Zigbee、藍(lán)牙、Wi-Fi，為什么智能家居需要物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)？

智能家居網(wǎng)關(guān)是家庭自動(dòng)化的核心，通過其可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信息采集、信息輸入、信息輸出、集中控制、遠(yuǎn)程控制、聯(lián)動(dòng)控制等功能。也就是說，智能家居網(wǎng)關(guān)是一個(gè)重要的信息中轉(zhuǎn)站，在接收到云端服務(wù)器的指令后，控制其他設(shè)備進(jìn)行相關(guān)操作。從另一個(gè)角度來看，當(dāng)一些智能家電無法單獨(dú)連接到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器時(shí)，智能家居網(wǎng)關(guān)可以充當(dāng)智能家電和云服務(wù)器之間的物聯(lián)網(wǎng)橋梁，幫助智能家居設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)營。

什么是智能家居？

智能家居以住宅單元為基礎(chǔ)，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接家庭中的各種設(shè)備，如音視頻設(shè)備、照明系統(tǒng)、窗簾控制、空調(diào)控制、安防系統(tǒng)、數(shù)字影院系統(tǒng)、音視頻服務(wù)器、視頻柜系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電等，實(shí)現(xiàn)智慧生活環(huán)境。智能家居受到物聯(lián)網(wǎng)的影響。智能家居連接各種家居設(shè)備，提供家電控制、照明控制、電話遠(yuǎn)程控制、室內(nèi)外遠(yuǎn)程控制、防盜報(bào)警、環(huán)境監(jiān)控、暖通空調(diào)控制、紅外轉(zhuǎn)發(fā)、可編程定時(shí)控制等多種功能。

與傳統(tǒng)家居相比，智能家居不僅擁有生活功能，還增加了網(wǎng)絡(luò)通信、家電自動(dòng)化等功能，提供全方位的信息交互，甚至可以為各種能耗節(jié)省成本。

需要智能家居網(wǎng)關(guān)的原因

智能家居的聯(lián)網(wǎng)原理

要了解智能家居為什么需要物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，首先來了解一下智能家居的聯(lián)網(wǎng)原理。目前，智能家居設(shè)備通過兩種物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)和三種連接方式實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。兩種物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)和ZigBee網(wǎng)關(guān)，三種連接方式是藍(lán)牙連接、ZigBee連接和Wi-Fi連接（不需要物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)）。

如果家里可以直接通過WIFI聯(lián)網(wǎng)，為什么還需要物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)呢？由于Wi-Fi連接的硬件設(shè)備特別依賴于無線網(wǎng)絡(luò)，因此家里的無線網(wǎng)絡(luò)必須穩(wěn)定可靠，否則硬件設(shè)備可能會(huì)遇到離線和斷連的情況。如果家里邀請(qǐng)了一些朋友，并且有很多手機(jī)連接到路由器，無線網(wǎng)絡(luò)就會(huì)很容易卡住。此外，如果發(fā)生電信寬帶故障或路由器停電等事故，家中的智能設(shè)備也將變得無用。既然Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)存在缺陷，那么還有另外兩種方式會(huì)是家庭網(wǎng)絡(luò)的更好選擇嗎?

答案是肯定的。Zigbee網(wǎng)關(guān)和藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)已被證明是兩種最流行的智能家居網(wǎng)關(guān)。

從協(xié)議的角度來看

Wi-Fi

Zigbee

采用Zigbee協(xié)議的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)可以大大增加其可承載的設(shè)備數(shù)量。一個(gè)家庭中智能開關(guān)、傳感器和電機(jī)的數(shù)量可能達(dá)到數(shù)十個(gè)，而Zigbee網(wǎng)關(guān)可以輕松處理這些問題。

如果采用Wi-Fi協(xié)議，路由器至少需要有100-200個(gè)設(shè)備的承載能力，面板AP的性能也要相應(yīng)提高。否則，隨著家里連接的智能設(shè)備越來越多，后期使用Wi-Fi硬件設(shè)備會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重卡頓。因此，智能家居需要物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，以降低成本，廣泛應(yīng)用，高可靠性和標(biāo)準(zhǔn)化。

從數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕嵌葋砜?/p>

Wi-Fi在與其他協(xié)議完全不同的路徑上執(zhí)行控制命令。例如，在人體感應(yīng)照明的場景中，傳感器感知到有人在這里，并開始生成數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳到云服務(wù)器，然后云服務(wù)器發(fā)出命令開燈，該命令通過燈、網(wǎng)線傳輸，然后由智能開關(guān)執(zhí)行，燈就會(huì)打開。

如果使用其他協(xié)議，則需要物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，由于網(wǎng)關(guān)具有邊緣計(jì)算能力和邏輯設(shè)計(jì)能力，因此所有數(shù)據(jù)只需通過家中的網(wǎng)關(guān)傳輸即可完成此控制命令。

與手機(jī)看電視不同，可以緩存、加載，智能家居場景必須及時(shí)響應(yīng)。當(dāng)人們經(jīng)過時(shí)，不可能等待傳感器打開燈并處理云中的命令。更重要的是，如果使用Wi-Fi，當(dāng)當(dāng)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)不好時(shí)，情況也可能會(huì)變得更糟。

綜上所述，智能家居網(wǎng)關(guān)實(shí)際上是一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)橋梁，其不僅可以連接到個(gè)人局域網(wǎng)，還可以通過自己的網(wǎng)絡(luò)連接到家里的其他智能設(shè)備。因此，智能家居需要低延遲、高穩(wěn)定的協(xié)議。這就是Zigbee和藍(lán)牙協(xié)議優(yōu)于Wi-Fi協(xié)議的原因，也是智能家居網(wǎng)關(guān)必須使用的原因。

引入Zigbee和藍(lán)牙作為智能家居協(xié)議

Zigbee智能家居中心

ZigBee是一種低速、短距離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。其主要特點(diǎn)包括低速、低功耗、低成本、支持大量網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞?。另外，ZigBee發(fā)布已有十多年了。因此，ZigBee在智能家居領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟，無論是組網(wǎng)能力、連接能力、通信范圍、安全性能、功耗水平等，都經(jīng)過了市場的檢驗(yàn)，并被主流智能家居設(shè)備制造商所接受?；谶@些事實(shí)，ZigBee是目前最流行的智能家居協(xié)議。

藍(lán)牙智能家居中心

藍(lán)牙也是一種有價(jià)值的智能家居協(xié)議，其幾乎與WiFi一樣無處不在。這些智能家居設(shè)備可以使用藍(lán)牙來控制：智能家電、智能照明、智能門鎖、智能插頭、恒溫器、運(yùn)動(dòng)傳感器、接觸傳感器、煙霧報(bào)警器、空氣質(zhì)量傳感器、智能百葉窗等等。其中，藍(lán)牙Mesh照明控制在住宅和商業(yè)樓宇自動(dòng)化中的影響力越來越大。

根據(jù)Bluetooth SIG 2022市場更新，2022年藍(lán)牙設(shè)備出貨量約為50億。如此巨大的體量攤銷了藍(lán)牙協(xié)議和藍(lán)牙芯片的軟硬件成本，，使得藍(lán)牙模塊的平均成本只有其他協(xié)議的一半甚至更低，可以大大降低藍(lán)牙智能家居設(shè)備的價(jià)格和成本。因此，雖然早期的藍(lán)牙技術(shù)并沒有面向智能家居領(lǐng)域，但隨著近年來藍(lán)牙技術(shù)在智能家居領(lǐng)域的快速適應(yīng)，藍(lán)牙后來居上的潛力很大。

Zigbee與藍(lán)牙Mesh作為智能家居協(xié)議

藍(lán)牙和Zigbee是兩種最流行的個(gè)人局域網(wǎng)技術(shù)，并且都支持Mesh網(wǎng)絡(luò)。Zigbee基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，而藍(lán)牙Mesh是SIG開發(fā)發(fā)布的基于BLE的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

藍(lán)牙Mesh作為智能家居協(xié)議的優(yōu)勢

大量的消費(fèi)電子產(chǎn)品，特別是手機(jī)，都集成了藍(lán)牙模塊，如耳機(jī)、音箱、手環(huán)、智能手表、藍(lán)牙血糖儀、藍(lán)牙燈泡等，都帶有藍(lán)牙模塊，因此藍(lán)牙可以提供更廣泛的品牌之間的互操作性。這就是藍(lán)牙的獨(dú)特之處，也是ZigBee無法比擬的優(yōu)勢。這意味著藍(lán)牙Mesh網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)智能家居設(shè)備都可以相互連接。換言之，網(wǎng)絡(luò)中的智能設(shè)備可以直接發(fā)送命令來控制或連接另一個(gè)智能設(shè)備，這更接近于理想的“物聯(lián)網(wǎng)”。

藍(lán)牙Mesh中有兩種設(shè)備特征：一種是Friend，另一種是Low power node。這些特性可以保證節(jié)點(diǎn)的低功耗性能。藍(lán)牙Mesh協(xié)議的功耗低于ZigBee。

藍(lán)牙Mesh的通信速度最高可達(dá)2Mbps，而Zigbee基于802.15.4，將數(shù)據(jù)速率限制在最高250Kbps。因此，與Zigbee相比，藍(lán)牙Mesh具有更快的數(shù)據(jù)速率。

Zigbee Mesh作為智能家居協(xié)議的優(yōu)勢

通常，Zigbee Mesh從睡眠狀態(tài)切換到工作狀態(tài)只需要15ms，節(jié)點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)只需要30ms。目前，ZigBee Mesh仍然是需要快速響應(yīng)的智能家居設(shè)備的首選解決方案。當(dāng)然，隨著藍(lán)牙Mesh的發(fā)展，藍(lán)牙Mesh的響應(yīng)速度也在不斷提高。

ZigBee Mesh的穿透性比藍(lán)牙Mesh更強(qiáng)，并且在設(shè)備較少時(shí)效果也更好。然而，當(dāng)藍(lán)牙Mesh大面積部署時(shí)，可以彌補(bǔ)穿透性能的弱點(diǎn)。

ZigBee Mesh早期是為工業(yè)生產(chǎn)的，因此抗干擾能力比藍(lán)牙Mesh強(qiáng)得多。對(duì)于干擾較大的環(huán)境，ZigBee更適合部署。

綜上所述，通過以上的對(duì)比，可以看出ZigBee Mesh和藍(lán)牙Mesh都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，但作為后起之秀，藍(lán)牙Mesh的普及速度要比ZigBee Mesh快得多。當(dāng)智能家居設(shè)備想要走進(jìn)千家萬戶時(shí)，用戶體驗(yàn)和成本是兩個(gè)最重要的因素。當(dāng)?shù)统杀舅{(lán)牙Mesh用戶體驗(yàn)接近或超越ZigBee Mesh時(shí)，藍(lán)牙Mesh最終將取代ZigBee Mesh成為智能家居協(xié)議的首選，而ZigBee將會(huì)更多地應(yīng)用于一些特殊領(lǐng)域和場景。

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