ZigBee、WiFi、蓝牙物联网智能家居无线技术分析

1智能家居

智能家居就是将原本“静止”且需要人用物理按钮来操控的普通家居通过内部嵌入射频识别芯片(RFID)，全球定位系统(GPS)、红外线感应器 气体感应器、激光扫描器等传感设备，并且通过与之对应的协议连接至互联网，变成能“主动”且可远程按计划操控的智能家居。随着近年来信息化的高速发展、通信的自由化、业务量的高速增长以及人们对工作生活环境的安全性、舒适性以及高效性要求的提高,社会对智能家居的需求大大增加。

现代智能家居系统一般可以分为内网、外网和网关三个部分。其中内网是负责连接各种家电和其他设备的局域网；外网一般是小区局域网Internet 等；而网关的作用是连接内网和外网，实现外网对内网的监测和控制。

一个基于物联网的智能家居系统，首先要选择合适的无线接入网络智能家居系统对无线网络的主要要求是低功耗、使用寿命长、数据传输可靠等要求。目前常见的无线网络有 ZigBee、WiFi、蓝牙等。

2现阶段主要无线技术的应用

2.1 ZigBee

ZigBee 是一个基于IEEE802.15.4 的通信协议，IEEE802.15.4本身是用于处理物理层和底层MAC层的协议。IEEE802.15.4 工作组正式成立于2000年12月，致力于一种提供便携、移动或固定设备使用的低成本、低复杂度、低速率、低功耗的无线连接技术。

IEEE802.15.4 定义了两个物理层标准分别是2.4GHz物理层和868/915MHz物理层，二者都是用相同的物理层数据包格式，区别在于工作频率、扩频码长、调制技术和传输速率。2.4GHz 频段是全球统一的自由ISM频段，这有助于 ZigBee 设备的推广和使用；868MHz和915MHz分别是美国和欧洲的ISM频段这两个频段的引入避免了 2.4GHz 附近各种无线通信设备的相互干扰。

Zigbee 收发模块使用了 2.4GHz 的直序扩频技术和一般的频移键控,幅移键控和跳频数传电台相比，具有更强的抗干扰能力；ZigBee 协议对网络层和对应的API接口做了标准化的定义；ZigBee 可以对数据是否完进行检查，并且拥有鉴别用户身份的功能，采用通用的AES-128 加密算法，算法中长达128 位的密码保障了通过 ZigBee传输的信号的机密性；通过ZigBee传输的数据大多采用短帧的传送方式,实时性很强，传输速度也非常快:ZigBee 组网容易，自恢复能力强再加上低成本和小型设备对无线网络的带宽要求不是很高，因此，ZigBee对智能家居中的扩展，增加新设备非常的友好。

在拥有上述优点同时，ZigBee 技术也存在一些问题。现阶段，国内应用的 ZigBee 技术主要还是在2.4GHz ISM频段的范围内，这个频段的信号衍射能力弱，穿墙能力弱。在家居的环境里,即使是一扇窗，一扇门或者是一堵墙都能让信号的强度衰减很多。虽然我们能够通过射频功放的方式，对 2.GHz频段的信号进行放大处理,但这样又造成了大量且不必要的辐射污染，这种方式和 ZigBee 本身节能、低功耗的初衷相悖。Z一wave 同样也是一种短距离无线传输的技术它和 ZigBee一样源自无线射频，都属于硬件协议和架构上的技术。Z-Wave 是由一家名为Zensys 的丹麦公司主导的一种无线组网规则。Z-wave Alliance(Z-wave联盟)虽然看起来不如ZigBee联盟规模大，但是其中的成员(厂商)都已经在智能家居的领域拥有成熟的产品。Z一Wave联盟已经获得来自全球各个国家和地区的160多家国际知名公司的支持。在美国，Z一Wave可以使用的频段是915MHz;而在欧洲，可以使用的频段是868.42MHz；915MHz和868.42MHz 属于国际无线规则中的一区和二区的ISM频段，而在我国这两个频段都非民用,因此很可能在中国禁止使用。

2.2蓝牙

蓝牙(Bluetooth)技术始于某公司的1994 方案,它开始是研究在移动电话和其它配件间进行低功耗、低成本无线通信连接的方法。发明者希望为设备间的通讯建立一套统一规则，以解决用户间移动电子设备互不兼容的问题。每个蓝牙设备可同时维护8个链接,可以将每个设备配置为不断向附近的设备发送其存在的通知，以便创建连接。另外，可以对两个设备之间的连接设置密码保护，防止被其它设备接收。

蓝牙的标准是IEEE802.15.1，也工作在无需许可的ISM2.4GHz频段，最高速度可达723.1kb/s。为了避免干扰可能使用2.4GHz的其他协议，蓝牙协议将该频段划分成79个频道(带宽为1MHZ)当检测到与其它信号冲突时自动跳转到其他频道,每秒的频道转换次数可达1600次。

近年来蓝牙的发展也比较迅猛，2015 年年初发布的蓝牙4.2,在数据传输速率和传输距离的提高与错误率的降低上有了很大进步。而蓝牙技术联盟于 2016年6月提出第五代蓝牙技术标准，蓝牙5的理论接收距离最远可达 300米，在实际使用中的收发距离也可以达到120 米，四倍于蓝牙 4.2 技术。

2.3 WiFi

WiFi(Wireless Fidelity，无线保真)，从1997年无线局域网标准 802.11 发布以来，在众多业界领先公司组成的 WiFi联盟的大力推动下，发展迅猛。目前 WiFi的使用范围非常广泛，基于 WiFi 技术的智能家居产品也最为常见，其优势在于传输速率快，且产品成本低对于用户来说，基于 WiFi 的智能家居组合最为便捷，购买设备后可以自己进行组网。

在智能家居中使用WiFi也有一些显著的缺点首先，安全性非常低是 WiFi 为最严重的问题，无线信号也不是很稳定；其次，WiFi 的功耗还是很高的，这也限制了它在智能家居领域的应用；再次，WiFi组网能力低，扩展空间受限制。

出处 现代商贸工业

原标题 物联网智能家居无线技术特点研究

作者 赵辰晖

虎克专业的物联网开发公司，可针对智能家居定制各种功能需求！