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智能家居中无线方案

发布于2022.08.05 人已读

随着科学技术的不断发展,局域网也正逐渐向无线化、多网合一的方向发展,在这个多网合一快速发展过程中,多种无线技术的广泛应用必将使家居控制变得更加自动化、智能化和人性化,必将改变传统智能家居的模式,把智能家居推上一个快速发展的舞台。


一、
概述

智能家居解决方案需综合考虑技术、成本、施工方便、美观等多个因素。传统的智能家居网络布线方式是有线网络,施工不方便、影响美观度。无线网络无需布线不会影响室内美观,节约了综合布线这方面的人力和物力,且具有方便、快速等特点,非常适合应用于智能家居,各制造商都在主推基于无线技术的智能家居解决方案


当前市场上智能家居的无线解决方案较多,这一方面可为用户提供更多选择,但同时也给用户带来了困惑,不知选择哪种无线技术构建的智能家居系统。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、KNX RF、WiFi、蓝牙等。

智能家居中无线方案(图1)


二、
现有无线技术对比

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:

智能家居中无线方案(图2)
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。







KNX RF

基于EN 50090-5-3,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IEEE 802.11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(Ad hoc)和基础结构拓扑,支持14个通信信道。







蓝牙

基于IEEE 802.15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(Ad hoc)拓扑,支持79个信道。








智能家居中无线方案(图2)
功耗对比

Zigbee/Z-Wave/KNXRF都为低功耗设计,典型1mW(0dBm),KNX RF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2.5 mW(4dBm)。


智能家居中无线方案(图2)
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。

KNX RF: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。


智能家居中无线方案(图5)
安全性

Zigbee:AES– 128等安全机制。

Z-Wave:具备安全层,提供密钥机制。

KNX RF: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。


智能家居中无线方案(图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。

KNX RF: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。


智能家居中无线方案(图5)
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。

KNX RF: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。


智能家居中无线方案(图5)
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。

KNX RF:专门针对智能家居应用,可与KNX TP(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。


智能家居中无线方案(图5)
可用软硬件资源

Zigbee:已有多个芯片制造商提供解决方案,如:芯科、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。

KNX RF: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。


三、
特点分析


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。


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。


KNX RF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。


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。


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。

智能家居中无线方案(图10)


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