浅析几种常见的物联网无线传输协议在智能家居中的应用

刘伯夷

安徽省产品质量监督检验研究院 安徽合肥 230000

在智能小区、智能家居等物联网终端普及的未来，为了保证无线传输数据的安全，无线传输协议显得尤为重要。

“物联网”概念在1999年美国麻省理工学院首次被提出，狭义的物联网指的是“物—物相连的互联网”，这里相连的主体既包括物品到物品，也包括物品到识别管理设备。

广义的物联网指的是信息空间和物理空间的融合，也就是虚拟与现实的融合，把所有的物体和事件数字化、网络化，在人与人、人与物、物与物之间实现信息交互，实现物品的自动识别，监控定位和远程管理[1]。

物联网以现有的互联网和各种专有的网为基础，传输通过感知层采集汇总的各类数据，实现数据的实时传输并保证数据安全。目前的有线和无线互联网、2G和3G网络等，都可以作为传输层的组成部分。在智能小区、智能家居等物联网终端普及的未来，为了保证无线传输数据的安全，无线传输协议显得尤为重要。

1 智能家居的概念及产品

根据维基百科的介绍，智能家居又称之为「家庭自动化（Homeautomation）」，是指家庭中的建筑自动化，也被称作智能家庭（smarthome）。在英文中也有Domotics的称呼。家庭自动化系统能够控制灯光、窗户、温湿度、影音设备以及家电等，它也可能同时包含家庭安保，例如出入控制或者是警报器。当连上了互联网后，家庭设备变成智能网中重要的成分。

目前市面上的智能家居产品已经几乎囊括了所有传统家居品类，小到最基本的照明产品、开关/插座、传感器、摄像头，大到各类大小家电（风扇/空调/路由器/空气净化器/智能网关等）、防盗产品（门锁/门铃）等产品，几乎都可能买到。①照明产品：包括智能灯泡、智能灯座、智能灯带、智能吸顶灯等；②开关/插座：智能墙壁开关、智能插座、智能旋钮开关、智能感应开关等；③传感器：智能门窗磁传感器、智能温湿度传感器、智能水浸传感器、智能人体传感器等；④其他：智能窗帘电机、智能门锁、智能空气净化器、智能风扇、智能监控器等。

2 智能家居产品中常见的无线传输协议

目前常见的无线传输协议除了射频识别（Radio Frequenc yIdentification）、红外、GPRS、4G、5G、窄带物联网（Narrow Band-Internetof Things）以外，在智能家居产品中应用较多的是以下几种无线传输协议。

2.1 Wi-Fi

Wi-Fi全称为Wireless Fidelity，又称IEEE802.11b标准，与蓝牙技术一样，属于办公室与家庭使用的短距离无线技术，其主要的特性为：速度快、可靠性高。在开放区域，其通信距离可达305m。在封闭性区域其通信距离为76-122m，方便与现有的有线以太网整合，组网的成本更低。

目前家居中大多数产品依然使用WiFi传输协议，包括智能灯、投屏设备及一些局域网设备。

2.2 蓝牙

Bluetooth是1998年5月，东芝、爱立信、IBM、Intel和诺基亚共同提出的技术标准。蓝牙以无线LANs的IEEE802.11标准技术为基础。应用了“Plon kand play”的概念（有点类似“即插即用”），即任意一个蓝牙设备一旦搜寻到另一个蓝牙设备，马上就可以建立联系，而无需用户进行任何设置，因此可以解释成“即连即用”。

蓝牙技术有成本低，功耗低、体积小，近距离通信，安全性好的特点。蓝牙在未来的物联网发展中将得到一定的应用，特别是应用在办公场所、家庭智能家居等环境中，常见的比如蓝牙耳机、蓝牙打印机等设备。

2.3 ZigBee

ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低速率的近距离的无线网络技术。ZigBee有显著的特点：超低功耗，网络容量大，数据传输可靠，时延短，安全性好，实现成本低。在ZigBee技术中，采用对称密钥的安全机制，密钥由网络层和应用层根据实际应用需要生成，并对其进行管理、存储、传送和更新等。因此，在未来的物联网中，ZigBee技术显得尤为重要，目前已在智能家居领域中得到广泛应用。比如，智能开关、智能灯、智能插座等产品[2]。

3 ZigBee的优势

相较于Wifi传输，ZigBee最大的优势在于其低功耗。在智能家居产品中凡是连接电源线的或是使用大电池供电的，基本都是使用wifi连接。wifi连接不需要额外连接网关，使用方便，用户学习成本低。缺点是待机功耗高，每个设备待机功耗约1-3w，过多的wifi产品对无线路由的带机量有很高的要求。普通的无线路由带机量在20-30个基本已经饱和。这类产品主要包括各种智能灯、电视、冰洗、电饭锅、电磁炉、扫地机、新风机、空净、电暖气、插排、摄像头、智能猫眼等等。所以这类产品如果家居中较多的话，仅仅是待机每天都得1度电左右。

而凡是电池供电或充电的，基本都是使用蓝牙或者ZigBee连接。对于这种小电池供电的，对待机低功耗要求很高的设备，最佳选择还是ZigBee。包括：温湿度计、指纹门锁、空气检测计等小设备。

简单的数据对比来说，wifi待机功率约1w，而如果使用ZigBee接入，ZigBee灯的待机功耗约为0.2-0.3w，节能优势明显。蓝牙mesh的功耗是0.5w。

ZigBee由于其超低功耗，网关的运行在断网的情况下，也依旧能够连接屋内的智能家居设备，确保先前设置的联动操作依旧可以通过家庭中心正常执行。以智能灯来说，不会出现夜间灯光低频闪动的现象，家庭线路的使用也更为安全[3-5]。