智能家居無疑是這幾年來熱門的研究對象之一,各類協(xié)議不停的更新最新版本及改進缺點,導致目前沒有一種真正意義上國際標準化用于智能家居、智能照明的通訊協(xié)議。
智能家居聯(lián)網(wǎng)標準爭議由來已久,基本達成一致的觀點是:無線技術(shù)比有線技術(shù)更具潛力,但無線技術(shù)不止一種,哪種最好尚無定論。目前常見的智能家居無線通訊協(xié)議有wifi、藍牙、射頻433、z-wave、zigbee等
生活中最常見的無線協(xié)議。采用的是國內(nèi)2.4G免費頻段,直接連入互聯(lián)網(wǎng),手機下載APP,就可以直接進行控制。Wifi最初就是為了實現(xiàn)大數(shù)據(jù)在小范圍內(nèi)的無線傳輸而設(shè)計的,所以設(shè)計之初并沒有考慮其他的因素。以至于應用到目前智能家居系統(tǒng)并不是很合適。
WiFi技術(shù)在智能家居應用的瓶頸:
Wifi技術(shù)只支持星型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu),通過多基站的方式實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)空間拓展
安全性非常低,無線穩(wěn)定性弱
功耗大也是WiFi技術(shù)弱點之一,將導致其在家居領(lǐng)域的應用受限,例如智能門鎖、紅外轉(zhuǎn)發(fā)控制器、各種傳感器等不適宜使用
Wifi設(shè)計只有16個信道,而且其中有一個是占用的,理論上是可以連接15個產(chǎn)品但是實際中連接10個就極不穩(wěn)定了,而一個家庭產(chǎn)品上面遠遠不止10個,顯然發(fā)展空間受到了一定的限制
Wifi的穿墻能力和衍射能力較弱等等
這些方面就足以說明wifi不適合做智能家居系統(tǒng)。
433MHz的顯著優(yōu)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(shù)據(jù)傳輸速率只有9600bps,因此433Mhz技術(shù)一般只適用于數(shù)據(jù)傳輸量較少的應用場合。從通訊可靠性的角度來講,433Mhz技術(shù)和WiFi一樣,只支持星型網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu),通過多基站的方式實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋空間的擴展,因此其無線通訊的可靠性和穩(wěn)定性也遜于Z-Wave與Zigbee技術(shù)。另外,不同于Z-Wave,Zigbee和WiFi技術(shù)中所采用的加密功能,433MHZ系統(tǒng),它的致命弱點是系統(tǒng)安全保密性差,很容易被攻擊,被破譯。
大家對藍牙技術(shù)的熟知,恐怕要屬手機上的藍牙功能了。通過短距離的無線通訊,可以傳輸大數(shù)據(jù),為生活帶來了許多便捷之處。藍牙的功耗低于wifi,傳輸距離較近,一般低于10米,無法進行組網(wǎng),其次藍牙堆棧(stack)很容易奔潰。藍牙節(jié)點也比較少,在穩(wěn)定性和受干擾能力方面也不是很強。所以不適合做成智能家居系統(tǒng)。
藍牙模塊的功耗以及成本都介于WiFi與Zigbee兩者之間,但傳輸距離最短,屬于一種點對點、短距離的通訊方式,因在移動設(shè)備或較短距離間傳輸,故藍牙產(chǎn)品會提供一些較為私人化的使用體驗,例如藍牙耳機、藍牙音箱、智能秤等,由于其傳輸距離較短,所以并不適合組建龐大的家庭網(wǎng)絡(luò)。
在智能家居領(lǐng)域,ZigBee協(xié)議是公認的目前最適合的協(xié)議之一。Zigbee具備雙向通訊的能力,不僅能發(fā)送命令到設(shè)備,同時設(shè)備也會把執(zhí)行狀態(tài)反饋回來,這對終端使用體驗至關(guān)重要,尤其是安防設(shè)備,倘若你點擊了關(guān)門,卻不知道門是否真的已經(jīng)鎖上,將會帶來多大的安全隱患。
Zigbee技術(shù)采用了極低功耗設(shè)計,可以全電池供電,理論上一節(jié)電池能使用10年以上,節(jié)能環(huán)保。
ZigBee介質(zhì)存取層網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)多樣,分為星狀拓撲結(jié)構(gòu),樹狀拓撲結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)。
在信號傳輸方面,ZigBee的每一個產(chǎn)品都是一個中繼器,產(chǎn)品之間信號可以連跳7次,所以ZigBee協(xié)議節(jié)點具有多達65000個,但是實際應用中200-300個節(jié)點時穩(wěn)定性上就會衰減。
ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不僅本身可以作為監(jiān)控對象,還可以自動中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳過來的數(shù)據(jù)資料。
采用擴頻技術(shù)對ZigBee的抗干擾能力進行改進和完善,可以起到避開干擾的作用。當系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)受到干擾時,整個網(wǎng)絡(luò)整以動態(tài)的方式切換到另一信道上。在安全性上面采用AES128位高級加密法,確保了整個系統(tǒng)的安全可靠。
Zwave技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6kbps,信號的有效覆蓋在室內(nèi)30米(室外大于100米),適用于窄帶寬應用場合,且具備一定的安全性和穩(wěn)定性,不過目前只應用于家庭自動化方面。
樹狀組網(wǎng)結(jié)構(gòu),一旦樹枝上端斷掉,下端的所有設(shè)備將無法與網(wǎng)關(guān)通信。
節(jié)點較少,理論值為256個,實際值可能只有150個左右,算是其能容納設(shè)備數(shù)量的上限,實際上很多廠商能做到容納20、30個設(shè)備就不錯了。
沒有加密方式,安全性差,易受到攻擊。(Zwave所用頻段在我國是非民用的,國內(nèi)Zwave智能家居并不常見,更多的還是應用在國外。)
以上就是對幾種常見的智能家居無線通訊協(xié)議wifi、藍牙、射頻433、z-wave、zigbee等優(yōu)缺點分析。
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