Wifi、ZigBee和蓝牙4.0无线近距离技术
发表时间:2017-06-27 09:10

  随着互联网技术、无线传感技术、信息处理技术的快速发展,物联网技术在生活中得到越来越多的重视,其中最为明显的就是在智能家居中的应用。智能家居作为智能化时代的产物,以一种全新的形象步入了大众的视野,带来全新的生活理念,大大颠覆了传统的家居生活方式。它的到来能够提高我们的生活品质和质量,让科技更好的我们服务。

  在已出现的各种物联网技术中,ZigBee、WiFi、蓝牙4.0是当前连接智能家居产品的主要手段。这三种技术让智能家居市场形成了三足鼎立的新局面。



  ZigBee技术优势主要包括以下几个方面:

  1、低功耗

  两节五号电池支持ZigBee设备长达六个月到两年左右的使用时间,然后Bluetooth仅能工作数周,WiFi只可工作数小时。

  2、低成本

  通过大幅简化协议,降低了对通信控制器的要求,所有大大降低了成本,且免收专利费。

  3、可靠

  采用了碰撞避免机制,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避免了发送数据时的竞争和冲突;节点模块之间具有自动动态组网的功能,信息在整个ZigBee网络中通过自动路由的方式进行传输,从而保证了信息传输的可靠性。

  4、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。

  5、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。

  同时ZigBee也存在不足之处:

  6、传输范围小

  在不使用功率放大的前提下,ZigBee节点的有效传输范围一般为10到75米,仅能覆盖普通的家庭和办公场所。

  7、数据传输速率低

  在2.4GHz的频段也只有250Kb/s,而且这只是链路上的速率,除掉帧头开销、信道竞争、应答和重传、真正能被应用所利用的速率可能不足100Kb/s,并且这余下的速率也可能要被邻近多个节点和同一个节点的多个应用所瓜分。

  8、时延不易确定

  由于ZigBee采用随机接入MAC层,且不支持时分复用的信道接入方式,因此不能很好地支持一些实时的业务,而且由于发送冲突和多跳,使得时延变成一个不易确定的因素。

  整体来比较这3种无线技术:



  从传输距离来说,是wifi>ZigBee>蓝牙;

  从功耗来说,是wifi>蓝牙>ZigBee,后两者仅靠电池供电即可;

  从传输速率来讲,是wifi>蓝牙>ZigBee。

  目前来说,wifi的优势是应用广泛,已经普及到千家万户。ZigBee的优势是低功耗和自组网;蓝牙的优势组网简单。然而,这3种技术,也都有各自的不足,没有一种技术能完全满足智能家居的全部要求。

  

  一、一个zigbee智能网关能带多少个设备?

  这个要根据当前设备采用的是哪种芯片来确定其能带设备的能力。如果智能家居企业用ZigBee芯片都是TI的CC2530,这种芯片做的智能网关带30个节点很勉强。因为这种芯片的内核是8051的单片机,是70年代的架构,是非常陈旧的。如果智能家居企业用ZigBee芯片是EM357,这种芯片的内核是2000年后的架构,可以说比CC2530先进30年,也是国外主流的ZigBee智能家居芯片,它的价格比CC2530贵,但性能却比CC2530强大许多。事实证明以EM357芯片做的智能家居系统一个网关可以轻松携带300个以上的设备,还能稳定是运行。如果智能家居企业用ZigBee芯片是EM385做协调器,据TI的说法400个。

  二、为什么ZigBee设备低功耗?

  ZigBee低功耗的特性只针对睡眠终端设备(ZigBee Sleep EndDevice),路由器(Router)和协调器(Coordinator)通常为常电设备。ZigBee 睡眠终端设备在空闲的时候,默认关闭接收器,通过周期性向父设备发送DataRequest请求新数据,这个周期叫Long Poll时间,当父设备有暂存的新数据时,ZigBee Sleep EndDevice会打开接收器,并快速发送DataRequest请求并接收新数据,此时两个DataReques间隔叫做Short Poll时间,在Long Poll周期里,ZigBee终端设备是睡眠的,电流一般为几个微安。

  

  现阶段来说,wifi,ZigBee,蓝牙4.0都各有各的优势和不足,都不足以做到完全占领市场的地步。不同的产品和场景之下,这几种技术都有着不同的应用。

  1. 家庭安防监控传感器



  家庭安防监控是智能家居最早的尝试之一,从最早的布线,到后来的无线,再有电影中各种的红外线,传感器。一般的使用场景中,单个网络包含了大量的传感器,因此要求网络支持的连接数量一定要足够多。同时,还需要网络有足够的稳定性,当有异常发生的时候,能够保证信息的传达。此外,网络的安全性也一定要足够高,毕竟是涉及到家庭安全方面。这类产品的工作还往往涉及到设备和设备之间的联动,例如,门窗开关监测器检测到门窗异常候通知报警器报警,需要网络能够自动组网。对于这类产品来说,很显然是ZigBee更合适。

  2. 视频监控类(摄像头)



  视频监控类的产品,主要以监控摄像头为主,这类产品对网络带宽的要求极高,仅仅是这一点,ZigBee和蓝牙就基本出局了。且这类产品需要接入互联网,方便远程查看,因此很显然wifi是更好的方案。

  3. 穿戴类



  目前穿戴类的产品,基本都是依赖于和手机的连接,这类产品要求首先是功耗要低,穿戴类的产品本身电池的大小和容量有限,频繁充电会很麻烦。而且,本身设备无法联网,需要通过手机来联网,而现在市场上几乎没有集成ZigBee的手机。这类产品目前来看蓝牙4.0是最好的方案。

  4. 智能家电



  智能家电目前的主要功能是控制,而远程操控需要通过互联网。物联网下一步也需要和物联网的资源进行连接和打通。WiFi的智能家电可以通过家中现有的路由器直接联网,而如果是ZigBee的设备,需要有一个网关,将ZigBee和wifi打通。目前智能家电不够普及,很多有智能家电的家庭也都只有个别智能家电,为了一两个设备额外购买ZigBee网关显然是很多用户不愿意的,为什么不用现成的路由器呢?

  对于智能家电,如果是智能单品,显然是wifi更合适,不过如果是整套的IOT解决方案,zigbee加上网关也未尝不可。现阶段来说,单品为主,还是wifi更合适。



  未来将会是一个万物互联的世界,不仅是万物互联,人和物,物和信息,也将会建立连接。


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