智能家居互聯互通標準化研究

蘇靜茹 趙向陽 楊宏

摘 要：智能家居是多種技術應用融合的產業，產品品類繁多，具有跨行業的特點。從智能家居誕生起，智能家居產品跨品牌互聯互通問題就一直是智能家居產業發展過程中的痛點。本文研究總結了智能家居產業情況，國內、國際智能家居標準化現狀，并提出了智能家居互聯互通標準化存在的問題，同時分析了Matter標準應用現狀以及應用風險，提出了智能家居標準化工作建議，為后續智能家居互聯互通標準化工作提供參考和依據。

關鍵詞：智能家居，互聯互通，標準化，Matter

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2023.06.007

0 引 言

智能家居產業從概念提出到蓬勃發展，經過了十幾年的探索和實踐，在新一代信息技術特別是物聯網、5G、大數據、云計算、人工智能等技術的推動下，智能家居技術和產品快速發展，然而智能家居產業由于多個廠商、多個設備等之間的技術標準和通信協議的差異，導致互聯互通能力受到限制，形成了多個不能相互聯通的智能家居生態系統，成為制約智能家居行業發展的關鍵因素。本文將從智能家居產業現狀，國內外標準化現狀、產業聯盟情況，國內標準化面臨的問題，Matter標準情況等方面進行分析研究，并給出標準化工作建議。

1 智能家居產業現狀

隨著5G、人工智能、物聯網、大數據等技術逐漸成熟和普及，智能家居作為物聯網應用落地較為成熟的領域，產品種類不斷豐富，產業生態格局、產業鏈逐步成熟。國內智能家居產業已具備完整的產業鏈，包括海爾、美的、海信等傳統家電企業，華為、小米等智能終端企業，百度、阿里等平臺服務型企業，海思、煒盛、意法半導體、高通等生產通信模塊、芯片的制造業廠商，以及豐富的線上線下銷售渠道。在產業發展中，國內主要的智能家居平臺廠商如：華為、小米、京東、移動等均基于自己的私有協議建立了自己的產業生態圈，在一定范圍內、一定程度上實現了互聯互通，同時各自掌握著自己生態圈內的產品及用戶數據。多數中小企業無力打造完整的生態，選擇向巨頭企業靠攏，逐漸使產業鏈上下游資源匯聚到小米米家、阿里智能、華為鴻蒙智聯等成熟生態圈中。

現階段，智能家居市場呈現生態割裂的狀態，通信技術多樣、產品平臺各異導致設備間無法實現互聯互通互操作[1]。國內小米、華為等有能力進行平臺化、生態化的智能家居企業，所呈現出來的都是“封閉”的狀態，都是把智能家居放在自己的云平臺上，用云的思想實現各種應用服務。但是數據共享和技術標準的私有化、平臺不開放、各品牌間產品兼容性差，導致國內智能家居生態分離度高，除部分云云互通的品牌可以做到生態間產品的聯動控制，整個智能家居行業仍舊處于生態諸侯各自為政的狀態，造成“一個家里，用戶喜歡的門鎖、門鈴、攝像頭卻各不兼容”等困境，很難讓用戶獲得智能家居應用整體體驗。

2 國內智能家居標準化分析

2.1 國內標準化現狀

智慧家居融合了傳統家居行業與人工智能、音視頻、物聯網、通信等多個新興技術領域，其標準化工作涉及多個領域的標準化技術組織，包括全國信息技術標準化技術委員會信息技術設備互連分技術委員會（SAC/TC 28/SC 25）、全國音視頻及多媒體系統與設備標準化技術委員會（SAC/TC 242）、全國家用電器標準化技術委員會智能家電分技術委員會（SAC/TC 46/SC 15）、全國智能建筑及居住區數字化標委會（SAC/TC 426）等均開展了智能家居通信標準制定工作，各標委會涉及的智能家居標準化領域總結見表1。截至目前，已發布《信息技術 信息設備資源共享協同服務》系列標準、《家庭網絡》系列標準、《智能家用電器系統互操作》系列標準、《信息技術 信息設備互連 智能家用電子系統》系列標準等智能家居互聯互通相關國家標準近70項。此外，中國通信標準化協會與中國家用電器協會于2 0 2 0年成立智能家居互聯互通聯合工作組，開展智能家居領域團體標準的研制工作，啟動了《智能家居系統 跨平臺接入與身份驗證技術要求》（已發布，團標編號為T/CCSA 328-2021、T/CHEAA 0019-2021）、《智能家居系統 數據模型與控制接口技術要求》《智能家居系統 跨平臺接入與控制測試方法》團標的研制工作。

2.2 產業聯盟情況

為了更好結合產業需求，業內企業、行業機構、高校和科研院所等分別組建起智能家居相關產業組織。20 03年7月，針對3C（計算機、通信、消費電子）產業融合協同的發展趨勢，信息設備資源共享協同服務標準工作組（閃聯IGR S標準工作組）成立，負責制定并推廣我國自主的閃聯（IGRS）標準。2005年5月，閃聯信息產業協會（閃聯產業聯盟）成立。截至目前，閃聯牽頭制定了14項《信息技術家用電子系統（HES）體系結構》（ISO/ IEC 14543）系列國際標準，2 4項《信息技術 信息設備資源共享協同服務》（GB/ T 29265）系列國家標準。2019年中國智慧家庭生態聯盟成立，協調產業鏈上下游研制相關標準，為智慧家庭產業的技術、產品、服務等提供落地平臺。2020年8月，由行業機構、高校、科研院所和芯片、整車和零部件、手機和終端、家電、通信、儀器儀表和IT等各領域的80家單位成立“星閃聯盟”，致力于推動新一代無線短距通信技術SparkLink的創新和產業生態，承載智能汽車、智能家居、智能終端和智能制造等快速發展的新場景應用，圍繞標準制定、測試認證、發展戰略、生態構建、應用示范、技術交流和對外合作等幾個方面開展工作；2020年12月，阿里、百度、京東、小米、海爾、華為、中國電信、中國信通院、中國移動等聯合發起成立了開放智聯聯盟（OL A），致力于構建符合中國產業特點、技術領先的物聯網統一鏈接標準和產業生態圈，并向全球開放及推廣。目前已經啟動了14項智能家居互聯互通的標準制定工作，以及標準落地與產業推廣工作，并組織會員力量建立了開源社區，完成了智能家居終端產品軟件開發工具包（SDK）的開發，并向聯盟會員免費開放，聯盟于2021年12月起開展了一系列基于OLA協議開發的Wi-Fi智能家居芯片、模組和終端產品的聯調活動，建立了產品測試認證體系。目前，OL A聯盟正在民政部門申請注冊為國際性社團法人，并更名為全球智慧物聯網聯盟（GI IC）。聯盟會員中的通信模組廠商如：樂鑫、國創、潤和等已經完成了模組軟件的適配工作，推出了首批支持聯盟標準的通信模組產品。海爾、云米等智能家居終端廠商也已啟動了基于聯盟標準的產品研發，并計劃于今年上半年完成首批產品。

2.3 我國智能家居互聯互通標準化面臨的問題

2.3.1 標準不統一

產業發展前期標準的缺失、智能家居行業的迅速發展以及廠商不同的發展策略等因素造成了當前互聯技術存在著不同的架構體系、標準協議和技術方案，形成了多個不能相互聯通的智能家居生態系統，標準方面主要存在通信協議、設備命名、數據格式等不統一的問題。雖然目前現有的標準能滿足技術實現上的需求，但由于商業競爭，標準化工作重復和同質化問題嚴重，各生態的技術方案難以在標準化層面實現融合。

2.3.2 產業標準化意愿不強

整個行業雖然已經意識到跨平臺互聯互通的重要性，產業間也開始互聯互通的嘗試，例如：企業間開展云云互聯的合作，啟動統一跨平臺標準制定等，但在技術方案選取或者標準制定過程中兼顧各參與方的利益，照顧各生態發展戰略、成本投入、數據安全等問題，使得各企業跨平臺互聯互通統一標準工作合作意愿不強，或者標準落地規模距離理想狀態差距太大。

2.3.3 互聯互通數據安全標準缺失

智能家居系統工作過程中會生成大量的與用戶個人生活息息相關的數據，包括用戶住宅狀態信息、設備信息以及用戶個人信息，而且涉及到多種技術應用融合，產品種類繁多，應用場景多變。一種安全方案無法滿足不同應用場景、海量數據的智能家居安全要求，導致安全標準缺失，再加上數據所有權問題，加大了產業智能家居互聯互通難度。

3 國際智能家居標準化分析

3.1 國際標準化現狀

國際上也有多個標準化組織在開展智能家居領域的標準化工作。國際標準化組織/國際電工委員會第一聯合技術委員會信息技術設備互連分技術委員會（ISO/IEC JTC 1/SC 25），主要從事家用電子系統、 用戶建筑群布纜、計算機系統及附屬設備互連等領域的國際標準化工作，現已發布20 0余項國際標準、技術報告、技術規范等[2]。其中家用電子系統工作組，負責家用電子系統（HES）相關國際標準的研究和制定，目前已發布近40項智能家居國際標準，其中《信息技術 家用電子系統（HES）架構》等16項系列國際標準由我國提出并主導制定。國際電工委員會音頻、視頻及多媒體系統與設備技術委員會（IEC/TC 100）將國際數字生活網絡聯盟（DLNA）標準納為智能家居領域的IEC國際標準，目前已發布DLNA家庭網絡設備互操作性導則等國際標準10余項[3]。

3.2 國際聯盟情況

為了解決智能家居品牌協議不兼容制約產業發展的瓶頸問題，國外多家公司加強了合作，相互結成技術聯盟。1999年，微軟、因特爾等公司成立了通用即插即用（UPnP）論壇，旨在幫助定義UPnP標準以簡化家庭智能設備的聯網，UPnP已經通過PAS提交方程序將146項UPnP規范轉化為ISO/IEC 國際標準（ISO/IEC 29341系列標準）。

2014年7月，英特爾、博通和三星電子創建了開放互聯聯盟（OIC），2016年2月正式更名為開放互聯基金會（OCF），致力于利用開放標準，開發基于IP的應用層物聯網協議，希望通過創建一系列的物聯網規范來實現數以億計的設備相互連接的目標，并且通過PAS提交方程序將18項OCF規范轉化為ISO/IEC 國際標準（ISO/IEC 30118系列標準），標準列表見表2。

2019年底，亞馬遜、蘋果、谷歌和 Zigbee 聯盟成立“IP互聯家庭計劃”（CHIP），旨在開發、推廣一項免除專利費的新連接協議，以簡化智能家居設備商開發成本，提高產品之間兼容性，實現不同生態智能家居產品的互聯互通和相互控制。CHIP后更名為Matter，并于2022年10月正式發布Matter標準1.0版，支持WiFi、Thread、Zigbee、BLE等多種主流無線通信協議，基于IPv6協議實現智慧家庭設備、移動應用程序和云服務之間的通信，聚焦于局域網，為設備認證定義一套特定的基于IP的聯網技術。與此同時，Matter標準1.0開源代碼、測試工具及認證服務流程也同步發布。

3.2.1 Matter標準應用情況

Matter標準的出現，從用戶應用角度來說，不再需要考慮不同生態之間的壁壘，從而實現更好的、更自由的連接，最終實現智能家居的最終形態。廠商方面，可以不再需要同時研究眾多協議的產品，采用統一規格，使產品可以在不同生態下順暢接入。但是現階段Matter標準測試還存在很多問題。首先，在應用端，Matter標準需要用一個應用程序控制所有的設備，因為不同廠商的產品必然會有著不同的設計邏輯和使用偏好，Matter標準的應用程序很難做到像米家或者華為，甚至小米手機或者華為手機那樣清晰順暢的對所有生態下的產品進行無縫的連接、操作、控制等工作來實現用戶的日常需求。其次，Matter標準只聚焦局域網，對于遠程控制等廣域網的服務，還需要借助于各品牌廠商自己的云服務完成，依舊擺脫不了云端運算的屬性。再次，Matter標準采用的IP組網、雙向證書認證、多控制管理等技術，顯著增加了智能家居終端設備的硬件資源要求與功耗，再加上Matter認證費用，大大增加了企業開發及商用成本，不利于智能家居產業可持續發展。

依靠蘋果、谷歌、亞馬遜在海外的客服粘性及認可度，再加上蘋果的iOS操作系統和谷歌的安卓操作系統聲稱支撐Matter標準，越來越多的智能家居企業加入了Matter生態，國內很多有智能家居設備出口需求的廠商也在積極參與Matter產品開發及認證工作。截至2023年3月，CSA官網顯示，已經有846款產品通過Matter認證，主要包括平臺、產品、軟件模組三大類。但Matter標準在國內大規模推廣還面臨設備安全、企業差異化競爭等方面的很多問題，而且已經建立生態的頭部企業因為商業利益也很難有動力去支持，截至目前對國內智能家居生態沖擊力度較小。

3.2.2 Matter標準應用風險分析

產業生態方面分析，國外智能家居市場，主要以谷歌、亞馬遜兩大生態為智能家居生態的主力軍，生態構建方式與小米、華為方法類似。智能家居技術也幾乎都掌握在國外企業手中，如：事關智能家居技術發展的組織K N X協會、Zig bee聯盟、HomePlug聯盟、Z-wave聯盟等，其核心成員多是國外大公司，行業標準和協議多由他們參與制定，Matter標準也是如此，一旦國外建立統一完整的智能家居生態體系，將在產業生態和標準方面占據制高點，不利于我國智能家居生態和產品出口，對現有的標準體系也會產生沖擊。

數據保護及安全方面，Matter設備證書根服務器、認證證書均由CSA聯盟（原ZigBee聯盟）批準發布，認證信息存儲在DCL網絡上，很多DCL驗證節點均部署在境外，而且支持Matter的控制端，能夠采集智能家居設備的業務信息，帶來了智能家居設備數據所有權、數據出境等數據安全管理的問題。

知識產權方面，Matter采用了開源、免專利費的方式，但是開放到什么程度，后續廠商二次開發會不會有知識產權的問題，目前均未知。鑒于國際規則對我國企業的制約愈發嚴重，未來的開源許可證在商業上的友好性未知，一旦發生極端情況，亞馬遜、蘋果、谷歌等公司主張知識產權利益分配，國內深度使用Matter的企業就面臨著版本更新斷供風險。比如：中美貿易摩擦初期，華為公司就曾一度被取消USB-IF會員資格，雖然后來恢復正常，但此舉對我們產生巨大震動。

4 智能家居互聯互通標準化工作建議

4.1 鼓勵我國自主互聯標準產業落地

密切關注Matter標準應用、推廣、測試認證等方面的動態，做好技術預警預判，加強前期應對。支持鼓勵行業領軍企業以現有的智能家居技術、產業組織為基礎，加快推動自主互聯互通標準的產品研發和產業落地，加快制定團體標準、標準測試認證、培育產業生態。鼓勵智能家居產業“標準+開源”工作模式，實現智能家居互聯互通標準快速落地，吸引更多的行業參與者，不斷完善優化標準，推動行業健康創新發展。

4.2 培育發展國際性團體標準組織

支持有關社會團體、行業協會、研究機構、企業等產業鏈上下游，以我為主，廣泛吸收國際、國外利益相關方共同參與，合作建立國際性智能家居團體標準組織。充分利用我國全球最大市場優勢，逐步推動我國自主技術標準成為全球事實標準。

4.3 鼓勵智能家居產業生態鏈上下游聯合

智能家居互聯互通標準的落實應用離不開產業生態鏈硬件、軟件、方案、設計等上游企業，家電、安防、照明等廠商，以及平臺、門店、房地產公司等下游服務型企業各環節的支持。針對智能家居互聯互通、用戶體驗差等系統性問題，鼓勵聯合生態鏈上下游企業，為產業提供芯片、標準協議、產品及系統應用全鏈條解決方案，可以從操作系統入手，為智能家居服務和應用提供統一的接口和交互能力，最后實現智能家居互聯互通，提升用戶體驗。

4.4 重視智能家居互聯互通數據安全標準化工作

家庭對用戶來說是最為隱私的場所，在用戶使用智能設備的過程中，尤其是互聯互通時如何保障用戶的個人隱私數據，是智能家居不得不解決的問題。在智能家居標準化之初就應該把用戶數據保護作為重點，從系統層面綜合考慮數據安全問題，加快制定數據加密、認證等標準，同時加強智能門鎖、智能攝像頭等與用戶安全與隱私強相關的單品產品相關標準研究與制定，以滿足該方面的特殊需求。

5 結 語

統一標準，不同的智能家居系統才能互聯互通，促成大規模生產，降低成本，從而惠利產業發展。面對智能家居產業的發展、相關技術的進步、國際產業生態的沖擊，國內智能家居互聯互通標準不統一，給產業鏈上下游帶來了巨大的成本浪費，通過標準化，打通通信、數據、平臺之間的壁壘，有利于提高我國智能家居產業國際競爭力。

參考文獻

李然，楊宏. 智能家居標準化現狀與展望[J]. 中國標準化，2020（07）：56-62+66.

趙向陽，楊宏. 家用電子系統標準化現狀研究[J]. 中國標準化， 2019（S2）：29-34.

張樹蕊，原愛陽，秦潮，等. 智能家居互聯技術標準化現狀與發展建議[J]. 中國標準化， 2020（12）：105-109+133.