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智能家居主流無線技術(shù)對比與分析

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主流無線技術(shù)對比與分析

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(lán)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(jìn)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)洌С謫涡诺馈?/span>
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)?,不支持網(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)?,支?4個通信信道。
藍(lán)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(lán)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(yuǎn)低于理論值,一般不超過20個。
藍(lán)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(lán)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(lán)牙:
藍(lán)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(jìn)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(lán)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(lán)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(lán)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(jìn),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(jìn),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(jìn),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(jìn),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(lán)牙

無線通信技術(shù)先進(jìn),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(jìn)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(jìn)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。


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