智能家居中無線技術的比較

智能家居設備日漸流行，定價也越來越親民。但是，支持設備與其通信、和設備與智能手機通信的各色無線技術令人眼花繚亂。此類技術采用協(xié)議或標準形式，各具特色，各有利弊。Wi-Fi、Thread、Matter、Zigbee、Amazon Sidewalk、Z-Wave、藍牙和專有協(xié)議是其中最常見的一些協(xié)議。在這篇博客中，我們對這些智能家居技術進行了比較，幫助您根據(jù)自身需求和偏好確定最適合的技術。

Wi-Fi

Wi-Fi是應用最廣泛、最常見的智能家居設備連接技術。它采用與筆記本電腦、平板電腦或手機相同的無線網(wǎng)絡，提供高速數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)大范圍覆蓋。Wi-Fi 與大多數(shù)智能家居設備和平臺兼容，例如 Amazon Alexa、Google Assistant、Apple HomeKit 和 Samsung SmartThings。Wi-Fi 在 2.4 GHz 和 5 GHz 頻段上運行，支持的數(shù)據(jù)速率高達每秒數(shù)千兆比特。

Wi-Fi線路供電設備和電池供電設備(大容量一次性電池，即堿性電池)

智能揚聲器、智能顯示器、智能電視和智能攝像頭

智能恒溫器、智能鎖和智能門鈴

智能插座、智能開關和智能燈泡

Wi-Fi 網(wǎng)狀網(wǎng)絡用例

Wi-Fi 網(wǎng)狀網(wǎng)絡可以改善智能家居設備連接和功能，特別是戶外設備或遠離路由器的設備。包括安全攝像頭、智能燈或寵物跟蹤器等設備，這些設備因 Wi-Fi 網(wǎng)狀網(wǎng)絡的大范圍網(wǎng)絡覆蓋受益匪淺。另外，Wi-Fi 網(wǎng)狀網(wǎng)絡也適用于室外照明、傳感和控制、停車場管理、環(huán)境管理、建筑和園區(qū)管理，甚至廣泛應用于機場。

Thread

Thread是一種基于網(wǎng)狀網(wǎng)絡的低功耗智能家居協(xié)議。頻段與 Wi-Fi 相同，但會創(chuàng)建單獨的專用低功耗網(wǎng)狀網(wǎng)絡。Thread 設備采用強大的網(wǎng)狀網(wǎng)絡覆蓋住宅乃至商業(yè)建筑。Thread 并未定義應用層，因此制造商需要自行開發(fā)應用層，或者可能需要支持類似 Apple HomeKit 的現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)。

Thread線路供電設備和電池供電設備(紐扣電池)

智能傳感器，例如運動、溫度、濕度和光傳感器

智能開關、智能插座、智能燈

智能鎖

Thread 戶外用例

傳感器網(wǎng)絡、資產(chǎn)跟蹤和控制系統(tǒng)

街道照明控制、環(huán)境監(jiān)測和交通管理

花園自動化、泳池監(jiān)測和室外照明

Matter

Matter是連接標準聯(lián)盟于 2022 年發(fā)布的一項全新智能家居協(xié)議。連接標準聯(lián)盟由包括 Amazon、Apple、Google、Samsung、Silicon Labs 等在內(nèi)的一系列科技公司聯(lián)合成立。Matter 旨在制定通用智能家居設備互操作標準，且不受品牌、平臺或技術限制。

Matter線路供電設備和電池供電設備

智能揚聲器、智能顯示器、智能電視和智能攝像頭

智能恒溫器、智能鎖和智能門鈴

智能插座、智能開關和智能燈泡

智能傳感器、智能按鈕和智能遙控器

智能設備和大型家用電器

下圖展示了最適合使用 Matter over Thread 或 Matter over Wi-Fi 的應用。

Zigbee

Zigbee是最原始、最成熟的智能家居協(xié)議之一，得到很多流行品牌的推崇和使用，包括飛利浦 Hue、宜家和霍尼韋爾。同時，它也是一種基于網(wǎng)狀網(wǎng)絡的低功耗協(xié)議，與 Wi-Fi 的運行頻段一致，但使用的調制和編碼方案有所不同。Zigbee 設備可以建立數(shù)百個節(jié)點的網(wǎng)絡，節(jié)點與節(jié)點、節(jié)點與中心集線器或協(xié)調器之間能夠相互通信。部分智能家居平臺(包括 Amazon Echo 和 Samsung SmartThings 以及 Tuya)直接支持 Zigbee，而且還能通過 Actions 或 Skills 與其他平臺(例如，谷歌 Nest 和蘋果 HomeKit)合作。

Zigbee線路供電設備和電池供電設備(紐扣電池)

智能傳感器，例如運動、溫度、濕度和光傳感器

智能開關、智能按鈕、智能插座和智能照明

智能鎖

智能儀表

戶外 Zigbee 應用

傳感器網(wǎng)絡、資產(chǎn)跟蹤和控制系統(tǒng)

街道照明控制、環(huán)境監(jiān)測和交通管理

花園自動化、泳池監(jiān)測和室外照明

Amazon Sidewalk

Amazon Sidewalk于 2021 年推出，提供智能家居協(xié)議，支持共享無線網(wǎng)絡連接室內(nèi)、前門外、社區(qū)和城市物聯(lián)網(wǎng)設備。

它是一種長距離低帶寬協(xié)議，使用 900 MHz(長距離)和 2.4 GHz 藍牙低功耗 (LE)(室內(nèi))連接智能家居設備并擴展其網(wǎng)絡覆蓋范圍。Amazon Sidewalk 采用兩種調制技術通過 900 MHz 頻段傳輸數(shù)據(jù)：頻移鍵控 (FSK) 和線性調頻擴頻 (CSS)。FSK 是 Amazon Sidewalk 在 Amazon Sidewalk Bridge 設備(例如，Echo 或 Ring)與支持 Amazon Sidewalk 的設備之間開展中距離通信的工具。CSS 覆蓋距離超過 FSK，但數(shù)據(jù)速率低得多。Amazon Sidewalk 可以使用 FSK 和 CSS 創(chuàng)建安全可靠的無線網(wǎng)絡，覆蓋面積較大，支持各種低功耗設備。

探索Amazon Sidewalk解決方案：https://cn.silabs.com/wireless/amazon-sidewalk

Z-Wave

Z-Wave是一種低功耗網(wǎng)狀網(wǎng)絡協(xié)議，在 800-900 MHz 頻段上運行，廣泛應用于智能家居設備，特別是安全、照明和氣候控制設備。它由 Z-Wave 聯(lián)盟開發(fā)，該聯(lián)盟包括 300 多家生產(chǎn) Z-Wave 兼容設備的公司。

Z-Wave 可靠、可擴展且安全。它使用網(wǎng)狀網(wǎng)絡拓撲，這意味著每個設備都可以充當中繼器并擴展網(wǎng)絡的范圍，它還使用加密和設備身份驗證來防止未經(jīng)授權的訪問和黑客攻擊。Z-Wave 網(wǎng)絡可處理包括主控制器在內(nèi)的最多 232 個設備(節(jié)點)。

Z-Wave 室內(nèi)應用：線路供電設備和電池供電設備(紐扣電池)

智能傳感器，例如運動、溫度、濕度和光傳感器

智能開關、智能插座

智能鎖、智能門鈴和智能安全系統(tǒng)

Z-Wave LR

Z-Wave LR 可以在單個網(wǎng)絡中支持更多設備，最多 4,000 個節(jié)點，允許用戶在家中添加更多智能家居功能。同時，允許多住戶物業(yè)經(jīng)理在單個網(wǎng)絡上管理建筑或建筑群。

Z-Wave LR 實現(xiàn)傳感器、門鎖和照明的無線連接，無需中繼器或擴展器。它可以覆蓋較大的區(qū)域，如花園、車道或后院，并在惡劣的天氣條件下提供更可靠的通信。

低功耗藍牙

低功耗藍牙也是一種常見技術，主要用于連接設備與手機。與 Wi-Fi 的運行頻段一致，但傳輸距離較短且數(shù)據(jù)速率較低。藍牙設備可以相互通信，也可以與智能手機或平板電腦通信。它們能夠建立最多由七臺設備組成的網(wǎng)絡，稱為微微網(wǎng)。通過手機實現(xiàn)室內(nèi)控制的鎖和照明設備是典型的智能家居設備。藍牙需要通過集線器實現(xiàn)室外控制。

低功耗藍牙用例：

無線耳機、揚聲器和耳塞

無線鍵盤、鼠標和游戲控制器

智能手表、健身跟蹤器和健康檢測儀

智能標記、跟蹤器和信

藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡

藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡是一種網(wǎng)絡拓撲結構，允許藍牙設備相互傳遞消息，進而形成網(wǎng)狀網(wǎng)絡。這意味著藍牙設備無需依賴中心集線器或路由器即可實現(xiàn)相互通信，而且可以覆蓋更大的區(qū)域，支持更多的設備。藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡還具備自我修復、可擴展性、安全性和低功耗等優(yōu)越特性。

用例：

智能照明

樓宇自動化

資產(chǎn)跟蹤

環(huán)境監(jiān)控

專有協(xié)議(1 GHz 以下和 2.4 GHz)

專有無線技術可以在不同頻段(例如，1 GHz 以下或 2.4 GHz)上運行，而且能夠支持不同的數(shù)據(jù)速率和帶寬，具體取決于供應商或制造商。專有無線設備可形成不同的網(wǎng)絡拓撲結構，例如星形、樹形或網(wǎng)狀結構，具體取決于供應商或制造商。專有網(wǎng)絡需要自帶集線器或網(wǎng)關，避免直接連接生態(tài)系統(tǒng)。專有無線設備可以通過 Actions 或 Skills 與生態(tài)系統(tǒng)(例如，Google Nest 和 Apple HomeKit) 搭配使用。

用例：

專有智能傳感器、智能按鈕和智能遙控器

專有智能鎖、智能門鈴和智能安全系統(tǒng)

專有智能電表、智能插座和智能設備

如何確定最佳智能家居技術

如您所見，智能家居協(xié)議或標準并不唯一且難分高下，因為每種協(xié)議或標準都具有自身的優(yōu)勢和劣勢，滿足的需求和偏好也可能有所不同。下表對各項協(xié)議進行了簡要總結。

回答以下問題，確定最適合您的智能家居的智能家居協(xié)議或標準。

如果希望未來添加更多的智能家居設備，應該使用哪一種智能家居技術?

為確保您的智能家居適應未來需求并與越來越多的設備兼容，Wi-Fi 技術是一個不錯的選擇。Wi-Fi 無處不在且與大量設備兼容，它是一種多功能可擴展方案。

如果必須考量智能家居設備與現(xiàn)有或首選平臺、語音助手或應用的兼容性和互操作性，應該使用哪一種智能家居技術?

Matter 是最佳選擇。

如果希望延長傳輸距離并覆蓋室內(nèi)或室外智能家居設備，最好采用哪一種智能家居技術?

Z-Wave 技術無疑是需要延長傳輸距離及擴大覆蓋范圍的智能家居技術的有力競爭者。Z-Wave 在 1 GHz 以下頻段上運行，支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡，其中每臺設備均可充當路由器或中繼器，從而延長網(wǎng)絡傳輸距離并擴大覆蓋范圍。

也可以考慮采用 Amazon Sidewalk。

從智能家居設備的角度而言，哪一種智能家居技術的功耗更低、電池壽命更長?

Zigbee 因低功耗和低數(shù)據(jù)速率無線技術而聞名，非常適合對電池壽命、網(wǎng)絡可靠性和安全性要求較高的應用。Zigbee 設備可以形成網(wǎng)狀網(wǎng)絡，延長傳輸距離并擴大覆蓋范圍，同樣有助于實現(xiàn)電源高效利用。

目標喚醒時間 (TWT) 和 BSS 最大空閑期等 Wi-Fi 6 功能有助于增加設備功耗，從而延長電池壽命。設備可以借助這些功能長時間保持睡眠狀態(tài)，節(jié)約能源，最大限度延長電池壽命。

Z-Wave Long Range (LR) 旨在延長 Z-Wave 網(wǎng)絡的傳輸距離，同時保持能效。它支持 Z-Wave LR，一枚紐扣電池最多可以使設備運行 10 年，因而成為低功耗及延長電池壽命的首選技術。

從智能家居設備以及個人數(shù)據(jù)安全性和隱私性的角度而言，最好采用哪一種智能家居技術?

Matter 因支持的設備類型較為廣闊及提供端到端加密、設備認證和云集成而聞名，可增強智能家居設備的安全性和隱私性。Z-Wave 還提供加密和設備身份驗證，但缺乏內(nèi)置云服務。

哪一種智能家居技術的智能家居設備及其設置和維護的成本和復雜度最低?

如果說哪種智能家居設備(包括其設置和維護)的成本和復雜度最低，Matter 技術無疑獨占鰲頭。