智能家居无线通信技术有哪些
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发布时间：2024-09-09 14:37
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时间：2024-10-26 09:52
智能家居无线通信技术有哪些
智能家居无线解决方案虽多，但主流的智能家居无线技术可总结为：Zigbee、Z-Wave、KNXRF、WiFi、蓝牙等。
一、几种主流智能家居无线技术对比
现从无线传输技术、功耗、节点数、安全性、开放性、标准化与互操作、行业适用性、可用软硬件资源等几个方面对上述几种主流智能家居无线技术进行比较。
1、无线传输技术
Zigbee：基于IEEE802.15.4标准，工作频率为868MHz、915MHz或2.4GHz，在国内主要使用2.4GHz，250kbps（2.4GHz），调制方式：BPSK/OQPSK，支持星型、树型和网状（mesh）网络拓扑，支持16个通信信道（2.4GHz）。
Z-Wave：无线传输技术无标准，工作频率为908.42MHz（美国）、868.42MHz（欧洲），调制方式：FSK（BFSK/GFSK），数据传输速率为40kbps，支持网状（mesh）网络拓扑，支持单信道。
KNXRF：基于EN50090-5-3，工作频率为868MHz，调制方式：FSK，数据传输速率为16kbps，支持对等网络拓扑，不支持网状拓扑，支持3个快速信道和2个慢速信道。
WiFi：基于IEEE802.11标准，主要工作频率为2.4GHz，调制方式：MIMO-OFDM/DSSS/CCK，数据传输速率为11Mbps以上，支持自组网（Adhoc）和基础结构拓扑，支持14个通信信道。
蓝牙：基于IEEE802.15标准，主要工作频率为2.4GHz，调制方式GFSK，数据传输速率为1Mbps以上，支持点对点，以及对等网络（Adhoc）拓扑，支持79个信道。
2、功耗
Zigbee/Z-Wave/KNXRF都为低功耗设计，典型1mW（0dBm），KNXRF甚至支持机电能源获取方式（类似EnOcean方式）；WiFi功耗大，需外配电源，典型36mW（16dBm）；蓝牙功耗介于低功耗与WiFi功耗之间，典型2.5mW（4dBm）。
3、节点数
Zigbee：理论上可支持超过6万个节点。
Z-Wave：最多232个节点。
KNXRF：最多约4000个节点。
WiFi：理论上254个节点，但实际支持远低于理论值，一般不超过20个。
蓝牙：一般8个节点。
4、安全性
Zigbee：AES–128等安全机制。
Z-Wave：具备安全层，提供密钥机制。
KNXRF：应用层之上提供认证、加密等安全机制。
WiFi：WPA/WPA2安全机制。
蓝牙：可提供认证、加密和密钥管理等安全机制。
5、开放性
Zigbee：Zigbee联盟，会员开放。
Z-Wave：Zensys公司主导Z-Wave联盟，会员开放。
KNXRF：KNX协会，会员完全开放。
WiFi：完全开放。
蓝牙：蓝牙技术联盟，完全开放。
6、标准化与互操作
Zigbee：未建立国际标准，已建立协会内部协议规范和不同领域规约，目前不同厂商产品存在互操作问题。
Z-Wave：未建立国际标准，已建立协会内部协议规范。
KNXRF：已成为ISO/IEC标准、EN标准、GB/T标准，不同厂商产品可实现互操作，且使用统一软件进行配置。
WiFi：已有国际标准，但面向智能家居领域没有建立规约，不同厂商产品无法实现互操作。
蓝牙：已有国际标准，但面向智能家居领域没有建立规约，不同厂商产品无法实现互操作。
7、行业适用性
Zigbee：可面向多个应用领域，适用于智能家居应用，但主要用于传感和控制等功能。
Z-Wave：专门针对智能家居应用，但主要用于传感和控制等功能。
KNXRF：专门针对智能家居应用，可与KNXTP（双绞线）配合使用，但主要用于传感和控制等功能。
WiFi：面向多应用领域，智能家居应用不仅可用于传感和控制，也可用于音视频等功能。
蓝牙：面向多应用领域，智能家居应用不仅可用于传感和控制，也可用于语音等功能。
8、可用软硬件资源
Zigbee：已有多个芯片制造商提供解决方案，如TI、FREESCALE、ATMEL、Nordic等，以及基于不同硬件平台的通信协议栈。
Z-Wave：Zensys公司提供专用芯片。
KNXRF：目前有2个硬件厂商和2个软件公司提供芯片和协议解决方案。
WiFi：众多厂商提供芯片和协议解决方案，应用层以外协议为开放协议。
蓝牙：较多厂商提供芯片和协议解决方案。
二、特点分析
1、Zigbee
无线通信技术先进，抗扰性和穿透性一般（主要工作在2.4GHz），软硬件开发资源较丰富，标准化和互操作性待改进，比较适合智能家居行业应用。
2、Z-Wave
无线通信技术较先进，抗扰性和穿透性较好，软硬件开发资源单一，第三方解决方案少，标准化待完善，互操作性较好。适合智能家居行业应用。
3、KNXRF
无线通信技术简单但实用，软硬件开发资源较少，抗扰性和穿透性较好，标准化和互操作性很优秀。无线和有线可构成完整解决方案，适合智能家居行业应用。
4、WiFi
无线通信技术先进，软硬件开发资源很丰富，抗扰性和穿透性一般（主要工作在2.4GHz）。智能家居行业的标准化和互操作性较差，由于功耗高和节点数限制，在智能家居行业应用受限，但其将智能家居应用整合到IT网络的能力最强。
5、蓝牙
无线通信技术先进，软硬件开发资源丰富，抗扰性和穿透性一般（主要工作在2.4GHz）。智能家居行业的标准化和互操作性较差，由于节点数和拓扑方式，其在智能家居行业应用受限，但方便集成到智能终端，如手机、Pad等。
上述对几种主流用于智能家居无线技术进行了客观对比，但对于公司选择哪种技术，以及客户选择哪种产品，除了技术先进性的对比，还要考虑技术的成熟性、可靠性、工程实施等多个因素。
另提两个问题：
1）是否一定要支持Mesh网络的无线技术？无线技术支持Mesh拓扑结构表示其无线技术较复杂，可支持更多节点，覆盖更广区域。但鉴于Mesh拓扑的复杂性，会增加开发难度，且网络管理复杂，而且较多条路由在实际应用中的意义并不大。
2）现在阶段是否应该采用纯无线解决方案？无线技术确实给智能家居带来了很多方便，但目前看完全靠无线技术并不能解决所有的应用问题，而且无线技术的可靠性、稳定性目前仍需改善，尤其对于公建应用。有线+无线的解决方案在目前阶段仍然是正确选择。
智能家居无线通信技术的应用
1.蓝牙技术的应用领域
蓝牙技术是一种能够实现一定距离内的小范围设备终端通信技术，其成本低、操作简单、传输速度快，较易被人们接受。在智能家居领域中，蓝牙技术可在一定距离范围内实现家居设备终端的连接，满足智能家居设备之间点对点甚至点对多点的连接需求。蓝牙技术信号的覆盖面积有一定范围，多在10厘米至10米之间，通过设备升级也可达到更大的信号覆盖范围，具有较大的利用价值。随着技术发展，Wibre技术逐渐成熟，这种传输技术可降低蓝牙4.0的功耗，实现了技术革新。
随着智能家居的逐渐发展，单纯带给人们舒适的生活环境已经无法满足人们的需要，越来越多的人开始注重其安全性能。因此，一系列安全防护设备应运而生，如电子门禁、防盗监控、电子警报、对讲设备等。蓝牙技术可将以上安全防护设备进行网络连接，并及时向人们发起警报信号。蓝牙控制下的安全防护系统可基本实现自主安全管理，如自动进行身份识别、恐吓不明闯入者、记录证据视频、监控安全状态等。
蓝牙技术可在多方面实现家居管理，一般人们认为，蓝牙技术的应用只局限于对于家居产品的控制，如通过终端控制空调、电视等家电设备，其实，蓝牙的家居管理范围并不局限于此。蓝牙技术可自动识别家中情况，并根据情况合理控制家中水、电等开关，既节约资源，又可杜绝一定的安全隐患。其次，蓝牙技术也可应用在家庭资源应用计费方面，在水、电、煤气等计费设备上安装蓝牙装置，配合远程计数，可减少不必要的线路连接，降低设备的损坏率。随着技术的发展，蓝牙在家居管理领域的应用也会逐渐广泛。
蓝牙技术在环境管控领域中也可以发挥重要的作用。随着生活水平的提高，人们对家居环境温度、湿度的舒适程度更为重视。蓝牙设备可将采集的相关环境数据及时上传至环境控制系统，通过调节将环境控制在舒适程度之内。此外，蓝牙技术还可完成空气质量数据的传输，及时监控对人体产生危害的空气质量，并启动空气净化设备。
2.Wi-Fi技术的应用领域
与蓝牙技术不同，Wi-Fi技术具有传输距离较长、覆盖面较大、数据传输速率高的特点。一般的Wi-Fi设备安装较为简单，人们可在家中自行组建，省去了企业安装并定期检修线路的步骤。其次，Wi-Fi技术发射功率较低，可保证人身健康不被干扰。Wi-Fi技术在智能家居中的应用领域也较为广泛。
Wi-Fi技术实现了小区内各方面信息的高效传输，省去了人工传递信息的人力物力资源。用户可通过终端设备实时了解小区内的各种公告，并了解自家的水、电等资源是否欠费以及小区动向等，实现了信息的智能化管理。
Wi-Fi技术在家庭安全管理方面应用广泛，如网络视频对讲、警报信号、家庭监控等。网络视频对讲可在用户不在家中的情况下通过终端与来访者完成线上交流，用户可在远程控制门锁，保证家庭安全。当家中遭遇入侵时，Wi-Fi技术可及时准确地向用户传递警报信息，用户可第一时间通过终端对这一情况进行处理。必要时，Wi-Fi技术可直接与警方联系，并将视频记录以证据的方式提交警方，尽可能保护家庭财产安全。Wi-Fi技术在家庭远程监控方面也有一定作用，用户可通过终端查看家中的煤气、水电等是否关好，并进行远程操作。另外，针对火灾、漏电、煤气泄漏等情况，Wi-Fi技术也可第一时间告知用户，最大限度地保障了房屋及家庭成员的安全。
此外，Wi-Fi技术还可实现智能识别功能，将红外人体感应模块与Wi-Fi相结合，可智能识别家庭环境，从而决定是否供电。一些技术设计已经可以做到在人离开房间10分钟后准时自动关闭家中电源，极大程度地节约了能源。随着技术的进步，基于Wi-Fi技术的各项智能开关也逐渐应用于智能家居中，智能开关采用智能识别功能，对人的行为活动及环境变化等进行识别及分析，并由此操控家居设备，让人们享受到家居生活的便利。
3.ZigBee技术的应用领域
ZigBee技术兴起后，就得到了相关人士的高度重视，发展迅速。ZigBee技术凭借自身安全性强的突出优势在智能家居中应用前景巨大，在家居控制、安全防护、资源管理、危险警报等领域都取得了一定成绩。与Wi-Fi技术和蓝牙技术不同，ZigBee技术具有特殊的安全处理方式，同时应用跳频、扩频技术可抵抗外界侵入的干扰。与Wi-Fi技术相比，ZigBee技术的成本更低；与蓝牙技术相比，ZigBee技术的终端连接数量更多。ZigBee技术现多被应用于智能家居的控制等领域。
ZigBee技术通过建立整体性ARM，可对不同的家居设备进行统一的智能管控，且控制方法包括遥控器控制、声音控制等多种形式。用户可通过遥控终端对空调的温度范围进行设置，对微波炉、电烤箱等电器的开关进行控制，也可对电灯、窗帘等进行智能控制，操作步骤简单，极大地方便了用户。声音控制可进一步提升用户的应用体验，如声音控制电视机的开关及更换频道，声音控制热水器的加热等。随着ZigBee技术在智能家居领域的逐渐成熟，其设计理念使家居控制更加具体和细化，更加贴合人们的需求。如灯光可通过光敏传感器进行控制，可通过时间、用户状态等自动切换光照类型及光照时长，甚至可做到根据用户的不同情绪及精神状态进行光照的调整。
ZigBee无线技术的穿透力相比其他技术更强，对于墙壁等坚实结构也可进行突破，可有效解决信息传输受阻、传输过程易被干扰等问题。ZigBee无线技术可通过Mesh-network网状网络将信号稳定控制在房间之中，省去了电缆的设置，避免了一定的布线环节。
4.Z-Wave路由技术的应用领域
Z-Wave技术是近年来兴起的无线通信技术，因其成本较低、功耗较低、安全性能强，而具备广泛的应用前景。Z-Wave信号的覆盖范围在室内室外有所不同，室内平均30m左右，室外可超过100m，其设备功耗、设备成本与信号覆盖距离成正比。相比于其他技术，Z-Wave技术的功耗和成本相对较低，适合于智能家居的应用。
Z-Wave技术可将独立的智能家居设备连接入智能网络，通常用于智能家居的控制和监控领域，例如房屋照明控制、家电控制、设备接入控制等。Z-Wave技术以传输小数据为主，其传输速率约40kb/s，即可满足信息传输速率及距离的需求，又可节约功耗。智能家居网络连接后，用户可通过遥控装置或控制屏幕随时关注家居设备的使用情况及当前状态，并可对其进行控制。与此同时，Z-Wave技术在家居监控中可起到一定作用，如智能抄表、防盗及火灾监控等。
