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无线智能家居
相关智能家居、Z-WAWE、ZIGBEE
材料整理者:
马鑫李普
Z-Wave属于新兴的智能家居技术,在欧美已经非常成熟,但中国现在对于这项技术还是一个空白,相信中国马上就会出现这一新兴科技。
Z-Wave是由丹麦公司Zensys所一手主导的无线组网规格,Z-wave联盟(Z-wave Alliance)。
在欧美有两家大公司国际大厂思科(Cisco)与英特尔(Intel)加入Z-wave联盟,我们同样要加入Z-wave联盟,发展Z-wave技术和生产智能家居产品,占据中国智能家居市场。
我们主要运用Z-Wave,它是一种新兴的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。
工作频带为908.42MHz(美国)~868.42MHz(欧洲),采用FSK(BFSK/GFSK)调制方式,数据传输速率为9.6 kbps,信号的有效覆盖范围在室内是30m,室外可超过100m,适合于窄带应用场合。
随着通信距离的增大,设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加,相对于现有的各种无线通信技术,Z-Wave技术将是最低功耗和最低成本的技术,它有力地推动着低速率无线个人区域网。
我们将Z-Wave技术设计用于住宅、照明商业控制以及状态读取应用,例如照明、家居控制、接入控制、防盗及火灾检测等。
Z-Wave可将任何独立的设备转换为智能网络设备,从而可以实现控制和无线监测。
Z-Wave技术在最初设计时,就定位于智能家居无线控制领域。
采用小数据格式传输,40kb/s的传输速率足以应对,早期甚至使用9.6kb/s的速率传输。
与同类的其他无线技术相比,拥有相对较低的传输频率、相对较远的传输距离和一定的价格优势。
我们主要运用Z-Wave技术针对窄带应用并采用创新的软件解决方案取代成本高的硬件,因此只需花费其它类似技术的一小部份成本就可以组建高质量的无线网络。
Z-Wave的网络结构,每一个Z-Wave网络都拥有自己独立的网络地址(HomeID);网络内每个节点的地址(NodeID),由控制节点(Controller)分配。
每个网络最多容纳232个节点(Slave),包括控制节点在内。
控制节点可以有多个,但只有一个主控制节点,即所有网络内节点的分配,都由主控制节点负责,其他控制节点只是转发主控制节点的命令。
已入网的普通节点,所有控制节点都可以控制。
超出通信距离的节点,可以通过控制器与受控节点之间的其他节点,以路由(Routing)的方式完成控制。
Z-Wave的路由技术 ,Z-Wave采用了动态路由技术,每个Slave内部都存有一个路由表,该路由表由Controller写入。
存储信息为该Slave入网时,周边存在的其他Slave的NodeID。
这样每个Slave都知道周围有哪些Slaves,而Controller存储了所有Slaves的路由信息。
当Controller与受控Slave的距离超出最大控制距离时,Controller会调用最后一次正确控制该Slave的路径发送命令,如该路径失败,则从第一个Slave开始重新检索新的路径。
Z-Wave无线控制简图
Z-wave技术最大的竞争对手就是同它拥有一样功能Zigbee。
Zigbee技术拥有国际标准IEEE802.15.4为其技术根基,且目标市场较广、潜在需求用量较大。
Zigbee技术传输速率为10—250Kbps,功耗低、成本低、安全性好、网络容量大等特点。
2007年,软件巨头Microsoft对此技术的呼应,在其.NETMicroFramework(简称:
.NETMF)上加入对Z-Wave的支持,并宣布与Z-Wave Alliance中的会员业者Leviton、ControlThink等共同研发Z-Wave应用,再加上PC外围大厂Logitech(罗技)也推出使用Z-Wave技术的家庭遥控器,Z-Wave技术更占有一定的优势。
Z-wave与Zigbee技术不同的分析:
对于发送距离上,必须比较Z-wave与Zigbee间的发射差异,Z-wave的发送距离为100英呎(约30公尺),且要达到如此距离必须在电波的传送路径上没有任何阻挡,然而这并不表示Z-Wave无法进行穿透性传输,Z-Wave的无线发送依旧可以穿墙收发,不过穿越阻隔物的代价是减损传输距离,目前Z-Wave阵营尚未公布穿透性传输表现的相关信息,只以不同的穿透材质而有不同的距离折损来说明
。
同样的,ZigBee方面也并未有完整具体的传输距离信息,仅有32英呎∼246英呎(10公尺∼75公尺)的概略描述,且一样表示必须依据实际发送的环境而定。
对于节点数,此方面Z-Wave并未有所改变,依旧是每个网络内最多232个节点,若想与更多节点联系,就必须使用跨网的桥接(Bridge)技术才行。
ZigBee的节点寻址达16-bit,理论上可以达65,536个节点。
此外ZigBee还能选用更大范畴的64-bit寻址,如此节点数就不可限量。
更进一步的,IETF已拟定让ZigBee与IPv6接轨整合的6loWPAN(全称为:
IPv6overLowpowerWPAN),ZigBee节点将可以与广大Internet结合。
对于连接拓扑方面,Z-Wave只有一种拓朴型态,即是网状(Mesh),而ZigBee除了也有网状拓朴外,也支持星状(Star)、丛集状(Cluster)等拓朴。
值得注意的是,各节点除了自身所需的信号收发外,也会代为中继传递其它节点的信号,无论是自身需求的收发或转传其它节点的信号,该节点都会脱离休眠状态而进入运行状态,而经常扮演中继工作的节点将比其它节点更为忙碌,功耗也会较多,所以在实际布建时的设计规划上,也会尽量以非使用电池运行的装置来担任忙碌型中继的角色。
对于安全加密方面,ZigBee使用128-bit的AES对称加密,而Z-Wave则是尚未有任何加密的设计,这其实不难想象,在Z-Wave最初只有9.6kbps的传输带宽下,若再进行加密性传输,则实质数据的传递量将会更少,因此不太可能在9.6kbps中再行加密,不过Z-Wave将速率提升至40kbps后,也应该考虑提供加密的措施。
在市场上的差异
Z-Wave在订立之初就以家庭自动化应用为目标,而ZigBee则是追求更广泛应用为目标,两者各在最初指导思想就有不同的考虑,自然在规格上也有诸多落差,此实不能单就规格数据表现来论断。
特别是Z-Wave获得Cisco、Intel、Microsoft等资通讯大厂的支持后,Z-Wave已从单纯的家庭自动化应用,开始扩展延伸到数字家庭领域,甚至是家庭自动化与数字家庭的接轨整合等,加上Z-Wave的各项技术仍在持续提升,从9.6kbps增进到40kbps可说是该阵营的一大鼓舞,同时也是给ZigBee更大的竞争压力。
此外,ZigBee原先期望也用于PC外围或消费性电子的游戏玩具中,但就目前来看,无论是PC所用的无线鼠标、无线键盘,还是NintendoWii的无线游戏控制器、SonyPlayStation3的无线游戏控制器,都是使用蓝牙,而非ZigBee。
加上蓝牙芯片已多年大量生产,组件的量价均摊已达高度成熟,ZigBee当初设定以更低价格取代蓝牙在控制领域的应用,此构想实现的难度也日益增大。
而 Z-Wave占据家庭(家庭自动化、数字家庭;Bluetooth拥有信息(无线键盘/鼠标)、通讯(无线耳机/话筒)、消费性电子(电玩控制器),或许最后最适合ZigBee的将会落在工控、医疗等领域。
Z-Wave通过中继传输的方式来通讯,图中为Z-Wave跨房间转传联系的示意图。
竞争优势
1、我们公司执行的Z-Wave拥有强大的Z-Wave联盟作为后盾,现如今已经有160多家国际知名公司加入联盟,范围基本覆盖全球各个国家。
具有一定的国际影响力。
2、Z-Wave以智能家居为导向,同时Z-Wave的发展方向是及娱乐功能和实用功能于一体。
在家居生活中为您带来舒适和快乐。
这也是我们公司服务的宗旨之一。
3、对于Z-Wave来说锁定的技术平台就是家庭自动化,Z-Wave的角色即为替代现行的X-10规格,而衍生出的产品也是琳琅满目,我们不仅可以扩大市场的种类开发,而且可以使许多喜欢自己动手创作(DIY)的家庭通过Z-Wave技术自己设计喜欢的产品。
4、Z-Wave使用的路由协议是源路由(Source Routing),在源头发出封包就可以直接在封包内指定详细路由的路径。
这个做法大大省去每个节点花在路由上的资源。
5、我们的Z-Wave有明确的市场方向,并将自己的产品与Windows系列产品相结合,通过与遥控器的媒介连接,再加上我们在产品外形上的包装与设计,使产品更具有工业设计与质感,这会使Z-WAVE的价值更加体现,使我们拥有更多的加盟者和消费者。
6、基于Z-Wave拥有的广阔前景,我们准备采取成本领先的策略迅速占有市场,广招加盟和人才,通过媒体的营销方式,展现并突出我们公司的产品特点和优势,获得长期的市场效应。
智能家居在国外的发展
亚洲各国智能家居项目的发展
韩国智能家居起步较早,普及工作在世界范围内排在前列,这同韩国先进的电子技术是分不开的。
日本是一个智能化家居比较发达的地方,除了实现室内的家用电器自动化联网之外,还通过生物认证实现了自动门识别系统,站在安装于入口处的摄像机前,用大约一秒钟的时间,如果确认来人为公寓居民,大门就会打开。
即使双手提着东西,也能打开大门。
日本的智能化家居还在卫生间的便器垫圈上安装有血压计,当人坐在便器上时血压计便能检测其血压。
而安装在便器内的血糖检测装置,能自行截流尿样并测出血糖值。
此外,卫生间洗手池前的体重仪,可在人洗手的同时测量体重。
检测结果均能出现在一个显示器上,全家人的检测值都可被分别保存。
新加坡早在1998年政府早期就已花费数十亿美元用以支持智能家居等产业的发展。
1998年5月新加坡举办的“98亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”上,通过在场内模拟“未来之家”,推出了新加坡模式的家庭智能化系统。
它的系统功能包括三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、有线电视接入、电话接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入和统软件配置等。
台湾的智能家居起步较早,但由政府参与推动始于2002年的e-Taiwan计划和2004年的m-Taiwan计划。
2005年由行政院内政部主导,推动智能家居的发展,并由国科会启动
“智慧生活与健康照顾创新前瞻研究计划”,由内政部建筑研究院推动“智慧化居住空间产业中网计划”,由经济部推动“智慧化居住空间科技应用整合计划”,如今已经走在智能家居的前沿。
亚洲各国的智能家居项目发展状况图
欧洲各国智能家居项目的发展
欧洲各国特别是北欧四国在智能家居领域的开始较早,Z-Wave就是由丹麦的Zensys公司提出的,并很快成为事实上的家庭网络无线标准。
在2011年美国CES展,Wintop公司已经推出基于互联网远程控制的产品,如:
远程监控,远程照明控制等,且目前该技术已经成熟,主要是一个市场开拓及消费群体的培育还需要一段时间。
随着Z-Wave联盟的不断扩大,该技术的应用也将不仅仅局限于智能家居方面。
北欧四国的智能家居发展状况图
4.1.2智能家居在我国的发展
智能家居的概念虽然在中国的推广时间已有8、9年之久,但它仍然是一个新的市场。
目前,其生产厂商主要集中在深圳、广州、上海和北京等这些经济发达地区,如果用完全意义上的智能家居来衡量这些厂家的话,可能就寥寥无几。
Z-Wave针对的智能家居行业是物联网的十大应用领域之一,而物联网被誉为又一次信息产业革命,其应用范围几乎覆盖了各行各业,也是与千家万户紧密相连、最容易实施的一个物联网应用领域。
物联网已被中国正式列为重点战略性新兴产业之一。
“十二五”是物联网发展的关键期,面临着全球范围的竞争和合作,“十
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