幾種智能家居無線組網(wǎng)技術的分析和比較

1、幾種智能家居無線組網(wǎng)技術的分析和比擬論文導讀：傳統(tǒng)的智能家居更多的是通過有線的方式進行組建，比方常見的Ethernet、CEBus、X-10等，其中得到最廣泛應用的是X-10，主要是因為其相對低廉的價格和用戶可自行裝設的特點。ZigBee聯(lián)盟成立于2002年8月，由英國Invensys公司、日本三菱電氣公司、美國摩托羅拉公司以及荷蘭飛利浦半導體公司組成，如今已經(jīng)吸引了上百家芯片公司、無線設備公司和開發(fā)商參加。關鍵詞：智能家居，無線組網(wǎng)，ZigBee智能家居網(wǎng)絡系統(tǒng)是信息時代帶給人們的一個高科技產(chǎn)物，是利用電腦、網(wǎng)絡和綜合布線技術，通過家庭信息管理平臺將與家居生活有關的各種子系統(tǒng)有機地結合的一個

2、系統(tǒng)。它涉及到對家庭網(wǎng)絡內所有的智能器具、設備和系統(tǒng)的操作和管理, 以及計算機技術、網(wǎng)絡技術、通信技術和自動控制技術的綜合應用。智能家居網(wǎng)絡系統(tǒng)的最終目的是為了滿足人們對平安、舒適、節(jié)能、便捷的家居生活的追求，符合綠色環(huán)境保護的需求。與傳統(tǒng)的家居系統(tǒng)相比，智能更強調人的主觀能動性，重視并利用高新技術實現(xiàn)人與居住環(huán)境的協(xié)調，能隨心所欲地控制居住環(huán)境，到達智能化、便捷化、高效舒適化等目的。智能家居網(wǎng)絡系統(tǒng)通過其核心設備家庭智能終端來實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡化的功能。一個完整的智能家居系統(tǒng)一般具有以下功能:1自動抄表；2可視對講；3網(wǎng)絡家電；4電器自動控制；5家庭安防。傳統(tǒng)的智能家居更多的是通過有線的方式進行組

3、建，比方常見的Ethernet、CEBus、X-10等，其中得到最廣泛應用的是X-10，主要是因為其相對低廉的價格和用戶可自行裝設的特點。CEBus的性能雖然高于X-10，但是由于售價較高而難以得到普及。Ethernet主要用于高速數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，用于家庭自動化控制那么會受到電纜布線的限制。這幾種技術用于智能家居組網(wǎng)都有一些普遍存在的缺點，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1布線繁瑣增加或刪減設備都涉及到線路的改動，工程量大而且還影響美觀，系統(tǒng)的擴展性差，安裝、維護本錢較高，移動性不佳。2對PC機有較大依賴有線的組網(wǎng)方式需要依靠家庭內部的PC機，要求PC機要24小時全天候工作，一旦PC機出現(xiàn)故障，家居管理

4、將陷入癱瘓的境地，這也造成了智能家居升級的不方便。3標準不統(tǒng)一智能家居內部設備的通訊標準林林總總，在國際上沒有一個統(tǒng)一的通信接口標準，因此在通信上存在較大阻礙。由于傳統(tǒng)的有線方式在智能家居的應用中存在上述的缺點，從技術開展與實用性的角度出發(fā)，我們不難看出，在智能家居系統(tǒng)中，無線網(wǎng)絡技術有著得天獨厚的優(yōu)勢，這不僅僅因為無線網(wǎng)絡可以提供更大的靈活性、移動性，省去了花在綜合布線上的費用和精力，有利于家居美觀。更重要的是它更符合家庭網(wǎng)絡低本錢、低傳輸速率的通訊特點。同時，隨著無線網(wǎng)絡技術的進一步開展，也必將大大促進家庭智能化、網(wǎng)絡化的進程。隨著通信技術的飛速開展和用戶需求的不斷增長，出現(xiàn)了許多新的無線

5、通信協(xié)議。標準之爭也成為眾多廠商和運營實體非常關注的一個話題。這些無線技術各有自身的特點，選用哪種無線方法，要根據(jù)產(chǎn)品的需要和未來市場的前景來決定。下面針對幾種主流的無線技術作簡要的介紹以及它們之間特點的比照。1、WLAN無線技術無線局域網(wǎng)Wireless Local Area Network，WLAN技術的成長始于20世紀80年代中期，它是由美國聯(lián)邦通信委員會(FCC, FederalCommunications Commission)為工業(yè)、科研和醫(yī)學ISM頻段的公共應用提供授權而產(chǎn)生的。WLAN遵守IEEE802.11標準其標準包括跳頻擴頻FHSS，F(xiàn)requency Hopping S

6、preadSpectrum和直接序列擴頻DSSS，Direct Sequence Spread Spectrum等方案。WLAN IEEE 802.11是LAN以太網(wǎng)的無線擴展。其中高速IEEE802.1 1b，物理層支持5.5Mb/s和11Mb/s兩個新速率，采用一種新的調制技術CCK完成?？萍颊撐摹２⑹褂脛討B(tài)速率漂移，可因環(huán)境變化，在5.5Mb/s、11Mb/s、2Mb/s、1Mb/s之間切換，且在2Mb/s、1Mb/s速率時與IEEE802.11兼容。它的傳輸速率和距離最高可達11 Mb/s和100m，主要用于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中，用戶與用戶終端的無線接入。由于接入家庭網(wǎng)絡的主要應

7、用是接受遠程控制，信息傳輸量小，帶寬使用缺乏，無論從大量生產(chǎn)還是降低本錢方面考慮，采用IEEE 802.1 lb/g有 大材小用;之嫌。2、HomeRF無線技術HomeRF特別興趣小組SIG, Special InterestGroup成立于1998年3月，并于1999第一季度發(fā)表了共享無線接入?yún)f(xié)議SWAP，SharedWireless Access Protocol標準，協(xié)議對HomeRF的業(yè)務進行了詳細說明。HomeRF專門針對家庭住宅環(huán)境而開發(fā)，是IEEE802.11與DECT無繩 的結合，是在PC和用戶電子設備之間實現(xiàn)無線數(shù)字通信的開放性工業(yè)標準，旨在降低語音數(shù)據(jù)本錢。作為無線技術方案

8、，它代替了需要鋪設昂貴傳輸線的有線家庭網(wǎng)絡。基于該協(xié)議的網(wǎng)絡是對等網(wǎng)，HomeRF是針對現(xiàn)有無線通信標準的綜合和改：當進行數(shù)據(jù)通信時，它采用的是IEEE802.11標準中的TCP/IP傳輸協(xié)議；而在進行語音通信時，那么采用了數(shù)字化泛歐無繩 DECT標準；HomeRF標準的物理層標準比IEEE802.11 WLAN中的相應物理層標準要寬松得多。科技論文。所以采用一個簡單的跳頻方案就消除了無線收發(fā)設備的復雜性，使無線收發(fā)設備的本錢大大降低，從而使其進入了普通家庭消費產(chǎn)品領域。3、HiperLAN無線技術HiperLAN標準是由歐洲電信標準化協(xié)會ETSI的寬帶無線電接入網(wǎng)BRAN小組制定的，到目前為

9、止，已推出了HiperLAN1和HiperLAN2兩種標準。科技論文。HiperLAN1工作頻段為5.15 5.35 GHz及17.117.3GHz。早期的HiperLAN1采用GMSKGaussian Minimum Shift Keying調制，最高傳輸速率為23.SMbps覆蓋范圍約50米，支持同步和異步話音傳輸，支持2Mbps視頻傳輸，支持10Mbps數(shù)據(jù)傳輸。HiperLAN2采用正交頻分復用OFDM作物理層手段，可將速率提高至54Mbps，并能有效對抗多徑干擾，與IEEE 802.11a具有相同的物理層。它首先突破了當前無線LAN在頻譜利用方面的限制，5GHz的頻譜內分配了寬頻段，

10、這些寬頻段與更寬松的管理規(guī)那么相結合，可使大量的用戶實現(xiàn)高速通信。HiperLan2的另一個重大突破是大大提高了吞吐率：原始物理層吞吐率高達54Mbps，實際應用吞吐率最低也能保持在20Mbps左右，從而能夠在高吞吐率下支持QoS，為視頻和話音一類的實時應用提供了新的途徑。4、 藍牙無線技術藍牙無線技術藍牙技術是由藍牙SIG于1998年發(fā)起提出的。SIG最初是由IBM， Intel，Nokia，Ericsson，Toshiba等公司組成。目前，已經(jīng)開展到兩千多家。藍牙工作在2.4GHz ISM頻段，采用GPSK調制技術，傳輸速率為1Mbps，采用FHSS擴頻技術，發(fā)射功率分別為0dBm，4dB

11、m和20dBm三級，對應的通信距離從10米到100米。藍牙1.0版本規(guī)定的信道數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mbps，其2.0版本的信道傳輸速率將提高至2Mbps。藍牙技術，提供低價、強壯的、大容量的語音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。其實質內容是建立通用的無線空中接口及其控制軟件的公開標準，使通信和計算機進一步結合，是不同廠家生產(chǎn)的便攜式設備在沒有電線或電纜相互連接的情況下，能在近距離范圍內具有互用、互操作的性能。主要技術特點如下：1Bluetooth的指定范圍是10米(或者0dBm)，在參加額外的功率放大器后，可以將距離擴展到100米(或者20dBm )。輔助的基帶硬件可以支持4個或者更多的語音信道。2提供低價、大容量的語

12、音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。3使用快速調頻(1600跳/秒)防止干擾:在干擾下，使用短數(shù)據(jù)幀來盡可能增大容量；使用1 M/s符號速率以到達最大限制寬帶。4支持點到點和點到多點的連接，可采用無線方式將假設干藍牙設備連成一個微微網(wǎng)Pico net，多個微微網(wǎng)又可以互連成特殊分散網(wǎng)ad hoc scatter net形成靈活的多重微微網(wǎng)的拓撲結構，從而實現(xiàn)各類設備之間的快速通信。它能在一個微微網(wǎng)內尋址8個設備實際上互連的設備數(shù)量是沒有限制的，只不過在同一時刻只能激活8個，其中1個為主，7個為從。藍牙技術為固定設備或移動設備之間的通信環(huán)境建立通用的近距無線接口，面向的是移動設備間的小范圍連接，因而本質上說是一種代替

13、線纜的技術。藍牙技術的高寬帶性使得它更適合于音視頻和圖像等多媒體設備以及需要經(jīng)常交換大量數(shù)據(jù)的設備。它可以用來在較短距離內取代目前多種線纜連接方案，并且克服了紅外技術的缺陷，可穿透墻壁等障礙，通過統(tǒng)一的短距離無線鏈路，在各種數(shù)字設備之間實現(xiàn)靈活、平安、低本錢、小功耗的語音和數(shù)據(jù)通信。目前已經(jīng)有許多的藍牙產(chǎn)品面世，如藍牙耳機、帶藍牙功能的無線 、藍牙無線打印機、藍牙鼠標、藍牙鍵盤、藍牙游戲手柄等。5、 ZigBee無線技術ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低本錢的雙向無線通信技術，主要適合于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備中，同時支持地理定位功能。ZigBee的

14、物理層中接取方式是采用直接序列擴展頻率技術Direct Sequence Spread Spectrum。Zigbee技術使用2.4GHz/868MHz/915MHz波段，采用跳頻技術，能夠應用在短距離范圍之內并且數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各種電子設備之間。與藍牙技術相比，Zigbee更簡單、速率更慢、可靠性更強、功耗及費用也更低，可以比藍牙更好地適合游戲、消費電子儀器和家庭自動化。表1 幾種無線通信技術特點的比照 WI-FI HomeRF HiperLAN 藍牙 ZigBee 使用頻段 2.4GHz 2.4GHz 5GHz 2.4GHz 2.4GHz/915MHz/868MHz 調制技術 QPSK FSK OFDM GFSK BPSK，OQPSK 最大數(shù)據(jù)傳輸速率 11Mbps 1.6Mbps 54Mbps 1Mbps 250Kbps 覆蓋范圍 50m 50m 30150m 10m 100m 網(wǎng)絡節(jié)點 50個 127個 8個 255 功耗 高 中等 中等 高 低