智能家居中運(yùn)用了什么無線技術(shù)

當(dāng)5G牌照發(fā)放，5G網(wǎng)絡(luò)的普及也離我們不遠(yuǎn)。一旦“萬物互聯(lián)”，標(biāo)志著物聯(lián)網(wǎng)普及開始。而在“萬物互聯(lián)”中，智慧家庭又是與我們?nèi)粘Ｉ钸B接最緊密的。至少目前來看，智慧家庭已經(jīng)呈現(xiàn)了“雛形”。而在當(dāng)下的智慧家庭中，智能家居功不可沒。

目前，在我們的智慧家庭中，無線路由器、智能音響、互聯(lián)網(wǎng)空調(diào)、智能電飯鍋、互聯(lián)網(wǎng)冰箱、智能電視、智能手機(jī)、平板電腦等設(shè)備，都是的重要成員。而通過上述智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)目前簡單的智慧家庭，靠的都是無線技術(shù)。在我們的認(rèn)知中，無線技術(shù)通常指的是4G網(wǎng)絡(luò)、WIFI無線以及藍(lán)牙技術(shù)。事實(shí)上，除了這些無線技術(shù)外，智慧家庭中還有很多無線技術(shù)我們并不熟知，諸如低功耗藍(lán)牙、藍(lán)牙Mesh、RF 433和Z-Wave等，讓我們?nèi)タ纯窗桑?/p> ■ 無線移動(dòng)通信技術(shù) ■

目前，3G已經(jīng)漸漸淘汰，4G目前正在“服役”。隨著5G的到來，2020年開始，4G或許也要漸漸淘汰。至少在未來的萬物互聯(lián)時(shí)代，5G無線移動(dòng)通信技術(shù)要主宰智慧家庭。

5G是第五代移動(dòng)通信技術(shù)，5G的性能目標(biāo)是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備連接。5G將于2020年4月完成部署，5G規(guī)范要求速度高達(dá)20 Gbit/s，可以實(shí)現(xiàn)寬信道帶寬和大容量MIMO。我們認(rèn)為，5G商用之后，智能家居設(shè)備也會(huì)享受到這波紅利：更高的帶寬、更快的速度、更低的延遲。

首先傳輸速率快。5G的傳輸速率可以達(dá)到4G傳輸?shù)?0倍以上。由于智能家居之間仍然需要以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，彼此之間進(jìn)行數(shù)據(jù)連接時(shí)，網(wǎng)速快捷與否直接影響到了用戶的體驗(yàn)。

其次是時(shí)延大幅減小。從4G向5G過渡時(shí)，時(shí)延也被大幅縮小。4G網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延為10ms，但在5G網(wǎng)絡(luò)中，這個(gè)數(shù)字再度被縮小為1ms。目前在使用4G網(wǎng)絡(luò)對智能家居進(jìn)行控制時(shí)往往時(shí)延較高，設(shè)備在交換信息時(shí)候會(huì)消耗一定的反饋時(shí)間。反映到實(shí)際使用之中就是在下達(dá)命令后需要停頓幾秒才能進(jìn)行反饋，這樣的感受使人機(jī)交互大打折扣。

最后是網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。目前，智能家居產(chǎn)品大都是以單件存在，我們對智能家居控制的方法基本通過手機(jī)進(jìn)行直線“溝通”。但真正的智能家居網(wǎng)絡(luò)是各個(gè)設(shè)備之間的配合，甚至是各個(gè)品牌、各個(gè)型號(hào)之間的配合，5G的出現(xiàn)讓他們得到了統(tǒng)一。

Wi-Fi是Wi-Fi聯(lián)盟制造商的商標(biāo)做為產(chǎn)品的品牌認(rèn)證，Wi-Fi聯(lián)盟成立于1999年，在2002年10月，正式改名為Wi-Fi Alliance。Wi-Fi是一個(gè)創(chuàng)建于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)技術(shù)?；趦商紫到y(tǒng)的密切相關(guān)，也常有人把Wi-Fi當(dāng)做IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的同義術(shù)語。

到目前為止，IEEE 802.11的設(shè)備已安裝在市面上的許多產(chǎn)品，如：個(gè)人計(jì)算機(jī)、游戲機(jī)、MP3播放器、智能手機(jī)、平板電腦、打印機(jī)、筆記本以及其他可以無線上網(wǎng)的周邊設(shè)備等。隨著智能家居的出現(xiàn)，冰箱、電視、空調(diào)、音響設(shè)備甚至電飯鍋等，都開始支持Wi-Fi了。這些都是打造智慧家庭時(shí)常常需要用到的設(shè)備，這些設(shè)備通過Wi-Fi互聯(lián)，才能得到控制。

事實(shí)上，Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)也可簡單理解為無線上網(wǎng)，目前，幾乎所有智能手機(jī)、平板電腦和筆記本電腦都支持Wi-Fi上網(wǎng)，其方法是把有線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)轉(zhuǎn)換成無線信號(hào)。目前，IEEE 802.11在使用的主要有：IEEE 802.11n、IEEE 802.11ac、IEEE 802.11ad、IEEE 802.11ax幾種。

IEEE 802.11n：

由IEEE在2004年1月組成的一個(gè)新的工作組在802.11-2007的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的標(biāo)準(zhǔn)，于2009年9月正式批準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)增加了對MIMO的支持，允許40MHz的無線頻寬，最大傳輸速度理論值為600Mbit/s。同時(shí)，通過使用Alamouti提出的空時(shí)分組碼，該標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)大了數(shù)據(jù)傳輸范圍。

它是一個(gè)正在發(fā)展中的802.11無線計(jì)算器網(wǎng)上通信標(biāo)準(zhǔn)，它通過6GHz頻帶進(jìn)行無線局域網(wǎng)（WLAN）通信。理論上，它能夠提供最少每秒1 Gigabit帶寬進(jìn)行多站式無線局域網(wǎng)通信，或是最少每秒500 megabits（500 Mbit/s）的單一連線傳輸帶寬。

無線千兆聯(lián)盟（Wireless Gigabit Alliance，WiGig）致力于推動(dòng)在無執(zhí)照的60 GHz頻帶上，進(jìn)行數(shù)千兆比特（mulTI-gigabit）速度的無線設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。此聯(lián)盟于2009年5月7日宣布成立，于2009年12月推出第一版1.0 WiGig技術(shù)規(guī)格（802.11ad）。

2017年推出，由于先前802.11ad主要在于60GHZ頻段，雖然增長了傳輸速度，但是其覆蓋范圍受到限制，便成為輔助802.11ac的功能性技術(shù)。 依照IEEE的官方項(xiàng)目，繼承802.11ac的第六代Wifi為802.11ax，自2018年起推出支持的分享器。

我們知道，藍(lán)牙是電子產(chǎn)品不可缺少的功能。開啟藍(lán)牙后，兩個(gè)產(chǎn)品可以持續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸，比如手機(jī)之間藍(lán)牙傳文件、藍(lán)牙無線耳機(jī)聽歌和使用藍(lán)牙鍵鼠等。這種持續(xù)性能夠滿足以上的使用情景，但代價(jià)是較高的功耗。再加上藍(lán)牙的有效傳輸距離非常近，不支持大量設(shè)備同時(shí)連接，所以 “新”協(xié)議就在智能家居領(lǐng)域出現(xiàn)，比如低功耗藍(lán)牙、藍(lán)牙Mesh！

首先是普通藍(lán)牙，藍(lán)牙技術(shù)是基于低成本的近距離無線連接，為固定和移動(dòng)設(shè)備建立通信環(huán)境的一種特殊的近距離（一般10m內(nèi)）無線技術(shù)連接。藍(lán)牙作為一種小范圍無線連接技術(shù)，能在設(shè)備間實(shí)現(xiàn)方便快捷、靈活安全、低成本、低功耗的數(shù)據(jù)通信和語音通信。目前市面上使用藍(lán)牙的智能家居產(chǎn)品包括智能門鎖、智能音箱、溫濕度計(jì)等。

目前藍(lán)牙4.0是主流，它是2012年最新藍(lán)牙版本，是3.0的升級(jí)版本；較3.0版本更省電、成本低、3毫秒低延遲、超長有效連接距離、AES-128加密等；通常用在藍(lán)牙耳機(jī)、藍(lán)牙音箱等設(shè)備上。但很多設(shè)備開始使用藍(lán)牙5.0，它是由藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟在2016年提出的藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，藍(lán)牙5.0針對低功耗設(shè)備速度有相應(yīng)提升和優(yōu)化，藍(lán)牙5.0結(jié)合wifi對室內(nèi)位置進(jìn)行輔助定位，提高傳輸速度，增加有效工作距離。

其次低功耗藍(lán)牙

低功耗藍(lán)牙是普通藍(lán)牙的進(jìn)階版，功耗變低、傳輸距離增強(qiáng)，與設(shè)備的配對連接時(shí)長大幅減小。低功耗和普通藍(lán)牙的工作頻段（2.4GHz ISM）一樣，不過不會(huì)在開啟后一直工作，而是只在需要傳輸數(shù)據(jù)時(shí)工作，不需要時(shí)處于低功耗休眠狀態(tài)。低功耗藍(lán)牙開啟后和設(shè)備建立連接只有幾毫秒的延遲，而普通藍(lán)牙則有100毫秒左右。

正是這種“即起即?！钡奶匦裕尩凸乃{(lán)牙可以在休眠的情況下也不影響使用但由于需要休眠，低功耗藍(lán)牙不適合長時(shí)間傳輸，只適合短時(shí)傳輸，如語音喚醒。目前，市面上使用低功耗藍(lán)牙的智能家居產(chǎn)品包括智能鬧鐘、語音控制器和智能抽屜開關(guān)等。

最后是藍(lán)牙Mesh，藍(lán)牙Mesh在2017年問世，與此前的藍(lán)牙最大不同，藍(lán)牙Mesh支持Mesh組網(wǎng)。和Mesh路由器原理類似，通過多個(gè)設(shè)備的網(wǎng)狀分布讓很大范圍內(nèi)的所有設(shè)備都能享受到高質(zhì)量的連接。只要版本在4.0或以上，而且設(shè)備的配套硬件性能足夠，任何普通藍(lán)牙設(shè)備都能通過OTA升級(jí)的形式支持藍(lán)牙Mesh。所以，藍(lán)牙Mesh最大的優(yōu)勢是用戶不用買網(wǎng)關(guān)。因?yàn)榘ㄊ謾C(jī)在內(nèi)的幾乎大量智能設(shè)備都有藍(lán)牙。

事實(shí)上，在藍(lán)牙Mesh誕生13年前，另一種Mesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議——ZigBee就已經(jīng)存在了。ZigBee和藍(lán)牙采用了同樣的2.4GHz頻段，都是用于短距離的少量數(shù)據(jù)傳輸，功耗也很低。由于競爭對手很少，ZigBee在智能家居興起的早期就被許多產(chǎn)品所采用。導(dǎo)致它成為了目前智能家居領(lǐng)域使用最廣泛的協(xié)議之一。和同類低功耗協(xié)議一樣，ZigBee主要被應(yīng)用于使用電池的設(shè)備上，比如家電控制開關(guān)、人體傳感器和溫濕度傳感器等。

同樣，Z-Wave也是一種Mesh組網(wǎng)中近距離低數(shù)據(jù)量傳輸協(xié)議，具備了低功耗的特性。Z-Wave的頻段比較特殊，使用了908.42MHz或868.42MHz這兩個(gè)頻段。雖然藍(lán)牙Mesh和ZigBee使用的2.4GHz頻段十分擁擠，干擾問題較多。但之所以2.4GHz頻段擁擠，是因?yàn)槭澜绺鞯囟荚试S民用產(chǎn)品使用這個(gè)頻段。Z-Wave的頻段就那么通用，在很多國家都會(huì)受限制。

再加上Z-Wave模塊成本高于ZigBee、Z-Wave聯(lián)盟的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格，所以Z-Wave在智能家居產(chǎn)品中沒有ZigBee常見，尤其是國內(nèi)。主流品牌的智能家居產(chǎn)品中幾乎沒有使用Z-Wave的，Z-Wave只存在于一些小品牌產(chǎn)品上。

RF433是一種采用433MHz頻段的射頻協(xié)議，穿透力比較強(qiáng)，成本很低，但安全性很低。目前在國內(nèi)智能家居產(chǎn)品中有少量應(yīng)用，比如智能門鈴等。

而6LoWPAN是一個(gè)基于IPv6的新興無線協(xié)議，誕生的初衷是讓所有設(shè)備都能夠接入物聯(lián)網(wǎng)，即使這些設(shè)備的性能和續(xù)航很差。所以6LoWPAN對于設(shè)備續(xù)航和性能的要求很低。走了一個(gè)廉價(jià)、便捷、門檻低的路線。但6LoWPAN協(xié)議在目前還得到市場認(rèn)可。