目前,互聯(lián)家居主要使用六種無線通信協(xié)議,分別為1GHz以下(Sub GHz)、Wi Fi、Bluetooth、zigbee、ZWave和Thread。這些協(xié)議都有一席之地,為您的設計選擇合適的組合是開發(fā)流程的重要一步,因為沒有任何一個協(xié)議能夠提供通用的解決方案。為了幫助設計人員了解每項協(xié)議最適合哪種用例，Silicon Labs（亦稱“芯科科技”）將通過本篇技術(shù)干貨文章分析最常用的無線協(xié)議。歡迎閱讀完整文章。 1GHz以下無線網(wǎng)絡 對于家庭安全和自動化等低數(shù)據(jù)速率的應用,相比于2.4GHz頻帶的Wi Fi、Bluetooth和ZigBee等更強大且功能豐富的協(xié)議,1GHz以下網(wǎng)絡(運行頻率低于1GHz)能夠提供更實在的益處。 距離是1GHz以下網(wǎng)絡的突出優(yōu)點之一。窄帶傳輸在一公里或以上距離可實現(xiàn)連續(xù)運行。它們可向遠距離集線器傳輸數(shù)據(jù),不會在節(jié)點之間跳躍。但是,長距離也存在鄰近設備的干擾增強這一問題。在有多個1GHz以下頻率的區(qū)域,低干擾是一種優(yōu)勢,這些頻率不如2.4GHz頻帶那么“擁擠”。但在某些區(qū)域,可用的1GHz以下頻道較少,并且存在占空比約束,會限制設備傳輸?shù)臅r間。最后,1GHz以下無線網(wǎng)絡與2.4GHz協(xié)議相比,功耗也非常低。 但是,1GHz以下網(wǎng)絡并非完全適合互聯(lián)家居的各個方面。很多現(xiàn)有的1GHz以下網(wǎng)絡使用專有協(xié)議,屬于封閉系統(tǒng)。此類系統(tǒng)通常需要應用轉(zhuǎn)換來與其他系統(tǒng)通信。在使用1GHz以下無線網(wǎng)絡的情況下,家庭之間的通信以及可能駐留于云端數(shù)據(jù)業(yè)務和控制的通信可能會更加復雜。在試圖了解無線協(xié)議格局時,應了解802.11b/g/n型設備和網(wǎng)狀網(wǎng)絡之間的差異。對比星形網(wǎng)絡(典型的802.11部署)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(典型的ZigBee和Thread),您可能首先會注意到在星形網(wǎng)絡中,所有流量通過中心點,而網(wǎng)狀網(wǎng)絡則提供設備對設備的連接。 Wi-Fi(802.11) Wi-Fi是目前最知名的協(xié)議,因為大部分人每天都會在家里使用到它,且歷史已超過十年。Wi-Fi的普及得益于電氣電子工程師協(xié)會(IEEE)通過字母代號(g/n/ac)提供的標準和更新,而Wi-Fi Alliance則管理著設備的認證和品牌推廣。Wi-Fi的主要優(yōu)點是其熟悉度,也就是人們認為它比其他協(xié)議更加“簡單”,并且在現(xiàn)代家庭中無處不在。畢竟,Wi-Fi的前身1991 年就已誕生。目前,最了解技術(shù)的戶主(目前互聯(lián)家居產(chǎn)品的潛在客戶群)可對Wi-Fi路由器進行復位,排查基本問題。Wi-Fi定義了MAC層協(xié)議和安全性,但未定義設備的應用對象和通信方式。 這意味著,所有制造商都可以定義自己的應用層協(xié)議,設備對設備通信非常復雜,甚至無法實現(xiàn),除非兩家公司共同定義這些協(xié)議。這限制了Wi-Fi在互聯(lián)家居設備對設備市場的應用。Wi-Fi還設定了網(wǎng)絡的中央接入點模型,即如果該接入點不工作,網(wǎng)絡則會停止運行。相對于其他協(xié)議,Wi-Fi的功耗較高,因此盡管適用于供電設備,但它在電池供電極為關(guān)鍵的應用中效果并不理想。Wi-Fi還存在著擴展性方面的問題。 例如,某些路由器的配置最多僅支持15 臺設備,而互聯(lián)家居預計接近100臺設備。另一個問題是各類數(shù)據(jù)源導致的Wi-Fi網(wǎng)絡競爭。如果流媒體視頻和恒溫器發(fā)生爭用,那么兩個數(shù)據(jù)流都不會得到所需的帶寬。如果您認為流媒體電視節(jié)目與孩子的電子游戲下載發(fā)生爭用只是有點不方便,不妨試想一下您的恒溫器也在嘗試占用帶寬。 Bluetooth Bluetooth是藍牙技術(shù)聯(lián)盟(SIG)所管理的一項無線技術(shù)規(guī)格。Bluetooth專為短距離的數(shù)據(jù)傳輸和交換而設計,能夠利用2.4GHz上的無授權(quán)ISM 頻帶。Bluetooth包括多項功能,從點對點流式音頻傳輸?shù)酱笠?guī)模多對多(m:m)網(wǎng)狀網(wǎng)絡。 BluetoothBR/EDR Bluetooth基本速率/增強數(shù)據(jù)速率(BR/EDR)是一種短距離通信協(xié)議,普遍用于智能手機應用。它無需特殊的網(wǎng)關(guān)即可工作,因為它已使用了智能手機或移動設備,但也存在一些缺點。它僅支持點對點網(wǎng)絡,因此距離和可靠性有限。如果您的智能手機不在端點距離內(nèi),則無法建立流式傳輸連接。 Bluetooth低功耗(LE) 最初的BluetoothLE 核心規(guī)格于2010 年6月被采用,主要側(cè)重于降低功耗,同時還引入了單向通信標準,為Bluetooth信標做了鋪墊。自2010年起,BluetoothSIG 曾多次更新BluetoothLE 核心規(guī)格,每個新版本都提供了功能改進。 zigBee zigbee最早在2004 年實現(xiàn)標準化,功耗低于Wi-Fi。它采用IEEE 的802.15.4物理射頻規(guī)格(不同于更常見的802.11 Wi-Fi)。zigbee目前主要用于家居自動化網(wǎng)狀網(wǎng)絡以及很多工業(yè)應用。zigbee制定了一套應用協(xié)議,用于定義各類設備及其通信模式在家用和商用領域的設備對設備應用。這些應用協(xié)議在聯(lián)盟內(nèi)部的公司之間開發(fā),因此既有健康的產(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng),也存在有競爭關(guān)系的芯片供應商。 zigbee協(xié)議有很多優(yōu)點,包括可靠性、可擴展性以及自愈網(wǎng)狀網(wǎng)絡的能力。目前, zigbee所面臨的問題是應用標準的區(qū)域化以及易操作性欠佳,除此之外,還欠缺直接IP 尋址能力。zigbee設備需要兩個地址,以及應用層翻譯,才能與互聯(lián)網(wǎng)上的設備通信,這會造成網(wǎng)關(guān)上出現(xiàn)潛在故障點。 Z Wave Z Wave協(xié)議主要用于家居控制和監(jiān)控,屬于專有協(xié)議。家庭安全公司使用Z Wave無線協(xié)議來構(gòu)建門窗傳感器、火災檢測器、恒溫器和其他家居自動化設備的網(wǎng)絡,這個網(wǎng)絡可通過高級別應用訪問,甚至在Web上進行訪問。Z Wave最適合低帶寬的1GHz以下部署。Z Wave所制定的應用協(xié)議能夠規(guī)范設備相互通信的方式,實現(xiàn)真正的家庭設備對設備通信。 但是,這個標準被一家公司所控制,難以實現(xiàn)發(fā)展和擴展。應用層協(xié)議不適用于IP,需要轉(zhuǎn)換成IP 協(xié)議,才能實現(xiàn)設備對云端或手機的通信。Z Wave不屬于開放標準,需要地址和應用轉(zhuǎn)換才能與互聯(lián)網(wǎng)上的設備進行通信。Z Wave需要網(wǎng)關(guān)才能運行,進而給網(wǎng)絡帶來了單一故障點。此外,該協(xié)議假設設備處于靜態(tài),禁止移動設備(例如遙控器)加入網(wǎng)絡。 Thread Thread是一種全新的開放標準,能夠向網(wǎng)絡上的每一臺設備分配互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)地址,并且該IP 地址可通過節(jié)點擴展。Thread 無需應用網(wǎng)關(guān),即可實現(xiàn)設備對設備通信。請注意,消除網(wǎng)關(guān)需求(或者允許多個網(wǎng)關(guān))也會消除單一故障點,這在需要始終開啟的網(wǎng)狀網(wǎng)絡中非常必要。Thread有三個主要優(yōu)點:可擴展性、互操作性、更廉價且更簡單的硬件。盡管Thread正在發(fā)展中,但無需推遲互聯(lián)家居產(chǎn)品的開發(fā)。使用現(xiàn)有的802.15.4芯片的任何產(chǎn)品均可通過無線方式(OTA)更新至基于IP Thread協(xié)議。這能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)有系統(tǒng)的持續(xù)部署,并且知道它們可在系統(tǒng)準備好時更新至Thread。 安全性和互聯(lián)家居 安全性已在軟件協(xié)議棧的深層次構(gòu)建到很多現(xiàn)有的網(wǎng)狀網(wǎng)絡互聯(lián)家居協(xié)議中,例如在802.15.4 MAC 層使用AES加密。流量始終經(jīng)過加密,并且借助于全新的身份驗證技術(shù),所有節(jié)點都能夠要求先進行身份驗證,才可相互通信以及與網(wǎng)絡通信。在軟件協(xié)議棧中使用較低安全性的設備,其安全性只能達到和新設備中安裝密鑰的方法同樣的水平。存在于密鑰安裝或設備中的弱點是需要更新整個系統(tǒng)的密鑰。 IP安全性和互聯(lián)家居 家庭中的現(xiàn)有協(xié)議混合著IP協(xié)議棧和非IP協(xié)議棧。其他市場和網(wǎng)絡已匯聚到IP協(xié)議上,因為它能提供很多不同的尋址、路由和安全機制,這些機制可針對特定的網(wǎng) 絡或設備進行選擇,還能夠?qū)崿F(xiàn)端對端尋址能力和消息路由,無需應用層轉(zhuǎn)換。互聯(lián)網(wǎng)向其他行業(yè)和市場板塊的快速擴展體現(xiàn)了這種技術(shù)轉(zhuǎn)變?nèi)绾未龠M新服務和設備在相應IP基礎架構(gòu)上進行創(chuàng)新和快速發(fā)展。 IP 的使用還能夠在不同MAC/PHY 之間實現(xiàn)底層技術(shù)和橋接設備的混用。這樣一來,接入以太網(wǎng)的家用計算機上運行的應用能夠通過Wi Fi或蜂窩連接在移動通信設備上運行。在很多新應用領域,消費者希望在家中以及出門在外時利用手機進行控制。這類無縫連接性在這些領域非常重要。 在互聯(lián)家居領域,大量的公司正在創(chuàng)新和研發(fā)新的設備和服務。某些服務需要高帶寬,更適合使用Wi Fi,其他設備則為存在局限性的電池供電傳感器,更適合使用目前的802.15.4低功耗無線網(wǎng)絡和ZigBee協(xié)議棧,并在未來遷移至Thread協(xié)議棧。 總結(jié) 隨著物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)家居越來越熱門,像智能手機一樣,家中同時運行多種協(xié)議的現(xiàn)象會變得很常見。這不在于一項協(xié)議的成敗,而是要找到合適的協(xié)議組合,讓您的物聯(lián)網(wǎng)應用實現(xiàn)相互通信以及與網(wǎng)關(guān)、云端和消費者通信。您預期會在家中使用哪些應用? 我們可能無法在短期內(nèi)用上飛行汽車,但是隨著設備和協(xié)議的增多,無縫協(xié)作的互聯(lián)家居不久便會成為現(xiàn)實,這將讓我們的環(huán)境更加便利、舒適和節(jié)能。 本文轉(zhuǎn)載自 轉(zhuǎn)載地址： 聲明：本文為轉(zhuǎn)載文章，轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息，版權(quán)歸原作者所有，如涉及侵權(quán)，請聯(lián)系小編進行處理。 (mbbeetchina)