智能家居再進(jìn)化－深入了解各種協(xié)議并實(shí)現(xiàn)互通以控制全屋設(shè)備

智能家居設(shè)備日漸流行，定價(jià)也越來越親民。但是，支持設(shè)備與其通信、和設(shè)備與智能手機(jī)通信的各色無線技術(shù)令人眼花繚亂。此類技術(shù)采用協(xié)議或標(biāo)準(zhǔn)形式，各具特色，各有利弊。Wi-Fi、Thread、Matter、Zigbee、Amazon Sidewalk、Z-Wave、藍(lán)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(shù)進(jìn)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(shù)。

Wi-Fi

Wi-Fi是應(yīng)用最廣泛、最常見的智能家居設(shè)備連接技術(shù)。它采用與筆記本電腦、平板電腦或手機(jī)相同的無線網(wǎng)絡(luò)，提供高速數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)大范圍覆蓋。Wi-Fi 與大多數(shù)智能家居設(shè)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(yùn)行，支持的數(shù)據(jù)速率高達(dá)每秒數(shù)千兆比特。

Wi-Fi線路供電設(shè)備和電池供電設(shè)備（大容量一次性電池，即堿性電池）

智能揚(yáng)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(guān)和智能燈泡

Wi-Fi 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)用例

Wi-Fi 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可以改善智能家居設(shè)備連接和功能，特別是戶外設(shè)備或遠(yuǎn)離路由器的設(shè)備。包括安全攝像頭、智能燈或?qū)櫸锔櫰鞯仍O(shè)備，這些設(shè)備因 Wi-Fi 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的大范圍網(wǎng)絡(luò)覆蓋受益匪淺。另外，Wi-Fi 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用于機(jī)場。

探索Wi-Fi物聯(lián)網(wǎng)解決方案：https://cn.silabs.com/wireless/wi-fi

Thread

Thread是一種基于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)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(dú)的專用低功耗網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。Thread 設(shè)備采用強(qiáng)大的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)覆蓋住宅乃至商業(yè)建筑。Thread 并未定義應(yīng)用層，因此制造商需要自行開發(fā)應(yīng)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(shè)備和電池供電設(shè)備（紐扣電池）

智能傳感器，例如運(yùn)動、溫度、濕度和光傳感器

智能開關(guān)、智能插座、智能燈

智能鎖

Thread 戶外用例

傳感器網(wǎng)絡(luò)、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

探索Thread解決方案：https://cn.silabs.com/wireless/thread

Matter

Matter是連接標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟于 2022 年發(fā)布的一項(xiàng)全新智能家居協(xié)議。連接標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備互操作標(biāo)準(zhǔn)，且不受品牌、平臺或技術(shù)限制。

Matter線路供電設(shè)備和電池供電設(shè)備

智能揚(yáng)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(guān)和智能燈泡

智能傳感器、智能按鈕和智能遙控器

智能設(shè)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(yīng)用。

探索Matter解決方案：https://cn.silabs.com/wireless/matter

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(shí)，它也是一種基于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的低功耗協(xié)議，與 Wi-Fi 的運(yùn)行頻段一致，但使用的調(diào)制和編碼方案有所不同。Zigbee 設(shè)備可以建立數(shù)百個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)與中心集線器或協(xié)調(diào)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(shè)備和電池供電設(shè)備（紐扣電池）

智能傳感器，例如運(yùn)動、溫度、濕度和光傳感器

智能開關(guān)、智能按鈕、智能插座和智能照明

智能鎖

智能儀表

戶外 Zigbee 應(yīng)用

傳感器網(wǎng)絡(luò)、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

探索Zigbee解決方案：https://cn.silabs.com/wireless/zigbee

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(luò)連接室內(nèi)、前門外、社區(qū)和城市物聯(lián)網(wǎng)設(shè)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(lán)牙低功耗 (LE)（室內(nèi)）連接智能家居設(shè)備并擴(kuò)展其網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。Amazon Sidewalk 采用兩種調(diào)制技術(shù)通過 900 MHz 頻段傳輸數(shù)據(jù)：頻移鍵控 (FSK) 和線性調(diào)頻擴(kuò)頻 (CSS)。FSK 是 Amazon Sidewalk 在 Amazon Sidewalk Bridge 設(shè)備（例如，Echo 或 Ring）與支持 Amazon Sidewalk 的設(shè)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(luò)，覆蓋面積較大，支持各種低功耗設(shè)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(luò)協(xié)議，在 800-900 MHz 頻段上運(yùn)行，廣泛應(yīng)用于智能家居設(shè)備，特別是安全、照明和氣候控制設(shè)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(shè)備的公司。

Z-Wave 可靠、可擴(kuò)展且安全。它使用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/a>，這意味著每個(gè)設(shè)備都可以充當(dāng)中繼器并擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的范圍，它還使用加密和設(shè)備身份驗(yàn)證來防止未經(jīng)授權(quán)的訪問和黑客攻擊。Z-Wave 網(wǎng)絡(luò)可處理包括主控制器在內(nèi)的最多 232 個(gè)設(shè)備（節(jié)點(diǎn)）。

Z-Wave 室內(nèi)應(yīng)用：線路供電設(shè)備和電池供電設(shè)備（紐扣電池）

智能傳感器，例如運(yùn)動、溫度、濕度和光傳感器

智能開關(guān)、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(gè)網(wǎng)絡(luò)中支持更多設(shè)備，最多 4,000 個(gè)節(jié)點(diǎn)，允許用戶在家中添加更多智能家居功能。同時(shí)，允許多住戶物業(yè)經(jīng)理在單個(gè)網(wǎng)絡(luò)上管理建筑或建筑群。

Z-Wave LR 實(shí)現(xiàn)傳感器、門鎖和照明的無線連接，無需中繼器或擴(kuò)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。

探索Z-Wave解決方案：https://cn.silabs.com/wireless/z-wave

低功耗藍(lán)牙

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

低功耗藍(lán)牙用例：

無線耳機(jī)、揚(yáng)聲器和耳塞

無線鍵盤、鼠標(biāo)和游戲控制器

智能手表、健身跟蹤器和健康檢測儀

智能標(biāo)記、跟蹤器和信

藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)

藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是一種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，允許藍(lán)牙設(shè)備相互傳遞消息，進(jìn)而形成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。這意味著藍(lán)牙設(shè)備無需依賴中心集線器或路由器即可實(shí)現(xiàn)相互通信，而且可以覆蓋更大的區(qū)域，支持更多的設(shè)備。藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)還具備自我修復(fù)、可擴(kuò)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

探索低功耗藍(lán)牙解決方案：https://cn.silabs.com/wireless/bluetooth

專有協(xié)議（1 GHz 以下和 2.4 GHz）

專有無線技術(shù)可以在不同頻段（例如，1 GHz 以下或 2.4 GHz）上運(yùn)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(yīng)商或制造商。專有無線設(shè)備可形成不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，例如星形、樹形或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具體取決于供應(yīng)商或制造商。專有網(wǎng)絡(luò)需要自帶集線器或網(wǎng)關(guān)，避免直接連接生態(tài)系統(tǒng)。專有無線設(shè)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(shè)備

如何確定最佳智能家居技術(shù)

如您所見，智能家居協(xié)議或標(biāo)準(zhǔn)并不唯一且難分高下，因?yàn)槊糠N協(xié)議或標(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)協(xié)議進(jìn)行了簡要總結(jié)。

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(biāo)準(zhǔn)。

如果希望未來添加更多的智能家居設(shè)備，應(yīng)該使用哪一種智能家居技術(shù)？

為確保您的智能家居適應(yīng)未來需求并與越來越多的設(shè)備兼容，Wi-Fi 技術(shù)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。Wi-Fi 無處不在且與大量設(shè)備兼容，它是一種多功能可擴(kuò)展方案。

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

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(shè)備，最好采用哪一種智能家居技術(shù)？

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

也可以考慮采用?Amazon Sidewalk。

從智能家居設(shè)備的角度而言，哪一種智能家居技術(shù)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(shù)而聞名，非常適合對電池壽命、網(wǎng)絡(luò)可靠性和安全性要求較高的應(yīng)用。Zigbee 設(shè)備可以形成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，延長傳輸距離并擴(kuò)大覆蓋范圍，同樣有助于實(shí)現(xiàn)電源高效利用。

目標(biāo)喚醒時(shí)間 (TWT) 和 BSS 最大空閑期等?Wi-Fi 6?功能有助于增加設(shè)備功耗，從而延長電池壽命。設(shè)備可以借助這些功能長時(shí)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(luò)的傳輸距離，同時(shí)保持能效。它支持 Z-Wave LR，一枚紐扣電池最多可以使設(shè)備運(yùn)行 10 年，因而成為低功耗及延長電池壽命的首選技術(shù)。

從智能家居設(shè)備以及個(gè)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(shù)？

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

哪一種智能家居技術(shù)的智能家居設(shè)備及其設(shè)置和維護(hù)的成本和復(fù)雜度最低？

如果說哪種智能家居設(shè)備（包括其設(shè)置和維護(hù)）的成本和復(fù)雜度最低，Matter?技術(shù)無疑獨(dú)占鰲頭。