物聯(lián)網(wǎng)無線ZigBee智能家居設(shè)計(jì)解決方案

一、智能家居優(yōu)勢(shì)介紹

1、家居智能化的必要性

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、家庭人口結(jié)構(gòu)以及信息技術(shù)的的發(fā)展變化，人們對(duì)家居環(huán)境的安全性、舒適性、效率性、透明性提出了更高的要求。同時(shí)越來越多的家庭要求家居產(chǎn)品不僅要具備簡(jiǎn)單的智能，更要求整個(gè)系統(tǒng)在功能擴(kuò)展、外延以及服務(wù)方面能夠做到簡(jiǎn)單、方便、輕松、安全。很顯然，我們的家居生活需要改變。

2、物聯(lián)網(wǎng)智能家居與傳統(tǒng)智能家居的區(qū)別

傳統(tǒng)意義上一般都認(rèn)為智能家居是帶來生活品質(zhì)的提升，其實(shí)物聯(lián)網(wǎng)型智能家居正在改變這些觀點(diǎn)，最顯著的變化就是實(shí)用、方便、易整合。每一個(gè)家庭中都存在著各種電器，不管是號(hào)稱智能的冰箱、空調(diào)還是傳統(tǒng)的電燈、電視一直以來由于標(biāo)準(zhǔn)不一都是獨(dú)立工作的，從系統(tǒng)的角度來看，他們都是零碎的、混亂的、無序的，并不是一個(gè)有機(jī)的、可組織的整體，作為家庭的主人面對(duì)這些雜亂無章的電器其消耗的時(shí)間成本、管理成本、控制成本通常都是很高的并且是非必要的。

無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，給傳統(tǒng)的智能電器、智能家居帶來了新的產(chǎn)業(yè)機(jī)會(huì)，通過它可以將家中的各種電器通過無線方式非常方便地有機(jī)組織起來，形成一個(gè)完整的系統(tǒng)，從而可以實(shí)現(xiàn)無縫感知并完整管理。這種以前無法想象并深具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用今天一旦使用無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接就會(huì)變得輕松、方便并且非常有趣。這些應(yīng)用并不僅僅是生活品質(zhì)的提高，更大程度上可以看作是現(xiàn)代家庭的一種最基本需求。

相比物聯(lián)網(wǎng)智能家居，傳統(tǒng)的智能家居不易擴(kuò)展，靈活性低，兼容性差，升級(jí)成本昂貴，維護(hù)成本高。

3、各種無線智能家居對(duì)比分析

常用智能家居技術(shù)介紹及比較

雖然智能家居的概念很早就出現(xiàn)，市場(chǎng)需求也一直存在，但長(zhǎng)期以來智能家居的發(fā)展由于受制于相關(guān)技術(shù)的突破，一直沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用普及。目前市場(chǎng)存在的智能家居技術(shù)介紹如下：

有線方式

這種方式所有的控制信號(hào)必須通過有線方式連接，控制器端的信號(hào)線更是多得嚇人，一但遇到問題排查也相當(dāng)困難。有線方式缺點(diǎn)非常突出，布線繁雜、工作量大、成本高、維護(hù)困難、不易組網(wǎng)、擴(kuò)展性差。這些缺點(diǎn)最終導(dǎo)致有線方式的智能家居只停留在小規(guī)模試點(diǎn)階段，無法大規(guī)?？焖偻茝V。

無線方式

用于智能家居的無線系統(tǒng)需要滿足幾個(gè)特性：低功耗、穩(wěn)定、易于擴(kuò)展組網(wǎng)；至于傳輸速度顯然不是此類應(yīng)用的重點(diǎn)。

目前幾種可用于智能家居的無線方式：

藍(lán)牙：是一種支持設(shè)備短距離通信（一般10m內(nèi)）的無線電技術(shù)。能在包括移動(dòng)電話、PDA、無線耳機(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無線信息交換。但這種技術(shù)通訊距離太短，同時(shí)屬于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊方式，對(duì)于智能家居的要求來說根本不適用。

另外需要說明的是藍(lán)牙最近推出了4.0標(biāo)準(zhǔn)，這種新標(biāo)準(zhǔn)采用了低功耗設(shè)計(jì)，通訊距離也達(dá)到2.4G無線信號(hào)的范圍，但其缺陷依然明顯，安全性、組網(wǎng)能力和抗干擾能力不夠，更沒有網(wǎng)絡(luò)自愈功能。藍(lán)牙的泄密事件非常普遍，新標(biāo)準(zhǔn)的組網(wǎng)規(guī)模一般不能超過300個(gè)，同時(shí)藍(lán)牙很容易被干擾。

WiFi：其實(shí)就是IEEE802.11b的別稱，是由一個(gè)名為“無線以太網(wǎng)相容聯(lián)盟”（WirelessEthernetCompatibilityAlliance，WECA）的組織所發(fā)布的業(yè)界術(shù)語，中文譯為“無線相容認(rèn)證”。它是一種短程無線傳輸技術(shù)，能夠在數(shù)百米范圍內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)接入的無線電信號(hào)。它的最大特點(diǎn)就是方便人們隨時(shí)隨地接入互聯(lián)網(wǎng)。但對(duì)于智能家居應(yīng)用來說缺點(diǎn)卻很明顯，功耗高、組網(wǎng)能力差、安全性低。所以wifi雖然非常普及，但在智能家居的應(yīng)用中只是起到輔助補(bǔ)充的作用。

315M/433M：這些無線射頻技術(shù)廣泛運(yùn)用在車輛監(jiān)控、遙控、遙測(cè)、小型無線網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線標(biāo)簽、身份識(shí)別、非接觸RF等場(chǎng)所，也有廠商將其引入智能家居系統(tǒng)，但由于其抗干擾能力弱，組網(wǎng)不便，可靠性一般，標(biāo)準(zhǔn)混亂，安全性很低，在智能家居中的應(yīng)用效果差強(qiáng)人意，泛善可陳，最終被主流廠商拋棄。

ZigBee：Zigbee的基礎(chǔ)是IEEE802.15.但I(xiàn)EEE僅處理低級(jí)MAC層和物理層協(xié)議，因此Zigbee聯(lián)盟擴(kuò)展了IEEE，對(duì)其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和API進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。ZigBee是一種新興的近程、低速率、低功耗的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要用于近距離無線連接。具有低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本、自組網(wǎng)、高可靠、高安全的特點(diǎn)。主要適合應(yīng)用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡(jiǎn)而言之，ZigBee就是一種便宜的、低功耗、自組網(wǎng)的近程無線通訊技術(shù)。

二、ZigBee智能家居產(chǎn)品與傳統(tǒng)智能家居產(chǎn)品的比較優(yōu)勢(shì)

物聯(lián)網(wǎng)背景下智能家居的理解

物聯(lián)網(wǎng)一個(gè)重要特征就是能夠快速大規(guī)模部署并能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，這樣的特征就要求我們的家居產(chǎn)品必須具備無線、無縫、綠色、安全、可靠的能力，從這些基本能力來看，傳統(tǒng)的所謂智能家居產(chǎn)品顯然已經(jīng)不能適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的要求。

ZigBee最初預(yù)計(jì)的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括消費(fèi)電子、能源管理、衛(wèi)生保健、家庭自動(dòng)化、建筑自動(dòng)化和工業(yè)自動(dòng)化。隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，ZigBee又獲得了新的應(yīng)用機(jī)會(huì)。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)邊緣應(yīng)用最多的就是傳感器或控制單元，這些是構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)的最基礎(chǔ)最核心最廣泛的單元細(xì)胞，而ZigBee能夠在數(shù)千個(gè)微小的傳感傳動(dòng)單元之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信，并且這些單元只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以它的通信效率非常高。這種技術(shù)低功耗、抗干擾、高可靠、易組網(wǎng)、易擴(kuò)容，易使用，易維護(hù)、便于快速大規(guī)模部署等特點(diǎn)順應(yīng)了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的要求和趨勢(shì)。從技術(shù)的角度看，物聯(lián)網(wǎng)和ZigBee技術(shù)在智能家居、健康保健、工農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)等方面的應(yīng)用有著很大的融合性，而相對(duì)其他無線技術(shù)而言，ZigBee以其在投資、建設(shè)、維護(hù)、標(biāo)準(zhǔn)化（國(guó)際HA標(biāo)準(zhǔn)）等方面的優(yōu)勢(shì)，必將在物聯(lián)網(wǎng)型智能家居領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用。

ZigBee與常用無線技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)：

從組網(wǎng)能力來看，藍(lán)牙、WiFi、315M/433M等無線技術(shù)只適用簡(jiǎn)單的星型網(wǎng)絡(luò)，組網(wǎng)能力有限，不具備網(wǎng)絡(luò)修復(fù)能力，而ZigBee網(wǎng)絡(luò)能夠組成除星型網(wǎng)絡(luò)之外的樹狀網(wǎng)和更復(fù)雜的網(wǎng)狀網(wǎng)。

從安全性來看，ZigBee具備特有的安全層，采用128K的高級(jí)加密技術(shù)，具有非常高的安全性。而藍(lán)牙、WiFi、315M/433M等無線技術(shù)的安全性普遍較差，泄密事件頻發(fā)。

從可靠性來看，ZigBee同時(shí)采用了跳頻和擴(kuò)頻技術(shù)，有著極強(qiáng)的抗干擾能力，而藍(lán)牙、WiFi、315M/433M等無線技術(shù)的抗干擾能力一般，特備是315M/433M射頻更容易被空中截碼并很容易被模擬，可靠性很低。

與傳統(tǒng)智能家居相比

1. 具有安全層，安全性好，采用高級(jí)加密技術(shù)，至今在全球沒有破解先例。
2. 同時(shí)采用跳頻和擴(kuò)頻技術(shù)，抗干擾能力強(qiáng)。
3. 采用經(jīng)過全球市場(chǎng)多年檢驗(yàn)的通訊標(biāo)準(zhǔn)，可靠性高。
4. 自組網(wǎng)能力強(qiáng)，組網(wǎng)規(guī)模大，最大網(wǎng)絡(luò)可負(fù)擔(dān)6萬多設(shè)備。
5. 具備網(wǎng)絡(luò)自愈能力，任何節(jié)點(diǎn)的掉線或崩潰不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定。
6. 功耗低，很多傳感器使用普通電池供電可以工作1年以上。
7. 兼容能力強(qiáng)，可伸縮，采用國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，可以兼容其它品牌的設(shè)備，隨時(shí)可擴(kuò)容擴(kuò)展。
8. 全覆蓋，無盲區(qū)，具有有線方式無法企及的優(yōu)勢(shì)。
9. 與云端無縫鏈接，方便管理、溯源和及時(shí)感知并控制。

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