智能家居无线通信协议有哪些
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发布时间：2024-09-07 01:46
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时间：2024-09-10 04:17
智能家居无线通信协议有哪些
虽然物联网领域的无线通信协议众多，但现在被应用在智能家居领域的也就那么多种。大家现在在国内可以买到的智能家居产品仅有Wi-Fi、ZigBee、蓝牙、低功耗蓝牙、蓝牙Mesh、RF433和Z-Wave这种，其中前5种应用最广泛。
小米的米家是国内ZigBee产品最多的品牌；阿里巴巴的天猫精灵系列则主推蓝牙Mesh；华为的HiLink是以什么都支持为目标，兼容ZigBee、Wi-Fi和蓝牙多种协议。
■蓝牙
在智能家居和物联网的概念火起来之前，蓝牙就已经是电子产品最不可缺少的功能。开启蓝牙后我们能让两个产品进行持续的数据传输，比如手机之间蓝牙传文件、蓝牙无线耳机听歌和使用蓝牙键鼠等。
这种持续性能够满足以上的使用情景，但代价是较高的功耗。再加上蓝牙的有效传输距离非常近，不支持大量设备同时连接，所以许多“新”协议就在智能家居领域蹦了出来。
目前市面上使用蓝牙的智能家居产品包括智能门锁、智能音箱、温湿度计等。
■低功耗蓝牙
低功耗蓝牙是普通蓝牙的进阶版，功耗变低、传输距离增强，与设备的配对连接时长大幅减小。
低功耗和普通蓝牙的工作频段（2.4GHzISM）一样，不过不会在开启后一直工作，而是只在需要传输数据时工作，不需要时处于低功耗休眠状态。低功耗蓝牙开启后和设备建立连接只有几毫秒的延迟，而普通蓝牙则有100毫秒左右。这种“即起即停”的特性让低功耗蓝牙可以在休眠的情况下也不影响使用。
支持低功耗蓝牙的智能打印机
但由于需要休眠，低功耗蓝牙不适合长时间传输，只适合短时传输，所以它很适合诸如语音唤醒等只需要短时间使用的功能。目前市面上使用低功耗蓝牙的智能家居产品包括智能闹钟、语音控制器和智能抽屉开关等。
■蓝牙Mesh
为了在物联网时代获得更好的连接性能，赶上竞争对手的步伐（比如ZigBee），蓝牙Mesh在2017年问世。
蓝牙Mesh和此前的蓝牙最大不同就是支持Mesh组网。和Mesh路由器原理类似，通过多个设备的网状分布让很大范围内的所有设备都能享受到高质量的连接。
只要版本在4.0或以上，而且设备的配套硬件性能足够，任何普通蓝牙设备都能通过OTA升级的形式支持蓝牙Mesh。
和ZigBee、Z-Wave等竞争对手比，蓝牙Mesh最大的优势是用户不用买网关。因为包括手机在内的几乎大量智能设备都有蓝牙，相比之下没有一部主流手机有ZigBee功能。
■ZigBee
在蓝牙Mesh亮相13年前，另一种Mesh网络协议ZigBee就已经存在了。ZigBee和蓝牙采用了同样的2.4GHz频段，都是用于短距离的少量数据传输，功耗也很低。由于竞争对手很少，ZigBee在智能家居兴起的早期就被许多产品所采用。导致它成为了目前智能家居领域使用最广泛的协议之一。
和同类低功耗协议一样，ZigBee主要被应用于使用电池的设备上，比如家电控制开关、人体传感器和温湿度传感器等。
■Z-Wave
在蓝牙Mesh诞生之前，ZigBee的主要竞争对手是Z-Wave。Z-Wave也是一种Mesh组网中近距离低数据量传输协议，具备了低功耗的特性。Z-Wave的频段比较特殊，使用了908.42MHz或868.42MHz这两个频段。
虽然蓝牙Mesh和ZigBee使用的2.4GHz频段十分拥挤，干扰问题比较多。但之所以2.4GHz频段拥挤，是因为世界各地都允许民用产品使用这个频段。Z-Wave的频段就那么通用，在很多国家都会受限制。
再加上Z-Wave模块成本高于ZigBee、Z-Wave联盟的协议标准更加严格，所以Z-Wave在智能家居产品中没有ZigBee常见，尤其是国内。主流品牌的智能家居产品中几乎没有使用Z-Wave的，Z-Wave只存在于一些小品牌产品上。
■RF433
RF433是一种采用433MHz频段的射频协议，穿透力比较强，成本很低，但安全性很低。目前在国内智能家居产品中有少量应用，比如智能门铃等。
■6LoWPAN
6LoWPAN是一个基于IPv6的新兴无线协议，诞生的初衷是让所有设备都能够接入物联网，即使这些设备的性能和续航很差。所以6LoWPAN对于设备续航和性能的要求很低。走了一个廉价、便捷、门槛低的路线。不过6LoWPAN协议在目前还没有火起来，在蓝牙Mesh和ZigBee这种大“品牌”的围攻下也越来越难了。
智能家居协议优缺点分析
一、Wifi技术
生活中最常见的无线协议。采用的是国内2.4G免费频段，直接连入互联网，手机下载APP，就可以直接进行控制。Wifi最初就是为了实现大数据在小范围内的无线传输而设计的，所以设计之初并没有考虑其他的因素。以至于应用到目前智能家居系统并不是很合适。
WiFi技术在智能家居应用的瓶颈
Wifi技术只支持星型网络拓扑结构，通过多基站的方式实现网络空间拓展
安全性非常低，无线稳定性弱
功耗大也是WiFi技术弱点之一，将导致其在家居领域的应用受限，例如智能门锁、红外转发控制器、各种传感器等不适宜使用
Wifi设计只有16个信道，而且其中有一个是占用的，理论上是可以连接15个产品但是实际中连接10个就极不稳定了，而一个家庭产品上面远远不止10个，显然发展空间受到了一定的限制
Wifi的穿墙能力和衍射能力较弱等等
这些方面就足以说明wifi不适合做智能家居系统。
二、射频433
433MHz的显著优势是无线信号的穿透性强、能够传播得更远。但其缺点也是很明显的，就是其数据传输速率只有9600bps，因此433Mhz技术一般只适用于数据传输量较少的应用场合。从通讯可靠性的角度来讲，433Mhz技术和WiFi一样，只支持星型网络的拓扑结构，通过多基站的方式实现网络覆盖空间的扩展，因此其无线通讯的可靠性和稳定性也逊于Z-Wave与Zigbee技术。另外，不同于Z-Wave，Zigbee和WiFi技术中所采用的加密功能，433MHZ系统，它的致命弱点是系统安全保密性差，很容易被攻击，被破译。
三、蓝牙技术
大家对蓝牙技术的熟知，恐怕要属手机上的蓝牙功能了。通过短距离的无线通讯，可以传输大数据，为生活带来了许多便捷之处。蓝牙的功耗低于wifi，传输距离较近，一般低于10米，无法进行组网，其次蓝牙堆栈（stack）很容易奔溃。蓝牙节点也比较少，在稳定性和受干扰能力方面也不是很强。所以不适合做成智能家居系统。
蓝牙设备的功耗以及成本都介于WiFi与Zigbee两者之间，但传输距离最短，属于一种点对点、短距离的通讯方式，因在移动设备或较短距离间传输，故蓝牙产品会提供一些较为私人化的使用体验，例如蓝牙耳机、蓝牙音箱、智能秤等，由于其传输距离较短，所以并不适合组建庞大的家庭网络。
四、ZigBee协议
在智能家居领域，ZigBee协议是公认的目前最适合的协议之一。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。
ZigBee协议为什么适合智能家居应用？
Zigbee技术采用了极低功耗设计，可以全电池供电，理论上一节电池能使用10年以上，节能环保。
ZigBee介质存取层网络拓扑结构多样，分为星状拓扑结构，树状拓扑结构和网状拓扑结构。
在信号传输方面，ZigBee的每一个产品都是一个中继器，产品之间信号可以连跳7次，所以ZigBee协议节点具有多达65000个，但是实际应用中200-300个节点时稳定性上就会衰减。
ZigBee网络节点不仅本身可以作为监控对象，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。
采用扩频技术对ZigBee的抗干扰能力进行改进和完善，可以起到避开干扰的作用。当系统网络受到干扰时，整个网络整以动态的方式切换到另一信道上。在安全性上面采用AES128位高级加密法，确保了整个系统的安全可靠。
五、z-wave协议
Zwave的数据传输速率为9.6kbps，信号的有效覆盖在室内30米（室外大于100米），适用于窄带宽应用场合，且具备一定的安全性和稳定性，不过目前只应用于家庭自动化方面。
z-wave协议的缺点主要有三个：
树状组网结构，一旦树枝上端断掉，下端的所有设备将无法与网关通信。
节点较少，理论值为256个，实际值可能只有150个左右，算是其能容纳设备数量的上限，实际上很多厂商能做到容纳20、30个设备就不错了。
没有加密方式，安全性差，易受到攻击。（Zwave所用频段在我国是非民用的，国内Zwave智能家居并不常见，更多的还是应用在国外。）
