萬物互聯(lián)時(shí)代下的智能家居應(yīng)用了哪些無線技術(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(jiǎn)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?！目前?G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。

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(duì)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。

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(duì)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。

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(zhǎng)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(duì)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(duì)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(duì)連接時(shí)長(zhǎng)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。

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(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(guó)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(guó)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(guó)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(duì)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(chǎng)認(rèn)可。