无线连接和互操作性成就智能家居和智能生活

Silicon Labs 电子工程专辑 今天

拜我们在日常生活中使用的所有与家庭自动化相关的智能设备之赐，其融入我们的个人住宅，我们的世界确实正在变得“更加智能”。然而在这些方便、富有想象力和“必备”的智能设备中，我们正在看到许多相互竞争的无线网络技术。因此，功能强大且易于使用的多协议无线智能家居生态系统的最终成功取决于一个关键参数：互操作性。

在本文中，我们将讨论各种无线技术，说明在智能家居中应该使用它们的环境和原因，并重点介绍一些多协议模块和IC供应商以及使用它们的设备制造商。

Wi-Fi

Wi-Fi商标由Wi-Fi联盟所持有，Wi-Fi联盟是一个推广Wi-Fi技术和认证Wi-Fi产品的非营利组织。Wi-Fi实际上属于称为IEEE 802.11的一组规范。你应该很熟悉这种无线技术，因为它最常出现在您的家中、办公室或喜欢的咖啡店。

Wi-Fi非常适合传输大量数据，例如将Netflix流媒体传输到智能手机、平板电脑和智能电视。但是，使用Wi-Fi会消耗大量电能，这意味着虽然Wi-Fi适用于某些智能家居设备，但对于功耗敏感的电池供电型应用而言并不可行。

在家庭自动化设备中使用Wi-Fi的一个很好的例子是智能便携式/窗式空调装置。由于空调设备已连接到了家中的电源(美国为120 VAC，欧洲为230 VAC)，因此不需要担心更换设备电池而带来的烦恼，因为它根本就不存在。

Wi-Fi的一个缺点是可以连接到单个路由器/网络的设备(节点)数量有限。但这一点并非如此黑白分明。坦白的说，将更多设备连接到Wi-Fi路由器，不一定会拖慢太多各设备的数据传输率。然而，更多正在下载大量数据的已连接设备(想想各种流媒体设备，例如家中孩童的平板电脑、智能电视和所有家用手机)通过单一Wi-Fi网络确实会减少各设备的数据传输率。这是因为路由器每秒最多只能传输固定数量的数据，并且必须在所有设备和用户之间共享。

低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy)

虽然IEEE将蓝牙标准化为IEEE 802.15.1，但它不再维护该标准。相反，蓝牙特别兴趣小组(Bluetooth SIG)

负责监督规范的制定、管理资格认证计划并保护商标。

正如低功耗蓝牙名称所暗示的，这种无线技术专为低能耗(低功耗)设备而设计。正是这一特性使得装有智能家居低功耗蓝牙的设备可以运行数月或数年而无需更换电池。

还应该注意的是，低功耗蓝牙技术的一个主要优势是它被嵌入在所有移动电话及其配件中。正是这种技术融合使得智能手机与其他产品配对的任务变得非常容易。

相对而言，使用低功耗蓝牙的另一个优点是其传输范围较长。蓝牙设备的限制更多地取决于监管机构(FCC、ETSI)对每个国家或地区对无线电发射功率的限制。虽然蓝牙设备可以有数百米的覆盖范围，但典型的消费者体验是十到三十米范围。不幸的是，低功耗蓝牙的主要限制(一个很大的限制)是可以连接的设备数量。一些低功耗蓝牙设备可以与多达十个或二十个设备通信，但是100个或更多设备就不可行了。

蓝牙网状网络 (Bluetooth mesh)

蓝牙网状网络是基于低功耗蓝牙的协议，但具有去中心化的“网格”网络，其中每个设备可以与网络中的任何其他节点通信。如果两个设备相距太远，它们的信号可以沿着中间设备跳跃。此外，可以在不影响网络总体能力的情况下，在网络中添加或删除设备。

蓝牙将此网状网络拓扑称为多对多(m:m)设备通信，而不是传统的点对点和星形(或广播)蓝牙通信拓扑。蓝牙网格传输范围没有限制，令人惊讶的是，这种拓扑结构最多可支持32767个连接节点。根据Silicon Labs白皮书，“智能家居是一个很好的例子，使用蓝牙网络作为智能家居网络可以非常容易地接入30-50个设备，并且它们不一定在彼此的直接射频覆盖范围内。”

虽然蓝牙网状网络解决方案可能非常适合于一些使用环境，例如智能手机与室内可连接设备之间的交互，但蓝牙网状网络解决方案并非适用于所有应用。许多物联网产品的最大价值是可以连接到外部世界，无论是用于远程控制和访问，还是与第三方服务交互。如果蓝牙设备来提供此功能，需要在蓝牙和IP(Wi-Fi、以太网、蜂窝等)之间建立“桥接”。当系统解决方案需要IP连接时，移动设备更可能(也许更合乎逻辑)仅通过IP进行通信，无论是直接在网络上还是通过云服务，使用Wi-Fi或蜂窝网络而不是使用带有“桥接”解决方案的蓝牙网格。

Zigbee

Zigbee，一种基于IEEE 802.15.4的规范，是一种低功耗、低数据速率和近距离无线网状网络。Zigbee联盟是一个会员制组织，负责维护和发布Zigbee标准。

Zigbee传输距离有限，范围从10到100米，具体取决于输出功率和环境条件。但是类似于蓝牙网格，Zigbee设备可以利用中间设备的网格网络到达更远距离的连接设备，从而在更远的距离上传输数据。Zigbee定义的数据传输速率为250 kbps，最适合用于极简单的传感器的间歇数据传输，例如无线灯开关和Philips Hue等智能灯泡。

互操作性 (Interoperability)

不能假定大多数消费者都熟悉物联网、智能设备、可连接设备和家庭自动化术语和短语，但至少从名称上来说，他们也熟悉Wi-Fi、蓝牙和BLE这种想法背后的原因是，大多数家庭自动化设备制造商最初采用这些无线技术是因为它们的可用性，因为它们不需要网关(集线器，允许数据从一个独立网络流向另一个网络的网络硬件设备)。但我们现在看到网关正逐渐出现在我们家中，例如Amazon Echo、Google Home和Samsung的SmartThings中心。这些网关现在通常被称为智能家庭集线器。而且，巧妙的是，这些网关本身支持各种无线技术。例如，Amazon Echo配备了Wi-Fi和Zigbee功能，三星的SmartThings可以很好地与ZigBee、Wi-Fi、蓝牙等配合使用。

展望

单一协议是否能够满足所有产品和/或市场的需求吗?很可能不是。不同的协议和标准具有不同的品质和益处。

一般而言，连接性要求应始终考虑整个生态系统，从终端设备到任何网关/集线器，再到应用层和服务提供商。因此，可以假设(或甚至确信)在智能家居这个仍在不断发展的无线连接世界中，将采用多协议。

所以这意味着如果您参与智能家居和智能生活应用中智能设备和/或智能集线器的开发，那么您将要与在其无线IC和无线模块产品组合中提供多协议的半导体公司合作。

Silicon Labs就是这样一家专业提供多协议解决方案的公司。Silicon Labs物联网产品现场营销总监Anders Pettersson表示，“我们的战略是成为无线连接的一站式商店。我们提供Zigbee、BLE、蓝牙网格、Thread、Z-Wave、Wi-Fi ... 我们包罗万象。并且，我们为每种协议开发了自己的协议栈。”

总结

凭借所有可用的竞争的无线网络技术，包含但不限于Wi-Fi、蓝牙、蓝牙网格和Zigbee，显然没有单一标准主导智能家居和智能生活应用及技术领域的产品开发。虽然这些独特协议中的每一种都有其优点和缺点，但实现设备互操作性的最佳方法是采用多协议软件和硬件解决方案。

支持多种无线连接和协议的单个产品使最终用户可以自由调整和更新自己的设备连接。提供这样一个包罗万象的设备或网关的关键是与该领域的专家合作。Silicon Labs就是这样一家专门提供这种多协议解决方案的公司。联系他们，了解他们如何帮助您实现下一个无线连接产品。

Silicon Labs的Blue Gecko低功耗蓝牙SoC套件使开发人员能够快速建立蓝牙连接并评估Blue Gecko SoC。点击“阅读原文”了解详情。

声明：本文由Silicon Labs供稿，本公众号对文中陈述、观点保持中立。 
    已同步到看一看