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无线智能家居成未来主流ZigBee技术受关注
2015/4/1 10:54:00      来源:《中国安防》    作者:吴振荣
    上世纪80年代初,美国首先提出了家庭自动化的概念,随后推出了相应的产品,如照明开关、遥控器、保全系统、电视机控制介面、电脑控制介面、电话反应器(TelephoneResponder)等,这就是传统的有线方式智能家居。

  上世纪80年代初,美国首先提出了家庭自动化的概念,随后推出了相应的产品,如照明开关、遥控器、保全系统、电视机控制介面、电脑控制介面、电话反应器(TelephoneResponder)等,这就是传统的有线方式智能家居。后来随着技术的发展,到本世纪初,一些无线技术相继被应用到智能家居中,比如315M/433M无线射频技术、蓝牙、WIFI等,尽管这些无线技术的应用很大程度上扩展了智能家居的应用范围,但限于这些技术的先天缺陷并没有从深度和广度上推进智能家居的普及。随着新技术特别是ZIGBEE标准的不断成熟,人们将注意力转移到了物联网型智能家居概念上。
  一、智能家居的传输方式
  目前家居信息化、智能化已是大势所趋,但家居环境智能化程度的高低则与是否采用家居布线以及采用什么样的家居布线有着密不可分的联系。以下介绍几种布线传输方式。
  1.有线方式
  目前进口品牌多采用总线型技术,这些总线方式需要把所有所控设备的所有回路(比如照明回路、电动窗帘回路等)集中回到控制柜,然后从控制柜用一根4芯双绞线把所有控制器连接起来,达到智能控制效果。这种控制方式如果遇到问题排查起来相当困难,比如一个控制器出了问题,那么意味着房间的整个系统全部瘫痪。虽然总线的控制方式稳定,但是总线方式缺点也非常突出,布线繁杂、工作量大、成本高、维护困难、不易组网等,如项目是清水房交房,业主在二次装修中改变线路,整个智能化系统都将无法使用,并且这种系统需要专业的工程师做售后服务,一旦服务做得不好会带来很大的麻烦,同时业主在功能拓展方面也不方便,需要重新开槽布管布线,因此楼盘性项目使用总线型智能家居存在着很多不利因素。
  2.无线方式
  随着通信技术的快速发展,短距离无线通信技术已经成为通信技术中的一大热点。各种网络终端的出现、工业控制的自动化和家庭智能化都迫切需要更贴合实际应用的无线布线传输方式。目前几种可用于智能家居的无线方式有:
  蓝牙,这是一种支持设备短距离通信(一般10m内)的无线电技术,能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。但这种技术通讯距离太短,同时属于点对点通讯方式,对于智能家居的要求来说不太适用。
  WIFI,中文译为“无线相容认证”,它是一种短程无线传输技术,能够在数百米范围内支持互联网接入的无线电信号。它的最大特点就是方便人们随时随地接入互联网,但对于智能家居应用来说缺点却很明显,比如功耗高、组网专业性强。高功耗对于随时随地部署低功耗传感器是非常致命的缺陷,所以wifi虽然非常普及,但在智能家居的应用中只是起到辅助补充的作用。
  315M/433M/868M/915M,这些无线射频技术广泛运用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF等场所,也有厂商将其引入智能家居系统,但由于其抗干扰能力弱、组网不便、可靠性一般,在智能家居中的应用效果差强人意,业主在使用后评价普遍不好,相信最终会退出中国智能家居的舞台。
  基于目前这种情况,更先进的ZigBee技术进入了智能家居创业者们的视野,天诚智能集团旗下的成都百微电子公司也成为国内第一批研发并在智能家居中使用ZigBee技术的公司。
  3.ZigBee技术
  Zigbee是一种新兴的近程、低速率、低功耗的无线网络技术,主要用于近距离无线连接。Zigbee的基础是IEEE802.15,但IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议,因此Zigbee联盟扩展了IEEE,对其网络层协议和API进行了标准化。
  ZigBee可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)和915MHz(美国流行)3个频段上,分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率,它的传输距离在10-75m的范围内,但可以继续增加。其具体特点主要表现有:
  (1)低功耗:由于ZigBee的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式,因此ZigBee设备非常省电。据估算,ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间,这是其它无线设备望尘莫及的。
  (2)成本低:ZigBee模块的初始成本在6美元左右,估计很快就能降到1.5—2.5美元,并且ZigBee协议是免专利费的。低成本对于ZigBee也是一个关键的因素。
  (3)时延短:通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短,典型的搜索设备时延30ms,休眠激活的时延是15ms,活动设备信道接入的时延为15ms。因此ZigBee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。
  (4)网络容量大:一个星型结构的Zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备,一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络,而且网络组成灵活。
  (5)可靠:采取了碰撞避免策略,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式,每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息,如果传输过程中出现问题可以进行重发。
  (6)安全:ZigBee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证,采用了AES-128的加密算法,各个应用可以灵活确定其安全属性。
  基于这些优势,ZigBee技术的应用十分广泛,现阶段以商业大楼自动化,家庭自动化控制(新建安装)与仪表控制为重点。商业大楼可以利用ZigBee完成自动控制,管理员可以有效地管理空调、灯光、火灾感应系统等各项开关控制系统,可以达到减少能源费用、降低管理人力等节约目的。对消费者来说,若家中具有ZigBee系统,可方便的监控家中的整体运作,有效掌握电力、自来水、瓦斯的使用状况之外,亦可以具有安全功能,例如可以在家中安装无线传感器来监控各种不同情况,一旦侦查到异状即可自动发出警告。目前随着物联网的兴起,这给ZigBee带来广阔的市场空间。

  二、智能化安防——用户接受智能家居最初始的元素
  天诚在弱电线缆行业多年总结发现传统安防产品难以进入千家万户的主要原因有以下几个方面:
  一是以总线布线型安防为主,每只探测器都需要铺设单独的报警信号线到安防主机,不便于维护及扩展;二是传统智能家居安防产品安装调试复杂,用户无法自己安装调试,必须由专业的安装调试人员上门服务;三是报警信息上报无法数字化,不能准确上报报警信息;四是安防系统单独运行,无法与其他紧急处理设备联动。
  目前天诚ZigBee智能家居利用其优势已经突破传统智能家居仅在个体家庭中使用的限制,以其独特的优势在楼盘项目中大量使用。天诚智能家居安防系统采用zigbee自组网技术,全部安防设备采用即插即拔方式安装,方便用户使用;组网简单化操作无需专业技术人员,轻松一键实现布、撤防管理,防区信息记录在网关内便于今后查阅;发生警情时通过对用户房型图导入功能,用户可直接在手机或PAD上查看到准确的报警信息位置并作出及时处理;遇到紧急事件,系统自动识别后做紧急安全处理,避免人生财产遭受损失。其低成本、先进性、高稳定性、扩展性强等优势受到越来越多用户的青睐。

  结语
  作为新兴的短距离无线通信技术,zigbee技术低功耗、抗干扰、高可靠、易组网、易扩容、易维护以及便于快速大规模部署等特点顺应了物联网发展的要求和趋势。从技术的角度看,物联网和ZigBee技术在智能家居、健康保健、工农业监测等方面的应用有着很大的融合性,而相对其他无线技术而言,ZigBee在投资、建设、维护、标准化(国际HA标准)等方面的优势,其必将在物联网型智能家居领域获得更广泛的应用。


编辑:侯雨婷
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