub Initiative工作计划，该工作组主席由亚马逊工程师担任，主要希望使用zigbee应用层和网络层标准加强厂商间平台的互操作性，并将成为zigbeee 3.1标准的一部分。由于zigbee联盟具备较为完善的应用层协议，Dotdot将会纳入到CHIP体系中，CHIP后续会支持WIFI和Thread.目前没有CHIP和OCF合作的消息。

　　近几年越来越多的中国企业加入了zigbee联盟，每年也有近百款产品通过认证，但在联盟标准研制的参与度上积极性不高，绝大多数技术方案由国外企业主导。

　　2 我国智能家居互联生态

　　2.1 华为智能家居开发互联平台（Hi Link）

　　华为智能家居开放互联平台Hi Link主要用于解决智能终端之间的互联互动问题，配合华为轻量级物联网操作系统Lite OS,形成完善的智能家居终端设备互联互通解决方案。截至2019年中期，华为Hi Link平台已拥有超过3000万注册用户、600家加盟生态伙伴、超过1000款认证产品，覆盖100多个生活品类。

　　2.2 小米Io T开发者平台

　　小米智能家居围绕小米手机、小米电视、小米路由器三大核心设备，小米生态链企业的智能硬件产品连入小米Io T开发者平台，通过米家APP进行互联和控制。截至2019年，小米生态伙伴已拥有近百家，覆盖百余个生活品类。

　　2.3 海尔智慧家庭平台

　　海尔智慧家庭是海尔集团推出的"一站式、全场景、定制化"智慧家庭解决方案，在客厅、厨房、浴室、卧室、阳台5大物理空间中，产品涵盖冰箱冷柜、洗衣机、热水器、空调、电视、厨电、智慧家电和定制产品八大品类。目前，海尔旗下拥有8大产业板块140个产品品类，产品、方案、场景均能实现自由定制。

　　2.4 阿里物联网互联联盟（ICA）

　　ICA联盟（Io T Connectivity Alliance）由阿里巴巴集团联合多家物联网产业链合作伙伴于2017年6月共同成立，旨在建立统一的标准，使合作伙伴能快速连接设备及低成本构建应用，并且快速复制解决方案，打造健全的物联网生态系统。截至2018年9月，ICA生态联盟成员单位超过350家，已覆盖150多个品类、6万多型号设备。

　　3 国际标准和国家标准

　　3.1 国际标准

　　国际上，智能家居领域的相关标准化组织主要包括ISO/IEC JTC 1、IEC/TC 100等。

　　ISO/IEC JTC 1/SC 25信息技术设备互连分委会下设WG 1家用电子系统工作组、WG 3用户建筑群布缆工作组、WG 4计算机系统及附属设备互连工作组。其中，WG 1工作组目前已发布近40项智能家居相关国际标准以及140余项通用即插即用UPNP国际标准。其中，ISO/IEC 14543-5《信息技术家用电子系统（HES架构）第5部分：资源共享协同服务》系列14项国际标准提案由我国提出并主导制定。

　　OCF基金会一直致力于将联盟标准上升为国际标准。2017年，OCF通过快速投票流程向ISO/IEC JTC 1/SC 41（物联网及相关技术分技术委员会）提交了六项OCF规范。2018年，该六项国际标准正式发布，标准清单见表1.

　　表1 OCF推动形成的国际标准清单

　　2019年7月，OCF基金会向ISO/IEC JTC 1/SC 41提出修订6项标准的申请，并启动了《信息技术开放互联基金会规范第7部分：Wi Fi简易设置规范》《信息技术开放互联基金会规范第8部分：云规范》和《信息技术开放互联基金会规范第9部分：OCF资源与one M2M资源映射》三个后续标准草案的立项快速投票流程。

　　IEC/TC 100将国际数字生活网络联盟（DLNA）标准纳为智能家居领域的IEC国际标准，目前已发布DLNA家庭网络设备互操作性导则等国际标准10余项。

　　3.2 国家标准

　　国内智能家居领域的相关标准化组织主要有全国信息技术标准化技术委员会信息技术设备互连分委会（SAC/TC 28/SC 25）、全国音频、视频及多媒体系统与设备标准化技术委员会（SAC/TC242）、全国智能建筑及居住区数字化标准化技术委员会（SAC/TC 426）等。

　　SAC/TC 28/SC 25对口国际上ISO/IEC JTC 1/SC25,主要致力于信息技术设备之间互联标准的研究和制定工作，其中WG 1工作组主要研究家庭电子系统（HES）。目前已发布IGRS信息设备资源共享协同服务系列国家标准20余项和家用电子系统统一服务平台系列国家标准1项，并有3项国家标准处于在研阶段。

　　SAC/TC 100对口国际上IEC/TC 100,主要从事音频、视频、多媒体系统与设备领域内的标准化工作，工作项目主要包括各种广播电视系统与设备技术要求、信号录制、系统间的接口、互联、互操作以及系统和设备的测量方法等。目前已发布家庭网络系列国家标准10余项。

　　SAC/TC 426主管部门为住房和城乡建设部，主要负责智能建筑物数字化系统领域国家标准的制修订工作，其工作领域对口国际标准化组织建筑物环境设计技术委员会建筑物控制系统设计工作组（ISO/TC 205/WG 3）。目前，TC 426在研究制定智慧城市、智能建筑、智慧社区、智能家居、数字城管、智能卡等领域的国家标准，目前已发布物联网智能家居系列国家标准3项。

　　4 专利分析

　　随着智能家居技术的快速发展，企业的专利战也进入到纵深发展阶段。产业链上下游由低价竞争、渠道扩张提升到了技术战、产品战、专利战。整体来看，智能家居产业涉及细分领域众多。其中，产业上游主要有通讯模块、零部件、芯片等硬件厂商以及操作系统平台、开发者服务平台、大数据平台以及应用平台等相关系统及技术支持厂商，产业中游主要是各类智能家居设备厂商等，产业下游则是线上线下销售渠道及合作渠道。其中，以国外谷歌、亚马逊、苹果为首的企业是涉及产业链各个环节的综合型巨头。

　　从国家专利申请量分析，美韩技术领先，中国专利申请量最大。据深圳中一知识产权研究院2018年发布的《世界智能家居专利分析报告》数据显示，从申请数量上看，中国是专利申请大国，其次为韩国、美国、日本。从专利优先权看，美国作为最早优先权国的专利申请量最大，其申请量占总量的28%,其次为韩国，占比20%.中国专利申请量虽大，但作为最早优先权国的申请量仅排第三。可见美国和韩国在智能家居领域技术研发靠前，技术水平仍处于领先位置。

　　从全球主要申请人分析，国外企业遥遥领先。三星、LG、SOMFY SAS处于智能家居行业专利申请的第一梯队，申请总量过半，在专利拥有量上占有绝对的优势。其中三星是智能家居行业企业的主要技术追踪对象和学习对象，也是最大的竞争对手。国内美的、小米、海尔等企业处于第二梯队。可见我国企业在智能家居行业占据着比较重要的位置。

　　据知识产权产业媒体IPRdaily与inco Pat创新指数研究中心联合发布的"2019上半年全球智能家居发明专利排行榜（TOP100）",此榜单排名前10的企业中有5家来自中国，分别是华为、小米、美的、格力、联影医疗，取得的专利数量占榜单前10数量的52%.

　　从专利申请内容上看，美国在互联技术上率先布局，中国布局不均衡。国内企业的专利申请主要以智能家居系统的搭建为主，国外企业的专利申请更多涉及智能家居通信技术，更多地考虑各设备之间、设备与人之间信息传递的合理性和便捷性，而通信技术则决定着智能家居系统的可行性，是智能家居系统运行的基础。我国智能家居企业存在重上层系统、轻底层技术的问题，导致在该领域的底层通信技术和基础互联技术基础薄弱，芯片和关键核心设备方面易受制于人。

　　5 CHIP工作组成立带来的机遇与风险分析

　　5.1 机遇分析

　　基于IP的家居互联（CHIP）属于开源项目，为企业带来了新的发展机遇。主要表现在三点：第一，开源项目由多方创建，对于打破行业壁垒是有利的；第二，开源项目将会吸纳各家技术来使整个生态趋于更加完整和成熟；第三，免专利费更易于行业积极采用基于开源的解决方案，有利于行业充分竞争，缩短产品开发周期。

　　5.2 风险分析

　　从国内行业发展来看，CHIP项目的启动可能会对我国智能家居产业发展造成一些风险。尤其当前在中美贸易战的大背景下，我国可能在智能家居的CHIP开源代码授权许可、专利、市场等方面存在一些隐患。

　　产业生态方面。CHIP工作组由国外产业巨头和联盟发起成立，目前尚无国内智能家居生态中较强的企业参与。未来国内企业是否可加入工作组、参与项目活动以及跟踪工作动态等均属未知。此外，国内尚未建立统一的智能家居互联标准体系。一旦国外率先建立起完善的智能家居标准生态体系，将在产业生态和技术标准方面占据制高点，不利于国内智能家居产业生态建设和产品市场推广，对于现有标准的采用以及未来标准的制定存在极大的挑战。

　　知识产权方面。CHIP工作组虽然采用了开源且免专利费的方式，但具体的开源方式未知，基于开源代码进行的二次开发很可能面临知识产权的问题。谷歌的开源安卓系统对于华为的使用授权就是典型的例子。此外，对源代码进行修改、衍生、再发行时使之闭源，是否会违反其授权协议，或遭法律制裁，CHIP尚未给出相关规定。基于CHIP协议开发的所有产品，一旦申请相关专利，CHIP工作组是否有权自动享有。这些问题将成为国内企业未来发展的一个定时炸弹。

　　市场竞争方面。CHIP工作组的目标是以支持和采用现有技术实现基于IP的家居互联，不开发新的技术。但CHIP项目所基于的现有关键技术均未掌握在我国企业手中。另外，由于参与CHIP项目的国外行业巨头自身技术实力普遍强大、供应链相对成熟稳定、产业生态基础好，其在CHIP工作组中的联合将进一步提升整体竞争水平。可以预见，CHIP项目未来会给国内诸侯混战山头林立的智能家居产业带来巨大的市场竞争压力。

　　6 下一步工作建议

　　针对CHIP工作组设立所带来的上述风险和挑战，我们给出了下一步工作建议及对策。

　　整合形成我国智能家居产业大生态。我国是家电大国，在智能家居产业生态方面具有技术、市场等方面的巨大优势。但目前形成的几个产业生态基本由几个大企业主导，各自为战、相互难以兼容，给产业链上下游带来了巨大的成本浪费和困扰。通过现有的平台或通过构建联合生态体系的方式，实现强强联合，打通通信、数据、平台之间的壁垒，有利于降低生产运营和用户使用成本，提升行业整体竞争力。

　　构建全局统一的标准及认证体系。我国智能家居标准化基础较好、起步较早，已初步形成面向设备互连、资源共享、平台统一接入等多个系列标准，但标准应用效果不佳，未得到行业普遍采用。迫切需要在现有标准技术体系基础上，面向简化开发及相互兼容的目标，整合国内相关力量，形成技术标准联合体，共同构建全面统一的智能家居互联标准体系和产品及系统测试认证体系，建立起我国智能家居产业大生态。基于自有的技术标准联合体，与CHIP工作组既合作又竞争，最大限度地避免未来受制于人。

　　形成自有开源体系完善专利布局。鼓励申请人围绕核心和基础技术，深入挖掘和布局。在核心技术方面形成完善的专利保护，在基础技术方面避免处于劣势。在开源基金联盟下成立智能家居开放互联标准工作组，联合国内头部企业开展智能家居互联协议研究，为产品研发提供开放兼容的接口功能。通过开源项目与统一的标准相配合，实现更大范围的数据开放和平台共享，逐步形成完善的国内智能家居互联开源体系，并同步提升国内自有开源技术的国际影响力。

　　密切关注国际动态积极参与国际合作。紧密跟踪CHIP工作组动态，充分借鉴其在标准制定和产业协作方面的良好经验。同时在智能家居开放互联标准工作组的协调组织下，鼓励国内企业积极参与国际标准的制定，提升国内企业在智能家居领域标准制定的话语权。在国内智能家居产业大生态的吸引下，推动相关企业自愿放弃私有协议，依托包含自有技术的国际标准开发创新性产品，走出去逐步占领国际市场。

　　参考文献

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　　[2]孙晶晶，奚玉成，汪静。浅析智能家居产品标准化之路[J].中国标准化，2018（15）：86-90.

　　[3]杨帆，宋开怀。基于Zigbee网状网络的智能家居系统[J].自动化与仪器仪表，2018（5）：105-108.

　　[4]韩忠华，吕哲，王金涛。基于物联网的智能家居系统网络层设计[J].沈阳建筑大学学报（自然科学版），2017（4）：759-768.

　　[5]田佳欣，李璐，王运武。海尔智慧家庭学习环境建模研究[J].软件导刊，2020（2）：71-74.

　　注释

　　11 AllSeen联盟2013年由高通主导成立，主推一个基于AllJoyn技术的设备间通讯协议，该技术目前已经内建于上百万台的AllJoyn认证装置。AllSeen合并到OCF后，AllJoyn技术被OCF纳入开放互联基金会规范。

　　22 2014年，谷歌旗下Nest公司组建了Thread联盟，该联盟将鼓励智能居家设备制造商来使用Thread物联网标准。