米家智能插座背后的兩種無線協議——Wi-Fi與ZigBee

隨著科技的發展,智能家居的概念深入人心,人們利用智慧不斷開創新的生活。比爾蓋茨是第一個智能家居的使用者,也許很多人會認為智能家居的高端性符合像比爾蓋茨那樣有“錢”的人,其實不然,隨著Wi-Fi的普及和5G的發展,智能家居慢慢走進大眾的視野,只需一個智能插座或音箱,就可以開啟你的智能家居生活。

米家智能插座分為Wi-Fi版、ZigBee版、普通版和加強版。可根據無線協議,將這四種插座簡化為兩類:Wi-Fi版、ZigBee版,因為普通版、增強版和Wi-Fi版都是使用Wi-Fi版無線協議,而ZigBee版使用的是ZigBee無線協議。那Wi-Fi和ZigBee到底是什么?

首先,Wi-Fi和ZigBee是兩種不同的無線協議。Wi-Fi無線協議:全稱WirelessFidelity,又稱802.11b標準,也叫做WIFI或是WLAN功能。ZigBee無線協議:也稱紫蜂,是一種低速短距離傳輸的無線網上協議,底層是采用IEEE802.15.4標準規范的媒體訪問層與物理層。那么Wi-Fi版和ZigBee版無線協議在米家智能插座上的使用區別體現在哪?

是否依賴網絡

Wi-Fi無線協議:支持通過米家APP控制家電,問題就是,如果家里斷網,則控制功能失效;ZigBee無線協議:同樣支持通過米家APP控制家電,家中斷網后仍可正常使用。

功耗問題

除了是否聯網會影響使有之外,二者還存在很大的差別。Wi-Fi的功耗高,不插電的設備,例如門窗、人體傳感器等都是有內置的電池進行供電,功耗高的話需要頻繁充電或更換電池,會給用戶帶來麻煩和不好的體驗,相比之下,ZigBee的功耗較低,在低耗電待機模式下,僅2節5號干電池可支持1個節點工作6~24個月,甚至更長,而Wi-Fi僅可工作數小時,這是ZigBee的突出優勢,十分符合低功耗的要求。

傳輸速率

ZigBee的傳輸速率比較低,發射功率僅為1mW,分別提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始數據吞吐率,而且它采用了休眠模式,正因如此,ZigBee設備才非常省電。相比之下,Wi-Fi的傳輸速率就高得多,是目前傳輸速度快的技術,高可達11Mbit/s。

傳播距離

Wi-Fi與ZigBee一樣,同屬于在辦公室和家庭中使用的短距離無線技術。ZigBee技術的主要采用ISM頻段的2.4GHz,衍射能力弱,穿墻能力弱,容易受到障礙物的影響,傳播距離較近,一般有效傳播距離為10-75m,主要適用于小型辦公區域和家庭使用。同樣走的2.4GHz頻段,Wi-Fi采用無線電波傳輸,實現基站與終端的點對點無線通訊,鏈路層采用以太網協議為核心,以實現信息傳輸的尋址和校驗,傳輸范圍較廣,覆蓋范圍高達100m,甚至可以覆蓋整棟大樓。

網絡容量

隨著智能家居的發展,家里的智能電器會越來越多,設備多了之后路由器的負載會很大,使用Wi-Fi協議需要占用Wi-Fi帶寬資源,而Wi-Fi可連接設備有限,普通家用路由器可帶16個左右。ZigBee協議不需要占用Wi-Fi資源,并有著大規模的組網能力,ZigBee可采用星狀、片狀和網狀網絡結構,由一個主節點管理若干子節點,多一個主節點可管理254個子節點;同時主節點還可由上一層網絡節點管理,多可組成65000個節點的大網,每個網絡支持65000個節點,可帶設備達100個以上,隨著智能家居的不斷發展,開關、照明、家電的數量肯定會遠遠多于16個,WiFi有著相當大的局限性。

成本問題

對于一個產品,成本問題不可忽視。ZigBee通過大幅簡化協議,協議降低了對通信控制器的要求,而且ZigBee免協議專利費,每塊芯片的價格大約為2美元。Wi-Fi芯片對硬件的要求比較高,常見的Wi-Fi都是射頻前端加上基帶,所有協議棧都需要在主機MCU/CPU完成的,并且絕大多數MCU/CPU都是需要跑linux,所以都是2顆芯片的方案,而單芯片的Wi-Fi解決方案成本高的嚇人,在7~10美金左右。

Wi-Fi協議與ZigBee協議各有其優缺點,強行將二者分個高下沒有太大的意義,只有結合產品的需求,才能選擇適合的技術。

文 / 采集俠 2019/05/29

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