智能家居组网

管理员3个月前 (12-31)通信与控制20

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智能家居组网方式

市面上的智能家居有很多种组网方式,包括wifi、蓝牙、ZigBee等,它们之间可以直接通过自己专有的通讯协议进行通信,比如wifi与wifi之间的通信、蓝牙与蓝牙之间的通信、ZigBee与ZigBee之间的通信;也可以间接通过uart或者其他有线的方式进行通信,比如用的比较多的技术是wifi与蓝牙通过uart进行通信,wifi与ZigBee通过uart进行通信等等。

Wifi组网:

对用户来说,基于WiFi的智能家居组合最为省事,用户购买设备回来后直接让其连接自家路由器组网即可,凡事都存在两面性,WiFi虽然传输快、普及广,但也存在着自身的技术劣势:其最大的问题要属安全性非常低,无线稳定性弱;功耗大也是其弱点之一,所以导致wifi在家居领域的应用受限,例如智能门锁、红外转发控制器、各种传感器对于功耗要求比较高的设备不适宜使用;此外,WiFi的组网能力也相对较低,目前WiFi网络的实际规模一般不会太多,而实际家居环境中,仅开关、照明、家电的数量就已经非常多了,显然发展空间受到了一定的限制。

ZigBee组网:

首先,ZigBee技术的安全性很高,至今全球尚未出现一起破解先例。其安全性源于其系统性的设计:采用AES加密(高级加密系统),严密程度相当于银行卡加密技术的12倍;其次,Zigbee采用蜂巢结构组网,每个设备均能通过多个方向与网关通信,网络稳定性高;另外,其网络容量可以达到非常多的数目,足够满足家庭网络覆盖需求,即便是智能小区、智能楼宇等仍能全面覆盖;最后,Zigbee具备双向通讯的能力,不仅能发送命令到设备,同时设备也会把执行状态反馈回来,这对终端使用体验至关重要,尤其是安防设备,倘若你点击了关门,却不知道门是否真的已经锁上,将会带来多大的安全隐患。

此外,Zigbee采用了极低功耗设计,Zigbee技术在智能家居推广多年,但市场接受度很低,其中最大的原因1.成本高2.其需要路由与网络连接,使得组网连接设置复杂,安装费用高,推广难度大。

蓝牙组网:

大家对蓝牙技术的熟知,恐怕要属手机上的蓝牙功能了。随着蓝牙技术的发展推出了BLE4.0和BLE5.0,更好的解决了功耗以及距离难点,蓝牙之间可以通过蓝牙广播和蓝牙扫描进行通信,蓝牙与wifi结合就可构成远程与现场之间的互动,用户可通过远程控制家庭设备,也可通过远程监控家里的环境和设备。

智能家居组网方式特点

Wi-Fi:

Wi-Fi大家再熟悉不过了,而且连接简单,不需要额外的网关,直接和路由器进行通讯。

主要特点:

穿墙性能好:现在大部分的智能家居设备都是通过2.4GWi-Fi进行连接,所以穿墙性能好。

功耗高:Wi-Fi的带宽大,功耗高。一般采用Wi-Fi连接的设备都选择自插电,若是电池版设备使用Wi-Fi会很影响续航,影响使用体验。

同时使用Wi-Fi连接设备对路由器的要求比较高,性能差的路由器连接的设备多了之后经常出现掉线的情况,很影响体验。

ZigBee:

一种低速短距离传输的无线网上协议,底层是采用IEEE802.15.4标准规范的媒体访问层与物理层。

主要特点:

低功耗:在低耗电待机模式下,2节5号干电池可支持1个节点工作一年到两年。

传输速率低:10kb/s~250kb/s,专注于低速率传输应用

成本低:zigbee数据传输速率低,协议简单,所以成本降低了很多。

容量高:ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构,由一个主节点管理若干子节点,网络最高可容纳65000个设备

延时短:ZigBee的响应速度较快,典型搜索设备时间延迟为30ms,休眠激活时间延迟为15ms。

高安全:ZigBee提供了三级安全模式,包括安全设定、使用访问控制清单(AccessControlList,ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES128)的对称密码,以灵活确定其安全属性,并且网络的组织能力,自愈能力强,通信可靠。

近距离:传输范围一般介于10~100m之间。

Zigbee设备需要单独购买网关进行通讯,子设备需要通过网关来进行连接公网,实现远程控制。

蓝牙mesh:

蓝牙mesh网络是2017年批准的蓝牙标准,这是一种组网技术。蓝牙Mesh可在单一网络中支持多达上万个节点,其采用可控的flooding(网络泛洪)的方式进行信息转发,将信息从网络当中的某一个节点转发至目的节点,不需要创建和管理复杂的路由表,由于其广播的特性,因此网络中任何一个单点出现故障,消息都可通过其他路径传递到目的节点,保证了网络的健壮性。

主要特点:

低功耗:低功耗是蓝牙技术的一大优点,这一优点在蓝牙Mesh技术当中也得以继承。在蓝牙Mesh网络中有一类节点支持低功耗特性(LowPowerFeature),也可以称为低功耗节点。

低成本:蓝牙设备中控制设备的蓝牙芯片成本低,再加上在智能家居连接方面,无需单独购买的网关,降低了购买成本。

连接方便:现在智能手机以及很多的智能设备都带有蓝牙模块,可以直接使用手机的蓝牙进行连接控制。

若实现远程控制蓝牙设备的话,还需要使用蓝牙mesh网关设备进行控制(米家智能家居里比如新款小米小爱音箱)。


智能家居通信方式

目前主流的智能家居通信方式有:总线、无线和电力载波。

一、基于总线通信的智能家居系统

节点之间采用RS485/CAN/FT等等总线通信技术,避开系统架构等因素,这类智能家居系统是抗干扰能力最强、最稳定的系统。但其缺点也很明显,节点通信需要专用的通信线路,安装调试成本最高。

二、基于无线通信的智能家居系统

节点之间采用无线通信技术进行通信的通信方式又可分为两大类:

1、以315M/433M为代表的RF无线通信技术,这是技术最简单、成本最低的无线通信技术,点对点的通讯,稳定可靠。因其低技术门槛、低功耗,可实现单火开关的无线遥控,所以,在智能家居公司和智能家居系统市场中是最广泛应用的通信方式。穿透能力相对其他无线弱,通信距离受到一定的限制,但绕射能力强。

2、以ZIGBEE/ZWAVE为代表的无线通信技术,有自组网能力,采用多通道通信,抗干扰能力和中继能力都有加强,和RF技术相比,功耗加大,只可做零火开关,同样存在穿墙能力差,通信距离受限的缺点。虽然ZIGBE中继可以解决距离问题,但是随着中继级数、节点数量的增加,会导致频繁地出现节点掉线和通信失败。

三、基于电力通信的智能家居系统

节点之间采用原来的电力线进行通信,利用原有的电线作为通信介质,不需要像总线那样使用专用的通信总线。按技术类型分为两类:

1、X10电力线通信技术,是在交流电的过零点处,对信号进行调制的一种电力线通信技术,在过零点处进行信号调制,可减小信号干扰,但缺点是通信效率太低,已适应不了越来越复杂的智能家居系统的需求。

2、PLC电力线通信技术,是在电力线上进行载波调制的一种技术,采用带有数字信号处理技术的窄带技术、双载波频率技术、前向纠错技术。

四、以太网通信的智能家居系统:

这种通信技术通过WIFI直接和智能手机通信,较大的缺点是节点的生产成本高,容易出现像ZIGBEE一样掉线的现象,在智能家居系统应用范围较小,较适合使用在智能家居单品中。



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