智能家居通訊協(xié)議大匯總

1、智能家居無(wú)疑是這幾年來(lái)熱門的研究對(duì)象之一， 各類協(xié)議不停的更新最新版本及改進(jìn)缺 點(diǎn)，導(dǎo)致目前沒有一種真正意義上國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化用于智能家居、智能照明的通訊協(xié)議。本 文主要針對(duì)各種方案的原理， 技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)作出了一個(gè)對(duì)比并以此展望了智能家居 市 場(chǎng) 的 未 來(lái) 。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(diǎn)如下：1. 功耗低對(duì)比 Bluetooth 與 WiFi ，在相同的電量下 （兩節(jié)五號(hào)電池 ）可支持設(shè)備使用六個(gè)月至兩年 左右的時(shí)間，而 Bluetooth 只能工作幾周， WiFi 僅能工作幾小時(shí)。2. 成本低ZigBee 專利費(fèi)免收，傳輸速率較小且協(xié)議簡(jiǎn)單，

2、大大降低了 ZigBee 設(shè)備的成本。3. 掉線率低由于 ZigBee 的避免碰撞機(jī)制，且同時(shí)為通信業(yè)務(wù)的固定帶寬預(yù)留了專用的時(shí)間空 隙， 使得在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)不會(huì)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)和沖突； 可自組網(wǎng)的功能讓其每個(gè)節(jié)點(diǎn)模塊之間都 能建立起聯(lián)系，接收到的信息可通過(guò)每個(gè)節(jié)點(diǎn)模塊間的線路進(jìn)行傳輸，使得 ZigBee 傳 輸信息的可靠性大大提高了，幾乎可以認(rèn)為是不會(huì)掉線的4. 組網(wǎng)能力強(qiáng)ZigBee 的組網(wǎng)能力超群，建立的網(wǎng)絡(luò)每個(gè)有 60 ，000 個(gè)節(jié)點(diǎn)。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(diǎn)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(chǎng)所。 但若在犧牲掉其低掉線率的優(yōu) 點(diǎn)的前提下，以節(jié)點(diǎn)模塊作為接收端也作為發(fā)射端，便可實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)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(shí)， 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(jìng)爭(zhēng)、應(yīng)答和重傳，去除掉這些后實(shí)際可應(yīng)用的速率會(huì) 低于 100 Kb/s ，在多個(gè)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用時(shí)速率還要被他們分享掉。3. 會(huì)有延時(shí)性ZigBee 在隨機(jī)接入 MAC 層的同時(shí)不支持時(shí)分復(fù)用的信道接入方式，因此在支

4、持 一些實(shí)時(shí)的應(yīng)用時(shí)會(huì)因?yàn)榘l(fā)送多跳和沖突會(huì)產(chǎn)生延時(shí)。二、 Bluetooth（ 藍(lán)牙協(xié)議 ）藍(lán)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(lǐng)先開發(fā)商一同 制定了藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，最終將此種無(wú)線通信技術(shù)命名為藍(lán)牙。 藍(lán)牙技術(shù)是一種可使電子 設(shè)備在 10100m 的空間范圍內(nèi)建立網(wǎng)絡(luò)連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸或者語(yǔ)音通話的無(wú)線通 信技術(shù)。藍(lán)牙的優(yōu)點(diǎn)如下：1. 功耗低且傳輸速率快藍(lán)牙的短數(shù)據(jù)封包特性是其低功耗技術(shù)特點(diǎn)的根本，傳輸速率可達(dá)到 1Mb/s ，且 所有連接均采用先進(jìn)的嗅探性次額定功能模式以實(shí)現(xiàn)超低的負(fù)載循環(huán)。2. 建立連接的時(shí)間短藍(lán)牙用應(yīng)用程序打開到建立連接只需要短短的 3m

5、s ，同時(shí)能以數(shù)毫秒的傳輸速度完 成經(jīng)認(rèn)可的數(shù)據(jù)傳遞后并立即關(guān)閉連接。3. 穩(wěn)定性好藍(lán)牙低功耗技術(shù)使用 24 位的循環(huán)重復(fù)檢環(huán)（CRC），能確保所有封包在受干擾時(shí)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(rèn)證度。藍(lán)牙的缺點(diǎn)如下：1. 數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇笮∈芟薷咚偬l使得藍(lán)牙傳輸信息時(shí)有極高的安全性， 但同時(shí)也限制了藍(lán)牙傳輸過(guò)程中數(shù) 據(jù)包不可能太大。即使在所謂的高保真藍(lán)牙耳機(jī)中高低頻部分也是會(huì)被嚴(yán)重壓縮的。2. 設(shè)備連接數(shù)量少相對(duì)于 Wifi 與 ZigBee ，藍(lán)牙連接設(shè)備能力確實(shí)較差，理論上可連接 8 臺(tái)設(shè)備，實(shí) 際上也就只能做到 6 7 個(gè)設(shè)

6、備連接。3. 藍(lán)牙設(shè)備的單一連接性假設(shè)我用 A 手機(jī)連接了一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備，那么 B 手機(jī)是連接不上它的，一定要我與 此藍(lán)牙設(shè)備之間的握手協(xié)議斷開 B 手機(jī)才能連接上它。三、 WiFi（ 無(wú)線保真協(xié)議 ）WiFi 是 IEEE 的簡(jiǎn)稱，是一種可支持?jǐn)?shù)據(jù)，圖像，語(yǔ)音和多媒體且輸出速率高達(dá)54Mb/s 的短程無(wú)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(wú)線電信號(hào)。 WiFi 的首版于 1997 年問(wèn)世，當(dāng)時(shí)其中定義了物理層和介質(zhì)訪問(wèn)接入控制層（MAC層） ，并在規(guī)定了無(wú)線局域網(wǎng)的基本傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的同時(shí)規(guī)范了介質(zhì)訪問(wèn)層（MAC）的特性和物理層（PHY），其中物理層采用的是 FSSS（調(diào)頻擴(kuò)

7、頻）技術(shù)、紅外技術(shù)和 DSSS（直 接序列擴(kuò)頻 ）技術(shù)。在 1999 年又新增了 IEEE 和 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完善。WiFi 優(yōu)點(diǎn)：1. 傳輸范圍廣WiFi 的電波覆蓋范圍半徑高達(dá) 100 m ，甚至連整棟大樓都可以覆蓋，相對(duì)于半徑 只有 15m藍(lán)牙，優(yōu)勢(shì)相當(dāng)明顯。2. 傳輸速度快高達(dá) 54Mb/s 的傳輸速率使得 WiFi 的用戶可以隨時(shí)隨地接收網(wǎng)絡(luò)，并可快速地享 受到類似于網(wǎng)絡(luò)游戲、視頻點(diǎn)播 (VOD) 、遠(yuǎn)程教育、網(wǎng)上證券、遠(yuǎn)程醫(yī)療、視頻會(huì)議等 一系列寬帶信息增值服務(wù)。在這飛速發(fā)展的信息時(shí)代，速度還在不斷提升的 WiFi 必能 滿足社會(huì)與個(gè)人信息化發(fā)展的需求。3. 健康安全WiFi

8、設(shè)備在 IEEE 的規(guī)定下發(fā)射功率不能超過(guò) 100 mW ，而實(shí)際的發(fā)射功率可能 也就在6070 mW。與類似的通信設(shè)備相比，手機(jī)發(fā)射功率約在200 mW1 W，而手持式對(duì)講機(jī)更是高達(dá) 5 W 。相對(duì)于這兩者 WiFi 產(chǎn)品的輻射更小。4. 普及應(yīng)用度高現(xiàn)今配置 WiFi 的電子設(shè)備越來(lái)越多，手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦、 MP4 幾乎都 將 WiFi列入了他們的主流標(biāo)準(zhǔn)配置。WiFi 缺點(diǎn)：1.功耗大2.價(jià)格貴3.協(xié)議編碼復(fù)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(shè)備巨頭華為、諾基亞、愛立信，以 及全球運(yùn)營(yíng)商巨頭沃達(dá)豐、中國(guó)移動(dòng)等均加速低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)

9、(LPWAN) 的商用， LPWAN 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)也取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展， 2016 年將是 LPWAN 發(fā)展的重大里程碑，屆 時(shí)不僅各行業(yè)應(yīng)用快速增加，基于 Wi-Fi 、藍(lán)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(wú)載波通信技術(shù)， 利用納秒至微微秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。通過(guò)在 較寬的頻譜上傳送極低功率的信號(hào)， UWB 能在 10 米左右的范圍內(nèi)實(shí)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(dǎo)的無(wú)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(qiáng)大，但是 Z-wave 聯(lián)盟的成員均是已經(jīng)在智能家居領(lǐng)域有現(xiàn)行 產(chǎn)品的廠商，該聯(lián)盟已經(jīng)具有 160 多家國(guó)際知名公司，范圍基本覆蓋全球各個(gè)國(guó)家和 地區(qū)。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用不光。七、RF 射頻協(xié)議:較常見的應(yīng)用有無(wú)線射頻識(shí)別 (Radio Frequency Identification， RFID) ，常稱為感應(yīng)式電子晶片或近接卡、感應(yīng)卡、非接觸卡、電子標(biāo)簽、電子條碼等。其原理為由掃 描器發(fā)射一特定頻率之無(wú)線電波能量給接收器，用以驅(qū)動(dòng)接收器電路將內(nèi)部的代碼送 出，此時(shí)掃描器便接收此代碼。八、 EnOcean 協(xié)議：國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì) (Interna

11、tional Electrotechnical Commission) 將 EnOcean 無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)采納為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO/IEC 14543-3-10 ，這也是世界上唯一使用能量采集 技術(shù)的無(wú)線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。九、 ModBus 協(xié)議：是由 Modicon( 現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個(gè)品牌 )在 1979 年發(fā)明的， 是全球第一個(gè) 真正用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的總線協(xié)議。 ModBus 網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)工業(yè)通信系統(tǒng)， 由帶智能終端的可 編程序控制器和計(jì)算機(jī)通過(guò)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(yīng)用于各種數(shù)據(jù)采集和過(guò)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(huì)，提出了 KNX協(xié)議。該協(xié)議以 EIB 為基礎(chǔ)，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(diǎn)， 提供了家庭、 樓宇自動(dòng)化的完整解決方 案紅外、Weave 協(xié)議:Weave 是一個(gè)低功耗、低帶寬、低延遲、安全的設(shè)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(shè)備上。Nest 將它開放給全世界的開發(fā)者。 目前 被 Google 收購(gòu)， Google并決定推出基于 JSON 的通訊語(yǔ)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，用來(lái)連接家里的智能產(chǎn)品。結(jié)束語(yǔ)目前的各類協(xié)議在各自的領(lǐng)域內(nèi)都有應(yīng)用的場(chǎng)景，沒有誰(shuí)會(huì)完全的取代誰(shuí)， 可以預(yù)見的是隨著智能設(shè)備的發(fā)展，未來(lái)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)低功率 wifi 版本協(xié)議最終來(lái)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(wú)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?fù)涞榷?種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線式、星 形總線式總線式30010M1000M30010020032/網(wǎng)段，可擴(kuò)充至255網(wǎng)段類型 決定網(wǎng)段 容量，可無(wú) 限擴(kuò)充64或128/網(wǎng)段，可擴(kuò)充至6553664/網(wǎng)段，32385/域，可無(wú)限擴(kuò)充256 個(gè)地址碼/X-10，64000/PLC-無(wú)國(guó)際級(jí)TCP/IP國(guó)家級(jí)國(guó)際級(jí)LONTALK行業(yè)級(jí)行業(yè)級(jí)或私有私有協(xié)議工業(yè)自動(dòng) 化互聯(lián)網(wǎng)智能建筑工業(yè)自動(dòng)化智能家居各行各業(yè)智能控制無(wú)線技術(shù)18941998199720012005315M，433M 等（美國(guó)）（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(luò)（Scatternet）蜂窩動(dòng)態(tài)路由