为什么采用ZigBee来做智能家居?

发布日期:2017-07-05来源:原创 作者:刘茜
    智能家居应用技术主要是布线、无线两种。智能家居早期用有线技术,但是需要重新布线,造价很高并不适合平民消费。现在采用无线技术,无须重新布线,可以分为红外、蓝牙、Wi-Fi,射频,Z-wave和ZigBee几种。
    可能对于大部分人来说 ZigBee 协议有些陌生,ZigBee 是一个基于 IEEE802.15.4 标准(2.4 Ghz 频段)的低功耗局域网协议,是一种短距离、低功耗的无线通信技术。它也不是一个新鲜的产物了,早在 2004 年 Zigbee 联盟就成立了。
    ”ZigBee“来源于 ZigZag ,是一种蜜蜂的肢体语言。当蜜蜂新发现一片花丛后会用特殊”舞蹈“来告知同伴发现的食物种类及位置等信息,是蜜蜂群体间一种简单、高效的传递信息方式,因此 ZigBee 也被称为”紫蜂协议“。
    ZigBee 的特点正如蜜蜂的「舞蹈」一样:简单高效。虽然 ZigBee 协议工作在 20~250 kbps 较低速率上,但足以应对智能家居的低速传输需求。
那么,究竟是因为什么要选择ZigBee呢?
    红外是最常用最经济的一种短距离无线传输方式,像电视机、影碟机、空调等设备都是用的红外控制,但是红外设备都是直线接收的,必须发射器对着接收设备才可以,不可以转弯,也无法穿透。最致命的缺点在于,很多时候它的信号是取反的,你不可能知道它的状态,在远程控制的时候无法知道它的真实状态,这个问题目前尚无法解决!
    蓝牙也是一种支持设备短距离通信(一般10m内)的无线电技术,能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑及其它相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。但这只是点对点的短距离通讯,而且功耗较高。连接设备也是有限的(理论上 7 个设备),不能自组网。
    对于体积小、安装位置不固定的物联网设备来说,要想获得长久的续航时间,使用 Wi-Fi自然是不可行的,而且 Wi-Fi 技术在安全性方面也有所欠缺,这可能会成为悬在智能家居头上的一把达摩克利斯之剑。
    射频,包括315M/433M/868M/915M,我们日常生活中所接触到的摇控器除了红外的就是射频的了,电动窗df888经典版网页登录、车库门、汽车摇控等都是射频的,特别是在电机控制领域应用非常广,而且那么多年用下来,技术也是相当成熟了,是无线智能家居中一种最为主流的控制方式,不过由于它是点对点的,组网不太灵活,另外它的传输速度相对比较慢也是其一个很大的缺点。
而剩下的似乎只有 ZigBee 和 Z-Wave 协议可以选择了。
    虽然 Z-Wave 具有结构简单,性能可靠的特点,但目前想获得 Z-Wave 芯片的授权还比较困难,更为关键的是 Z-Wave 所用频段(865.2MHz-956MHz)在我国是非民用的。所以对我国智能家居企业来说,ZigBee 协议更适合国内使用的情况,选择 ZigBee 协议一定是经过深思熟也是必然的结果。
ZigBee 协议的特性:
ZigBee 协议的优势在于自组网能力,最多支持 65000 个设备组网;对于智能家居来说,ZigBee 协议还有一个宝贵的优点就是它的安全性很高,至今全球尚未出现一起破解先例。
①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6~24个月,甚至更长。这是ZigBee的突出优势。相比较,蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。
②低成本。通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10),降低了对通信控制器的要求,按预测分析,以8051的8位微控制器测算,全功能的主节点需要32KB代码,子功能节点少至4KB代码,而且ZigBee免协议专利费。每块芯片的价格大约为2美元。
③低速率。ZigBee工作在20~250kbps的速率,分别提供250 kbps(2.4GHz)、40kbps(915 MHz)和20kbps(868 MHz)的原始数据吞吐率,满足低速率传输数据的应用需求。
④近距离。传输范围一般介于10~100m之间,在增加发射功率后,亦可增加到1~3km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力,传输距离将可以更远。
⑤短时延。ZigBee的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需15ms,节点连接进入网络只需30ms,进一步节省了电能。相比较,蓝牙需要3~10s、WiFi 需要3 s。
⑥高容量。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,最多一个主节点可管理254个子节点;同时主节点还可由上一层网络节点管理,最多可组成65000 个节点的大网。
⑦高安全。ZigBee提供了三级安全模式,包括无安全设定、使用访问控制清单(Access Control List, ACL) 防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES 128)的对称密码,以灵活确定其安全属性。
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