淺析智能家居無線組網(wǎng)模式

韓歡　王華軍

摘 要：在智能家居的組網(wǎng)模式的選擇上，目前，無線接入的組網(wǎng)模式主要有藍(lán)牙、Zigbee、Z-Wave、WiFi等技術(shù)，藍(lán)牙和WiFi已經(jīng)被我們所熟知，也是目前在智能終端領(lǐng)域主要的接入方式，而Zigbee和Z-Wave作為新興的低功率、低成本的無線接入方式，也使無線接入的產(chǎn)業(yè)鏈更加完善。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能家居；藍(lán)牙；zigbee；z-wave；wifi

智能家居，早在上世紀(jì)九十年代就已經(jīng)出現(xiàn)，但是，昂貴的成本，繁雜的布線以及物理限制，讓智能家居的發(fā)展幾乎停滯不前，尤其是在已有建筑反面，機(jī)會不可能改造。還好，我們來到了物聯(lián)網(wǎng)時代，這個時代，讓我們的生活變得簡單，讓我們周圍每一件物品都變成一部智能手機(jī)，一臺智能PC，并且通過現(xiàn)成已有的網(wǎng)絡(luò)把他們連在一起，讓我們在地球任何一個角落都可以輕松自如的操作他們。在這個大背景下，基于各種無線協(xié)議的智能家居以勢如破竹之勢走入我們生活。如此巨大的市場和發(fā)展前景，必然帶動技術(shù)的發(fā)展，各種無線組網(wǎng)模式紛紛改進(jìn)，低功耗，低成本的產(chǎn)品越來越多，讓我們的選擇也越來越多，目前主要有以下幾種主要的組網(wǎng)模式：

1 Zigbee

Zigbee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。Zigbee低功耗，倆節(jié)5號干電池可以持續(xù)工作6個月；低成本，ZigBee免協(xié)議專利費(fèi)，每塊芯片的價格大約為2美元；短時延，ZigBee的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30ms，進(jìn)一步節(jié)省了電能；高容量，ZigBee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，最多一個主節(jié)點(diǎn)可管理254個子節(jié)點(diǎn)；同時主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可組成65000個節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)。ZigBee作為一種新興的短距離、低速率的無線通信技術(shù)，更是得到了越來越廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。尤其是在智能家居領(lǐng)域，大部分廠商都采用了zigbee的組網(wǎng)方式。但是，zigbee也有無法忽略的缺點(diǎn)：首先，目前國內(nèi)Zigbee技術(shù)主要工作在2.4GHz―2.5GHz ISM微波段，其衍射能力弱，穿墻能力弱，如果采用射頻功放，對2.5G信號進(jìn)行放大，又會增加功耗和成本；其次，Zigbee技術(shù)的主要特點(diǎn)是支持自組網(wǎng)，但是在家居環(huán)境中，大部分家居控制設(shè)備都是定點(diǎn)安裝，自組網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)也不復(fù)存在；最后，相對65000個節(jié)點(diǎn)，目前在家居環(huán)境中，我們最多用到100個節(jié)點(diǎn)，在多也不在我們的承受范圍之內(nèi)，當(dāng)然，隨著zigbee模塊的成本降低，未來可能家里的每一個物品上都會安裝有zigbee模塊，那時，才能更好的利用它的優(yōu)點(diǎn)。

2 Z-Wave

Z-Wave是一種新興的基于射頻的、低成本、低功耗、高可靠、適于網(wǎng)絡(luò)的短距離無線通信技術(shù)。工作頻帶為908.42MHz（美國）～868.42MHz（歐洲，國內(nèi)使用的是歐洲頻段，目前這兩頻段都是免授權(quán)頻段），采用FSK（BFSK/GFSK）調(diào)制方式，數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6 kbps-40kbps，信號的有效覆蓋范圍在室內(nèi)是30m，室外可超過100m，適合于窄帶寬應(yīng)用場合。隨著通信距離的增大，設(shè)備的復(fù)雜度、功耗以及系統(tǒng)成本都在增加，相對于現(xiàn)有的各種無線通信技術(shù)，Z-Wave的設(shè)計(jì)成本只有Zigbee的一半左右，而且輕量級協(xié)議和簡單結(jié)構(gòu)有助于保持比Zigbee更低的功耗，有力地推動著低速率無線個人區(qū)域網(wǎng)，同時，由于其目標(biāo)明確定位在智能家居領(lǐng)域，所以，在智能家居領(lǐng)域的發(fā)展比zigbee更快。但是相對于ZigBee跳頻擴(kuò)頻（FHSS）技術(shù)，Z-Wave的單信道方式自我修復(fù)能力弱，容易受到干擾，安全性較差，這些都是Z-Wave聯(lián)盟需要盡快解決的問題。

3 WiFi

WiFi是目前應(yīng)用最廣，傳輸速率最快的無線組網(wǎng)模式，也是最被我們所熟知的一種方式，但是，其在只能終端領(lǐng)域里，只是占有了PC和智能手機(jī)，而其他的無源智能終端設(shè)備，則用之甚少，終其原因，就是因?yàn)楣奶?，相較于zigbee，藍(lán)牙等組網(wǎng)方式，WiFi的功耗是不可接受的，尤其是在物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的今天，大部分聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都是無源的，所以WiFi在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展上一直都不被看好，雖然國內(nèi)已經(jīng)安置的大量的WiFi熱點(diǎn)，而且以后會安裝更多，但在其他智能終端上的應(yīng)用還是沒有被大量采納。不過，目前低功耗的WiFi芯片也有很多矚目的研究，尤其是內(nèi)嵌了實(shí)時時鐘控制器/看門狗定時器的WiFi芯片，芯片的電源管理功能會自動控制電源在無設(shè)備連接控制時保持低功耗待機(jī)模式，耗電量僅為數(shù)μW，完全可以讓干電池使用一年以上，功耗幾乎和zigbee的功耗一樣，當(dāng)然，在未來的應(yīng)用上，成本的降低才可能占有更多的市場。

4 總結(jié)

在物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的今天，不可能直接否決掉某種技術(shù)，也不可能完全應(yīng)用某種技術(shù)，未來，多種組網(wǎng)模式相結(jié)合，也許才是更好的發(fā)展方向，當(dāng)然，多種組網(wǎng)模式相結(jié)合，我們還要解決的問題還有很多，尤其是克服信號間相互干擾的問題，那時，我們將能自由的享受到這幾種技術(shù)帶來的便利。

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