智能家居系统常用的几种无线技术

智能家居系统常用的几种无线技术,第1张

和总线制智能家居系统相比,无线的好处是即插即用、免布线等。但主流的Wi-Fi、ZigBee、蓝牙在家庭的环境中都有各自的短板。网上有很多关于技术的介绍,我就不详细分析技术了,从应用上来聊聊。
Wi-Fi是基于IEEE80211的通信协议,被广泛使用在智能单品及智能家电中。原因是配网简单,用户熟悉度高,不需要额外的网关,可以和存量路由器直接通信。但Wi-Fi的问题是信道本身已经拥挤、接入数量多容易掉线,路由器能支持同时连接的设备数有限。
BLE(低功耗蓝牙技术)有低功耗、快速与手机连接的特性,但早期都是以点对点产品为主。基于低功耗特性,蓝牙智能产品集中在可穿戴设备、健康监护设备等产品中。从蓝牙41协议开始,蓝牙 mesh产品具备了ZigBee才有的自组网特征,但蓝牙mesh还处在技术积累期,尤其是要解决为了组网而功耗增加的问题。
以上两种协议在苹果的HomeKit中有完整定义,其他无线产品则需要通过“bridge”来接入。智能手机都标配这两种技术,用户都非常熟悉这些产品的配对、联网,这也是大量的智能硬件使用Wi-Fi和BLE的原因。
Zigbee是基于IEEE802154的通信协议, 它的特点是低功耗、自组网、节点数多。但手机中没有ZigBee模块,需要额外的网关接入ip网络。ZigBee mesh网络复杂、用户DIY的可能性小,可能更适用于工业物联网。早期的ZigBee智能家居产品有很多私有协议,使得产品互通困难。ZHA和ZLL做了不少互通尝试,ZigBee30也风风火火,都想解决iot时代互通问题。
请注意以上三种技术都是基于24GHz频段的,在无线设备爆发的时代,这个信道变得越来越拥挤,相互之间干扰问题也会更严重。在无线产品中,频率越高则距离越短,穿墙性越差,这也是subGHz频段越来越被重视的原因。早期的小无线产品集中在315MHz和433MHz频段,但由于频段宝贵,所以带宽很窄,因此一些成熟的通讯算法无法实现。这些早期产品给人的印象就是不稳定,抗干扰性差。随着通讯技术的发展,使用subGHz的低功耗广域网(LP-WAN)发展迅速,目前主要集中在LoRa和NB-iot两个技术标准上。利用数字扩频、纠错码、双工通讯、MAC层控制等技术使得LP-WAN既保留了低功耗、远距离、穿墙好等优点,又解决了抗干扰的问题,在iot领域有后来居上的优势。
用户并不关心誉诚智能家居系统用的是什么无线技术,只要求联网简单、稳定。各种协议并存将长期存在,短期内还看不到一统江湖的无线标准。在BroadLink我们采取Wi-Fi加LP-WAN两种技术,同时在系统层面接入BLE、ZigBee以及KNX,485总线,供参考。

zigbee传输稳定性嘛,我觉得还可以,因为毕竟我在做这个。不过zigbee属于低速率低功耗的无线通信,相比蓝牙,WIFI它们,zigbee不能传输视频音频图像等复杂信号,只能传输简单信号,并且传输距离有限,穿墙能力弱。优点就在于低功耗低成本,比较便宜吧。毕竟如果一个工作zigbee可以完成,WIFI也可以完成,那当然选择zigbee了,毕竟成本低嘛。

1、LoRa技术

LoRa简介:

物联网应用中的无线技术有多种,可组成局域网或广域网。组成局域网的无线技术主要有24GHz的WiFi,蓝牙、Zigbee等,组成广域网的无线技术主要有2G/3G/4G等。这些无线技术,优缺点非常明显,可如下图总结。在低功耗广域网(Low Power Wide Area Network, LPWAN)产生之前,似乎远距离和低功耗两者之间只能二选一。当采用LPWAN技术之后,设计人员可做到两者都兼顾,最大程度地实现更长距离通信与更低功耗,同时还可节省额外的中继器成本。

LoRa 是LPWAN通信技术中的一种,是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式,为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统,进而扩展传感网络。目前,LoRa 主要在全球免费频段运行,包括433、868、915 MHz等。

LoRa技术具有远距离、低功耗(电池寿命长)、多节点、低成本的特性。

2、ZigBee技术

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。

主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

ZigBee是一种无线连接,可工作在24GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)和915 MHz(美国流行)3个频段上,分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率,它的传输距离在10-75m的范围内,但可以继续增加。

作为一种无线通信技术,ZigBee具有如下特点:

(1) 低功耗: 由于ZigBee的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式,功耗低,因此ZigBee设备非常省电。据估算,ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间,这是其它无线设备望尘莫及的。

(2) 成本低: ZigBee模块的初始成本在6美元左右,估计很快就能降到15—25美元, 并且ZigBee协议是免专利费的。低成本对于ZigBee也是一个关键的因素。

(3) 时延短: 通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短,典型的搜索设备时延30ms,休眠激活的时延是15ms, 活动设备信道接入的时延为15ms。因此ZigBee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。

(4) 网络容量大: 一个星型结构的Zigbee网络最多可以容纳254

个从设备和一个主设备, 一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络, 而且网络组成灵活。

(5) 可靠: 采取了碰撞避免策略,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式, 每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。

(6) 安全: ZigBee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证, 采用了AES-128的加密算法,各个应用可以灵活确定其安全属性。

物联网的关键技术主要包括:无线传感器网络、ZigBee、M2M技术、RFID技术、NFC技术、低能耗蓝牙技术。

1、无线传感器网络:无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是一种分布式传感网络,它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。

WSN中的传感器通过无线方式通信,因此网络设置灵活,设备位置可以随时更改,还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。

2、ZigBee:ZigBee,也称紫蜂,是一种低速短距离传输的无线网上协议,底层是采用IEEE 802154标准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。

3、M2M技术:M2M全称Machine to Machine,是指数据从一台终端传送到另一台终端,也就是机器与机器的对话。

M2M应用系统构成有智能化机器、M2M硬件、通信网络、中间件。M2M应用领域有、家庭应用领域、工业应用领域、零售和支付领域、物流运输行业、医疗行业。

4、RFID技术:无线射频识别即射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID),是自动识别技术的一种,通过无线射频方式进行非接触双向数据通信。

利用无线射频方式对记录媒体(电子标签或射频卡)进行读写,从而达到识别目标和数据交换的目的,其被认为是21世纪最具发展潜力的信息技术之一。

5、NFC技术:NFC英文全称Near Field Communication,近距离无线通信。与RFID一样,NFC信息也是通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递,但两者之间还是存在很大的区别。

首先,NFC是一种提供轻松、安全、迅速的通信的无线连接技术,其传输范围比RFID小,RFID的传输范围可以达到几米、甚至几十米,但由于NFC采取了独特的信号衰减技术,相对于RFID来说NFC具有距离近、带宽高、能耗低等特点。

其次,NFC与现有非接触智能卡技术兼容,已经成为得到越来越多主要厂商支持的正式标准。

6、低能耗蓝牙技术:蓝牙低能耗(Bluetooth Low Energy,或称Bluetooth LE、BLE,旧商标Bluetooth Smart)也称低功耗蓝牙,是蓝牙技术联盟设计和销售的一种个人局域网技术,旨在用于医疗保健、运动健身、信标、安防、家庭娱乐等领域的新兴应用。

相较经典蓝牙,低功耗蓝牙旨在保持同等通信范围的同时显著降低功耗和成本。

现在无线通读热了起来。三个最大的Wifi、ZigBee、蓝牙它们三个始终困惑着我。那么它们三个有什么区别呢

Zigbee 和蓝牙都是一项无线通信技术。ZigBee的传输距离视发射功率而定,有几百到几千米不等,不过传输率却只有250kps的,但是这个只是理论值。一般也就20-30kps而蓝牙的传输距离仅仅只有10米左右,传输速度是18M/s~21M/s,zigBee应用于智能家居的比较多,而蓝牙应用于特别短距离的文件传输。

社会的不断发展,无线的优点已经逐步显现。如;无线通信覆盖范围大,几乎不受地理环境限制:无线通信可以随时架设,随时增加链路,安装、扩容方便;无线通信可以迅速(数十分钟内)组建起通信链路,实现临时,应急、抗灾通信的目的:而有线通信则有地埂的限制、较长的响应时间。无线通信在可靠性、可用性和抗毁性等方面走出了传统的有线通信方式,尤其在一些特殊的地理环境下,无线比有线方便得多。随着无线通讯的发展及成熟。在工业控制、医疗、汽车电子。都广泛的应用

ZigBee、Wi-Fi、蓝牙和几种无线技术的对比如下表所示:

1、WIFI,WIFI是目前应用最广泛的无线通信技术,传输距离在100-300M,速率可达300Mbps,功耗10-50mA。

2、Zigbee,传输距离50-300M,速率250kbps,功耗5mA,最大特点是可自组网,网络节点数最大可达65000个。

3、蓝牙,传输距离2-30M,速率1Mbps,功耗介于zigbee和WIFI之间。

这3种无线技术,从传输距离来说,是WIFI》ZigBee》蓝牙;从功耗来说,是WIFI》蓝牙》ZigBee,后两者仅靠电池供电即可;从传输速率来讲,是WIFI》ZigBee》蓝牙。

目前来说,WIFI的优势是应用广泛,已经普及到千家万户。ZigBee的优势是低功耗和自组网;电力载波的优势是传输速率;蓝牙的优势组网简单。然而,这3种技术,也都有各自的不足,没有一种技术能完全满足智能家居的全部要求。

ZigBee基于IEEE802154标准的低功耗局域网协议,是一个开放的无线网络状网络技术。与传统星型、点对点、网状网络采用最低成本节点为所有联网设备提供覆盖的架构不同,ZigBee采用动态、自主的路由协议,基于AODV的路由技术。在AODV中,一个节点需要连接时,则将广播一条路由请求报文,其他节点在路由表中查找,如果有到达目标节点的路由,则向源节点反馈,源节点挑选一条可靠、跳数最小的路线,并存储信息到本地路由表以便用于未来所需,如果一条路由线路失败,节点能够简单的选择另一条替代路由线路。如果源和目的地之间的最短线路由于墙壁或多径干扰而被阻塞,ZigBee能够自适应的找到一条更长但可用的路由线路。这种独特的架构使ZigBee拥有近距离、低复杂度、自组织、低功耗、高数据速率的特点。

ZigBee基于IEEE802154标准的低功耗局域网协议,是一个开放的无线网络状网络技术。与传统星型、点对点、网状网络采用最低成本节点为所有联网设备提供覆盖的架构不同,ZigBee采用动态、自主的路由协议,基于AODV的路由技术。在AODV中,一个节点需要连接时,则将广播一条路由请求报文,其他节点在路由表中查找,如果有到达目标节点的路由,则向源节点反馈,源节点挑选一条可靠、跳数最小的路线,并存储信息到本地路由表以便用于未来所需,如果一条路由线路失败,节点能够简单的选择另一条替代路由线路。如果源和目的地之间的最短线路由于墙壁或多径干扰而被阻塞,ZigBee能够自适应的找到一条更长但可用的路由线路。这种独特的架构使ZigBee拥有近距离、低复杂度、自组织、低功耗、高数据速率的特点。

正因为ZigBee这些特点,使其主要适用于自动控制以及远程控制领域,目的是为了满足小型廉价设备的无线联网和控制,典型应用如无线传感网络,在家庭/商业自动化领域、智慧能源、健康医疗及零售等领域,ZigBee也被证明是可靠的无线网络解决方案。 在开发24 GHz ZigBee无线网络应用时,设计工程师通常会面临系统分割的选择:对ZigBee的连接性及网络处理解决方案而言,最佳的整合层级为何从效能、功耗及成本的角度来看,何者是最适合的选择——是将24 GHz无线收发器及处理核心整合为单芯片解决方案的ZigBee系统单芯片(SoC)比较好还是具有独立收发器及主处理器的离散式方案较佳

而随着ZigBee在自动化控制、移动互联网络、智能可穿戴设备领域越加频繁的应用,业内对于低耗能传感器及芯片在连通性和兼容性方面有着迫切的要求。对此,ZigBee联盟推出新协议920IP,该标准是全球首个基于互联网通讯协定第6版(IPv6)的无线网格网络(Mesh Networking)解决方案,未来将应用于低耗电量和低成本的家庭能源管理的网格网络及其相关设备中,提升物联网设备的能效和互通性。随着此协议的推出,ZigBee在物联网中的功能逐步完善,物联网设备效能将会极大提高。

我有如下回答,仅供参考:
1 首先,什么是ZigBee:
ZigBee 是一种基于标准的远程监控、控制和传感器网络应用技术。为满足人们对支持低数据速率、低功耗、安全性和可靠性,而且经济高效的标准型无线网络解决方案的需求,ZigBee 标准应运而生。核心市场是消费类电子产品、能源管理和效率、医疗保健、家庭自动化、电信服务、楼宇自动化以及工业自动化。
2 其次,什么是ZigBee模块:
围绕ZigBee芯片技术推出的外围电路,称之为“ZigBee模块”,常见的ZigBee模块都是遵循IEEE802154的国际标准,并且运行在24GHZ的频段上,另外,欧洲的标准是868MHZ、北美是915MHZ。
3 最后,ZigBee模块做什么用:
目前ZigBee模块更多是替代原有有线的控制方式,而采用无线控制,做到节约布线,突破距离控制限制,并且通过组建网络实现设备间的联动。
目前已知的ZigBee应用为:工业、农业、石油化工、物联网、智能家居、智能照明、智慧城市等。


欢迎分享,转载请注明来源:内存溢出

原文地址: http://outofmemory.cn/dianzi/12582653.html

(0)
打赏 微信扫一扫 微信扫一扫 支付宝扫一扫 支付宝扫一扫
上一篇 2023-05-26
下一篇 2023-05-26

发表评论

登录后才能评论

评论列表(0条)

保存