智能家居通訊協(xié)議大匯總

1、智糠醫(yī)院打女啊絡(luò)介作協(xié)議智能家居無疑是這幾年來熱門的研究對象之一，各類協(xié)議不停的更新最新版本及改 進(jìn)缺點，導(dǎo)致目前沒有一種真正意義上國際標(biāo)準(zhǔn)化用于智能家居、智能照明的通訊協(xié)議。 本文主要針對各種方案的原理，技術(shù)特點及優(yōu)缺點作出了一個對比并以此展望了智能家 居市場的未來。下面我們將一一介紹這些協(xié)議：一、協(xié)議：Nigbee是IEEE 802.1.4 協(xié)議的簡稱，它來源于蜜蜂的 八字舞，蜜蜂bee是通過飛翔和“嗡嗡”Nig,抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳 遞花粉所在方位信息，而N員gnee協(xié)議的方式特點與其類似便更名為Nlgnee主要適合用于白動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種 設(shè)備，其特點是傳播距離

2、近、低功耗、低成本、低數(shù)據(jù)速率、可自組網(wǎng)、協(xié)議簡單。NlgJBee的主要優(yōu)點如下：對比niixe4ooUx與 WlkL在相同的電量下兩節(jié)五號電池可支持設(shè) 備使用六個月至兩年左右的時間，而niixe七ooUx只能工作幾周，Wlkq僅 能工作幾小時。2 .成本低專利費(fèi)免收，傳輸速率較小且協(xié)議簡單，大大降低了 Nlgnee設(shè)備的成本。3 .掉線率低由于Nlgnee的避免碰撞機(jī)制，旦同時為通信業(yè)務(wù)的固定帶寬預(yù)留了專 用的時間空隙，使得在數(shù)據(jù)傳輸時不會發(fā)生競爭和沖突；可自組網(wǎng)的功能讓其每個節(jié)點 模塊之間都能建立起聯(lián)系，接收到的信息可通過每個節(jié)點模塊間的線路進(jìn)行傳輸，使得 N丸gWee傳輸信息的可靠性大大

3、提高了，幾乎可以認(rèn)為是不會掉線的。4 .組網(wǎng)能力強(qiáng)ZigBee的組網(wǎng)能力超群，建立的網(wǎng)絡(luò)每個有60,000個節(jié)點。5 .安全保密ZigBee提供了一套基于128位AES算法的安全類和軟件，并集成了 IEEE 802.15.4 的安全元素。6 .靈活的工作頻段7 .4 GHz, 868 MHz及915 MHz的使用頻段均為免執(zhí)照頻段。Zig Bee的缺點如下：1 .傳播距離近若在不適用功率放大器的情況下，一般ZigBee的有效傳播距離一般在10m-75m , 主要還是適用于一些小型的區(qū)域，例如家庭和辦公場所。但若在犧牲掉其低掉線率的優(yōu) 點的前提下，以節(jié)點模塊作為接收端也作為發(fā)射端，便可實現(xiàn)較長距

4、離的信息傳輸。2 .數(shù)據(jù)信息傳輸速率低處于2.4 GHz的頻段時，ZigBee也只有250 Kb/s的傳播速度，而且這單單是鏈 路上的速率且不包含幀頭開銷、信道競爭、應(yīng)答和重傳，去除掉這些后實際可應(yīng)用的速 率會低于100 Kb/s ,在多個節(jié)點運(yùn)行多個應(yīng)用時速率還要被他們分享掉。3.會有延時性ZigBee在隨機(jī)接入MAC層的同時不支持時分復(fù)用的信道接入方式，因此在支持 一些實時的應(yīng)用時會因為發(fā)送多跳和沖突會產(chǎn)生延時。二、Bluetooth僵牙協(xié)議）藍(lán)牙協(xié)議是由爰立信公司創(chuàng)造并于1999年5月20日與其他業(yè)界領(lǐng)先開發(fā)商一同 制定了藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，最終將此種無線通信技術(shù)命名為藍(lán)牙。藍(lán)牙技術(shù)是一種可使

5、電子傳輸或者語音通話的無線通設(shè)備在10 100 m的空間范圍內(nèi)建立網(wǎng)絡(luò)連接并進(jìn)行委信技術(shù)。藍(lán)牙的優(yōu)點如下：1 .功耗低且傳輸速率快藍(lán)牙的短數(shù)據(jù)封包特性是其低功耗技術(shù)特點的根本，傳輸速率可達(dá)到IMb/s ,且 所有連接均采用先進(jìn)的嗅探性次額定功能模式以實現(xiàn)超低的負(fù)載循環(huán)。2 .建立連接的時間短藍(lán)牙用應(yīng)用程序打開到建立連接只需要短短的3ms，同時能以數(shù)毫秒的傳輸速度完 成經(jīng)認(rèn)可的數(shù)據(jù)傳遞后并立即關(guān)閉連接。3 .穩(wěn)定性好藍(lán)牙氐功耗技術(shù)使用24位的循環(huán)重復(fù)檢環(huán)(CRC),能確保所有封包在受干擾時的 最大穩(wěn)定度。4 .安全度高CCM的AES-128完全加密技術(shù)為數(shù)據(jù)封包提供高度加密性及認(rèn)證度。藍(lán)牙的缺點

6、如下：1 .數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇笮∈芟薷咚偬l使得藍(lán)牙傳輸信息時有極高的安全性，但同時也限制了藍(lán)牙傳輸過程中數(shù) 據(jù)包不可能太大。即使在所謂的高保真藍(lán)牙耳機(jī)中高低頻部分也是會被嚴(yán)重壓縮的。2 .設(shè)備連接數(shù)量少相對于Wifi與ZigBee ,藍(lán)牙連接設(shè)備能力確實較差，理論上可連接8臺設(shè)備，實際上也就只能做到67個設(shè)備連接。3 .藍(lán)牙設(shè)備的單一連接性假設(shè)我用A手機(jī)連接了一個藍(lán)牙設(shè)備，那么B手機(jī)是連接不上它的，一定要我與 此藍(lán)牙設(shè)備之間的握手協(xié)議斷開B手機(jī)才能連接上它。三、WiFi（無線保真協(xié)議）WiFi是IEEE 802.11的簡稱,是一種可支持?jǐn)?shù)據(jù),圖像，語音和多媒體且輸出速率 高達(dá)54Mb/s的短程無線

7、傳輸技術(shù)，在幾百米的范圍內(nèi)可讓互聯(lián)網(wǎng)接入者接收到無線電 信號。WiFi的首版于1997年問世當(dāng)時其中定義了物理層和介質(zhì)訪問接入控制層（MAC 層），并在規(guī)定了無線局域網(wǎng)的基本傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的同時規(guī)范了介質(zhì)訪問層（MAC） 的特性和物理層（PHY）其中物理層采用的是FSSS（調(diào)頻擴(kuò)頻）技術(shù)、紅外技術(shù)和DSSS值 接序列擴(kuò)頻）技術(shù)。在1999年又新增了正EE 802.11g和IEEE 802.11a標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完善。WiFi優(yōu)點:4 .傳輸范圍廣WiFi的電波覆蓋范圍半徑高達(dá)100 m ,甚至連整棟大樓都可以覆蓋，相對于半徑 只有15m藍(lán)牙，優(yōu)勢相當(dāng)明顯。5 .傳輸速度快高達(dá)54Mb/s的傳輸速率

8、使得WiFi的用戶可以隨時隨地接收網(wǎng)絡(luò),并可快速地享 受到類似于網(wǎng)絡(luò)游戲、螂點播（VOD）、遠(yuǎn)程教育、網(wǎng)上證券、遠(yuǎn)程醫(yī)療、視頻會議等 一系列寬帶信息增值服務(wù)。在這飛速發(fā)展的信息時代，速度還在不斷提升的WiFi必能 滿足社會與個人信息化發(fā)展的需求。6 .健康安全WiFi設(shè)備在IEEE 802.11的規(guī)定下發(fā)射功率不能超過100 mW ,而實際的發(fā)射功 率可能也就在6070 mW。與類似的通信設(shè)備相比，手機(jī)發(fā)射功率約在200 mW-l W ,而手持式對講機(jī)更是高達(dá)5 W。相對于這兩者WiFi產(chǎn)品的輻射更小。7 .普及應(yīng)用度高現(xiàn)今配置WiFi的電子設(shè)備越來越多，手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦、MP4幾乎

9、都 將WiFi列入了他們的主流標(biāo)準(zhǔn)配置。WiFi缺點:1 .功耗大2 .價格貴3 .協(xié)議編碼復(fù)雜四、LPWAN (低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng))：全球最大的芯片廠商英特爾、高通，全球通信設(shè)備巨頭華為、諾基亞、爰立信，以 及全球運(yùn)營商巨頭沃達(dá)豐、中國移動等均加速低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)(LPWAN)的商用, LPWAN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)也取得了實質(zhì)性進(jìn)展，2016年將是LPWAN發(fā)展的重大里程碑，屆 時不僅各行業(yè)應(yīng)用快速增加，基于Wi-Fi、藍(lán)牙、Zigbee連接的一部分也將被LPWAN 連接所取代。五、UWB(Ultra Wideband):是一種無載波通信技術(shù)，利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。通過在 較寬的頻譜

10、上傳送極低功率的信號，UWB能在10米左右的范圍內(nèi)實現(xiàn)數(shù)百M(fèi)bit/s至 數(shù)Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。六、ZWave協(xié)議：是由丹麥公司Zensys所一手主導(dǎo)的無線組網(wǎng)規(guī)格Z-wave聯(lián)盟(Z-wave Alliance) 雖然沒有ZigBee聯(lián)盟強(qiáng)大,但是Z-wave聯(lián)盟的成員均是已經(jīng)在智能家居領(lǐng)域有現(xiàn)行 產(chǎn)品的廠商，該聯(lián)盟已經(jīng)具有160多家國際知名公司，范圍基本覆蓋全球各個國家和 地區(qū)。目前國內(nèi)應(yīng)用不光。七、RF射頻協(xié)議：較常見的應(yīng)用有無線射頻識別(Radi。Frequency Identification , RFID),常稱為 感應(yīng)式電子晶片或近接卡、感應(yīng)卡、非接觸卡、電子標(biāo)簽、電子條

11、碼等。其原理為由掃 描器發(fā)射一特定頻率之無線電波能量給接收器，用以驅(qū)動接收器電路將內(nèi)部的代碼送 出，此時掃描器便接收此代碼。八、EnOcean協(xié)議:7智慧醫(yī)院3白網(wǎng)絡(luò)介作協(xié)議國際電工技術(shù)委員會（International Electrotechnical CommissiorQ將 EnOcean無線通信標(biāo)準(zhǔn)采納為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC 14543-3-10 ,這也是世界上唯一使用能量采集 技術(shù)的無線國際標(biāo)準(zhǔn)。九.ModBus協(xié)議：是由Modicon（現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個品牌）在1979年發(fā)明的，是全球第一個 真正用于工業(yè)現(xiàn)場的總線協(xié)議。ModBus網(wǎng)絡(luò)是一個工業(yè)通信系統(tǒng)，由帶智能終端的可

12、編程序控制器和計算機(jī)通過公用線路或局部專用線路連接而成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)既包括硬 件、亦包括軟件。它可應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)采集和過程監(jiān)控。十.KNX協(xié)議:1999年5月，歐洲三大總線協(xié)議EIB、BatiBus和EHSA合并成立了 Konnex協(xié)會，提出了 KNX協(xié)議。該協(xié)議以EIB為基礎(chǔ)，兼顧了 BatiBus和EHSA的物理層規(guī)范，并吸收了 BatiBus和EHSA中配置模式等優(yōu)點，提供了家庭、樓宇自動化的完整解決方紅外H Weave 協(xié)議:Weave是一個低功耗、低帶寬、低延遲、安全的設(shè)備間通信協(xié)議，該協(xié)議最初由Nest公司開發(fā)并被使用在他們自己的設(shè)備上。Nest將它開放給全世界的開發(fā)者。目前被Goo

13、gle收購，Google并決定推出基于JSON的通訊語言Weave.意在創(chuàng)建智能 硬件間的通用通信、指令收發(fā)方案，與Android兼容。11十二.Thread協(xié)議：由三星、Nest、ARM、Big Ass Fans、飛思卡爾和Silicon Labs公司聯(lián)合推出，是 一種基于IP的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，用來連接家里的智能產(chǎn)品。tbtZW*w孤方年佟18M1898199720012005工作期多 («1)315N, 43曄24G2 4G2 4G908 42MH好國、86842MHz1企研)普1班式斛*SK姓宇GFSK， 1TM-0QP9X. 80PsM 靜*。9S&OFDM55；就.

14、BPSWQPSKmTSKiBF3l9GFSK2.5EW <4dBm>O36fW( 1608m) AP 320mW < 254Bm)imW (OdBm)1mW < OoBrn)310姝to*5030 冰5-100*i3,0鰥網(wǎng)錦結(jié)構(gòu)點ra輛儼kq。成湘用布苒1絡(luò) (ScaRecne：)MR幼有篇IH自組輿悶由自俎颯強(qiáng)雙亞蓼dwOt2KT92K1M?5dk96K«買州議a.司才女能力550.取史干即魁華255.司護(hù)錢55000232海發(fā)那門無甌如近EE 80211蹣期ELE9G215.42422朕型安金與崎無, ,也三用了四個域喉反M移位奇芹公< i>

15、WEP. WWJf簿好冗余校驗(CRC).3 s 12御加生M金物庇wseia朝丸013M好無蛀出班、手帆、電！S孑涓 鶴粒子無戰(zhàn)口區(qū)網(wǎng)版網(wǎng)，通能智K流層、工U校制 & 序、交營、螭、死找代硯農(nóng)辛行修瞰蹤品、沿艇手結(jié)束語目前的各類協(xié)議在各自的領(lǐng)域內(nèi)都有應(yīng)用的場景，沒有誰會完全的取代誰，可以預(yù)見的 是隨著智能設(shè)備的發(fā)展，未來會出現(xiàn)一個低功率wifi版本協(xié)議最終來取代以上協(xié)議，如 Thread等協(xié)議的出現(xiàn)，我們將拭目以待。有線技術(shù)RS485 :IEEE802.3(Ethernet)EIB, KNXLonWorksCAN-BUS. C-BUS,SCS-BUS. H-BUS. A-BUS.MO

16、DBUS 等等 BUSCresNet.AXLink 等等“t 或 Link起源年代198319801999199019761970s-1990s1970s連接線（總線）2芯雙絞線8芯雙絞線專用線纜雙絞線、同軸電纜、 電力線、光纖、 無線、紅外等不拘電力線專用線纜專用線纜典型傳輸距離1200 米100米1000 米2700 米200米 /X-10,2000 米/PLC一一網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)總線式星形總線式、星形總線式、星形、 自由拓?fù)涞榷?種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線式、星 形總線式總線式速度(bps)300-9. 6K10M1000M9. 6K300 1.25M1002009. 6K9. 6K網(wǎng)絡(luò)容量32/網(wǎng)段， 可

17、擴(kuò)充至255網(wǎng)段類型 決定網(wǎng)段 容量，可無 限擴(kuò)充64或128/網(wǎng) 64/網(wǎng)段，段，可擴(kuò)充至32385/域，可65536無限擴(kuò)充256個地址碼 /X-10.64000/PLC協(xié)議規(guī)范無國際級TCP/IP國家級國際級L0NTALK行業(yè)級行業(yè)級或私有私有協(xié)議典型應(yīng)用工業(yè)自動 化互聯(lián)網(wǎng)智能建筑工業(yè)自動化智能家居各行各業(yè)智能控制無線技術(shù)RF射頻Bluetooth 藍(lán)牙IEEE 802. lla/b/g/n(WiFi)IEEE 802.15. 4(Zigbee)起源年代18941998199720012005工作頻率(Hz)315M, 433M 等2.4G2.4G2.4G908.42MHz(美國)86842MHz(歐洲)調(diào)制方式模擬>數(shù)字GFSK數(shù)字GFSK, n/4-DQPSK,8DPSK數(shù)字DSSS/OFDM等數(shù)字 BPSK/QPSK數(shù)字 FSK(BFSK/GFSK)典型發(fā)射功率5mW (7dBm)2. 5mW (4dBm)終端 36mW (16dBm)AP 320mW (25dBm)lmW (OdBm)lmW (OdBm)典型傳輸距離50100米10米50300米5100米5100米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)點到點微微網(wǎng)(Piconet) 和分布式網(wǎng)絡(luò) (Scatternet)蜂窩動態(tài)路由自組織 網(wǎng)動態(tài)路由自組 織