浅析ZigBee(HA协议)行业解决方案

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2019-09-26

一、序

    可能对于大部分人来说 ZigBee 协议有些陌生,ZigBee 是一个基于 IEEE802.15.4 标准(2.4 Ghz 频段)的低功耗局域网协议,是一种短距离、低功耗的无线通信技术。它也不是一个新鲜的产物了,早在 2004 年 ZigBee 联盟就已成立,但因蓝牙和WiFi的强势,ZigBee便显得非常低调。
 

二、ZigBee协议

 

(一)ZigBee概述 

ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。其名称来源于蜜蜂的“八字舞”,因蜜蜂(bee)是靠嗡嗡(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来传递信息,而ZigBee的功能特点与之相近,固有称为“紫蜂协议”
ZigBee协议具有近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率等特点。主要适合用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备。简而言之,ZigBee就是一种便宜的,低功耗的近距离无线组网通讯技术。
ZigBee是基于IEEE 802.15.4短距离无线电通讯技术,其工作频段为2.4G和868/915MHz,虽然其传输速率受低功耗的特性影响(<250Kbps),但作为工业控制网络和家庭及个人设备控制信号传输这一数据传输量已能够满足其需要。
ZigBee的另外的两个特点是组网能力强及相当高的安全性,一个ZigBee网络中可以连接65000多个通讯设备,同时全世界尚未出现ZigBee网络被破解的先例。

(二)ZigBee的特点

ZigBee具有以下特性:

  • 低功耗:同等供电条件下,ZigBee可工作最长24个月,蓝牙为一周,WiFi仅为数小时。

  • 低速率:ZigBee工作在20~250kbps的速率

  • 近距离:传输范围一般介于10~100m之间,在增加发射功率后,亦可增加到1~3km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力,传输距离将可以更远。

  • 短时延:ZigBee的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需15ms,节点连接进入网络只需30ms,进一步节省了电能。相比较,蓝牙需要3~10s、WiFi 需要3s。

  • 高容量:ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构,由一个主节点管理若干子节点,最多一个主节点可管理254个子节点;同时主节点还可由上一层网络节点管理,最多可组成65000 个节点的大网。

  • 高安全:目前在全球范围内尚无ZigBee被破解的先例。

  • 免执照频段:ZigBee使用工业科学医疗频段,915MHz(USA)、868MHz(EU)、2.4GHz(全球)。


(三)HA协议

HA即HOME AUTOMATION,意为家庭自动化,是ZigBee联盟作为基于ZigBee的一个专为智能家居而推出的一套传输协议,该协议主要针对智能家居设备的数据传输、命令、数据字段等进行规范,具有更为详尽定义与针对性。
HA协议主要定义了:设备功能、事件触发、警报触发、设备联动、远程通讯及各功能的通讯方式和命令字段及属性。
 

三、ZigBee与其他无线通讯技术对比

 

(一)  与蓝牙

ZigBee与蓝牙同是基于IEEE的无线电短距离传输技术,相较于蓝牙的高传输速率,ZigBee显然只能望其项背。然而蓝牙技术却因高成本、高复杂度、高功耗以及非常差的组网能力让各家智能家居厂商对这项技术弃之敝履。同时由于蓝牙技术被破解的风险远高于ZigBee,对于智能家居系统中重要的安防环节来说,蓝牙显然是不宜采用的。
 

(二)  与WiFi

WiFi作为当下部分智能家居厂商所采用的近场通讯技术,一样有着ZigBee所不能比拟的高传输速率,然而WiFi相较之蓝牙技术更差的安全性,也是众多智能家居厂商不得不慎重考虑的一点。WiFi虽与用户的操作终端(如手机、PAD等)之间通讯更为方便快捷,但其与蓝牙一样有较差的组网能力,且网络自我修复能力差,同时采用WiFi技术所带来的高功耗也是众多采用电池供电的小型智能家居设备不愿使用WiFi技术的原因。
 

(三)自身缺点

ZigBee最大的短板就是每个网络必须要有一个网络协调器,因为ZigBee的信号不能直接与用户终端进行通讯,故而每个ZigBee局域网都需要这样一个网络协调器来进行信号的转发。
目前绝大部分使用ZigBee的智能家居厂商均可提供符合各自ZigBee网络的可同时作为家庭WiFi发射器的网络协调器。让用户不会对突兀的单个网络协调器感到拒绝。
 

四、为什么是ZigBee

在目前的智能家庭系统中,有很多产品都是靠内置电池供电的,而且均宣传可持续使用半年以上。能达到这么长的续航时间,肯定离不开低功耗的传感器和传输协议。
有一个普遍的观点是,凡是可以接入 220V 市电的智能设备,不需要考虑耗电问题,这时通过 WiFi 连接是最好的选择。但对于体积小、安装位置不固定的物联网设备来说,要想获得长久的续航时间,使用 WiFi 自然是不可行的,而且 WiFi 技术在安全性方面也有所欠缺,这可能会成为悬在智能家居头上的一把达摩克利斯之剑。
虽然从蓝牙 4.0 开始引入了低功耗蓝牙(BLE)的技术,但蓝牙也有很明显的短板:连接设备有限(理论上 7 个设备),不能自组网。对于一般的智能单品来说,蓝牙足够好了;但对于致力构建智能家居生态链(大量智能设备同时工作)的国内智能家居厂商来说,蓝牙肯定是不够的。
而剩下的似乎只有 ZigBee 和 Z-Wave 协议可以选择了。
虽然 Z-Wave 具有结构简单,性能可靠的特点,但目前想获得 Z-Wave 芯片的授权还比较困难,更为关键的是 ,Z-Wave 所用频段(865.2MHz-956MHz)在我国是非民用的。所以对国内智能家居厂商来说,ZigBee 协议更适合国内使用的情况,选择 ZigBee 协议一定是经过深思熟也是必然的结果。
 

五、ZigBee智能锁

 

(一)什么是ZigBee智能锁

    ZigBee智能锁即为采用了ZigBee通讯技术来实现远程控制门锁的新型智能门锁。同时也是目前市场火热的智能家居系统中的重要的一项产品。
 

(二)为什么选择ZigBee智能锁?

随着智能家居的逐渐普及,作为智能家居系统中重要的安防环节的一个重要组成部分,门锁是极其重要的,单独的传统智能门锁无法接进整套智能家居系统当中,为用户的整体体验与日常安全带来不便与隐患。而ZigBee智能锁具有传统智能锁的所有功能,同时可以加入到智能家居系统当中,让用户可以通过智能家居的远程端来随时控制门锁和掌握门锁的实时情况。而且成本上与传统智能门锁并无明显差异,选择ZigBee门锁,已成为未来的一个趋势。
 

六、ZigBee智能锁的常见问题

  • ZigBee智能锁是否具有传统智能锁的功能?

   ZigBee智能锁是在传统智能锁上增加了ZigBee技术,具有传统智能锁所具有的全部功能。

  • ZigBee智能锁可否使用手机直接控制?

   手机可通过ZigBee智能锁厂家提供的APP来控制门锁。

  • ZigBee智能锁是否安全?

   ZigBee传输是是通过ZigBee网络进行传输,而ZigBee网络安全性极高,全球尚未有过破解报告。而且ZigBee锁与传统智能锁相同, 可以通配国内大部分大锁体,安全有保障。

  • ZigBee智能锁的价格如何?

   ZigBee技术是比较成熟且成本较低的,因此ZigBee智能锁的价格仅仅比传统智能锁贵出一点,不会出现价格飙升的情况。

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