隨著經(jīng)濟高速的發(fā)展，社會不斷的進步，對智能家居的需求也日益強烈。同時，節(jié)能和環(huán)保已是大勢所趨，采用新型節(jié)能LED光源、節(jié)能電器以及如何通過控制的方式來達到節(jié)能的目的，已被人們廣泛接受。目前，有線的照明控制系統(tǒng)，不但布線麻煩，系統(tǒng)的可擴展性也較差——倘若需要增加設備時需要重新布線，系統(tǒng)的安裝調(diào)試成本比較高。如此一來，無線通信技術對智能家居系統(tǒng)已成為了理想的選擇。近年來，近距離無線通信技術獲得了迅猛的發(fā)展，包括紅外、藍牙(Blue-tooth)、Zigbee、Insteon、WiFi等技術。它們都有各自的標準、特點和相應的應用領域。本文將簡單介紹無線系統(tǒng)在智能家居行業(yè)的應用對比：

   ① ZigBee

    市場上應用比較多的無線技術還有ZigBee，ZigBee技術是一組基于IEEE802.15.4無線標準研制開發(fā)的涉及到組網(wǎng)、安全和應用軟件方面的通信技術，它是短距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線網(wǎng)絡技術，它使用的頻段是全球通用的2.4GHZ(同時也定義了868HZ/915HZ兩個頻段)。ZeeBee技術有如下優(yōu)點：


    · 數(shù)據(jù)傳輸速率低：只有10～250kbps的帶寬，因而它專注于低速數(shù)據(jù)傳輸方面應用;

    · 功耗低，成本低：由于工作周期很短，并且在應用中采用了休眠模式，那么收發(fā)信息功耗較低。ZigBee數(shù)據(jù)傳輸速率低、協(xié)議簡單，這大大降低了成本;

    · 網(wǎng)絡容量大：ZigBee支持星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡結構，一個基于ZigBee的網(wǎng)絡可以容納最多254個從設備和1個主設備，一個區(qū)域內(nèi)可以同時存在最多100個ZigBee網(wǎng)絡;

    · 遲延短：通常的遲延都在15～30ms之間，因此在對實時性要求高的自動控制領域，ZigBee有著很好的應用和推廣的價值;

    · 保密性好：ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權功能，加密算法采用通用的AES-128，長達128位的密碼給ZIGBEE信號傳輸?shù)谋Ｃ苄蕴峁┝吮Ｕ稀?br />
    · 有效范圍?。篫igBee的通信有效覆蓋范圍在10～75m之間，基本上能夠覆蓋普通的家庭或者辦公室環(huán)境，其具體的通信范圍受實際發(fā)射功率的大小和各種不同應用模式的影響。

    ·抗干擾力強：Zigbee收發(fā)模塊使用的是2.4G直序擴頻技術，比起一般FSK，ASK和跳頻的數(shù)傳電臺來，具有更好的抗干擾能力。

    ·可擴展性強：ZIGBEE組網(wǎng)容易，自恢復能力強，因此，便于在設備進行擴展，增加新設備。

    ZigBee建立在IEEE802.15.4標準之上，并確定了可以在不同制造商之間共用的應用協(xié)議，是一種低成本的無線傳感器網(wǎng)絡技術，依據(jù)這個標準，可在眾多的傳感器節(jié)點之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信。ZigBee主要應用在距離短、功耗低且傳輸速率要求不高的各種電子設備之間的通信，因而它的主用應用目標是：工業(yè)控制、醫(yī)護、智能家居控制(燈關、水電氣計量及報警)、消費類電子設備的遙控裝置、PC外設的無線連接等領域。

    基于ZigBee技術有著這樣良好的適應性，目前在智能家居行業(yè)得到了比較多的應用。比如說，目前市場上control4系統(tǒng)，其在如火如荼的物聯(lián)網(wǎng)技術中也有廣泛的應用，筆者認為，基于智能家居的需求和ZigBee技術具有的特點，決定了ZigBee技術是實現(xiàn)無線智能家居系統(tǒng)的比較好的解決方案。

   ② WiFi

    WiFi，這種無線技術的優(yōu)勢是技術研發(fā)門檻低，產(chǎn)品成本低。由于技術開發(fā)難度小，很多初創(chuàng)企業(yè)均以WiFi為基礎開發(fā)智慧家居產(chǎn)品，但 其缺點也非常明顯。首先，WiFi最大的問題是安全性非常低，產(chǎn)品的無線穩(wěn)定性也比較差，用戶體驗度不好。最近外媒相繼報導了美國貝爾金等公司的智慧家居 產(chǎn)品被駭客輕松攻破，央視近日也報導了美國駭客展示了如何使用無人遙控飛機輕松獲取開啟WiFi功能手機用戶的所有訊息。很難想像，假如你的鄰居可以輕松 獲知你家所有訊息，可以知道你家是否有人、是否睡覺甚至連你正在看什么影片他都瞭如指掌。


    其次，WiFi的功耗高也是其很大的弱點，這也導致其在智慧家居領域的應用有限。由于其功耗較高，WiFi將不能用在諸如智慧門鎖、紅外轉(zhuǎn)發(fā)控制 器、各種感應器等產(chǎn)品內(nèi)，而智慧門鎖是智慧家庭不可或缺的產(chǎn)品之一。而溫濕度感應器、光照感應器、煙霧探測器等各類感應器也是智慧家居系統(tǒng)必不可少的部 分。

    再次，WiFi組網(wǎng)能力低，擴展空間受限制。目前，WiFi網(wǎng)絡的實際規(guī)模一般不超過16個設備，而普通家庭內(nèi)開關、電燈、家電的數(shù)量已經(jīng)遠遠超過16個了，顯然基于WiFi技術的智慧家居系統(tǒng)可以連接的設備數(shù)量非常有限，未來發(fā)展空間受限。


   ③ 315MHZ

    根據(jù)國際上所采用的通用技術種類將無線傳感器網(wǎng)絡劃分為無線廣域網(wǎng)(WWAN)、無線城域網(wǎng)(WMAN)、無線局域網(wǎng)(WLAN)、無線個域網(wǎng)(WPAN)、低速率無線個域網(wǎng)(LR-WPAN)。目前在智能家居系統(tǒng)中主要應用的是低速率無線個域網(wǎng)，包括ZigBee、Insteon、Z-wave、HomePlug等技術。同時在無線通信中應用的無線電波作為電磁頻譜上的一部分，絕大多數(shù)的無線頻率都在加以分配之后進行應用，有許多頻率處于特別許可的頻段，比如作為軍事或者其它用途;而某些行業(yè)內(nèi)的公司，需繳付相應的費用來獲取使用某些頻率的許可，對于一個特定的國家或者地區(qū)，這些許可常常也是特定的。然而有一些頻段是可以不經(jīng)許可、自由使用的，包括工業(yè)、科學或醫(yī)療(ISM)頻段。對使用者的要求是，他們需要遵循某些管制的規(guī)定，例如限制發(fā)送功率等。目前，在全球范圍內(nèi)通用的頻率是2.4GHZ，1GHZ以下的頻率根據(jù)各個國家的規(guī)定而有所不同，在美國和亞洲地區(qū)通用使用的頻率是315MHZ。


    對于315M HZ頻率的無線智能家居系統(tǒng)，目前在國內(nèi)已經(jīng)有了比較廣泛的應用，以Honeywell的Momas HRIS-1000產(chǎn)品為例，這套系統(tǒng)避免了大量的布線，同時又可以輕松地實現(xiàn)燈光、窗簾的控制，以及對空調(diào)地暖等設備的控制，并具防盜報警和場景控制、遠程控制等功能。在系統(tǒng)的整個架構中，可以看出應用到的無線技術包括WI-FI, 無線紅外技術(通過紅外學習模塊實現(xiàn)需要的功能)，315MHZ無線射頻技術。

    簡單分析一下所應用的技術。無線紅外技術是一種利用紅外線進行點對點短距離通信技術，主要特點是：利用紅外傳輸數(shù)據(jù)，無須專門申請?zhí)囟l段的使用執(zhí)照;具有設備體積小、功率低的特點;由于采用點到點的連接，數(shù)據(jù)傳輸所受到的干擾較小，數(shù)據(jù)傳輸速率高，速率可達到16Mbps。但紅外技術缺陷主要有：

    · 受視距影響，其傳輸距離短;

    · 要求通信設備的位置固定;

    · 其點對點的傳輸連接，無法靈活的組成網(wǎng)絡等。

    不過，這些缺點并沒有給無線紅外的應用帶來致命的障礙，比如說在影音系統(tǒng)中得到廣泛的應用，適合的就是最好的。

    315MHZ的無線射頻技術也是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線通信技術。這種技術的優(yōu)點是部分產(chǎn)品無需重新布線，利用點對點的射頻技術，實現(xiàn)對家電和燈光的控制，成本適中。這種技術對于已經(jīng)裝修好的用戶非常適用，無須預先布線，不會破壞原有家居的美觀，使用了基于無線射頻技術的設備，可以將家里所有的電器串成一個網(wǎng)絡，在這個網(wǎng)絡中，住戶可以隨意遙控，對每個電器都能進行控制，體現(xiàn)智能化。系統(tǒng)中使用的WiFi技術是目前最普及，應用最廣泛的無線標準，在HRIS-1000系統(tǒng)中的應用主要是指可以通過手持設備，ipad等對系統(tǒng)進行相關的配置和控制，實現(xiàn)所需要的功能。

    系統(tǒng)中三種無線技術的相互應用，很好地實現(xiàn)了智能家居的控制，例如系統(tǒng)中紅外發(fā)射設備是通過無線射頻的方式和主機進行通信的，再通過發(fā)射紅外線去控制相應的設備，這樣此設備就可以根據(jù)需要放在適合的地方，提供電源即可?？梢杂肐PAD通過WiFi對系統(tǒng)進行配置，也可以通過其客戶端對系統(tǒng)進行控制，應用非常靈活，給客戶使用帶來了很多的便利性。

    無線射頻信號可以穿墻越壁，不受任何外物遮擋。系統(tǒng)在開發(fā)環(huán)境中覆蓋范圍可達100m，同時耗電量低，覆蓋面廣，任何角落，均可操作。以一所180m2的住宅為例，室內(nèi)長30米，以100m的覆蓋范圍計算，用戶無論走到哪里，各個開關都可以接收遙控器的指令。每個遙控器，開關或調(diào)光開關都裝有無線射頻發(fā)送器或接收器，因此遙控器可直接向各開關發(fā)出指令，控制預設的燈光組合，而不需要敷設任何通信線纜。但是室內(nèi)30m的遙控距離已經(jīng)是無線射頻技術的極限了(隨著穿越不同的介質(zhì)，信號衰減的幅度有所不同)，同時，如果超過這個距離，無線信號易受同頻干擾，這也是無線射頻技術最大的一個缺陷。影響無線傳輸距離的因素包括設備的靈敏度、發(fā)射功率、天線，以及使用環(huán)境等等因素。如果希望提高傳輸?shù)木嚯x，可以從這幾個方面著手考慮相應的解決方案。按照理論上的計算，發(fā)射功率每增加6dB，傳輸?shù)木嚯x可以增加一倍;發(fā)射的頻率增加一倍，則傳輸距離減少一半，例如433MHZ的傳輸距離約是868MHZ的兩倍。目前，很多廠家均可以提供相關的專業(yè)設備來測試信號的強度，以滿足現(xiàn)場調(diào)試的需要。

    ④ 紅外線技術

    紅外線會議系統(tǒng)當前被認為是較有發(fā)展前途的新型會議系統(tǒng)。紅外通訊技術的特點：

    1.它是目前在世界范圍內(nèi)被廣泛使用的一種無線連接技術，被眾多的硬件和軟件平臺所支持；

    2.通過數(shù)據(jù)電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉(zhuǎn)換實現(xiàn)無線的數(shù)據(jù)收發(fā)。

    3.主要是用來取代點對點的線纜連接；

    4.具有不能穿透障礙物的特性，有效保障了會議信息的安全與保密；

    5.安裝方便快捷，成本低；


    注意一下紅外線技術的一些局限性。在進行系統(tǒng)安裝時， 設備距離紅外信號收發(fā)器的距離通常比較短，大都在10米內(nèi)，且應遠離其它紅外光源（如日光燈，等離子屏等），以避免干擾。

   ⑤ Insteon


    Insteon是一種復雜度低、功耗低、數(shù)據(jù)傳輸速率低、成本低的雙向混合通信技術，具有即時響應、易安裝、易使用、經(jīng)濟可靠和與X10兼容的特點，Insteon網(wǎng)絡工作在131.65kHz的電力線和904MHz的ISM頻段上。家庭網(wǎng)絡中單獨使用電力線或ISM頻段都存在很多問題。單獨使用無線通信時，無線設備要受到其它設備的干擾且無線信號在家庭環(huán)境中有很強的多徑效應。使用電力線存在相位橋接和有嚴重電流噪聲。為了解決這些問題，Insteon通過電力線和無線構成的雙線網(wǎng)狀網(wǎng)絡，改善了單一介質(zhì)傳輸中的問題，提高了網(wǎng)絡的可靠性。

   ⑥ Z-Wave

    Z-Wave是Z-Wave聯(lián)盟推出的一種基于射頻的、低成本、低功耗、適用于無線傳感器網(wǎng)絡的高可靠性的無線通信技術。其工作頻段為908MHz ISM頻帶，其著力于窄帶寬應用?；赯-Wave的網(wǎng)絡是一個對等式網(wǎng)絡，網(wǎng)絡沒有中心結構，節(jié)點之間的地位是平等的。網(wǎng)絡中的節(jié)點可以隨時加入和離開網(wǎng)絡，而且任意節(jié)點的故障都不會影響整個網(wǎng)絡的運行，具有很強的抗毀性。由于Z-Wave結構簡單、成本低、功耗低、可靠性高、安全性高和其網(wǎng)絡易管理等特征，Z-Wave在家庭自動化領域的市場中極易搶占到一席之地。


    從以上各種技術特點可以看出，目前并沒有一種技術可以說是完美無缺的，但是多種無線技術在一個系統(tǒng)中相互運用，以及無線系統(tǒng)和有線系統(tǒng)的相互結合，就可以揚長避短，能更好地適應市場的需要。目前在市場流行的絕大部分有線智能家居系統(tǒng)中均有無線運用的接口，使得系統(tǒng)的擴展性更好，包括通過紅外的方式，無線射頻的方式等。無線系統(tǒng)在工程施工中免去了布線的麻煩，對于二次改造項目來說是個非常好的選擇。同時也方便了系統(tǒng)調(diào)試，以及后續(xù)的系統(tǒng)維護問題。在各種無線技術的應用中，如果能很好地結合了并很好地體現(xiàn)出現(xiàn)在節(jié)能環(huán)保的理念，開發(fā)出各種應用，必將獲得市場的認可。目前在市場流行的EnOcean技術是比較典型的例子。

   ⑦ EnOcean

    EnOcean技術用微型能量轉(zhuǎn)換器來替代電池供電：線性運動轉(zhuǎn)換器、太陽電池板和熱能溫差轉(zhuǎn)換器，這些子獲能方式可以支持不同環(huán)境中的無線操作，EnOcean無線信號采用868MHZ和315MHZ頻段，適合在全球范圍內(nèi)大多數(shù)國家的應用。電信號的傳輸速率為125kb/s，傳輸占空比僅為1毫秒。另外，為了避免無線信號傳輸沖突，一個電信號在30毫秒的傳輸區(qū)間內(nèi)，對數(shù)據(jù)信息隨機重復發(fā)射三次，這三次信號讓無線器件在空氣中發(fā)生沖突的可能性降到極小，而這個技術也是其他無線技術無法比較的。


    EnOcean無線、無電池傳感器的感應范圍是戶外300米，室內(nèi)可達到30米。每個EnOcean模塊都有唯一的32位的識別地址，可排除與其他無線設備重疊的可能性。自供能無線技術的使用，讓不同領域的企業(yè)在實現(xiàn)相同功能的情況下，節(jié)省多達40%的能量和運營成本。

    EnOcean技術目前在應用中有獨立應用案例，也有和有線系統(tǒng)結合運用案例，比如EIB/KNX,LON技術等，通過和有線系統(tǒng)的完美結合，是EnOcean技術更加如虎添翼。假如50～60層的高層大廈的管理系統(tǒng)有時會使用上千個傳感器單元，如果傳感器單元以電池為驅(qū)動，電池的更換和管理將成為巨大的負擔，令大廈管理公司無所適從，而用EnOcean技術則可以解決這一問題。和ZigBee技術比較起來，它不用電池供電，且無線信號所需的電力是ZigBee的1/30～1/100。

    EnOcean技術未來將在無線智能家居系統(tǒng)中占有重要的地位，目前已經(jīng)有很多公司正基于該技術開發(fā)出造福人類的綠色低碳的高科技產(chǎn)品。目前，全球的經(jīng)濟形勢不樂觀，新建建筑的數(shù)量可能在不斷減少，但對于大樓必要的改造和裝修，即使是在危機中也是要完成的，此時選擇無線系統(tǒng)的集成方案將是一個不錯的選擇，它可以避免敲墻鑿壁，也避免考慮如何走線，放什么規(guī)格的線等等問題，同時也使以后的維護變得更加方便。我們有理由相信無線系統(tǒng)集成技術將使我們的生活越來越方便，越來越豐富多彩。

    ⑧ 藍牙技術Bluetooth


    大家對藍牙技術的熟知，恐怕要屬手機上的藍牙功能了。其功耗以及成本都介于WiFi與Zigbee兩者之間，但傳輸距離最短，屬一種點對點、短距離的通訊方式，因在移動設備或較短距離間傳輸，故藍牙產(chǎn)品會提供一些較為私人化的使用體驗，例如藍牙耳機、藍牙喇叭、智能秤等，由于其傳輸距離較短，所以并不適合組建龐大的家庭網(wǎng)絡。