NXP技术白皮书：AIoT人工智能物联网 将人工智能与现实世界相连

分析师将人工智能物联网 (AIoT) 大致定义为人工智能 (AI) 与物联网(IoT)的融合，利用AI让物联网设备变得更智能、更具自主性。但这是一个以设备为中心的“小数据”的定义。从战略层面的“大数据”视角来看，AIoT是机器智能与现实世界之间的连接。

用于AI训练和推理的大数据最初是由网络边缘与事物和人交互的设备所采集的小数据。这些IoT传感器和人类输入设备是真实数据的来源，它们让AI变得实用且有价值。换言之，互联设备构成了神经系统，并将AI与我们的世界相连。AIoT让AI变得真实且有意义。

本文节选自《AIoT：将人工智能与现实世界相连》白皮书

AIoT与设备连接的价值

AI对可靠的、现实世界的数据有着无尽的需求，以此来推动训练和推理。因此，AI的快速发展需要大量关于我们所处世界的准确数据，而这种依赖从根本上改变了设备连接的经济价值。过去，评估一个联网设备的价值往往基于其功能的内在价值，比如恒温器能够测量温度并控制HVAC系统。但如今，AI拓展了设备的价值主张，使其价值还包括对能源管理等更高级别系统的贡献。

设备总价值 = 功能价值 AI贡献价值 - 设备成本

基于AI的生态系统能从互联的传感器和控制器中提取更多信息，有可能使每个参与设备的价值大幅超越其基本功能。然而，每个设备的AI贡献价值会因使用案例和解决方案规模而异，所以AI并不能成为随意提高设备价格的理由。功能价值仍然设定了客户对成本的基本预期，因此，开发盈利的AIoT设备的关键在于尽可能高效地添加AI功能和生态系统连接——而具有成本效益的连接正是本文的重点。

AIoT重新定义设备连接性

AI的爆发式增长促使联网设备制造商来满足IoT产品快速增长的需求，这些产品能为基于AI的生态系统提供现实世界的输入。从连接的角度来看，这需要：

1

标准的、广泛可用的基于IP的网络；

2

一个软件应用层，能在设备和应用之间实现直接、安全的多厂商通信。

这种对设备连接的新定义在垂直领域内将消息分发与消息内容相结合。连接的标准化可加速产品开发、简化设备安装并降低产品总成本。消息内容的标准化则通过实现与多个应用和生态系统的有效连接，进一步提升了设备的价值。

接下来两个部分将探讨利用极少的IP网络以及特定领域应用层来打造面向大众市场的AIoT产品的可行性。

标准设备网络

全球有数百种各具特色的设备网络——有线、无线、基于IP、非IP、全栈式、LAN、PAN、 LP-WAN、蜂窝网络、卫星网络等等，连接着数十亿台设备。这些网络在过去30年中不断发展演变，每一种都有其令人信服的应用场景和商业模式。

起初，网络的快速创新让嵌入式设备制造商能够基于能效、覆盖范围、mesh网络技术、安全性、易用性、设备功能、成本和产品兼容性等方面来打造差异化产品，而无需等待繁琐复杂的全行业标准化流程。然而等待是值得的。如今，少数几个行业标准网络涵盖了所有相关的设备联网特性和功能。设备连接的快速创新阶段已经结束。我们现在处于融合阶段，而且已经到了这样一个阶段:大多数专用网络技术已无明显差异，只会增加市场阻力和成本，却无法带来竞争优势。

产品公司现在可以从极少的关键设备网络中进行选择。四种局域网加上蜂窝网络、卫星网络和LP-WAN就能满足大多数应用场景。其他专用网络则用于填补空白。

标准应用层

互联网协议 (IP) 使消息能够在承载IP的网络上传输，而无需经过集线器、网关或协议转换器。因此，应用可以使用相同 (或相似) 的消息有效负载与通过Wi-Fi、Thread、卫星或蜂 窝网络连接的IoT设备进行通信。基于IP的通信链路是实现设备连接标准化的首要条件。第二个条件是一个应用层—同一种通用语言—同一种设备语言，用于IP网络上传输的消息有效负载内容的标准化。

Matter为智能家居领域定义了一个应用层。而商业建筑、医疗保健、零售、农业或智慧城市等其他领域的应用层则有独特的设备定义、属性和安全架构。下面我们先介绍一下Matter，然后再看看如何将相同的概念应用到其他领域。

Matter：智能家居的标准应用层

Matter是连接标准联盟 (CSA) 推出的全新智能家居连接标准。它是一种典型的应用层例子，能在以太网、Wi-Fi和Thread等IP LAN网络上实现设备安全、隐私和消息语义的标准化。

Matter的主要目标是统一消费类设备网络和协议，这样任何制造商生产的认证产品都能通过现有的网络基础设施实现无缝互操作。这需要网络标准化，但这其实相对容易做到；真正的难点在于对应用层进行标准化，从而让设备和应用程序能够在任何IP网络上实现互操作。

如需详细了解Matter标准

请参考恩智浦Matter系列研究报告

Matter研究报告

Matter——让智能家居更智能

深入探讨了Matter的技术细节，以及Matter在从智能家居向自动化家居过渡中所起的推动作用。，点击下载>>

Matter——让智能家居更安全

介绍了Matter基于信息安全和隐私的基础，以及恩智浦如何让Matter的开发变得更轻松、更快速、更安全，点击下载>>

面向消费电子产品制造商的MATTER标准

从消费电子产品制造商的角度对Matter在整个行业的影响进行战略分析，点击下载>>

Matter作为AIoT应用层

Matter定义了一个应用层——位于网络层传输之上的一种连接“fabric”。Matter fabric有两个独特的组成部分：

1

安全和隐私——用于确保设备可信、管理安全的设备连接，以及对所有消息进行端到端加密的方法

2

语义(数据模型)——一种在该fabric上实现高效设备通信的通用语言

Matter是一种虚拟的设备连接延伸——构建于基于物理IP的网络之上的fabric。Matter协议对网络节点进行身份验证和授权，创建并管理安全fabric，同时定义在该fabric内传输的消息的结构和语义。

借助Matter，制造商可以任意组合使用标准化且广泛普及的IP网络，如以太网、Wi-Fi和Thread，还能利用低功耗蓝牙进行设备设置。其他IP网络 (如蜂窝网络和卫星网络) 能够为家庭以外的场景以及其他垂直领域提供新的应用场景支持。不过，采用新的网络就需要新的设备配置和安全流程。

Matter定义了一个应用层，旨在为智能家居应用实现协议、安全和语义的标准化，相同的理念也可应用于其他领域。

Matter垂直市场：家庭之外的应用

连接标准联盟 (CSA) 开发了Matter作为应用层，旨在为住宅环境中的CE产品实现网络、安全和语义的标准化。然而，在多户住宅、小型企业、医疗保健和其他垂直领域等，对类似Matter应用层的需求正在不断增加。Matter适用于哪些场景?哪些场景又不适用?应用层将如何发展以满足其他垂直市场的需求?本节将从产品开发者的角度探讨这些问题。

Matter在非住宅应用场景中的应用

作为一项智能家居标准，Matter并未直接涵盖商业建筑、零售、制造、医疗保健和农业等其他产品领域。但对于一些具有类似住宅特征的商业应用场景，Matter产品已然适用。例如，对于使用住宅类设备的中小型企业来说，Matter非常适合用于照明和HVAC控制。不过，至少就目前而言，大型商业和工业应用超出了Matter的适用范围。

我们预计Matter的应用范围有可能会扩展到某些商业应用场景。随着Matter的应用加速普及，我们预计CSA将继续聚焦于住宅应用场景。然而，就像当初促使企业采用Wi-Fi的市场驱动力一样，如今这些相同的市场力量也会促使商业客户在那些Matter可能适用的非住宅垂直领域部署Matter或其变体标准。

连接性考量：家庭和小型企业与大型企业

本文阐述在AI的推动下，制造数十亿台AIoT设备蕴含着巨大的商业机遇。这些设备能在免授权频谱的标准LAN网络中运行，并能与支持AI的应用生态系统自然连接。所有硬件、网络和软件组件都基于标准，而且是现成的，几乎不需要进行系统定制，因此规模经济效益显著。

Matter就是一个典型例子，它适用于智能家居领域以及其他类似的行业。随着Matter (和Thread) 技术的成熟，适用的“类似特征”范围也在扩大。不过，LAN网络的可扩展性以及类似Matter的应用层存在一些根本局限，到了一定程度，企业就无法使用这些技术进行部署，只能转而选择需要授权的连接解决方案。

▲表1：消费者与企业设备连接

（资料来源:Moor Insights & Strategy）

企业通常不愿考虑使用免授权频谱的无线设备连接方案，这是因为他们对技术限制存在先入为主的观念，同时也考虑到是否有办法克服这些限制、平台的可用性以及成本等因素。表1对比了消费者和企业在连接IoT设备时所考虑的八个方面。前五个方面 (绿色高亮) 有切实可行的解决办法，但后三点 (橙色高亮) 则没有。

无论应用领域如何，还有另外两种部署情况对于免授权频谱网络来说是无法克服的障碍，即移动性和偏远地区。这两种情况需要使用蜂窝网络、卫星网络或LP-WAN网络。从理论上讲，类Matter应用层在蜂窝网络或卫星网络上也能正常工作，但Matter的配置和部署功能需要进行大幅修改。

像LoRaWAN这样的LP-WAN网络在设备层面上没有足够的带宽来支持Matter。不过，LoRaWAN网关可以像Matter桥接器支持旧协议那样支持Matter，但这一想法还需要验证。

本文小结

IP网络让计算机走出了机房，蜂窝服务赋予了我们移动性，如今卫星星座又有望实现全球覆盖。不过，大部分无线互联网流量仍通过免授权无线电频谱传输，尤其是Wi-Fi，而且这种情况不太可能改变。随着Wi-Fi 6和Wi-Fi 7性能的提升，以及低功耗设备向Thread靠拢，免授权网络的发展有望进一步加速。

IP网络协议使产品开发者能够任意组合使用无线电技术，无论是免授权的 (Wi-Fi、Thread、低功耗蓝牙和LP-WAN) 还是需要授权的 (蜂窝网络或卫星网络)。为特定垂直行业标准化基于IP的互操作性协议是下一步的发展方向，消费电子制造商正凭借Matter标准引领这一潮流。

对于大多数产品而言，免授权网络是成本最低且应用最广泛的选择，将Wi-Fi、Thread和低 功耗蓝牙集成到IoT设备中也变得非常容易。

例如，恩智浦的三频无线芯片简化了无线硬件和软件开发流程，让开发者能够指定与现成平台软件无缝适配的芯片和芯片组—认证简便、无需频谱授权、无需服务提供商且性能可预测。更低的成本、更好的性能以及基于IP的通用设备连接性，使产品公司能够在AI发展对现实世界数据产生大量需求时实现快速扩张。

多模态AI、通用设备连接性和互操作性标准的综合效应形成了强大的数据引力，为IoT发展创造了前所未有的有利环境。这种相辅相成的局面产生了飞轮效应，将IoT的发展与AI的扩张紧密联系在一起。

▲图1：AI-IoT飞轮

（资料来源:Moor Insights & Strategy）

图1展示了AI和IoT之间的关系。多模态AI应用对来自联网设备的数据量需求不断增加。产品公司通过最大限度地提升设备的连接性和互操作性来满足这一需求，而数据可用性的提高又会加速AI的发展。随着这个“飞轮”加速运转，规模经济效应会降低设备成本，进而进一步推动发展。

这是一场完美的“风暴”。基于IP的通用连接是AI的中枢神经系统，是用于训练和推理的唯一直接且未筛选的真实数据源。基于AI且对数据需求极大的应用、低成本的联网设备以及基于标准的互操作性相结合，从根本上改变了嵌入式计算的经济模式，其带来的经济和社会效益远远超过单个联网设备价值的总和。

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本文节选自白皮书《AIoT：连接AI与现实世界》，讨论了连接如何助力实现AIoT，并详细回顾了AIoT部署的考虑要素。白皮书中还特别提到了恩智浦三频技术的重要性，该技术有助于简化无线硬件和软件的开发，使产品生产企业能够在AIoT不断扩展的过程中快速扩大规模。

本文作者

Bill Curtis是Moor Insights & Strategy公司负责大型物联网系统的驻场分析师。他帮助企业设计分布式解决方案，整合了从现实世界设备到分析的完整端到端物联网协议栈。他凭借在各种大众市场计算平台上的芯片和软件方面的行业知识和经验，致力于克服阻碍物联网部署发展的根本问题。

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