智能家居無線通信技術有哪些

當前市場上智能家居的無線解決方案較多，這一方面可為用戶提供更多選擇，但同時也給用戶帶來了困惑，不知選擇哪種無線技術構建的智能家居系統，今天小編帶大家來看看智能家居無線通信技術有哪些。

智能家居無線通信技術有哪些

智能家居無線解決方案雖多，但主流的智能家居無線技術可總結為：Zigbee、Z-Wave、KNXRF、WiFi、藍牙等。

一、幾種主流智能家居無線技術對比

現從無線傳輸技術、功耗、節點數、安全性、開放性、標準化與互操作、行業適用性、可用軟硬件資源等幾個方面對上述幾種主流智能家居無線技術進行比較。

1、無線傳輸技術

Zigbee：基于IEEE802.15.4標準，工作頻率為868MHz、915MHz或2.4GHz，在國內主要使用2.4GHz，250kbps（2.4GHz），調制方式：BPSK/OQPSK，支持星型、樹型和網狀（mesh）網絡拓撲，支持16個通信信道（2.4GHz）。

Z-Wave：無線傳輸技術無標準，工作頻率為908.42MHz（美國）、868.42MHz（歐洲），調制方式：FSK（BFSK/GFSK），數據傳輸速率為40kbps，支持網狀（mesh）網絡拓撲，支持單信道。

KNXRF：基于EN50090-5-3，工作頻率為868MHz，調制方式：FSK，數據傳輸速率為16kbps，支持對等網絡拓撲，不支持網狀拓撲，支持3個快速信道和2個慢速信道。

WiFi：基于IEEE802.11標準，主要工作頻率為2.4GHz，調制方式：MIMO-OFDM/DSSS/CCK，數據傳輸速率為11Mbps以上，支持自組網（Adhoc）和基礎結構拓撲，支持14個通信信道。

藍牙：基于IEEE802.15標準，主要工作頻率為2.4GHz，調制方式GFSK，數據傳輸速率為1Mbps以上，支持點對點，以及對等網絡（Adhoc）拓撲，支持79個信道。

2、功耗

Zigbee/Z-Wave/KNXRF都為低功耗設計，典型1mW（0dBm），KNXRF甚至支持機電能源獲取方式（類似EnOcean方式）；WiFi功耗大，需外配電源，典型36mW（16dBm）；藍牙功耗介于低功耗與WiFi功耗之間，典型2.5mW（4dBm）。

3、節點數

Zigbee：理論上可支持超過6萬個節點。

Z-Wave：最多232個節點。

KNXRF：最多約4000個節點。

WiFi：理論上254個節點，但實際支持遠低于理論值，一般不超過20個。

藍牙：一般8個節點。

4、安全性

Zigbee：AES–128等安全機制。

Z-Wave：具備安全層，提供密鑰機制。

KNXRF：應用層之上提供認證、加密等安全機制。

WiFi：WPA/WPA2安全機制。

藍牙：可提供認證、加密和密鑰管理等安全機制。

5、開放性

Zigbee：Zigbee聯盟，會員開放。

Z-Wave：Zensys公司主導Z-Wave聯盟，會員開放。

KNXRF：KNX協會，會員完全開放。

WiFi：完全開放。

藍牙：藍牙技術聯盟，完全開放。

6、標準化與互操作

Zigbee：未建立國際標準，已建立協會內部協議規范和不同領域規約，目前不同廠商產品存在互操作問題。

Z-Wave：未建立國際標準，已建立協會內部協議規范。

KNXRF：已成為ISO/IEC標準、EN標準、GB/T標準，不同廠商產品可實現互操作，且使用統一軟件進行配置。

WiFi：已有國際標準，但面向智能家居領域沒有建立規約，不同廠商產品無法實現互操作。

藍牙：已有國際標準，但面向智能家居領域沒有建立規約，不同廠商產品無法實現互操作。

7、行業適用性

Zigbee：可面向多個應用領域，適用于智能家居應用，但主要用于傳感和控制等功能。

Z-Wave：專門針對智能家居應用，但主要用于傳感和控制等功能。

KNXRF：專門針對智能家居應用，可與KNXTP（雙絞線）配合使用，但主要用于傳感和控制等功能。

WiFi：面向多應用領域，智能家居應用不僅可用于傳感和控制，也可用于音視頻等功能。

藍牙：面向多應用領域，智能家居應用不僅可用于傳感和控制，也可用于語音等功能。

8、可用軟硬件資源

Zigbee：已有多個芯片制造商提供解決方案，如TI、FREESCALE、ATMEL、Nordic等，以及基于不同硬件平臺的通信協議棧。

Z-Wave：Zensys公司提供專用芯片。

KNXRF：目前有2個硬件廠商和2個軟件公司提供芯片和協議解決方案。

WiFi：眾多廠商提供芯片和協議解決方案，應用層以外協議為開放協議。

藍牙：較多廠商提供芯片和協議解決方案。

二、特點分析

1、Zigbee

無線通信技術先進，抗擾性和穿透性一般（主要工作在2.4GHz），軟硬件開發資源較豐富，標準化和互操作性待改進，比較適合智能家居行業應用。

2、Z-Wave

無線通信技術較先進，抗擾性和穿透性較好，軟硬件開發資源單一，第三方解決方案少，標準化待完善，互操作性較好。適合智能家居行業應用。

3、KNXRF

無線通信技術簡單但實用，軟硬件開發資源較少，抗擾性和穿透性較好，標準化和互操作性很優秀。無線和有線可構成完整解決方案，適合智能家居行業應用。

4、WiFi

無線通信技術先進，軟硬件開發資源很豐富，抗擾性和穿透性一般（主要工作在2.4GHz）。智能家居行業的標準化和互操作性較差，由于功耗高和節點數限制，在智能家居行業應用受限，但其將智能家居應用整合到IT網絡的能力最強。

5、藍牙

無線通信技術先進，軟硬件開發資源豐富，抗擾性和穿透性一般（主要工作在2.4GHz）。智能家居行業的標準化和互操作性較差，由于節點數和拓撲方式，其在智能家居行業應用受限，但方便集成到智能終端，如手機、Pad等。

上述對幾種主流用于智能家居無線技術進行了客觀對比，但對于公司選擇哪種技術，以及客戶選擇哪種產品，除了技術先進性的對比，還要考慮技術的成熟性、可靠性、工程實施等多個因素。

另提兩個問題：

1）是否一定要支持Mesh網絡的無線技術？無線技術支持Mesh拓撲結構表示其無線技術較復雜，可支持更多節點，覆蓋更廣區域。但鑒于Mesh拓撲的復雜性，會增加開發難度，且網絡管理復雜，而且較多條路由在實際應用中的意義并不大。

2）現在階段是否應該采用純無線解決方案？無線技術確實給智能家居帶來了很多方便，但目前看完全靠無線技術并不能解決所有的應用問題，而且無線技術的可靠性、穩定性目前仍需改善，尤其對于公建應用。有線+無線的解決方案在目前階段仍然是正確選擇。

智能家居無線通信技術的應用

1.藍牙技術的應用領域

藍牙技術是一種能夠實現一定距離內的小范圍設備終端通信技術，其成本低、操作簡單、傳輸速度快，較易被人們接受。在智能家居領域中，藍牙技術可在一定距離范圍內實現家居設備終端的連接，滿足智能家居設備之間點對點甚至點對多點的連接需求。藍牙技術信號的覆蓋面積有一定范圍，多在10厘米至10米之間，通過設備升級也可達到更大的信號覆蓋范圍，具有較大的利用價值。隨著技術發展，Wibre技術逐漸成熟，這種傳輸技術可降低藍牙4.0的功耗，實現了技術革新。

隨著智能家居的逐漸發展，單純帶給人們舒適的生活環境已經無法滿足人們的需要，越來越多的人開始注重其安全性能。因此，一系列安全防護設備應運而生，如電子門禁、防盜監控、電子警報、對講設備等。藍牙技術可將以上安全防護設備進行網絡連接，并及時向人們發起警報信號。藍牙控制下的安全防護系統可基本實現自主安全管理，如自動進行身份識別、恐嚇不明闖入者、記錄證據視頻、監控安全狀態等。

藍牙技術可在多方面實現家居管理，一般人們認為，藍牙技術的應用只局限于對于家居產品的控制，如通過終端控制空調、電視等家電設備，其實，藍牙的家居管理范圍并不局限于此。藍牙技術可自動識別家中情況，并根據情況合理控制家中水、電等開關，既節約資源，又可杜絕一定的安全隱患。其次，藍牙技術也可應用在家庭資源應用計費方面，在水、電、煤氣等計費設備上安裝藍牙裝置，配合遠程計數，可減少不必要的線路連接，降低設備的損壞率。隨著技術的發展，藍牙在家居管理領域的應用也會逐漸廣泛。

藍牙技術在環境管控領域中也可以發揮重要的作用。隨著生活水平的提高，人們對家居環境溫度、濕度的舒適程度更為重視。藍牙設備可將采集的相關環境數據及時上傳至環境控制系統，通過調節將環境控制在舒適程度之內。此外，藍牙技術還可完成空氣質量數據的傳輸，及時監控對人體產生危害的空氣質量，并啟動空氣凈化設備。

2.Wi-Fi技術的應用領域

與藍牙技術不同，Wi-Fi技術具有傳輸距離較長、覆蓋面較大、數據傳輸速率高的特點。一般的Wi-Fi設備安裝較為簡單，人們可在家中自行組建，省去了企業安裝并定期檢修線路的步驟。其次，Wi-Fi技術發射功率較低，可保證人身健康不被干擾。Wi-Fi技術在智能家居中的應用領域也較為廣泛。

Wi-Fi技術實現了小區內各方面信息的高效傳輸，省去了人工傳遞信息的人力物力資源。用戶可通過終端設備實時了解小區內的各種公告，并了解自家的水、電等資源是否欠費以及小區動向等，實現了信息的智能化管理。

Wi-Fi技術在家庭安全管理方面應用廣泛，如網絡視頻對講、警報信號、家庭監控等。網絡視頻對講可在用戶不在家中的情況下通過終端與來訪者完成線上交流，用戶可在遠程控制門鎖，保證家庭安全。當家中遭遇入侵時，Wi-Fi技術可及時準確地向用戶傳遞警報信息，用戶可第一時間通過終端對這一情況進行處理。必要時，Wi-Fi技術可直接與警方聯系，并將視頻記錄以證據的方式提交警方，盡可能保護家庭財產安全。Wi-Fi技術在家庭遠程監控方面也有一定作用，用戶可通過終端查看家中的煤氣、水電等是否關好，并進行遠程操作。另外，針對火災、漏電、煤氣泄漏等情況，Wi-Fi技術也可第一時間告知用戶，最大限度地保障了房屋及家庭成員的安全。

此外，Wi-Fi技術還可實現智能識別功能，將紅外人體感應模塊與Wi-Fi相結合，可智能識別家庭環境，從而決定是否供電。一些技術設計已經可以做到在人離開房間10分鐘后準時自動關閉家中電源，極大程度地節約了能源。隨著技術的進步，基于Wi-Fi技術的各項智能開關也逐漸應用于智能家居中，智能開關采用智能識別功能，對人的行為活動及環境變化等進行識別及分析，并由此操控家居設備，讓人們享受到家居生活的便利。

3.ZigBee技術的應用領域

ZigBee技術興起后，就得到了相關人士的高度重視，發展迅速。ZigBee技術憑借自身安全性強的突出優勢在智能家居中應用前景巨大，在家居控制、安全防護、資源管理、危險警報等領域都取得了一定成績。與Wi-Fi技術和藍牙技術不同，ZigBee技術具有特殊的安全處理方式，同時應用跳頻、擴頻技術可抵抗外界侵入的干擾。與Wi-Fi技術相比，ZigBee技術的成本更低；與藍牙技術相比，ZigBee技術的終端連接數量更多。ZigBee技術現多被應用于智能家居的控制等領域。

ZigBee技術通過建立整體性ARM，可對不同的家居設備進行統一的智能管控，且控制方法包括遙控器控制、聲音控制等多種形式。用戶可通過遙控終端對空調的溫度范圍進行設置，對微波爐、電烤箱等電器的開關進行控制，也可對電燈、窗簾等進行智能控制，操作步驟簡單，極大地方便了用戶。聲音控制可進一步提升用戶的應用體驗，如聲音控制電視機的開關及更換頻道，聲音控制熱水器的加熱等。隨著ZigBee技術在智能家居領域的逐漸成熟，其設計理念使家居控制更加具體和細化，更加貼合人們的需求。如燈光可通過光敏傳感器進行控制，可通過時間、用戶狀態等自動切換光照類型及光照時長，甚至可做到根據用戶的不同情緒及精神狀態進行光照的調整。

ZigBee無線技術的穿透力相比其他技術更強，對于墻壁等堅實結構也可進行突破，可有效解決信息傳輸受阻、傳輸過程易被干擾等問題。ZigBee無線技術可通過Mesh-network網狀網絡將信號穩定控制在房間之中，省去了電纜的設置，避免了一定的布線環節。

4.Z-Wave路由技術的應用領域

Z-Wave技術是近年來興起的無線通信技術，因其成本較低、功耗較低、安全性能強，而具備廣泛的應用前景。Z-Wave信號的覆蓋范圍在室內室外有所不同，室內平均30m左右，室外可超過100m，其設備功耗、設備成本與信號覆蓋距離成正比。相比于其他技術，Z-Wave技術的功耗和成本相對較低，適合于智能家居的應用。

Z-Wave技術可將獨立的智能家居設備連接入智能網絡，通常用于智能家居的控制和監控領域，例如房屋照明控制、家電控制、設備接入控制等。Z-Wave技術以傳輸小數據為主，其傳輸速率約40kb/s，即可滿足信息傳輸速率及距離的需求，又可節約功耗。智能家居網絡連接后，用戶可通過遙控裝置或控制屏幕隨時關注家居設備的使用情況及當前狀態，并可對其進行控制。與此同時，Z-Wave技術在家居監控中可起到一定作用，如智能抄表、防盜及火災監控等。

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