智能家居通讯协议大汇总

1、智能家居无疑是这几年来热门的研究对象之一,各类协议不停的更新最新版本及改良缺点,导致目前没有一种真正意义上国际标准化用于智能家居、智能照明的通讯协议.本 文主要针对各种方案的原理,技术特点及优缺点作出了一个比照并以此展望了智能家居 市场的未来.£主W巧童知mwxuFM -<ui «nniwvmrr- aihnx®b?Ht «JWTUi* 曲6HKJ-勺J4UU 7E¥«下面我们将一一介绍这些协议：一、ZigBee 协议：乙gbee是IEEE协议的简称,它来源于蜜蜂的八字舞, 蜜蜂(bee)是通过飞翔和“嗡 嗡(zig)抖动翅膀的

2、“舞蹈来与同伴传递花粉所在方位信息,而乙gBee协议的方式特点与其类似便更名为 ZigBee.ZigBee主要适合用于自动限制和远程限制领域,可以 嵌入各种设备,其特点是传播距离近、低功耗、低本钱、低数据速率、可自组网、协议 简单.ZigBee的主要优点如下：1. 功耗低 比照 Bluetooth 与 WiFi ,在相同的电量下 两节五号电池 可支持设备使用六个月至两年 左右的时间,而 Bluetooth 只能工作几周, WiFi 仅能工作几小时.2. 本钱低ZigBee 专利费免收,传输速率较小且协议简单,大大降低了 ZigBee 设备的本钱.3. 掉线率低由于 ZigBee 的防止碰撞机制

3、,且同时为通信业务的固定带宽预留了专用的时间空 隙, 使得在数据传输时不会发生竞争和冲突； 可自组网的功能让其每个节点模块之间都 能建立起联系,接收到的信息可通过每个节点模块间的线路进行传输,使得 ZigBee 传 输信息的可靠性大大提升了,几乎可以认为是不会掉线的.4. 组网水平强ZigBee 的组网水平超群,建立的网络每个有60, 000 个节点.5. 平安保密乙gBee提供了一套基于128位AES算法的平安类和软件,并集成了 IEEE的平安元 素.6. 灵活的工作频段GHz, 868 MHz及915 MHz的使用频段均为免执照频段.ZigBee 的缺点如下：1. 传播距离近假设在不适用功

4、率放大器的情况下,一般乙gBee的有效传播距离一般在10m-75m主要还是适用于一些小型的区域, 例如家庭和办公场所.但假设在牺牲掉其低掉线率的优点 的前提下,以节点模块作为接收端也作为发射端,便可实现较长距离的信息传输.2. 数据信息传输速率低处于GHz的频段时,乙gBee也只有250 Kb/s的传播速度,而且这单单是链路上的 速率且不包含帧头开销、信道竞争、应答和重传,去除掉这些后实际可应用的速率会低 于 100 Kb/s ,在多个节点运行多个应用时速率还要被他们分享掉.3. 会有延时性ZigBee在随机接入MAC层的同时不支持时分复用的信道接入方式,因此在支持一些实时的应用时会由于发送多

5、跳和冲突会产生延时.二、Bluetooth 蓝牙协议 蓝牙协议是由爱立信公司创造并于 1999年5月20日与其他业界领先开发商一同制 定了蓝牙技术标准, 最终将此种无线通信技术命名为蓝牙.蓝牙技术是一种可使电子设 备在10100 m的空间范围内建立网络连接并进行数据传输或者语音通话的无线通信技 术.蓝牙的优点如下：1. 功耗低且传输速率快蓝牙的短数据封包特性是其低功耗技术特点的根本,传输速率可到达1Mb/s,且所有连接均采用先进的嗅探性次额定功能模式以实现超低的负载循环.2. 建立连接的时间短蓝牙用应用程序翻开到建立连接只需要短短的3ms,同时能以数毫秒的传输速度完成经认可的数据传递后并立即关

6、闭连接.3. 稳定性好蓝牙低功耗技术使用24位的循环重复检环CRC,能保证所有封包在受干扰时的最 大稳定度.4. 平安度高CCM勺AES-128完全加密技术为数据封包提供高度加密性及认证度.蓝牙的缺点如下：1. 数据传输的大小受限高速跳频使得蓝牙传输信息时有极高的平安性, 但同时也限制了蓝牙传输过程中数 据包不可能太大.即使在所谓的高保真蓝牙耳机中上下频局部也是会被严重压缩的.2. 设备连接数量少相对于 Wifi 与 ZigBee ,蓝牙连接设备水平确实较差,理论上可连接8 台设备,实际上也就只能做到 67 个设备连接.3. 蓝牙设备的单一连接性假设我用A 连接了一个蓝牙设备,那么B 是连接不

7、上它的,一定要我与此蓝牙设备之间的握手协议断开 B 才能连接上它.三、WiFi 无线保真协议 WiFi 是 IEEE 的简称,是一种可支持数据,图像,语音和多媒体且输出速率高达 54Mb/s 的短程无线传输技术,在几百米的范围内可让互联网接入者接收到无线电信号.WiFi的首版于1997年问世,当时其中定义了物理层和介质访问接入限制层MAC层,并在规定了无线局域网的根本传输介质和网络结构的同时标准了介质访问层MAC的特性和物理层PHY,其中物理层采用的是 FSSS调频扩频技术、红外技术和 DSSS直接 序列扩频 技术.在 1999 年又新增了 IEEE 和 IEEE 标准进行完善.WiFi 优点

8、：1. 传输范围广WiFi的电波覆盖范围半径高达 100 m甚至连整栋大楼都可以覆盖,相对于半径只有15m蓝牙,优势相当明显.2. 传输速度快高达 54Mb/s 的传输速率使得 WiFi 的用户可以随时随地接收网络, 并可快速地享受 到类似于网络游戏、视频点播VOD、远程教育、网上证券、远程医疗、视频会议等一系列宽带信息增值效劳.在这飞速开展的信息时代,速度还在不断提升的WiFi 必能满足社会与个人信息化开展的需求.3. 健康平安WiFi设备在IEEE的规定下发射功率不能超过 100 m,而实际的发射功率可能也就 在6070 mW与类似的通信设备相比, 发射功率约在200 mW- 1 W,而手

9、持式对讲机更是高达5 W.相对于这两者WiFi产品的辐射更小.4. 普及应用度高现今配置 WiFi的电子设备越来越多, 、 笔记本电脑、平板电脑、MP4几乎都将 WiFi 列入了他们的主流标准配置.WiFi 缺点：1. 功耗大2. 价格贵3. 协议编码复杂四、LPWA(N 低功耗广域物联网)： 全球最大的芯片厂商英特尔、高通,全球通信设备巨头华为、诺基亚、爱立信,以及全球运营商巨头沃达丰、中国移动等均加速低功耗广域网络(LPWAN的商用,LPWAN协议标准也取得了实质性进展,2021年将是LPWAF开展的重大里程碑,届时不仅各行业 应用快速增加,基于 Wi-Fi、蓝牙、乙gbee连接的一局部也

10、将被 LPWA连接所取代.五、UWB(Ultra Wideband) ：是一种无载波通信技术, 利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据.通过在 较宽的频谱上传送极低功率的信号,UW瞬在10米左右的范围内实现数百 Mbit/s至数Gbit/s 的数据传输速率.六、Z-Wave协议：是由丹麦公司 Zensys 所一手主导的无线组网规格, Z-wave 联盟 (Z-wave Alliance) 虽然没有 ZigBee 联盟强大, 但是 Z-wave 联盟的成员均是已经在智能家居领域有现行产 品的厂商, 该联盟已经具有 160 多家国际知名公司, 范围根本覆盖全球各个国家和地区. 目前国内应用不光

11、.七、RF射频协议:较常见的应用有无线射频识别 (Radio Frequency Identification,RFID) ,常称为感应式电子晶片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条码等.其原理为由扫 描器发射一特定频率之无线电波能量给接收器,用以驱动接收器电路将内部的代码送 出,此时扫描器便接收此代码.八、EnOcean协议：国际电工技术委员会 (International Electrotechnical Commission)将 EnOcean无线通信标准采纳为国际标准 ISO/IEC 14543-3-10 ,这也是世界上唯一使用能量采集技 术的无线国际标准.九、ModBus协议

12、：是由Modicon(现为施耐德电气公司的一个品牌 )在1979年创造的,是全球第一个真 正用于工业现场的总线协议.ModBus网络是一个工业通信系统,由带智能终端的可编程 序限制器和计算机通过公用线路或局部专用线路连接而成.其系统结构既包括硬件、亦 包括软件.它可应用于各种数据采集和过程监控.十、KNX协议：1999年5月,欧洲三大总线协议 EIB、BatiBus和EHSA合并成立了 Konnex协会, 提出了 KNX协议.该协议以EIB为根底,兼顾了 BatiBus和EHSA勺物理层标准,并吸 收了 BatiBus和EHSA中配置模式等优点,提供了家庭、楼宇自动化的完整解决方案红外十一、W

13、eave协议：Weave是一个低功耗、低带宽、低延迟、平安的设备间通信协议,该协议最初由Nest 公司开发并被使用在他们自己的设备上. Nest 将它开放给全世界的开发者.目前被 Google收购,Google并决定推出基于JSON的通讯语言 Weave意在创立智能硬件间的 通用通信、指令收发方案,与 Android 兼容.十二、 Thread 协议：由三星、Nest、ARM Big Ass Fans、飞思卡尔和 Silicon Labs公司联合推出,是一种基于IP的无线网络协议,用来连接家里的智能产品W82craifCKlSZ4Q2 40阿<2隨弋1捌弩吐目42仙zj阱i*1TJ4WP

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15、fit * :禺鯉孑结束语没有谁会完全的取代谁,可以预见的wifi版本协议最终来取代以上协议,目前的各类协议在各自的领域内都有应用的场景,是随着智能设备的开展,未来会出现一个低功率如Thread等协议的出现,我们将拭目以待.CAN-BUS, C-BUS,CresNet,LonWorksX-10,PLC-BUSSCS-BUS H-BUS A-BUSAXLink 等等 NetMODBU等等 BUS或 Link起源年代198319801999199019761970s1990s1970s连接线总线：2芯双绞线8芯双绞线专用线缆双绞线、同轴电缆、电力线、光纤、无线、红外等不拘电力线专用线缆专用线缆典型

16、传输距离1200 米100米1000 米2700 米200米/X-10 ,200C米/PLC-网络结构总线式星形总线式、星形总线式、星形、自由拓扑等多种拓扑结构总线式、星形总线式总线式速度bps:30010M1000M300100 200网络容量i32/网段,可扩充至255网段类型1决定网段容量,可无1限扩充64或128/网64/网段,256个地址码段,可扩充至32385/域,可/x-10 ,65536无限扩充64000/plc-协议标准I无国际级TCP/IP国家级国际 级LONTALK行业级行业级或私有私有协议典型应用工业自动化互联网智能建筑工业自动化智能家居各行各业智能限制RF射频Bluetooth 蓝牙IEEE b/g/n (WiFi)IEEE (Zigbee)Z-Wave起源年代18941998199720012005工作频率Hz315M 433M等美国欧洲调制方式模拟->数字GFSK数字GFSK n/4 -DQPSK 8DPSK数字DSSS/OFD等数字 BPSK/QPSK数字FSK(BFSK/GFSK)典型发射功率5mW( 7dBn)(4dBm终端 36mV( 16dBmAP 320mW(25dBn)1mV( 0dBm1mW( 0dBm典型传输距离50100米10米50300米5100米5100米网络结构占到占八、亠八、微微网Piconet