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智能家居無線技術未核實大勢所趨?

關注:422     發表時間:2016-09-06 09:58:14

2015年全球智能家居市場規模在13億美元左右,新興國家占全球智能家居市場的13%。美國主宰全球智能家居市場..

  2015年全球智能家居市場規模在13億美元左右,新興國家占全球智能家居市場的13%。美國主宰全球智能家居市場,2015年收入約6億美元,而中國智能家居收入近7000萬美元。2015年到2020年各地區智能家居收入復合年增長率則相反,中國增速最快,在38.2%左右,預計2020年中國智能家居市場達到4.35億美元。

  物聯網時代已經到來,智能家居將是物聯網最貼近人們生活最先落地的物聯網產業,隨著無線網絡技術的不斷發展,無線網絡技術作為智能家居網絡技術的平臺,對智能家居網絡的發展起到了良好的推動作用。人們開始用無線電代替傳統的有線電纜,實現個人信息終端的智能互聯,組建個人化的家居信息網絡。

  目前市面上有許多被運用在智能家居上的技術,其中包括Zigbee,Z-wave,BluetoothMesh,Allseen(Alljoyn),Weave,Hilink,IoTivity,OpenIoT等,各有優缺點。本文主要介紹了八種可用于智能家居的組網技術,并對它們進行了比較。

  一、被運用在智能家居上的八大智能組網技術

  Zigbee

  ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網協議。是一種短距離、低功耗的無線通信技術。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率。主要適合用于自動控制和遠程控制領域,可以嵌入各種設備。ZigBee在室內通常能達到30-50米的作用距離,在室外空曠地帶甚至可以達到400米,簡而言之,ZigBee就是一種便宜的,低功耗的近距離無線組網通訊技術。

  Z-wave

  Z-Wave是由丹麥公司Zensys一手主導的無線組網規格,是一種新興的基于射頻的、低成本、低功耗、高可靠、適于網絡的短距離無線通信技術。信號的有效覆蓋范圍在室內是30m,室外可超過100m,適合于窄寬帶應用場合。Z-Wave技術專門針對窄帶應用并采用創新的軟件解決方案取代成本高的硬件,因此只需花費其它類似技術的一小部份成本就可以組建高質量的無線網絡。Z-wave聯盟(Z-waveAlliance)雖然沒有ZigBee聯盟強大,但是Z-wave聯盟的成員均是已經在智能家居領域有現行產品的廠商,該聯盟已經具有160多家國際知名公司,范圍基本覆蓋全球各個國家和地區。

  BluetoothMesh

  BluetoothMesh脫胎于CSR倡導的私有協議,CSRMesh。CSRMesh是2014年2月由CSR公司推出的一款全新的BluetoothSmart解決方案。這項技術主要是通過將藍牙配置與控制協議整合到單一的芯片中,利用星型網絡和中繼技術,讓每個網絡可以連接超過65000個節點,網絡和網絡間也能實現互連,最終可對無數個搭配BluetoothSmart的設備通過同一手機、平板電腦或PC進行互聯或直接操控,從而構建整體家居自動化。BluetoothMesh的特點是低成本、低功率、可避免同頻干擾、藍牙自聯網降低了覆蓋距離的要求,節點越多,覆蓋盲區越少。

  Allseen(Alljoyn)

  AllSeen聯盟(AllSeenAlliance),采用高通所開發的開放源始碼平臺AllJoyn為基礎,開發出AllSeen技術,是單純的協議規范,并不屬于硬件設計,主要用于近距離無線傳輸,通過WiFi或藍牙技術,定位和點對點文件傳輸。能讓硬設備能透過AllSeen的協議,經過Wi-Fi、電線或是以太網絡聯結達到可被控制的目標,進而實踐智能家居的理念于日常生活之中。AllJoyn框架是非常靈活,能使物聯網實現愿景。

  Weave/Thread

  Weave是一個低功耗、低帶寬、低延遲、安全的設備間通信協議,該協議最初由Nest公司開發并被使用在他們自己的設備上。盡管這個協議目前仍在專利保護期內,但Nest仍然將它開放給全世界的開發者,讓他們免費使用并提供反饋。Thread是三星、Nest、ARM聯手推出了一種新的協議,可支持250個以上設備同時聯網,能夠覆蓋到家中所有的燈泡、開關、傳感器和智能設備。

  Weave運行于Thread或Wifi上,使用802.15.4或者802.11無線信號。任何運行在這兩個頻段上并且支持軟件升級的物聯網設備都可以使用Weave并從其強大的功能中受益。據Nest介紹,多年來Weave在自帶電池的設備上運轉良好,除此以外,它也能運行在使用ARMR和A-Class控制器的智能家居上,而智能家居一般都是有持久電力供應的。經過改進的Weave協議還可運行在諸如藍牙、LTE或者以太網上。

  HiLink

  華為HiLink連接協議是智能設備之間的“普通話”。它可以快速接入,簡單易用,安全可靠,兼容多協議,SDK開放。華為將HuaweiHiLink連接協議和HuaweiLiteOS物聯網操作系統稱為與伙伴共享的兩大核心能力。

  IoTivity

  IoTivity是一個開源的軟件框架,用于無縫的支持設備到設備的互聯,主要為了滿足物聯網開發的需要,構建物聯網的生態系統,使得設備和設備之間可以安全可靠的連接。IoTivity是intel和三星牽頭的一個開源項目,目的是建立統一的物聯網設備連接標準。而IoTivity通過提供一系列框架和服務來加速設備的互聯應用開發。

  OpenIoT

  OpenIoT是一個用于合并互聯網和云計算的開源解決方案,提供一個開源的中間件框架,使應用程序在云環境中可以實現自我管理。因此OpenIoT中間件框架將使得物聯網應用程序的交付變得自動化,可以適應云基礎設施。

  二、有線技術受限,無線智能組網技術是未來

  1、智能無線技術王者之爭——Zigbee和Z-Wave

  Zigbee和Z-Wave無疑是當下最火的無線技術,Z-wave和ZigBee都是基于無線射頻上所發展出來的技術,屬于硬件架構跟協議上的技術。智能家居系統最為重視的是穩定性、靈活性與安全性,可以說Zigbee和Z-Wave技術是因應而生的,有著靈活的組網方式、智能聯網修復、互為中繼、低功耗、低成本等特性。

  Z-wave的數據傳輸速率為9.6kbps,信號的有效覆蓋在室內30米(室外大于100米),適于窄帶寬應用場合,且具備一定的安全性和穩定性,不過目前只應用于家庭自動化方面。不過,它的節點不是太多,理論值為256個,實際值可能只有150個左右,同時樹狀組網結構,一旦樹枝上端斷掉,下端的所有設備可能將無法與網關通信。另外,Z-wave技術并沒有加密方式,安全性較差。

  Z-wave所用頻段在我國是非民用的,國內并不常見Z-wave智能家居,更多的還是應用在國外。Z-wave是由SigmaDesign所獨立開發出來的技術,缺乏國際標準為其依靠,應用上也僅止于家庭自動化,不同于ZigBee能同時運用于醫療、安全等多種領域。ZigBee是建置于IEEE802.15.4上的協議,應用層面較廣。雖然這兩種技術都以WirelessSensorNetworks(WSN)為前提,但Z-wave比較專注智能家居的應用;ZigBee則開發出很多協議,目前除了采用于智能家居之外,也同時應用在智能電網跟智能大樓上。雖然ZigBee和Z-Wave都以類似的無線網絡技術串聯,數百種產品也支持此兩種技術使用,然而現階段卻呈現出多頭馬車的市場現象,尚未有任一技術獨大的現象。

  ZigBee技術研發和應用門檻較高,開發難度大,沒有技術實力的企業無法涉足,國外的智能家居系統都是在運用這個技術,國內也有少數企業把此技術運用到了智能家居,比如海爾、小米等,還做到了智能化和系統化,功能非常全面。ZigBee技術的安全性較高,其安全性源于其系統性的設計:采用AES加密(高級加密系統),嚴密程度相當于銀行卡加密技術的12倍;其次,ZigBee采用蜂巢結構組網,每個設備不僅能通過多個方向與網關通信,保障網絡的穩定性;每個設備還具有無線信號中繼功能,可以接力傳輸通訊信息把無線距離傳到1000米以外。另外,其網絡容量理論節點為65300個,能夠滿足家庭網絡覆蓋需求,即便是智能小區、智能樓宇等只需要1個主機就能實現全面覆蓋。除此之外,ZigBee還具備雙向通信的能力,不僅能發送命令到設備,同時設備也會把執行狀態和相關數據反饋回來。此外,ZigBee采用了極低功耗設計,可以全電池供電,理論上一節電池能使用2年以上。

  盡管ZigBee技術的傳輸速率更快,可容納的節點數更多,開放性更強;但Z-Wave似乎結構更簡單、成本更低、接收靈敏度更高。二者之間具有不同的優勢,正是因為有了這兩大協議的相互比較,才使得這兩大協議不斷的去推陳出新,更新換代,研發更適用于人們生活的產品。

  2、Weave/Thread來勢洶洶,但推廣仍面臨困難

  Thread是由三星、Nest、ARM等公司聯合推出的一種基于IP的無線網絡協議,用來連接家里的智能產品。Thread的出現,改進了ZigBee和Z-wave協議中的不足,通過6LoWPAN技術支持IPv6。Thread可支持250個以上設備同時聯網,能夠覆蓋到家中所有的燈泡、開關、傳感器和智能設備。優化了功耗,超低能耗,設備可以運行數年。此外,原有的ZigBee設備只需更新軟件即可兼容Thread。綜合來看,Thread很可能像Homekit、高通的開源框架AllJoyn一樣,是一種在頂層工作的頂層架構。

  不過,Thread要大規模推廣,還要解決兩個難題:一個是需要說服廠商在每一個設備中植入802.15.4芯片,另一個是要建立真正統一的標準。雖然Thread兼容ZigBee,可以通過軟件升級實現兼容,不過目前大部分智能手機和平板都不支持ZigBee。Thread要推廣開來,必須找到手機、平板或者電視這樣的中心或者入口來控制Thread聯網設備。

  3、未來,藍牙Mesh在智能家居領域或將超越ZigBee

  無線Mesh網絡(無線網狀網絡)也稱為“多跳(multi-hop)”網絡,無線Mesh網將傳統WLAN中的無線“熱點”擴展為真正大面積覆蓋的無線“熱區”。無線Mesh非常適合于覆蓋大面積開放區城(包括室外和室內)的無線區域網絡解決方案。藍牙Mesh脫胎于CSR倡導的私有協議CSRMesh,通過將藍牙配置與控制協議整合到單一的芯片中,構建整體家居自動化。

  藍牙Mesh有六大優點:1、低成本:每年十幾億部的智能手機幾乎全部搭載藍牙4.0,龐大的體量攤銷了藍牙協議、藍牙芯片的軟硬件研發成本。藍牙模塊的成本平均大概只有其他協議的一半。2、超低功率:適中的帶寬、低發射功率和完備的休眠機制造就了藍牙的超低功率,藍牙4.0中BLE的出現,更是把待機功耗帶到了微瓦級,而且啟動快速。3、多信道:Wi-Fi在2.4GHz上只定義了14個頻道,而藍牙4.0定義了79個頻道,智能家居聯網必須有足夠多的頻道才能避免同頻干擾,而ZigBee在2.4GHz、868MHz和915MHz一共才定義了27個信道,遠遠不能勝任大面積家庭使用導致的同頻干擾。4、覆蓋盲區少:藍牙自聯網降低了覆蓋距離的要求,而且節點越多,覆蓋盲區越少。一般人家中5個以上藍牙燈泡或開關,就可以形成全家無盲區覆蓋。5、傳輸速度:藍牙4.2的理論帶寬上限24Mb,帶寬可以傳送短視頻或圖片。6、IPV6:藍牙4.2可以直接接入互聯網,甚至預留了未來的互聯網標準,IPV6。

  藍牙Mesh能否取代ZigBee成為智能家居領域的標準,還需要時間來檢驗。

  物聯網時代已經來臨,智能家居也必須跟的上時代的發展和需求,物聯網時代的智能家居必須具備物物相通、萬物互聯的功能,把一件普通的家電設備通過物聯網技術和人連接起來,達到家電設備和人實時對話交流的目的。也許現在談論Zigbee、Z-Wave、藍牙Mesh、Weave/Thread究竟誰能稱霸智能家居還為時尚早,但是正是因為各有不足,才有競爭,給智能家居注入源源不斷的動力。


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