智能家居無線通信技術研究

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摘要：隨著人們物質生活水平的不斷提高，對生活舒適性的要求也在不斷提升，在通信與網絡技術越來越成熟的背景下，智能家居的發展已經成為必然。作為智能家居中的技術引領者，無線通信技術借助無線網絡進行家居操控，憑借自身特點促進了智能家居產業的發展。

關鍵詞：無線通信；智能家居；應用

0引言

當今時代是物聯網的時代，人們跟家居設備的互動將會越來越準確便捷，智能家居的一個巨大飛躍發展就是從有線網絡到無線通信。在智能家居中，無線通信技術的應用不僅在第一個環節改變了家庭應用的方式，在安裝過程中避免了開墻孔，很大的程度上簡化了產品設備的調度方式。智能家居系統的安全性和穩定性直接受到無線通信技術優劣的影響。就目前來說，在智能家居的無線通信技術運用中WiFi、Z-Wave、藍牙(Bluetooth)、ZigBee、無線射頻等五種技術比較常見。下面把這5種技術優缺點和用途進行介紹。

1理論概述

1.1無線通信技術無線通信(Wirelesscommunication)是指利用電磁波信號可以在任意空間中傳播并且進行信息交換的一種通信方式。GSM、Infrared(IR)、CDMA2000、Bluetooth、UMTS/3GPPw/HSDPA、RFID、ISM、ZigBee、WiMAXWi-Fi和UWB等是目前主流的無線通信技術。各種各樣的無線通信技術的適用頻段、調制方式、最大作用距離、數據率和應用領域。數據率越高,作用距離就越短是以上幾種無線通信技術的作用距離與數據率最明顯的關系。1.2智能家居智能家居(homeautomation,smarthome)是指以住宅為平臺，利用安全防范技術、網絡通信技術、綜合布線技術、音視頻技術、自動控制技術將家居生活有關的設施集成，構建高效的家庭日程事務與住宅設施的管理系統，提升家居舒適性、藝術性、安全性、便利性，并實現環保智能、節能的居住環境。

2主流無線通信技術在智能家居中應用的優缺點

2.1WiFi技術

優點：WiFi技術已經被廣泛的應用在我們的日常生活中，它有著較高的傳輸速率，可以在射頻技術指導下實現個人電腦或者手機等終端設備無線方式的有效連接，實現數據信息的高效傳輸。基于WiFi技術的智能家居產品是很常見的，其優勢在于傳輸速率快，且產品成本低，在生活使用中最為流行。而且，對于用戶來說，最方便的智能家居組合就是基于WiFi技術，它可以直接購買設備聯網。WiFi是一種以太網無線擴展，成本較低；它有著更高的傳輸速度，可以達到54Mbps；傳輸速度很快，甚至可以達到11Mbps。缺點：無線穩定性弱、安全性非常低是WiFi技術最大的問題；其次，相對較高的功耗也是被廣為詬病的缺點；最后，就目前的技術來看，16個設備已經是WiFi網絡的實際規模的極限，組網能力不高，而實際智能家居系統中的設備遠遠多于16個，顯然生長空間受到了一定的限制。

2.2Z-wave技術

優點：最初的時候，應用于智能家居的無線控制就是Z-wave無線通信技術的技術設計初衷。與其他智能家庭無線通信技術相比，Z-wave無線通信技術傳輸的數據量較小，傳輸頻率低，保持在865.22-956MHz之間，所以無論是價格還是傳輸距離都有很大的優勢。由控制節點進行分配的獨立的網絡地址存在于任意一個Z-wave網絡中，通信距離范圍之內的所有節點都可以被控制。設備完成后進入網內，用戶可以使用全功能遙控器，在全觸摸屏控制下使用輔助開關狀態，對家中所有連接的智能家居進入網電控制。Z-wave無線通信技術可以利用遠程網絡對家庭中的電氣設備實現更有效的監控和管理。缺點：Z-wave無線網絡節點的無線節點不多，理論值為256，實際值可能只有150左右，樹網絡結構的同時，一旦被頂壞的分支，所有的底部的設備可能就無法與網關進行通信。此外，Z-wave無線通信技術無加密技術，安全性很低。

2.3藍牙技術

優點：藍牙通信技術作為一種典型的快速跳頻短包技術和分布式網絡結構，可以輕松實現一對多，點對點的通信連接，在一個2.4GH帶的環境中工作，常規建立數據傳輸率為1Mhps。現在在智能家居中藍牙技術的作用主要體現在兩個方面：一方面，通過藍牙技術監控用戶家中的各種情況，這一監測涉及兩部分，一是監測家庭環境，利用遠程對用戶家庭實現自動調節陽光，濕度和溫度等，建立舒適的生活環境。二是監測能源，在這種情況下，具體的能源是指用戶的水電，暖氣、煤氣等，監測家庭能源開關，消除安全隱患；另一方面，藍牙技術可以實現自動計費服務。藍牙無線通信技術對用戶家庭電表、水表和煤氣表等充電設備的流量進行精度監控，并計算出成本消耗。缺點：由于傳輸距離太短，所以組建龐大的家庭網絡對于藍牙技術來說并不適用，在智能家居的應用中有很明顯的限制。

2.4ZigBee技術

優點：ZigBee技術在智能家居無線通信技術中是最常見的，它的性質是一個短距離的雙向無線通信技術，具有高容量和低投資、低損耗等明顯的優點，并具有自恢復和自組織網絡的功能。由于獨特的技術設計，ZigBee技術擁有較高的安全性：使用了比銀行卡加密系統嚴格12倍的AES（高級）加密系統，；其次，采用蜂窩結構的ZigBee網絡，每個設備可以通過多個方向與網關通信，保證網絡的穩定性；每個裝置還具有無線信號中繼功能，可以中繼傳輸到無線通信信息到1000米遠的距離。此外，65300的網絡節點容量理論，可以滿足家庭網絡覆蓋的需求，甚至只需要一個主機就可以實現智能大廈、智能小區等的普遍覆蓋；最后，ZigBee具備雙向通信能力，不僅可以發送命令到設備，該設備還可以把正在進行的狀態和相關數據反饋回來。此外，ZigBee采用低功耗設計，可以使用全電池供電，理論上來說，電池的電量足夠使用2年以上。缺點：ZigBee技術研發和應用門檻較高，開發難度大，沒有技術實力的企業無法涉足，國外的智能家居系統都是在運用這個技術，目前國內只有海爾、小米、紫光物聯、深圳聰明屋等少數企業把此技術運用到了智能家居。

2.5無線射頻技術

優點：無線射頻技術是一種自動識別技術，基本系統主要包含衛星天線、電子標簽、閱讀器三大部分。電子標簽上有可以被唯一識別的電子編碼。閱讀器通過無線射頻的照射獲取電子標簽的電子編碼，并進行識別。衛星天線就是收發無線射頻的媒介，負責電子標簽與閱讀器之間的“交流”。無線射頻技術是一種近距離的無線通信技術，具有低成本、低數據速率、低功耗、低復雜度的特點。這種技術應用于智能家居的的優點是，利用點對點的射頻技術，實現對家電和燈光的控制，使一部分家居產品無需重新布線，設置安裝都很便捷，主要應用于實現對特定電器或燈光的控制，成本較低。缺點：無線射頻技術的遙控距離一旦超過一定范圍，無線信號就會因為同頻信號的干擾而變弱。在智能家居的應用中，無線射頻技術的極限距離是30米（室內），如果超過了這個距離，無線信號會減弱，同時易受同頻干擾，是無線射頻技術最明顯的缺點。另外，無線射頻技術裝置的家居系統功能比較弱，控制方式比較單一，受環境制約明顯，只適用于新裝修戶和已裝修戶。

3結語

在通信技術以及網絡技術飛速發展的今天，萬物互聯是必然趨勢，在未來，人與人、人與物、物與物都會無處不在的互聯，任何人、任何物、任何時間、任何地點永遠在線，隨時互動。物聯網時代的智能家居系統必須具備互聯互通，單純的遠程控制一下燈光和電器已經不能稱為實質意義上的智能家居了，那樣只能叫做遙控。智能產業不斷發展的今天，在智能家居中如何更有效地發揮無線通信的優勢是智能家居研究的重點。

參考文獻：

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作者：鄭世華 單位：福建水利電力職業技術學院