智能家居通訊協(xié)議大匯總

1、智能家居無疑是這幾年來熱門的研究對象之一， 各類協(xié)議不停的更新最新版本及改進缺 點，導致目前沒有一種真正意義上國際標準化用于智能家居、智能照明的通訊協(xié)議。本 文主要針對各種方案的原理， 技術(shù)特點及優(yōu)缺點作出了一個對比并以此展望了智能家居 市 場 的 未 來 。下面我們將一一介紹這些協(xié)議：一、 ZigBee 協(xié)議：ZigBee 的主要優(yōu)點如下：1. 功耗低對比 Bluetooth 與 WiFi ，在相同的電量下 （兩節(jié)五號電池 ）可支持設備使用六個月至兩年 左右的時間，而 Bluetooth 只能工作幾周， WiFi 僅能工作幾小時。2. 成本低ZigBee 專利費免收，傳輸速率較小且協(xié)議簡單，

2、大大降低了 ZigBee 設備的成本。3. 掉線率低由于 ZigBee 的避免碰撞機制，且同時為通信業(yè)務的固定帶寬預留了專用的時間空 隙， 使得在數(shù)據(jù)傳輸時不會發(fā)生競爭和沖突； 可自組網(wǎng)的功能讓其每個節(jié)點模塊之間都 能建立起聯(lián)系，接收到的信息可通過每個節(jié)點模塊間的線路進行傳輸，使得 ZigBee 傳 輸信息的可靠性大大提高了，幾乎可以認為是不會掉線的4. 組網(wǎng)能力強ZigBee 的組網(wǎng)能力超群，建立的網(wǎng)絡每個有 60 ，000 個節(jié)點。5. 安全保密6. 靈活的工作頻段GHz ，868 MHz 及 915 MHz 的使用頻段均為免執(zhí)照頻段。ZigBee 的缺點如下：1. 傳播距離近若在不適用功

3、率放大器的情況下， 一般 ZigBee 的有效傳播距離一般在 10m-75m 主要還是適用于一些小型的區(qū)域，例如家庭和辦公場所。 但若在犧牲掉其低掉線率的優(yōu) 點的前提下，以節(jié)點模塊作為接收端也作為發(fā)射端，便可實現(xiàn)較長距離的信息傳輸。2. 數(shù)據(jù)信息傳輸速率低處于 GHz 的頻段時， ZigBee 也只有 250 Kb/s 的傳播速度，而且這單單是鏈路上 的速率且不包含幀頭開銷、信道競爭、應答和重傳，去除掉這些后實際可應用的速率會 低于 100 Kb/s ，在多個節(jié)點運行多個應用時速率還要被他們分享掉。3. 會有延時性ZigBee 在隨機接入 MAC 層的同時不支持時分復用的信道接入方式，因此在支

4、持 一些實時的應用時會因為發(fā)送多跳和沖突會產(chǎn)生延時。二、 Bluetooth（ 藍牙協(xié)議 ）藍牙協(xié)議是由愛立信公司創(chuàng)造并于 1999 年 5 月 20 日與其他業(yè)界領先開發(fā)商一同 制定了藍牙技術(shù)標準，最終將此種無線通信技術(shù)命名為藍牙。 藍牙技術(shù)是一種可使電子 設備在 10100m 的空間范圍內(nèi)建立網(wǎng)絡連接并進行數(shù)據(jù)傳輸或者語音通話的無線通 信技術(shù)。藍牙的優(yōu)點如下：1. 功耗低且傳輸速率快藍牙的短數(shù)據(jù)封包特性是其低功耗技術(shù)特點的根本，傳輸速率可達到 1Mb/s ，且 所有連接均采用先進的嗅探性次額定功能模式以實現(xiàn)超低的負載循環(huán)。2. 建立連接的時間短藍牙用應用程序打開到建立連接只需要短短的 3m

5、s ，同時能以數(shù)毫秒的傳輸速度完 成經(jīng)認可的數(shù)據(jù)傳遞后并立即關(guān)閉連接。3. 穩(wěn)定性好藍牙低功耗技術(shù)使用 24 位的循環(huán)重復檢環(huán)（CRC），能確保所有封包在受干擾時的 最大穩(wěn)定度。4. 安全度高CCM 的 AES-128 完全加密技術(shù)為數(shù)據(jù)封包提供高度加密性及認證度。藍牙的缺點如下：1. 數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇笮∈芟薷咚偬l使得藍牙傳輸信息時有極高的安全性， 但同時也限制了藍牙傳輸過程中數(shù) 據(jù)包不可能太大。即使在所謂的高保真藍牙耳機中高低頻部分也是會被嚴重壓縮的。2. 設備連接數(shù)量少相對于 Wifi 與 ZigBee ，藍牙連接設備能力確實較差，理論上可連接 8 臺設備，實 際上也就只能做到 6 7 個設

6、備連接。3. 藍牙設備的單一連接性假設我用 A 手機連接了一個藍牙設備，那么 B 手機是連接不上它的，一定要我與 此藍牙設備之間的握手協(xié)議斷開 B 手機才能連接上它。三、 WiFi（ 無線保真協(xié)議 ）WiFi 是 IEEE 的簡稱，是一種可支持數(shù)據(jù)，圖像，語音和多媒體且輸出速率高達54Mb/s 的短程無線傳輸技術(shù)，在幾百米的范圍內(nèi)可讓互聯(lián)網(wǎng)接入者接收到無線電信號。 WiFi 的首版于 1997 年問世，當時其中定義了物理層和介質(zhì)訪問接入控制層（MAC層） ，并在規(guī)定了無線局域網(wǎng)的基本傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的同時規(guī)范了介質(zhì)訪問層（MAC）的特性和物理層（PHY），其中物理層采用的是 FSSS（調(diào)頻擴

7、頻）技術(shù)、紅外技術(shù)和 DSSS（直 接序列擴頻 ）技術(shù)。在 1999 年又新增了 IEEE 和 IEEE 標準進行完善。WiFi 優(yōu)點：1. 傳輸范圍廣WiFi 的電波覆蓋范圍半徑高達 100 m ，甚至連整棟大樓都可以覆蓋，相對于半徑 只有 15m藍牙，優(yōu)勢相當明顯。2. 傳輸速度快高達 54Mb/s 的傳輸速率使得 WiFi 的用戶可以隨時隨地接收網(wǎng)絡，并可快速地享 受到類似于網(wǎng)絡游戲、視頻點播 (VOD) 、遠程教育、網(wǎng)上證券、遠程醫(yī)療、視頻會議等 一系列寬帶信息增值服務。在這飛速發(fā)展的信息時代，速度還在不斷提升的 WiFi 必能 滿足社會與個人信息化發(fā)展的需求。3. 健康安全WiFi

8、設備在 IEEE 的規(guī)定下發(fā)射功率不能超過 100 mW ，而實際的發(fā)射功率可能 也就在6070 mW。與類似的通信設備相比，手機發(fā)射功率約在200 mW1 W，而手持式對講機更是高達 5 W 。相對于這兩者 WiFi 產(chǎn)品的輻射更小。4. 普及應用度高現(xiàn)今配置 WiFi 的電子設備越來越多，手機、筆記本電腦、平板電腦、 MP4 幾乎都 將 WiFi列入了他們的主流標準配置。WiFi 缺點：1.功耗大2.價格貴3.協(xié)議編碼復雜四、 LPWAN (低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng))：全球最大的芯片廠商英特爾、高通，全球通信設備巨頭華為、諾基亞、愛立信，以 及全球運營商巨頭沃達豐、中國移動等均加速低功耗廣域網(wǎng)絡

9、(LPWAN) 的商用， LPWAN 協(xié)議標準也取得了實質(zhì)性進展， 2016 年將是 LPWAN 發(fā)展的重大里程碑，屆 時不僅各行業(yè)應用快速增加，基于 Wi-Fi 、藍牙、 Zigbee 連接的一部分也將被 LPWAN 連接所取代。五、 UWB(Ultra Wideband) ：是一種無載波通信技術(shù)， 利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。通過在 較寬的頻譜上傳送極低功率的信號， UWB 能在 10 米左右的范圍內(nèi)實現(xiàn)數(shù)百 Mbit/s 至 數(shù) Gbit/s 的數(shù)據(jù)傳輸速率。六、 Z-Wave 協(xié)議：是由丹麥公司 Zensys 所一手主導的無線組網(wǎng)規(guī)格， Z-wave 聯(lián)盟(Z-wave

10、 Allianee) 雖然沒有ZigBee 聯(lián)盟強大，但是 Z-wave 聯(lián)盟的成員均是已經(jīng)在智能家居領域有現(xiàn)行 產(chǎn)品的廠商，該聯(lián)盟已經(jīng)具有 160 多家國際知名公司，范圍基本覆蓋全球各個國家和 地區(qū)。目前國內(nèi)應用不光。七、RF 射頻協(xié)議:較常見的應用有無線射頻識別 (Radio Frequency Identification， RFID) ，常稱為感應式電子晶片或近接卡、感應卡、非接觸卡、電子標簽、電子條碼等。其原理為由掃 描器發(fā)射一特定頻率之無線電波能量給接收器，用以驅(qū)動接收器電路將內(nèi)部的代碼送 出，此時掃描器便接收此代碼。八、 EnOcean 協(xié)議：國際電工技術(shù)委員會 (Interna

11、tional Electrotechnical Commission) 將 EnOcean 無線通信標準采納為國際標準 ISO/IEC 14543-3-10 ，這也是世界上唯一使用能量采集 技術(shù)的無線國際標準。九、 ModBus 協(xié)議：是由 Modicon( 現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個品牌 )在 1979 年發(fā)明的， 是全球第一個 真正用于工業(yè)現(xiàn)場的總線協(xié)議。 ModBus 網(wǎng)絡是一個工業(yè)通信系統(tǒng)， 由帶智能終端的可 編程序控制器和計算機通過公用線路或局部專用線路連接而成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)既包括硬 件、亦包括軟件。它可應用于各種數(shù)據(jù)采集和過程監(jiān)控。十、 KNX 協(xié)議：1999 年 5 月，歐洲三大總線

12、協(xié)議 EIB、 BatiBus 和 EHSA 合并成立了 Konnex 協(xié) 會，提出了 KNX協(xié)議。該協(xié)議以 EIB 為基礎，兼顧了 BatiBus 和 EHSA 的物理層規(guī)范， 并吸收了 BatiBus 和 EHSA 中配置模式等優(yōu)點， 提供了家庭、 樓宇自動化的完整解決方 案紅外、Weave 協(xié)議:Weave 是一個低功耗、低帶寬、低延遲、安全的設備間通信協(xié)議，該協(xié)議最初由Nest 公司開發(fā)并被使用在他們自己的設備上。Nest 將它開放給全世界的開發(fā)者。 目前 被 Google 收購， Google并決定推出基于 JSON 的通訊語言 Weave。意在創(chuàng)建智能 硬件間的通用通信、指令收發(fā)方

13、案，與 An droid兼容。十二、Thread 協(xié)議：由三星、Nest、ARM、Big Ass Fa ns、飛思卡爾和 Silico n Labs 公司聯(lián)合推出，是一種基于 IP 的無線網(wǎng)絡協(xié)議，用來連接家里的智能產(chǎn)品。結(jié)束語目前的各類協(xié)議在各自的領域內(nèi)都有應用的場景，沒有誰會完全的取代誰， 可以預見的是隨著智能設備的發(fā)展，未來會出現(xiàn)一個低功率 wifi 版本協(xié)議最終來取代以上協(xié)議，如 Thread 等協(xié)議的出現(xiàn)，我們將拭目以待。有線技術(shù)198319801999199019761970s1990s1970s2芯雙絞線8芯雙絞線專用線纜雙絞線、同軸電纜、電力線、光纖、 無線、紅外等不拘電力線專

14、用線纜專用線纜1200米100米1000米2700米200米/X-10 ,2000米/PLC-總線式星形總線式、星形總線式、 星形、自由拓撲等多 種拓撲結(jié)構(gòu)總線式、星 形總線式總線式30010M1000M30010020032/網(wǎng)段，可擴充至255網(wǎng)段類型 決定網(wǎng)段 容量，可無 限擴充64或128/網(wǎng)段，可擴充至6553664/網(wǎng)段，32385/域，可無限擴充256 個地址碼/X-10，64000/PLC-無國際級TCP/IP國家級國際級LONTALK行業(yè)級行業(yè)級或私有私有協(xié)議工業(yè)自動 化互聯(lián)網(wǎng)智能建筑工業(yè)自動化智能家居各行各業(yè)智能控制無線技術(shù)18941998199720012005315M，433M 等（美國）（歐洲）模擬?-數(shù)字 GFSK數(shù)字 GFSKn/4DQPSK 8DPSK數(shù)字 DSSS/OFDM 等數(shù)字 BPSK/QPSK數(shù)字 FSK(BFSK/GFS5mW( 7dBn)(4dBm終端 36mW (16dBm)AP 320mW (25dBm)1mW (0dBm)1mW (0dBm)50100米10米50300米5100米5100米占到占八、 、 亠 八、 、微微網(wǎng)（Piconet）和分布式網(wǎng)絡（Scatternet）蜂窩動態(tài)路由