
Zigbee是基于IEEE802154标准的低功耗个域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。是一种便宜的,低功耗的近距离无线组网通讯技术。Zigbee使用频段为24G,868MHz以及915MHz。在不使用功率放大器的前提下,Zigbee的有效传输范围为10-75m。
Z-Wave是基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术,由丹麦公司Zensys所一手主导的无线组网规格。工作频带为90842MHz(美国)~86842MHz(欧洲),采用FSK(BFSK/GFSK)调制方式,数据传输速率为96 kbps,适合于窄宽带应用场合。ZigBee是低速的,低功耗无线控制协议,特色是可以自动组成网络,网络的每个节点可以借力传输数据,网络中需要一个集中节点来管理整个网络,也就意味着ZigBee网络中必须有一个类似路由器的角色,完成ZigBee协议到互联网协议的转换,这个额外的家伙就是hue的Starter包里面的那个Bridge的东西,它本身没有额外的用处,但是可以将其他的灯整合为一个网络,并连接到互联网上。
坏处就是增加了成本,增加了安装的复杂度,而且不能被我们的手机直接连接,必须要转接,好处则是通过Bridge可以让ZigBee灯连接到互联网上,从而具备了更多的远程访问能力(也意味着风险),hue就是基于这种技术的产品,每个子网大约支持50个节点。
ZigBee产品通常功耗较低,成本也相对于Wi-Fi产品低一些,与低功耗蓝牙产品相仿。物联网传感器在布局的时候,会产生规模巨大、短距离传输需求高的现象,而且是必须解决的问题。如果采用移动网络(GPRS/cdma)会产生大量运营费用。
而Zigbee就是解决这个问题短距离传输传感器数据的一个技术。
但是,经过我几年来的实际工程案例来看,Zigbee通讯业也有其不可忽视的问题,如稳定性差、距离太短、容易被干扰等。后来,我们是采用了自主研发的通讯技术,才得以解决上述问题。这是后话了。目前,在全球范围内,“无线取代有线”已经成为不可逆转的趋势,在家庭物联网领域这种趋向更加明显。可以说,家庭自动化也就是通常所说的“智慧家居”已经 成了先进无线技术的竞技场,不同企业采用了不同的技术解决方案,使用效果也千差万别。对于当前智慧家居产业最流行的无线技术,WiFi与 ZigBee有何优缺点?
一 先来谈一下WiFi,这种无线技术的优势是技术研发门槛低,产品成本低。由于技术开发难度小,很多初创企业均以WiFi为基础开发智慧家居产品,但 其缺点也非常明显。首先,WiFi最大的问题是安全性非常低,产品的无线稳定性也比较差,用户体验度不好。很难想像,假如你的邻居可以轻松 获知你家所有讯息,可以知道你家是否有人、是否睡觉甚至连你正在看什么影片他都瞭如指掌,你又如何能够安然入睡?其次,WiFi的功耗高也是其很大的弱点,这也导致其在智慧家居领域的应用有限。
(1)由于其功耗较高,WiFi将不能用在诸如智慧门锁、红外转发控制 器、各种感应器等产品内,而智慧门锁是智慧家庭不可或缺的产品之一。而温湿度感应器、光照感应器、烟雾探测器等各类感应器也是智慧家居系统必不可少的部 分。
(2)WiFi组网能力低,扩展空间受限制。目前,WiFi网络的实际规模一般不超过16个设备,而普通家庭内开关、电灯、家电的数量已经远远超过16个了,显然基于WiFi技术的智慧家居系统可以连接的设备数量非常有限,未来发展空间受限。
相对于WiFi技术,ZigBee技术的优势却非常明显。ZigBee技术在工业领域内积累了非常多的宝贵经验,众所周知,工业领域的要求通常要远 高于民用领域,而ZigBee技术正是诞生在应用环境复杂的工业场所并得到了全球各地市场长时间的检验。这里谈一下ZigBee技术的几大优势:
(1)安全性高。ZigBee技术的安全性源于其系统性的设计,至今为止,ZigBee技术在全球还没有发生一起破解先例,而WiFi、蓝牙、Z-Wave等无线技术的安全事故却频发。由此可见,其在近距离无线通信领域内的安全地位。
(2)功耗低。ZigBee技术采用了极低功耗设计,理论上一节电池可以使用10年以上,实际应用中一节电池可以使用2年左右,这种低功耗技术让其在智慧家居领域应用广泛,包括在智慧门锁、红外转发器、温湿度等各类感应器的应用中游刃有余。
(3)组网能力强。理论上,一个ZigBee闸道器可以连接65000多个设备,目前在实际应用中已经可以组成超过100种设备的稳定网络,这样的网络规模已经远超WiFi、Z-Wave、蓝牙等技术,在可预见的将来也足以满足智慧家庭的需求。
当然,ZigBee的缺点也很明显,主要是产品开发难度大,开发周期长,产品成本高,一般的初创企业很难承受开发风险,这也是ZigBee技术目前在全球也只有少数几家企业掌握的重要原因。
目前,更多的专家认为WiFi做一些类似智慧单品这样的演示产品还可以,但做家庭长期使用的安全、可靠的产品,显然不是WiFi能够支撑的。长期看,ZigBee技术将更具优势和应用前景。
物联网的关键技术
1、RFID技术
是物联网中“让物品开口说话”的关键技术,物联网中RFID标签上存着规范而具有互通性的信息,通过无线数据通信网络把他们自动采集到中央信息系统中实现物品的识别。
2、传感器技术
在物联网中传感器主要负责接收物品“讲话”的内容。传感器技术是从自然信源获取信息并对获取的信息进行处理、变换、识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术,它涉及传感器、信息处理和识别的规划设计、开发、制造、测试、应用及评价改进活动等内容。
3、无线网络技术
物联网中物品要与人无障碍地交流,必然离不开高速、可进行大批量数据传输的无线网络。无线网络既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络,也包括近距离的蓝牙技术、红外技术和Zigbee技术。
4、人工智能技术
人工智能是研究是计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为(如学习、推理、思考和规划等)的技术。在物联网中人工智能技术主要将物品“讲话”的内容进行分析,从而实现计算机自动处理。
5、云计算技术
物联网的发展理离不开云计算技术的支持。物联网中的终端的计算和存储能力有限,云计算平台可以作为物联网的大脑,以实现对海量数据的存储和计算。
IEEE组织早在2003年就开始制定IEEE802154标准并发布,2006年进行标准更新,最新针对智能电网应用制定了IEEE802154g标准,针对工业控制应用制定了IEEE802154e标准。IEEE802154系列标准属于物理层和MAC层标准,由于IEEE组织在无线领域的影响力,以及TI、ST、Ember、Freescale、NXP等著名芯片厂商的推动,该标准已经成为无线传感器网络领域的事实标准,符合该标准的芯片已经在各个行业得到广泛应用。
ZigBee联盟对ZigBee标准的制定:IEEE802154的物理层、MAC层及数据链路层,标准已在2003年5月发布。ZigBee网络层、加密层及应用描述层的制定也取得了较大的进展。V10版本已经发布。其他应用领域及其相关的设备描述也会陆续发布。由于ZigBee不仅只是802154的代名词,而且IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议,因此ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了标准化。完全协议用于一次可直接连接到一个设备的基本节点的4K字节或者作为Hub或路由器的协调器的32K字节。每个协调器可连接多达255个节点,而几个协调器则可形成一个网络,对路由传输的数目则没有限制。ZigBee联盟还开发了安全层,以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识,而且这种利用网络的远距离传输不会被其它节点获得。
2001年8月,ZigBee Alliance成立 。
2004年,ZigBee V10诞生。它是zigbee的第一个规范但由于推出仓促,存在一些错误。
2006年,推出ZigBee 2006,比较完善;
2007年底,ZigBee PRO推出;
2009年3月,zigbee RF4CE推出,具备更强的灵活性和远程控制能力;
2009年开始,zigbee采用了IETF的IPv6 6Lowpan标准 作为新一代智能电网Smart Energy(SEP 20)的标准,致力于形成全球统一的易于与互联网集成的网络,实现端到端的网络通信。随着美国及全球智能电网的大规模建设和应用,物联网感知层技术标准 将逐渐由zigbee技术向IPv6 6Lowpan标准过渡。
物联网技术用于楼宇节能主要体现在照明及暖通系统的统一管理,基于EMN的物联网产品可以实现楼宇内温湿度、空气质量、能耗数据的数据采集,以及用水区域的漏水监测,EMN混合逻辑可以基于传感器主动调整实现有人、无人及节假日等不同条件下的照明及暖通工作状态从而实现楼宇节能并保障办公环境安全,舒适。
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