用ZigBee构建智能家庭网络
发布时间：2011-7-14 10:26
发布者：老郭
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近年来，物联网概念在国内十分火热。本文不讨论物联网定义、前景等宏观问题，而是介绍一种与物联网相关的家庭网络，它是由Wi-Fi和ZigBee技术共同完成的。 星谷科技推出一款家庭网关VHOME200，该产品集语音数据、安防报警、家电控制和智慧传感于一体。它实际上包含了3G、Wi-Fi和ZigBee三种网络技术以实现不同的功能：3G技术实现家庭与互联网的沟通，Wi-Fi技术实现家庭网络单元之间的高速通信，而ZigBee则实现家庭网络中更多终端之间的低速通信。 为何采用ZigBee 家庭网络采用的近距离无线通信技术要解决的是所谓最后100米或最后50米的问题。实际上，有可能用于家庭网络的无线技术有多种。考虑到以下因素，ZigBee也许是最合适的选择。 首先，无线电频段是受管制的。各国政府所规定的工业、科学和医用频段各不相同。在1GHz以下，美国可用315/915 MHz，中国可用433 MHz，欧洲是433/868 MHz，澳洲是433/915 MHz。这些可用频段比较混乱，为产品开发和商品流通带来了障碍。好消息是，有一个全球统一的频段可以使用，那就是2.4 GHz。 下表列出了四种短距离无线通信技术，其中包括2.4 GHz的ZigBee、蓝牙和Wi-Fi，以及国内的合法433MHz技术。通过对比，我们很快就排除了蓝牙技术，因为它只支持点对点通信，无法满足家庭网络中多节点通信的需求。下一个可排除的就是Wi-Fi。虽然现在Wi-Fi也可以实现低功耗，但这种高速通信技术的成本还是相对较高。另外，其组网规模也较小，限制了它的应用前景。 
现在只剩下ZigBee和433MHz了。前面提到，433MHz不是国际通用的频率，这是它的一个缺点。它更大的缺点实际上是安全性问题，没有加密算法。当然，开发人员可以在基带为信号加密，但这显然限制了433MHz产品作为消费电子的市场范围。 需要提到的是，433MHz技术的穿透性显著优于2.4 GHz技术，而这一点尤其适合中国家庭，因为中国城市居民多数居住在钢筋混凝土建造的高层楼房中，而不像美国家庭生活在独栋的木质房屋中。这也是为什么国内的工业应用（如抄表）多采用433MHz技术。 与其他2.4 GHz技术一样，ZigBee信号的穿透性也不好。然而，ZigBee有一个不同与其他通信技术的优点，它克服了信号穿透性差的缺陷，这就是ZigBee的网状网络特性。ZigBee这个名词的来源蜜蜂跳的Z字形舞蹈，它们通过舞蹈来向同伴传递信息，比如哪里有花蜜。在ZigBee网络中，每一个节点相当于一个蜜蜂，信息在各个节点之间传递，只要节点足够多（ZigBee网络中可以包含6万多个节点），信息传递的距离就足够远。 系统功能 星谷科技的数字家庭核心产品是ZigBee网关。它首先具备上网功能，对外与3G网连接，对内是一个路由器，里面有Wi-Fi模块，实现打电话、上网等基本通信功能。与普通Wi-Fi路由器不同的是，它里边还包含一个ZigBee模块，实现安防报警，将安防传感器、门磁、遥控器、红外探测器、烟雾探测器、煤气探测器等传感器接入这个网关。在智能家居方面，网关连接着装有ZigBee模块的灯光控制器、开关面板、电源插座和各类家电，通过ZigBee和3G网络实现远程控制。智慧传感指的是家庭医疗系统，包括血糖计、血氧计、血压计，主人的健康状况数据，并通过ZigBee与3G网把这些数据传送到某个网站上保存下来，供医疗专家分析并提供咨询服务。 
Android + Arduino + ZigBee 大家知道Android是目前流行的Google操作系统，但Arduino却显得比较陌生。Arduino是Google的开源硬件平台，是目前开源硬件中最大的一种，它提倡积木式开发，可以非常方便灵活地开发各种传感器外设原型。今年5月召开的Google开发者大会发布了Android Open Accessory技术标准，Arduino就是这个标准。也就是说，Arduino传感器可直接与Android设备通信。随着Android手机、Android平板电脑、Android机顶盒等设备的普及，Arduino的前景将十分广阔。 重要的是，Arduino选用ZigBee作为短距无线通信标准，使Android、Arduino和ZigBee三种技术结合了起来，这将对智能家居领域产生巨大影响。星谷科技的产品开发规划就采用了Arduino开源硬件平台以顺应这个潮流。他们采用的ZigBee芯片是TI公司的CC2530（升级产品为CC2533），据称在产品成熟度和性价比方面都高于竞争产品。 运营商与家电厂商是关键 通过上文我们可以看到，星谷科技的家庭网关类似与我们家里常用的无线Wi-Fi路由器，可以通过ADSL或3G实现高速上网，区别是它还包含ZigBee模块，与家庭网络总的其他终端实现低速、低功耗网络通信，包括空调、冰箱、电视等家电。实际上，像星谷科技这样的技术型公司在推动家庭网络方面的作用是有限的，电信运营商和家电厂商拥有各方面更多的资源，所起的作用要大得多。星谷科技曾经承接的一个项目就是华为承接中国移动的一个项目的子项目，为运营商定制一种包含3G、Wi-Fi和ZigBee三种无线技术的设备。 家电厂商的优势是，其产品在家庭中渗透很广，而且他们可以决定他们的家电采用哪种联网方式。所以，家电厂商与电信运营商的合作是十分自然的事。例如中国电信“我的E家”，他们采用了自己专有的近距离通信技术，海尔与之合作，在空调、电视、热水器等家电中安装了这种通信模块。出于垄断市场的考虑，电信运营商往往并不会热衷与像ZigBee这样的开放技术。 一个令人悲哀但无法回避的事实是，像星谷科技这样掌握前沿技术并拥有多年应用经验的公司很难在中国市场中发展壮大。掌握用户、垄断部分市场的非技术型公司如电信运营商甚至地产商们拥有市场主导权，他们往往把非常微薄的利润留给技术型公司，使后者无法专注于产品质量、考虑持续发展，最后造成一个支离破碎的市场并留给消费者一堆破烂不堪的产品。 |
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