智能家居再进化－深入了解各种协议并实现互通以控制全屋设备

原创 SiliconLabs 2024-11-04 19:01 595浏览 0评论 0点赞

一站式登记香港贸易发展局各个商贸展览 4.23杭州！半导体产业链测试全链路解密

智能家居设备日渐流行，定价也越来越亲民。但是，支持设备与其通信、和设备与智能手机通信的各色无线技术令人眼花缭乱。此类技术采用协议或标准形式，各具特色，各有利弊。Wi-Fi、Thread、Matter、Zigbee、Amazon Sidewalk、Z-Wave、蓝牙和专有协议是其中最常见的一些协议。在这篇博客中，我们对这些智能家居技术进行了比较，帮助您根据自身需求和偏好确定最适合的技术。

Wi-Fi

Wi-Fi是应用最广泛、最常见的智能家居设备连接技术。它采用与笔记本电脑、平板电脑或手机相同的无线网络，提供高速数据传输，实现大范围覆盖。Wi-Fi 与大多数智能家居设备和平台兼容，例如 Amazon Alexa、Google Assistant、Apple HomeKit 和 Samsung SmartThings。Wi-Fi 在 2.4 GHz 和 5 GHz 频段上运行，支持的数据速率高达每秒数千兆比特。

Wi-Fi线路供电设备和电池供电设备（大容量一次性电池，即碱性电池）

智能扬声器、智能显示器、智能电视和智能摄像头
智能恒温器、智能锁和智能门铃
智能插座、智能开关和智能灯泡

Wi-Fi 网状网络用例

Wi-Fi 网状网络可以改善智能家居设备连接和功能，特别是户外设备或远离路由器的设备。包括安全摄像头、智能灯或宠物跟踪器等设备，这些设备因 Wi-Fi 网状网络的大范围网络覆盖受益匪浅。另外，Wi-Fi 网状网络也适用于室外照明、传感和控制、停车场管理、环境管理、建筑和园区管理，甚至广泛应用于机场。

探索Wi-Fi物联网解决方案：https://cn.silabs.com/wireless/wi-fi

Thread

Thread是一种基于网状网络的低功耗智能家居协议。频段与 Wi-Fi 相同，但会创建单独的专用低功耗网状网络。Thread 设备采用强大的网状网络覆盖住宅乃至商业建筑。Thread 并未定义应用层，因此制造商需要自行开发应用层，或者可能需要支持类似 Apple HomeKit 的现有生态系统。

Thread线路供电设备和电池供电设备（纽扣电池）

智能传感器，例如运动、温度、湿度和光传感器
智能开关、智能插座、智能灯
智能锁

Thread 户外用例

传感器网络、资产跟踪和控制系统
街道照明控制、环境监测和交通管理
花园自动化、泳池监测和室外照明

探索Thread解决方案：https://cn.silabs.com/wireless/thread

Matter

Matter是连接标准联盟于 2022 年发布的一项全新智能家居协议。连接标准联盟由包括 Amazon、Apple、Google、Samsung、Silicon Labs 等在内的一系列科技公司联合成立。Matter 旨在制定通用智能家居设备互操作标准，且不受品牌、平台或技术限制。

Matter线路供电设备和电池供电设备

智能扬声器、智能显示器、智能电视和智能摄像头
智能恒温器、智能锁和智能门铃
智能插座、智能开关和智能灯泡
智能传感器、智能按钮和智能遥控器
智能设备和大型家用电器

下图展示了最适合使用 Matter over Thread 或 Matter over Wi-Fi 的应用。

探索Matter解决方案：https://cn.silabs.com/wireless/matter

Zigbee

Zigbee是最原始、最成熟的智能家居协议之一，得到很多流行品牌的推崇和使用，包括飞利浦 Hue、宜家和霍尼韦尔。同时，它也是一种基于网状网络的低功耗协议，与 Wi-Fi 的运行频段一致，但使用的调制和编码方案有所不同。Zigbee 设备可以建立数百个节点的网络，节点与节点、节点与中心集线器或协调器之间能够相互通信。部分智能家居平台（包括 Amazon Echo 和 Samsung SmartThings 以及 Tuya）直接支持 Zigbee，而且还能通过 Actions 或 Skills 与其他平台（例如，谷歌 Nest 和苹果 HomeKit）合作。

Zigbee线路供电设备和电池供电设备（纽扣电池）

智能传感器，例如运动、温度、湿度和光传感器
智能开关、智能按钮、智能插座和智能照明
智能锁
智能仪表

户外 Zigbee 应用

传感器网络、资产跟踪和控制系统
街道照明控制、环境监测和交通管理
花园自动化、泳池监测和室外照明

探索Zigbee解决方案：https://cn.silabs.com/wireless/zigbee

Amazon Sidewalk

Amazon Sidewalk于 2021 年推出，提供智能家居协议，支持共享无线网络连接室内、前门外、社区和城市物联网设备。

它是一种长距离低带宽协议，使用 900 MHz（长距离）和 2.4 GHz 蓝牙低功耗 (LE)（室内）连接智能家居设备并扩展其网络覆盖范围。Amazon Sidewalk 采用两种调制技术通过 900 MHz 频段传输数据：频移键控 (FSK) 和线性调频扩频 (CSS)。FSK 是 Amazon Sidewalk 在 Amazon Sidewalk Bridge 设备（例如，Echo 或 Ring）与支持 Amazon Sidewalk 的设备之间开展中距离通信的工具。CSS 覆盖距离超过 FSK，但数据速率低得多。Amazon Sidewalk 可以使用 FSK 和 CSS 创建安全可靠的无线网络，覆盖面积较大，支持各种低功耗设备。

探索Amazon Sidewalk解决方案：https://cn.silabs.com/wireless/amazon-sidewalk

Z-Wave

Z-Wave是一种低功耗网状网络协议，在 800-900 MHz 频段上运行，广泛应用于智能家居设备，特别是安全、照明和气候控制设备。它由 Z-Wave 联盟开发，该联盟包括 300 多家生产 Z-Wave 兼容设备的公司。

Z-Wave 可靠、可扩展且安全。它使用网状网络拓扑，这意味着每个设备都可以充当中继器并扩展网络的范围，它还使用加密和设备身份验证来防止未经授权的访问和黑客攻击。Z-Wave 网络可处理包括主控制器在内的最多 232 个设备（节点）。

Z-Wave 室内应用：线路供电设备和电池供电设备（纽扣电池）

智能传感器，例如运动、温度、湿度和光传感器
智能开关、智能插座
智能锁、智能门铃和智能安全系统

Z-Wave LR

Z-Wave LR 可以在单个网络中支持更多设备，最多 4,000 个节点，允许用户在家中添加更多智能家居功能。同时，允许多住户物业经理在单个网络上管理建筑或建筑群。
Z-Wave LR 实现传感器、门锁和照明的无线连接，无需中继器或扩展器。它可以覆盖较大的区域，如花园、车道或后院，并在恶劣的天气条件下提供更可靠的通信。

探索Z-Wave解决方案：https://cn.silabs.com/wireless/z-wave

低功耗蓝牙

低功耗蓝牙也是一种常见技术，主要用于连接设备与手机。与 Wi-Fi 的运行频段一致，但传输距离较短且数据速率较低。蓝牙设备可以相互通信，也可以与智能手机或平板电脑通信。它们能够建立最多由七台设备组成的网络，称为微微网。通过手机实现室内控制的锁和照明设备是典型的智能家居设备。蓝牙需要通过集线器实现室外控制。

低功耗蓝牙用例：

无线耳机、扬声器和耳塞
无线键盘、鼠标和游戏控制器
智能手表、健身跟踪器和健康检测仪
智能标记、跟踪器和信

蓝牙网状网络

蓝牙网状网络是一种网络拓扑结构，允许蓝牙设备相互传递消息，进而形成网状网络。这意味着蓝牙设备无需依赖中心集线器或路由器即可实现相互通信，而且可以覆盖更大的区域，支持更多的设备。蓝牙网状网络还具备自我修复、可扩展性、安全性和低功耗等优越特性。

用例：

智能照明
楼宇自动化
资产跟踪
环境监控

探索低功耗蓝牙解决方案：https://cn.silabs.com/wireless/bluetooth

专有协议（1 GHz 以下和 2.4 GHz）

专有无线技术可以在不同频段（例如，1 GHz 以下或 2.4 GHz）上运行，而且能够支持不同的数据速率和带宽，具体取决于供应商或制造商。专有无线设备可形成不同的网络拓扑结构，例如星形、树形或网状结构，具体取决于供应商或制造商。专有网络需要自带集线器或网关，避免直接连接生态系统。专有无线设备可以通过 Actions 或 Skills 与生态系统（例如，Google Nest 和 Apple HomeKit）搭配使用。

用例：

专有智能传感器、智能按钮和智能遥控器
专有智能锁、智能门铃和智能安全系统
专有智能电表、智能插座和智能设备

如何确定最佳智能家居技术

如您所见，智能家居协议或标准并不唯一且难分高下，因为每种协议或标准都具有自身的优势和劣势，满足的需求和偏好也可能有所不同。下表对各项协议进行了简要总结。

回答以下问题，确定最适合您的智能家居的智能家居协议或标准。

如果希望未来添加更多的智能家居设备，应该使用哪一种智能家居技术？

为确保您的智能家居适应未来需求并与越来越多的设备兼容，Wi-Fi 技术是一个不错的选择。Wi-Fi 无处不在且与大量设备兼容，它是一种多功能可扩展方案。

如果必须考量智能家居设备与现有或首选平台、语音助手或应用的兼容性和互操作性，应该使用哪一种智能家居技术？

Matter 是最佳选择。

如果希望延长传输距离并覆盖室内或室外智能家居设备，最好采用哪一种智能家居技术？

Z-Wave 技术无疑是需要延长传输距离及扩大覆盖范围的智能家居技术的有力竞争者。Z-Wave 在 1 GHz 以下频段上运行，支持网状网络，其中每台设备均可充当路由器或中继器，从而延长网络传输距离并扩大覆盖范围。
也可以考虑采用 Amazon Sidewalk。

从智能家居设备的角度而言，哪一种智能家居技术的功耗更低、电池寿命更长？

Zigbee 因低功耗和低数据速率无线技术而闻名，非常适合对电池寿命、网络可靠性和安全性要求较高的应用。Zigbee 设备可以形成网状网络，延长传输距离并扩大覆盖范围，同样有助于实现电源高效利用。
目标唤醒时间 (TWT) 和 BSS 最大空闲期等 Wi-Fi 6 功能有助于增加设备功耗，从而延长电池寿命。设备可以借助这些功能长时间保持睡眠状态，节约能源，最大限度延长电池寿命。
Z-Wave Long Range (LR) 旨在延长 Z-Wave 网络的传输距离，同时保持能效。它支持 Z-Wave LR，一枚纽扣电池最多可以使设备运行 10 年，因而成为低功耗及延长电池寿命的首选技术。

从智能家居设备以及个人数据安全性和隐私性的角度而言，最好采用哪一种智能家居技术？