目前,在全球范围内,“无线取代有线”已经成为不可逆转的趋势,在家庭物联网领域这种趋向更加明显。可以说,家庭自动化也就是通常所说的“智慧家居”已经 成了先进无线技术的竞技场,不同企业采用了不同的技术解决方案,使用效果也千差万别。对于当前智慧家居产业最流行的无线技术,WiFi与 ZigBee有何优缺点?
一 先来谈一下WiFi,这种无线技术的优势是技术研发门槛低,产品成本低。由于技术开发难度小,很多初创企业均以WiFi为基础开发智慧家居产品,但 其缺点也非常明显。首先,WiFi最大的问题是安全性非常低,产品的无线稳定性也比较差,用户体验度不好。很难想像,假如你的邻居可以轻松 获知你家所有讯息,可以知道你家是否有人、是否睡觉甚至连你正在看什么影片他都瞭如指掌,你又如何能够安然入睡?其次,WiFi的功耗高也是其很大的弱点,这也导致其在智慧家居领域的应用有限。
(1)由于其功耗较高,WiFi将不能用在诸如智慧门锁、红外转发控制 器、各种感应器等产品内,而智慧门锁是智慧家庭不可或缺的产品之一。而温湿度感应器、光照感应器、烟雾探测器等各类感应器也是智慧家居系统必不可少的部 分。
(2)WiFi组网能力低,扩展空间受限制。目前,WiFi网络的实际规模一般不超过16个设备,而普通家庭内开关、电灯、家电的数量已经远远超过16个了,显然基于WiFi技术的智慧家居系统可以连接的设备数量非常有限,未来发展空间受限。
相对于WiFi技术,ZigBee技术的优势却非常明显。ZigBee技术在工业领域内积累了非常多的宝贵经验,众所周知,工业领域的要求通常要远 高于民用领域,而ZigBee技术正是诞生在应用环境复杂的工业场所并得到了全球各地市场长时间的检验。这里谈一下ZigBee技术的几大优势:
(1)安全性高。ZigBee技术的安全性源于其系统性的设计,至今为止,ZigBee技术在全球还没有发生一起破解先例,而WiFi、蓝牙、Z-Wave等无线技术的安全事故却频发。由此可见,其在近距离无线通信领域内的安全地位。
(2)功耗低。ZigBee技术采用了极低功耗设计,理论上一节电池可以使用10年以上,实际应用中一节电池可以使用2年左右,这种低功耗技术让其在智慧家居领域应用广泛,包括在智慧门锁、红外转发器、温湿度等各类感应器的应用中游刃有余。
(3)组网能力强。理论上,一个ZigBee闸道器可以连接65000多个设备,目前在实际应用中已经可以组成超过100种设备的稳定网络,这样的网络规模已经远超WiFi、Z-Wave、蓝牙等技术,在可预见的将来也足以满足智慧家庭的需求。
当然,ZigBee的缺点也很明显,主要是产品开发难度大,开发周期长,产品成本高,一般的初创企业很难承受开发风险,这也是ZigBee技术目前在全球也只有少数几家企业掌握的重要原因。
目前,更多的专家认为WiFi做一些类似智慧单品这样的演示产品还可以,但做家庭长期使用的安全、可靠的产品,显然不是WiFi能够支撑的。长期看,ZigBee技术将更具优势和应用前景。
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。
弊:就是这个技术暂时知道的比较少。
利,就很多了
1、即插即用,傻瓜式操作,支持用户DIY,无需专业人员参与,具备初中以上学历的个人就可以完成安装,调整及应用。简单实用,适合全民参与才能规模化,普及化。
2、全无线通讯(无线安装,无线控制):不受施工影响,不用布线随时可以购买使用,没有销售时间的局限性。支持手机,电脑,控制屏多种控制方式,随时随地远程智能家居生活陪伴在你的左右。
3、低功耗:ZigBee+策略节能技术,使无线传感器的普通电池供电时间基本都在两年以上,真正低功耗,才适合全无线。
4、双向通信:采用ZigBee通信技术,具备双向通信,状态实时可见,使得智能化更彻底,解决了传统智能家居远程控制抓瞎,远程控制非智能的弊端,目前只有ZigBee的产品能实现这一功能。
5、大面积普及:物联网是互联网+局域网的组合方式进行运作的,物联传感的物联网智能家居系统采用ZigBee局域网,传感器和网关都有独立的全球唯一ID号,绑定式工作,杜绝了传统无线智能家居大规模应用出现窜网,互相干扰的顽症。星形组网+自由组网,从而使用户越广泛稳定性能越好,适合于大面积布网。
6、强大的组网能力:更大的扩容空间,理论上可以外接6万5千多个节点,我们测试挂2千5百个延时仅12秒。
7、自由组网:顾客可以随时添加,升级传感设备,做到即插即用,傻瓜式操作。业主DIY无需专业人员指导,方便快捷,简单实用,适合全民参与的产品才能成为流行时尚。(在欧美市场现在就放在超市任凭顾客自主选购)。
8、 ZigBee局域网具有自动组网功能,主动搜索,主动组网能做到永不掉线,有别于传统智能家居掉线后需要人工激活的麻烦,解决了智能家居代理商这么多年来做不大,做的越好,死的越快的尴尬。
9、安全性:安全性更强 128k加密技术,抗干扰能力极强,目前在全球还没有攻破的先例,相比传统的智能家居降低了安全隐患,也是目前所有无线技术中抗干扰能力最强的产品。
总结就是,安全性高,暂时没有被破解的先例,功耗低,有的用电池能用一年,无需供电,放哪里都行,等等,基本WIFI有的除了传输率没那么高,其他的优势都具备。
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像蓝牙一样具有大量的操作基础,尽管传统上在工业环境中也是如此。Zigbee是基于IEEE802154标准的低功耗局域网协议,根据国际标准规定,Zigbee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称(又称紫蜂协议)来源于蜜蜂的八字舞,其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。简单来说Zigbee是一种高可靠的无数数传网络,类似于CDMA和GSM网络,Zigbee数传模块类似于移动网络基站,通讯距离从标准的75M到几百米、几公里、并且支持无线扩展。只要适合用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备。
Zigbee技术是随着工业自动化对于无线通信和数据传输的需求而产生的,Zigbee网络省电、可靠、成本低、容量大、安全,可广泛应用于各种自动控制领域。
三大特征是感知物体、信息传输、智能处理。
顾名思义,物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思:其一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;其二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信,也就是物物相息。
物联网的本质概括起来主要体现在三个方面:
1互联网特征,即对需要联网的物一定要能够实现互联互通的互联网络。
2识别与通信特征,即纳入物联网的“物”一定要具备自动识别与物物通信的功能。
3智能化特征,即网络系统应具有自动化、自我反馈与智能控制的特点。
物联网其实最简单的解释就是通过电子识别等技术,将物的数据信息转化到网络上,实现追踪、定位等目的。再简单点说,将物通过类似二维码转化成网络信息,有一个身份,也就是互联网多数使用人身份,物联网就是让物也出现一个身份罢了。至于ZigBee是短距离无线通信技术。
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