劉伯夷

安徽省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 安徽合肥 230000

在智能小區(qū)、智能家居等物聯(lián)網(wǎng)終端普及的未來(lái)，為了保證無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)的安全，無(wú)線傳輸協(xié)議顯得尤為重要。

“物聯(lián)網(wǎng)”概念在1999年美國(guó)麻省理工學(xué)院首次被提出，狹義的物聯(lián)網(wǎng)指的是“物—物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，這里相連的主體既包括物品到物品，也包括物品到識(shí)別管理設(shè)備。

廣義的物聯(lián)網(wǎng)指的是信息空間和物理空間的融合，也就是虛擬與現(xiàn)實(shí)的融合，把所有的物體和事件數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，在人與人、人與物、物與物之間實(shí)現(xiàn)信息交互，實(shí)現(xiàn)物品的自動(dòng)識(shí)別，監(jiān)控定位和遠(yuǎn)程管理[1]。

物聯(lián)網(wǎng)以現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)和各種專有的網(wǎng)為基礎(chǔ)，傳輸通過(guò)感知層采集匯總的各類數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸并保證數(shù)據(jù)安全。目前的有線和無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)、2G和3G網(wǎng)絡(luò)等，都可以作為傳輸層的組成部分。在智能小區(qū)、智能家居等物聯(lián)網(wǎng)終端普及的未來(lái)，為了保證無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)的安全，無(wú)線傳輸協(xié)議顯得尤為重要。

1 智能家居的概念及產(chǎn)品

根據(jù)維基百科的介紹，智能家居又稱之為「家庭自動(dòng)化（Homeautomation）」，是指家庭中的建筑自動(dòng)化，也被稱作智能家庭（smarthome）。在英文中也有Domotics的稱呼。家庭自動(dòng)化系統(tǒng)能夠控制燈光、窗戶、溫濕度、影音設(shè)備以及家電等，它也可能同時(shí)包含家庭安保，例如出入控制或者是警報(bào)器。當(dāng)連上了互聯(lián)網(wǎng)后，家庭設(shè)備變成智能網(wǎng)中重要的成分。

目前市面上的智能家居產(chǎn)品已經(jīng)幾乎囊括了所有傳統(tǒng)家居品類，小到最基本的照明產(chǎn)品、開(kāi)關(guān)/插座、傳感器、攝像頭，大到各類大小家電（風(fēng)扇/空調(diào)/路由器/空氣凈化器/智能網(wǎng)關(guān)等）、防盜產(chǎn)品（門(mén)鎖/門(mén)鈴）等產(chǎn)品，幾乎都可能買(mǎi)到。①照明產(chǎn)品：包括智能燈泡、智能燈座、智能燈帶、智能吸頂燈等；②開(kāi)關(guān)/插座：智能墻壁開(kāi)關(guān)、智能插座、智能旋鈕開(kāi)關(guān)、智能感應(yīng)開(kāi)關(guān)等；③傳感器：智能門(mén)窗磁傳感器、智能溫濕度傳感器、智能水浸傳感器、智能人體傳感器等；④其他：智能窗簾電機(jī)、智能門(mén)鎖、智能空氣凈化器、智能風(fēng)扇、智能監(jiān)控器等。

2 智能家居產(chǎn)品中常見(jiàn)的無(wú)線傳輸協(xié)議

目前常見(jiàn)的無(wú)線傳輸協(xié)議除了射頻識(shí)別（Radio Frequenc yIdentification）、紅外、GPRS、4G、5G、窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band-Internetof Things）以外，在智能家居產(chǎn)品中應(yīng)用較多的是以下幾種無(wú)線傳輸協(xié)議。

2.1 Wi-Fi

Wi-Fi全稱為Wireless Fidelity，又稱IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)，與藍(lán)牙技術(shù)一樣，屬于辦公室與家庭使用的短距離無(wú)線技術(shù)，其主要的特性為：速度快、可靠性高。在開(kāi)放區(qū)域，其通信距離可達(dá)305m。在封閉性區(qū)域其通信距離為76-122m，方便與現(xiàn)有的有線以太網(wǎng)整合，組網(wǎng)的成本更低。

目前家居中大多數(shù)產(chǎn)品依然使用WiFi傳輸協(xié)議，包括智能燈、投屏設(shè)備及一些局域網(wǎng)設(shè)備。

2.2 藍(lán)牙

Bluetooth是1998年5月，東芝、愛(ài)立信、IBM、Intel和諾基亞共同提出的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)牙以無(wú)線LANs的IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)為基礎(chǔ)。應(yīng)用了“Plon kand play”的概念（有點(diǎn)類似“即插即用”），即任意一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備一旦搜尋到另一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備，馬上就可以建立聯(lián)系，而無(wú)需用戶進(jìn)行任何設(shè)置，因此可以解釋成“即連即用”。

藍(lán)牙技術(shù)有成本低，功耗低、體積小，近距離通信，安全性好的特點(diǎn)。藍(lán)牙在未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中將得到一定的應(yīng)用，特別是應(yīng)用在辦公場(chǎng)所、家庭智能家居等環(huán)境中，常見(jiàn)的比如藍(lán)牙耳機(jī)、藍(lán)牙打印機(jī)等設(shè)備。

2.3 ZigBee

ZigBee是一種新興的短距離、低功耗、低速率的近距離的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。ZigBee有顯著的特點(diǎn)：超低功耗，網(wǎng)絡(luò)容量大，數(shù)據(jù)傳輸可靠，時(shí)延短，安全性好，實(shí)現(xiàn)成本低。在ZigBee技術(shù)中，采用對(duì)稱密鑰的安全機(jī)制，密鑰由網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要生成，并對(duì)其進(jìn)行管理、存儲(chǔ)、傳送和更新等。因此，在未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)中，ZigBee技術(shù)顯得尤為重要，目前已在智能家居領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。比如，智能開(kāi)關(guān)、智能燈、智能插座等產(chǎn)品[2]。

3 ZigBee的優(yōu)勢(shì)

相較于Wifi傳輸，ZigBee最大的優(yōu)勢(shì)在于其低功耗。在智能家居產(chǎn)品中凡是連接電源線的或是使用大電池供電的，基本都是使用wifi連接。wifi連接不需要額外連接網(wǎng)關(guān)，使用方便，用戶學(xué)習(xí)成本低。缺點(diǎn)是待機(jī)功耗高，每個(gè)設(shè)備待機(jī)功耗約1-3w，過(guò)多的wifi產(chǎn)品對(duì)無(wú)線路由的帶機(jī)量有很高的要求。普通的無(wú)線路由帶機(jī)量在20-30個(gè)基本已經(jīng)飽和。這類產(chǎn)品主要包括各種智能燈、電視、冰洗、電飯鍋、電磁爐、掃地機(jī)、新風(fēng)機(jī)、空凈、電暖氣、插排、攝像頭、智能貓眼等等。所以這類產(chǎn)品如果家居中較多的話，僅僅是待機(jī)每天都得1度電左右。

而凡是電池供電或充電的，基本都是使用藍(lán)牙或者ZigBee連接。對(duì)于這種小電池供電的，對(duì)待機(jī)低功耗要求很高的設(shè)備，最佳選擇還是ZigBee。包括：溫濕度計(jì)、指紋門(mén)鎖、空氣檢測(cè)計(jì)等小設(shè)備。

簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)對(duì)比來(lái)說(shuō)，wifi待機(jī)功率約1w，而如果使用ZigBee接入，ZigBee燈的待機(jī)功耗約為0.2-0.3w，節(jié)能優(yōu)勢(shì)明顯。藍(lán)牙m(xù)esh的功耗是0.5w。

ZigBee由于其超低功耗，網(wǎng)關(guān)的運(yùn)行在斷網(wǎng)的情況下，也依舊能夠連接屋內(nèi)的智能家居設(shè)備，確保先前設(shè)置的聯(lián)動(dòng)操作依舊可以通過(guò)家庭中心正常執(zhí)行。以智能燈來(lái)說(shuō)，不會(huì)出現(xiàn)夜間燈光低頻閃動(dòng)的現(xiàn)象，家庭線路的使用也更為安全[3-5]。