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      1. 智能家居的五種通信協議

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        這幾天有剛剛進入智能家居領域的客戶反映,現在智能家居無線技術通信協議種類繁多,不知道哪種無線技術協議下的智能家居更有優勢,更值得長期合作下去,客戶反映的問題不無道理,現在各家公司都有各自的通信協議,都在跑馬圈地各自為戰,都想在智能家居市場啟動的時候能分的一大杯羹。所以各家都說自己的無線通信協議更有優勢,基本上都是王婆賣瓜。當下智能家居領域中有主要的五種:Zigbee,Z-wave,433,315,wifi,藍牙。

        在這其中藍牙是最不適合做智能家居的,雖然它具有組網容易,功耗較低的優勢,但藍牙傳輸距離較進,無法自行組網,其次藍牙堆棧(Stack)很容易崩潰等問題,決定著藍牙只適用于近場通訊和做短距離的遙控器使用而非智能家居。WiFi作為當下非常普及的無線技術,無線信號傳輸距離也比較遠,但我們認為它亦有它的問題。一個是WiFi的功耗,同樣電壓下WiFi工作電流較大,功耗較高。另一個則是路由器的載荷,如果有較多節點(比如門鎖、燈、音箱…),連接過多時有可能會影響路由的穩定性。一般家用路由同時連接10個以上WiFi節點,用戶可感覺到無線穩定性和速度下降。還有一個就是現在國內的民用無線頻率都是2.4GHz,WIFI亦是如此,當局部環境中無線信號過多,無線信號會互相攻擊,就如同在一條馬路上來來去去跑著很多車,難免會相撞。所以WIFI同樣并不適合做智能家居。

        433MHz技術使用433MHz無線頻段,因此相比于Z-Wave,WiFi,Zigbee,433MHz的顯著優勢是無線信號的穿透性強、能夠傳播得更遠。但其缺點也是很明顯的,就是其數據傳輸速率只有9600bps,遠遠小于Z-Wave和Zigbee的數據速率,更別說WIFI了,因此433Mhz技術一般只適用于數據傳輸量較少的應用場合。從通訊可靠性的角度來講,433Mhz技術和WiFi一樣,只支持星型網絡的拓撲結構,通過多基站的方式實現網絡覆蓋空間的擴展,因此其無線通訊的可靠性和穩定性也遜于Z-Wave與Zigbee技術。另外,不同于Z-Wave,Zigbee和WiFi技術中所采用的加密功能,433兆系統,它的致命弱點是系統安全保密性差,很容易被攻擊,被破譯;通信技術落后,系統通信技術采用落后的窄帶調幅技術,一般在5-25Khz;它采用單頻點工作,不能有效抵抗因遮擋而產生的多徑效應,造成通信不可靠,系統不穩定;頻道非常擁擠,環境干擾特別大,對講機,車載通信設備,業余通信設備等,都集中在這里,因而環境干擾非常大;頻點飄移問題嚴重,不嚴密的試驗發現不了,短期使用可能看不出,長期使用必然顯現;另外功耗大,發射機和天線體積龐大,大量使用會給人員健康帶來影響,對大量正在使用的其他433兆通信產品的干擾會引起社會反響。

        作為一種基于IEEE802.15.4標準的無線傳輸技術,ZigBee可滿足遠程監視、控制和傳感器網絡應用等需求。它具有低速率、低功耗、低成本的特點,工作頻率為868MHz、915MHz或2.4GHz,其中2.4GHz是一個全球通用的ISM頻率。隨著技術的成熟和多家相關設備廠商的加盟,ZigBee在家庭自動化領域的應用已經起步。ZigBee工作在20至250kbps的較低速率,分別提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始數據吞吐率,可滿足低速率傳輸數據的應用需求。以及智能家居系統穩定性方面具有優勢,終端節點也可以達到2萬多個,傳輸距離也相對較遠非常于工業方面,但在同協議下不同廠家的產品通用型方面表現卻不盡人意。這也許是基于ZigBee協議下的智能家居的最大問題。

        Z-Wave主要針對家庭和小型商用建筑的監控和控制,廣泛適用于照明控制、安全和氣候控制。其它應用包括煙霧探測器、門鎖、安全傳感器、家電和遠程控制。Z-Wave還可以用于智能電表,為家用暖通空調監控和控制提供消耗數據。

        Z-Wave的主要工作頻段有兩個,一個是868.42MHz(歐洲),另一個則是908.42MHz(美國)。作為ZigBee的有力競爭者,該技術近年來在家庭自動化領域發展迅速,商用化程度較高,目前已在該市場占據主要份額。Z-Wave技術的開發商Zensys于2005年推出了面向Z-Wave通信的ZW0201芯片,到目前為止共有上百種基于Z-Wave技術的產品面市,主要用于照明控制、傳感器、HVAC控制、家電控制、安防等領域。

        Z-Wave最大的缺點就是它的傳輸距離和可連接的終端數量。首先,理論上Z-Wave單個兩個設備的傳輸距離是在80到150米,但我們通過實際測試發現在一般的家庭環境中Z-Wave的實際有限距離只有30到50米,還有就是相對于Zigbee(Zigbee可連接2萬多個節點)Z-Wave只能連接232個終端節點,這兩種缺點看起來是Z-Wave的兩大硬傷,但通過實際的施工經驗我們發現,在傳輸距離上并不存在問題,一是在一般家庭中房屋的最大長寬并不會超過30米,二是Z-WAVE設備互為中繼(互為中繼指的是信號的互相轉發,就比如有A,B,C三個人,A想和C說話,但A和C距離非常遠,恰好A和C中間有個B,那么A發出的信號就會先發給B,再有B轉發給C),一般相鄰的兩個終端設備距離并不會很遠.

        在傳輸速率方面,Z-Wave的傳輸速率與Zigbee的傳輸速率相比Z-Wave的傳輸速率較低,只有40kbps。實際上監控和控制應用等并不需要太高的傳輸速率,所以Z-Wave已足以應對家庭市場的需要。Z-Wave聯盟由160家公司組成,專業設計和銷售基于Z-Wave標準的無線家庭控制產品,在Z-Wave系統中扮演主要角色,在22個國家有超過575款可互操作的產品。Z-Wave是一種結構簡單,成本低廉,性能可靠的無線通信技術,通過Z-Wave技術構建的無線網絡,不僅可以通過本網絡設備實現對家電的遙控,甚至可以通過Internet網絡對Z-Wave網絡中的設備進行控制。在2011年美國ces展,wintop都已經推出基于互聯網遠程控制的產品,如遠程監控,遠程照明控制等,且該技術已經成熟,主要是一個市場開拓及消費群體的培育還需要一段時間。隨著Z-Wave聯盟的不斷進擴大,該技術的應用也將不僅僅局限于智能家居方面,在酒店控制系統,工業自動化,農業自動化等多個領域,都將發現Z-Wave無線網絡的身影。

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