目前,互联家居主要使用六种无线通信协议,分别为1GHz以下(Sub GHz)、Wi Fi、Bluetooth、zigbee、ZWave和Thread。这些协议都有一席之地,为您的设计选择合适的组合是开发流程的重要一步,因为没有任何一个协议能够提供通用的解决方案。为了帮助设计人员了解每项协议最适合哪种用例，Silicon Labs(亦称“芯科科技”)将通过本篇技术干货文章分析最常用的无线协议。
1GHz以下无线网络
对于家庭安全和自动化等低数据速率的应用,相比于2.4GHz频带的Wi Fi、Bluetooth和ZigBee等更强大且功能丰富的协议,1GHz以下网络(运行频率低于1GHz)能够提供更实在的益处。
距离是1GHz以下网络的突出优点之一。窄带传输在一公里或以上距离可实现连续运行。它们可向远距离集线器传输数据,不会在节点之间跳跃。但是,长距离也存在邻近设备的干扰增强这一问题。在有多个1GHz以下频率的区域,低干扰是一种优势,这些频率不如2.4GHz频带那么“拥挤”。但在某些区域,可用的1GHz以下频道较少,并且存在占空比约束,会限制设备传输的时间。最后,1GHz以下无线网络与2.4GHz协议相比,功耗也非常低。
但是,1GHz以下网络并非完全适合互联家居的各个方面。很多现有的1GHz以下网络使用专有协议,属于封闭系统。此类系统通常需要应用转换来与其他系统通信。在使用1GHz以下无线网络的情况下,家庭之间的通信以及可能驻留于云端数据业务和控制的通信可能会更加复杂。在试图了解无线协议格局时,应了解802.11b/g/n型设备和网状网络之间的差异。对比星形网络(典型的802.11部署)和网状网络(典型的ZigBee和Thread),您可能首先会注意到在星形网络中,所有流量通过中心点,而网状网络则提供设备对设备的连接。
Wi-Fi(802.11)
Wi-Fi是目前最知名的协议,因为大部分人每天都会在家里使用到它,且历史已超过十年。Wi-Fi的普及得益于电气电子工程师协会(IEEE)通过字母代号(g/n/ac)提供的标准和更新,而Wi-Fi Alliance则管理着设备的认证和品牌推广。Wi-Fi的主要优点是其熟悉度,也就是人们认为它比其他协议更加“简单”,并且在现代家庭中无处不在。毕竟,Wi-Fi的前身1991 年就已诞生。目前,最了解技术的户主(目前互联家居产品的潜在客户群)可对Wi-Fi路由器进行复位,排查基本问题。Wi-Fi定义了MAC层协议和安全性,但未定义设备的应用对象和通信方式。
这意味着,所有制造商都可以定义自己的应用层协议,设备对设备通信非常复杂,甚至无法实现,除非两家公司共同定义这些协议。这限制了Wi-Fi在互联家居设备对设备市场的应用。Wi-Fi还设定了网络的中央接入点模型,即如果该接入点不工作,网络则会停止运行。相对于其他协议,Wi-Fi的功耗较高,因此尽管适用于供电设备,但它在电池供电极为关键的应用中效果并不理想。Wi-Fi还存在着扩展性方面的问题。
例如,某些路由器的配置最多仅支持15 台设备,而互联家居预计接近100台设备。另一个问题是各类数据源导致的Wi-Fi网络竞争。如果流媒体视频和恒温器发生争用,那么两个数据流都不会得到所需的带宽。如果您认为流媒体电视节目与孩子的电子游戏下载发生争用只是有点不方便,不妨试想一下您的恒温器也在尝试占用带宽。
Bluetooth
Bluetooth是蓝牙技术联盟(SIG)所管理的一项无线技术规格。Bluetooth专为短距离的数据传输和交换而设计,能够利用2.4GHz上的无授权ISM 频带。Bluetooth包括多项功能,从点对点流式音频传输到大规模多对多(m:m)网状网络。
BluetoothBR/EDR
Bluetooth基本速率/增强数据速率(BR/EDR)是一种短距离通信协议,普遍用于智能手机应用。它无需特殊的网关即可工作,因为它已使用了智能手机或移动设备,但也存在一些缺点。它仅支持点对点网络,因此距离和可靠性有限。如果您的智能手机不在端点距离内,则无法建立流式传输连接。
Bluetooth低功耗(LE)
最初的BluetoothLE 核心规格于2010 年6月被采用,主要侧重于降低功耗,同时还引入了单向通信标准,为Bluetooth信标做了铺垫。自2010年起,BluetoothSIG 曾多次更新BluetoothLE 核心规格,每个新版本都提供了功能改进。
zigBee
zigbee最早在2004 年实现标准化,功耗低于Wi-Fi。它采用IEEE 的802.15.4物理射频规格(不同于更常见的802.11 Wi-Fi)。zigbee目前主要用于家居自动化网状网络以及很多工业应用。zigbee制定了一套应用协议,用于定义各类设备及其通信模式在家用和商用领域的设备对设备应用。这些应用协议在联盟内部的公司之间开发,因此既有健康的产品生态系统,也存在有竞争关系的芯片供应商。
