智能家居無線方案如何選?五大主流技術(shù)橫向?qū)Ρ?/h3>

2019-11-15 08:44 王麟琨博士

關(guān)鍵詞：智能家居物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備傳感器

導(dǎo)讀：智能家居解決方案需綜合考慮技術(shù)、成本、施工方便、美觀等多個因素。傳統(tǒng)的智能家居網(wǎng)絡(luò)布線方式是有線網(wǎng)絡(luò)，施工不方便、影響美觀，各制造商都在主推基于無線技術(shù)的智能家居解決方案。無線網(wǎng)絡(luò)無需布線不會影響室內(nèi)美觀，節(jié)約了綜合布線這方面的人力和物力，且具有方便、快速等特點，非常適合應(yīng)用于智能家居。

智能家居解決方案需綜合考慮技術(shù)、成本、施工方便、美觀等多個因素。傳統(tǒng)的智能家居網(wǎng)絡(luò)布線方式是有線網(wǎng)絡(luò)，施工不方便、影響美觀，各制造商都在主推基于無線技術(shù)的智能家居解決方案。無線網(wǎng)絡(luò)無需布線不會影響室內(nèi)美觀，節(jié)約了綜合布線這方面的人力和物力，且具有方便、快速等特點，非常適合應(yīng)用于智能家居。

一、概述

智能家居解決方案需綜合考慮技術(shù)、成本、施工方便、美觀等多個因素。傳統(tǒng)的智能家居網(wǎng)絡(luò)布線方式是有線網(wǎng)絡(luò)，施工不方便、影響美觀，各制造商都在主推基于無線技術(shù)的智能家居解決方案。無線網(wǎng)絡(luò)無需布線不會影響室內(nèi)美觀，節(jié)約了綜合布線這方面的人力和物力，且具有方便、快速等特點，非常適合應(yīng)用于智能家居。

當(dāng)前市場上智能家居的無線解決方案較多，這一方面可為用戶提供更多選擇，但同時也給用戶帶來了困惑，不知選擇哪種無線技術(shù)構(gòu)建的智能家居系統(tǒng)。智能家居無線解決方案雖多，但主流的智能家居無線技術(shù)可總結(jié)為：Zigbee、Z-Wave、KNX RF、WiFi、藍牙等。

二、幾種主流智能家居無線技術(shù)對比

現(xiàn)從無線傳輸技術(shù)、功耗、節(jié)點數(shù)、安全性、開放性、標(biāo)準(zhǔn)化與互操作、行業(yè)適用性、可用軟硬件資源等幾個方面對上述幾種主流智能家居無線技術(shù)進行比較。

1、無線傳輸技術(shù)

Zigbee：基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，工作頻率為868MHz、915MHz或2.4GHz，在國內(nèi)主要使用2.4GHz，250kbps(2.4GHz)，調(diào)制方式：BPSK/OQPSK，支持星型、樹型和網(wǎng)狀(mesh)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，支?6個通信信道(2.4GHz)。

Z-Wave：無線傳輸技術(shù)無標(biāo)準(zhǔn)，工作頻率為908.42MHz(美國)、868.42MHz(歐洲)，調(diào)制方式：FSK(BFSK/GFSK)，數(shù)據(jù)傳輸速率為40kbps，支持網(wǎng)狀(mesh)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，支持單信道?/p>

KNX RF：基于EN 50090-5-3，工作頻率為868MHz，調(diào)制方式：FSK，數(shù)據(jù)傳輸速率為16kbps，支持對等網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌恢С志W(wǎng)狀拓?fù)?，支?個快速信道和2個慢速信道。

WiFi：基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)，主要工作頻率為2.4GHz，調(diào)制方式：MIMO-OFDM/DSSS/CCK，數(shù)據(jù)傳輸速率為11Mbps以上，支持自組網(wǎng)(Ad hoc)和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)拓?fù)洌С?4個通信信道。

藍牙：基于IEEE 802.15標(biāo)準(zhǔn)，主要工作頻率為2.4GHz，調(diào)制方式GFSK，數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mbps以上，支持點對點，以及對等網(wǎng)絡(luò)(Ad hoc)拓?fù)?，支?9個信道。

2、功耗

Zigbee/Z-Wave/KNXRF都為低功耗設(shè)計，典型1mW(0dBm)，KNX RF甚至支持機電能源獲取方式(類似EnOcean方式);WiFi功耗大，需外配電源，典型36mW(16dBm);藍牙功耗介于低功耗與WiFi功耗之間，典型2.5 mW(4dBm)。

3、節(jié)點數(shù)

Zigbee：理論上可支持超過6萬個節(jié)點。

Z-Wave：最多232個節(jié)點。

KNX RF：最多約4000個節(jié)點。

WiFi：理論上254個節(jié)點，但實際支持遠低于理論值，一般不超過20個。

藍牙：一般8個節(jié)點。

4、安全性

Zigbee：AES– 128等安全機制。

Z-Wave：具備安全層，提供密鑰機制。

KNX RF：應(yīng)用層之上提供認(rèn)證、加密等安全機制。

WiFi：WPA/WPA2安全機制。

藍牙：可提供認(rèn)證、加密和密鑰管理等安全機制。

5、開放性

Zigbee：Zigbee聯(lián)盟，會員開放。

Z-Wave：Zensys公司主導(dǎo)Z-Wave聯(lián)盟，會員開放。

KNX RF：KNX協(xié)會，會員完全開放。

WiFi：完全開放。

藍牙：藍牙技術(shù)聯(lián)盟，完全開放。

6、標(biāo)準(zhǔn)化與互操作

Zigbee：未建立國際標(biāo)準(zhǔn)，已建立協(xié)會內(nèi)部協(xié)議規(guī)范和不同領(lǐng)域規(guī)約，目前不同廠商產(chǎn)品存在互操作問題。

Z-Wave：未建立國際標(biāo)準(zhǔn)，已建立協(xié)會內(nèi)部協(xié)議規(guī)范。

KNX RF：已成為ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)、EN標(biāo)準(zhǔn)、GB/T標(biāo)準(zhǔn)，不同廠商產(chǎn)品可實現(xiàn)互操作，且使用統(tǒng)一軟件進行配置。

WiFi：已有國際標(biāo)準(zhǔn)，但面向智能家居領(lǐng)域沒有建立規(guī)約，不同廠商產(chǎn)品無法實現(xiàn)互操作。

藍牙：已有國際標(biāo)準(zhǔn)，但面向智能家居領(lǐng)域沒有建立規(guī)約，不同廠商產(chǎn)品無法實現(xiàn)互操作。

7、行業(yè)適用性

Zigbee：可面向多個應(yīng)用領(lǐng)域，適用于智能家居應(yīng)用，但主要用于傳感和控制等功能。

Z-Wave：專門針對智能家居應(yīng)用，但主要用于傳感和控制等功能。

KNX RF：專門針對智能家居應(yīng)用，可與KNX TP(雙絞線)配合使用，但主要用于傳感和控制等功能。

WiFi：面向多應(yīng)用領(lǐng)域，智能家居應(yīng)用不僅可用于傳感和控制，也可用于音視頻等功能。

藍牙：面向多應(yīng)用領(lǐng)域，智能家居應(yīng)用不僅可用于傳感和控制，也可用于語音等功能。

8、可用軟硬件資源

Zigbee：已有多個芯片制造商提供解決方案，如TI、FREESCALE 、ATMEL、Nordic 等，以及基于不同硬件平臺的通信協(xié)議棧。

Z-Wave：Zensys公司提供專用芯片。

KNX RF：目前有2個硬件廠商和2個軟件公司提供芯片和協(xié)議解決方案。

WiFi：眾多廠商提供芯片和協(xié)議解決方案，應(yīng)用層以外協(xié)議為開放協(xié)議。

藍牙：較多廠商提供芯片和協(xié)議解決方案。

三、特點分析

1、Zigbee

無線通信技術(shù)先進，抗擾性和穿透性一般(主要工作在2.4GHz)，軟硬件開發(fā)資源較豐富，標(biāo)準(zhǔn)化和互操作性待改進，比較適合智能家居行業(yè)應(yīng)用。

2、Z-Wave

無線通信技術(shù)較先進，抗擾性和穿透性較好，軟硬件開發(fā)資源單一，第三方解決方案少，標(biāo)準(zhǔn)化待完善，互操作性較好。適合智能家居行業(yè)應(yīng)用。

3、KNX RF

無線通信技術(shù)簡單但實用，軟硬件開發(fā)資源較少，抗擾性和穿透性較好，標(biāo)準(zhǔn)化和互操作性很優(yōu)秀。無線和有線可構(gòu)成完整解決方案，適合智能家居行業(yè)應(yīng)用。

4、WiFi

無線通信技術(shù)先進，軟硬件開發(fā)資源很豐富，抗擾性和穿透性一般(主要工作在2.4GHz)。智能家居行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化和互操作性較差，由于功耗高和節(jié)點數(shù)限制，在智能家居行業(yè)應(yīng)用受限，但其將智能家居應(yīng)用整合到IT網(wǎng)絡(luò)的能力最強。

5、藍牙

無線通信技術(shù)先進，軟硬件開發(fā)資源豐富，抗擾性和穿透性一般(主要工作在2.4GHz)。智能家居行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化和互操作性較差，由于節(jié)點數(shù)和拓?fù)浞绞?，其在智能家居行業(yè)應(yīng)用受限，但方便集成到智能終端，如手機、Pad等。

四、觀點

上述對幾種主流用于智能家居無線技術(shù)進行了客觀對比，但對于公司選擇哪種技術(shù)，以及客戶選擇哪種產(chǎn)品，除了技術(shù)先進性的對比，還要考慮技術(shù)的成熟性、可靠性、工程實施等多個因素。

另提兩個問題：

1)是否一定要支持Mesh網(wǎng)絡(luò)的無線技術(shù)?無線技術(shù)支持Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表示其無線技術(shù)較復(fù)雜，可支持更多節(jié)點，覆蓋更廣區(qū)域。但鑒于Mesh拓?fù)涞膹?fù)雜性，會增加開發(fā)難度，且網(wǎng)絡(luò)管理復(fù)雜，而且較多條路由在實際應(yīng)用中的意義并不大。

2)現(xiàn)在階段是否應(yīng)該采用純無線解決方案?無線技術(shù)確實給智能家居帶來了很多方便，但目前看完全靠無線技術(shù)并不能解決所有的應(yīng)用問題，而且無線技術(shù)的可靠性、穩(wěn)定性目前仍需改善，尤其對于公建應(yīng)用。有線+無線的解決方案在目前階段仍然是正確選擇。