万物互联时代下的智能家居应用了哪些无线技术

当5g牌照发放,5g网络的普及也离我们不远。一旦“万物互联”,标志着物联网普及开始。而在“万物互联”中,智慧家庭又是与我们日常生活连接最紧密的。至少目前来看,智慧家庭已经呈现了“雏形”。而在当下的智慧家庭中,智能家居功不可没。
目前,在我们的智慧家庭中,无线路由器、智能音响、互联网空调、智能电饭锅、互联网冰箱、智能电视、智能手机、平板电脑等设备,都是的重要成员。而通过上述智能设备实现目前简单的智慧家庭,靠的都是无线技术。在我们的认知中,无线技术通常指的是4g网络、wifi无线以及蓝牙技术。事实上,除了这些无线技术外,智慧家庭中还有很多无线技术我们并不熟知,诸如低功耗蓝牙、蓝牙mesh、rf 433和z-wave等,让我们去看看吧!目前,3g已经渐渐淘汰,4g目前正在“服役”。随着5g的到来,2020年开始,4g或许也要渐渐淘汰。至少在未来的万物互联时代,5g无线移动通信技术要主宰智慧家庭。
其次是时延大幅减小。从4g向5g过渡时,时延也被大幅缩小。4g网络的时延为10ms,但在5g网络中,这个数字再度被缩小为1ms。目前在使用4g网络对智能家居进行控制时往往时延较高,设备在交换信息时候会消耗一定的反馈时间。反映到实际使用之中就是在下达命令后需要停顿几秒才能进行反馈,这样的感受使人机交互大打折扣。
由ieee在2004年1月组成的一个新的工作组在802.11-2007的基础上发展出来的标准,于2009年9月正式批准。该标准增加了对mimo的支持,允许40mhz的无线频宽,最大传输速度理论值为600mbit/s。同时,通过使用alamouti提出的空时分组码,该标准扩大了数据传输范围。
我们知道,蓝牙是电子产品不可缺少的功能。开启蓝牙后,两个产品可以持续的数据传输,比如手机之间蓝牙传文件、蓝牙无线耳机听歌和使用蓝牙键鼠等。这种持续性能够满足以上的使用情景,但代价是较高的功耗。再加上蓝牙的有效传输距离非常近,不支持大量设备同时连接,所以 “新”协议就在智能家居领域出现,比如低功耗蓝牙、蓝牙mesh!
首先是普通蓝牙,蓝牙技术是基于低成本的近距离无线连接,为固定和移动设备建立通信环境的一种特殊的近距离(一般10m内)无线技术连接。蓝牙作为一种小范围无线连接技术,能在设备间实现方便快捷、灵活安全、低成本、低功耗的数据通信和语音通信。目前市面上使用蓝牙的智能家居产品包括智能门锁、智能音箱、温湿度计等。
目前蓝牙4.0是主流,它是2012年最新蓝牙版本,是3.0的升级版本;较3.0版本更省电、成本低、3毫秒低延迟、超长有效连接距离、aes-128加密等;通常用在蓝牙耳机、蓝牙音箱等设备上。但很多设备开始使用蓝牙5.0,它是由蓝牙技术联盟在2016年提出的蓝牙技术标准,蓝牙5.0针对低功耗设备速度有相应提升和优化,蓝牙5.0结合wifi对室内位置进行辅助定位,提高传输速度,增加有效工作距离。
其次低功耗蓝牙,低功耗蓝牙是普通蓝牙的进阶版,功耗变低、传输距离增强,与设备的配对连接时长大幅减小。低功耗和普通蓝牙的工作频段(2.4ghz ism)一样,不过不会在开启后一直工作,而是只在需要传输数据时工作,不需要时处于低功耗休眠状态。低功耗蓝牙开启后和设备建立连接只有几毫秒的延迟,而普通蓝牙则有100毫秒左右。
事实上,在蓝牙mesh诞生13年前,另一种mesh网络协议——zigbee就已经存在了。zigbee和蓝牙采用了同样的2.4ghz频段,都是用于短距离的少量数据传输,功耗也很低。由于竞争对手很少,zigbee在智能家居兴起的早期就被许多产品所采用。导致它成为了目前智能家居领域使用最广泛的协议之一。和同类低功耗协议一样,zigbee主要被应用于使用电池的设备上,比如家电控制开关、人体传感器和温湿度传感器等。
同样,z-wave也是一种mesh组网中近距离低数据量传输协议,具备了低功耗的特性。z-wave的频段比较特殊,使用了908.42mhz或868.42mhz这两个频段。虽然蓝牙mesh和zigbee使用的2.4ghz频段十分拥挤,干扰问题较多。但之所以2.4ghz频段拥挤,是因为世界各地都允许民用产品使用这个频段。z-wave的频段就那么通用,在很多国家都会受限制。
再加上z-wave模块成本高于zigbee、z-wave联盟的协议标准更加严格,所以z-wave在智能家居产品中没有zigbee常见,尤其是国内。主流品牌的智能家居产品中几乎没有使用z-wave的,z-wave只存在于一些小品牌产品上。rf433是一种采用433mhz频段的射频协议,穿透力比较强,成本很低,但安全性很低。目前在国内智能家居产品中有少量应用,比如智能门铃等。
而6lowpan是一个基于ipv6的新兴无线协议,诞生的初衷是让所有设备都能够接入物联网,即使这些设备的性能和续航很差。所以6lowpan对于设备续航和性能的要求很低。走了一个廉价、便捷、门槛低的路线。但6lowpan协议在目前还得到市场认可。

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