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    ZigBee與Z-Wave應用在智能家居領域的優劣分析——深圳中樂影音

    時間:2013-06-18 14:41:26  來源:深圳市中樂影音科技有限公司  作者:中樂影音

    1.Zigbee


    ZigBee基于IEEE的802.15.4個人局域網(PAN)無線標準,是ZigBee聯盟發起的開放式無線標準。IEEE802.15.4標準提供網絡的第一層(物理層,PHY)和第二層(媒體接入控制器,MAC),網絡層和應用層由ZigBee堆棧軟件提供. ZigBee標準創建于九十年代,當時作為Wi-Fi和藍牙之外的另一個選擇用于某些場合。IEEE802.15.4標準在2003年完成并在2006年得到升級。ZigBee聯盟成立于2004年,目的是維護該標準,同時繼續開發并提供互操作性測試。作為無線網狀網絡技術,ZigBee可以用于直接通信,但大多數應用基于星形或樹狀拓撲網狀網絡。主節點控制其他的連接點,如果某個節點不能和另一節點通信,這兩個節點就會作為中繼器與通信范圍內的其他的節點相連。ZigBee可支持6.5萬個節點。ZigBee的典型功率在1mW或0dBm,開闊空間的通信范圍為10米。不過根據情況,有時候也能達到更遠的距離。ZigBee和Wi-Fi以及藍牙使用同個頻段,因此共存是個大問題。大多數收發器都有共存機制,將干擾最小化。ZigBee聯盟是由公司和其他組織構成的聯合體,支持標準的開發和應用推廣,目前有超過220個成員。聯盟為所有應用ZigBee標準的產品提供測試認證。ZigBee的一大優勢是靈活性。ZigBee的設計可用于支持特定應用軟件的開發和部署,這些軟件也稱為應用規范。應用規范和ZigBee的堆棧相連,讓制造商更快、更容易地推出特別針對某些應用的無線產品?捎玫膽靡幏栋彝プ詣踊、智能能源、通信、醫療、遠程控制、消費電子射頻、建筑自動化和零售服務。
     

    2. Z-Wave
     

       Zensys在2008年被Sigma Designs收購之前開發了Z-Wave私有無線標準。Sigma Designs的產品是IC和電力線通信(PLC)和無線相關設備。Z-Wave標準不像很多無線標準那樣開放,但Zensys、Sigma Design的客戶都可以使用。最近,國際電信聯盟(ITU)把Z-Wave PHY和MAC層作為其新標準G.9959的選擇,該標準為1GHz下的窄帶無線設備提供了一套指南。Z-Wave無線網狀網絡技術讓任何節點都能直接或間接地和通信范圍內的其它臨近節點通信。如果兩個不在通信范圍內的節點想要通信,則可以通過連接另外一個節點獲取或交換信息。Z-Wave網絡最多支持232個節點,還支持設置多個控制器,以區分開所需的各種功能。Z-Wave主要針對家庭和小型商用建筑的監控和控制,廣泛適用于照明控制、安全和氣候控制。其它應用包括煙霧探測器、門鎖、安全傳感器、家電和遠程控制。Z-Wave還可以用于智能電表,為家用暖通空調監控和控制提供消耗數據。Z-Wave聯盟由160家公司組成,專業設計和銷售基于Z-Wave標準的無線家庭控制產品,在Z-Wave系統中扮演主要角色,在22個國家有超過575款可互操作的產品。
     

    3. ZigBee與Z-Wave技術特點對比

     

    1)工作頻率與傳輸速率比較
          作為一種基于IEEE 802.15.4標準的無線傳輸技術,ZigBee可滿足遠程監視、控制和傳感器網絡應用等需求。它具有低速率、低功耗、低成本的特點,工作頻率為868MHz、915MHz或2.4GHz,其中2.4GHz是一個全球通用的ISM頻率。隨著技術的成熟和多家相關設備廠商的加盟,ZigBee在家庭自動化領域的應用已經起步。Z-Wave的主要工作頻段有兩個,一個是868.42MHz(歐洲),另一個則是908.42MHz(美國)。作為ZigBee的有力競爭者,該技術近年來在家庭自動化領域發展迅速,商用化程度較高,目前已在該市場占據主要份額。Z-Wave技術的開發商Zensys于2005年推出了面向Z-Wave通信的ZW0201芯片,到目前為止共有上百種基于Z-Wave技術的產品面市,主要用于照明控制、傳感器、HVAC控制、家電控制、安防等領域。對傳輸速率進行比較,ZigBee工作在20至250kbps的較低速率,分別提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始數據吞吐率,可滿足低速率傳輸數據的應用需求。而Z-Wave的傳輸速率更低,只有40kbps。實際上監控和控制應用等并不需要太高的傳輸速率,所以Z-Wave已足以應對家庭市場的需要。不過,有專業人士認為,ZigBee的更高數據速率有助于進一步改善應用,特別是電池供電方案中的功耗問題。
     

    2)設計成本與功耗對比
       Z-Wave始終專注于家庭控制應用市場,在這一點上,它比ZigBee的應用領域更加明確,結構也更簡單。ZigBee技術最初是定位于建筑自動化及工業控制應用,近年來才開始進軍家用市場。由于ZigBee面向的是多種應用,這意味著包含更多的協議,需要占用更多的內存,所以成本可能要更高一些。
      據了解,Z-Wave的設計成本僅相當于ZigBee的一半左右。但Z-Wave并不適合帶寬密集應用,例如音頻/視頻傳輸。其帶寬可以根據設計的具體應用進行定制,因此每節點成本也取決于具體應用。該技術采用創新的協議處理技術替代昂貴的硬件實現,以提供合適的價位點。與此同時,ZigBee陣營也開始對低端市場發力,據悉德州儀器即將會有一款低成本產品上市。
       這兩種技術在功耗方面均有不俗表現,低耗電待機模式下,ZigBee系統用兩節普通5號干電池可支持1個節點工作6至24個月,免去了充電或者頻繁更換電池的麻煩。而Z-Wave的輕量級協議和簡單結構有助于保持更低的功耗,其單芯片解決方案可以為電池驅動設備,如:溫度調節器和傳感器提供先進的省電模式。
     

    3)互操作性創造互動商機
       家用設備種類繁多,并且很可能由不同的廠商制造,因而互操作性成為兩種技術著重強調的性能之一。ZigBee聯盟宣布將開始為ZigBee產品提供“ZigBee認證”標簽,以保證產品完全互用,并易用于ZigBee網絡。產品的互操作性不僅使其使用方便,而且在商用的過程中能創造互動商機。同樣,憑借Z-Wave協議,各種不同類型的Z-Wave產品也可實現良好的兼容性。Z-Wave芯片的開發商Zensys公司亞太區總監Andy Wang指出,“任何廠商生產的Z-Wave產品,都可以與其它廠商采用Z-Wave技術生產的產品兼容”。也就是說,所有基于Z-Wave技術的產品均可以互通互用,從而便于實現產品的市場化和多元化
     

    4)傳輸結構與安全性分析
       無線系統大都受距離和可靠性的限制,因此以往大部分控制系統需要有線連接來確保對整幢建筑的覆蓋。Z-Wave可支持網狀網絡拓撲,其多點對多點的連接方式可提供更高的可靠性以及更大的覆蓋范圍。該技術中集成的動態路由機制實現了虛擬的無限制信號傳輸范圍,每個Z-Wave設備都可以將信號從一個設備重傳至另一個,從而保證高度可靠的傳輸覆蓋整個家庭范圍。
      而ZigBee更可支持網狀、星型和簇狀網絡拓撲。ZigBee的傳輸范圍一般在10~100m之間,具體依據實際發射功率的大小和各種不同的應用模式而定。當然,這一數字指的是相鄰節點間的距離,如果通過路由和節點間通信的接力,傳輸距離還可以更遠。并且,如果某個節點傳送失敗,信息仍能夠通過網絡中的其它路徑被傳送出去,提高了通信的可靠性。
      無線通信還有一個困擾所有用戶的問題,這就是數據安全性。ZigBee提供了三級安全模式,包括無安全設定、使用接入控制清單(ACL)防止非法獲取數據以及采用高級加密標準(AES128)的對稱密碼,以靈活確定其安全屬性。但Z-Wave產品由于協議類并不開放,所以安全性與zigbee相比可能更安全,他的封閉性就是一種比密碼更安全的東西,因為密碼你還可以去破解,但封閉的東西你完全不了解,所以你連破解的機會也沒有。
     

    5)ZigBee技術開放性與Z-wave穩定性
      在通信領域,技術開放性和互通性無疑是一個非常重要的衡量指標。ZigBee技術憑借與IEEE 802.15.4小組的成功合作,將極有可能在今后的發展和推廣中占據有利地位。這樣,在商用化的過程中,不同廠商生產的ZigBee產品可以依據同一個標準方便地實現互聯互通,從而縮短產品的上市時間。
    反觀Z-Wave陣營在這方面,雖然Z-Wave也在積極加入國際標準化組織,并于2005年組建了Z-Wave聯盟,到現在共有超過125家業界領先公司加入,包括Leviton、Wayne Dalton、Logitech、Cisco等公司。由于他的統一性,所以加入z-wave聯盟的所有產品都能很好的兼容鏈接通信,并不想zigbee,雖然他開放,和安卓手機一樣,各個商家都有自己特色的產品,所以他的開放也造成了一種兼容性及穩定性問題存在。
     

    6.)ZigBee和Z-Wave各具應用優勢
    ZigBee和Z-Wave的目標應用一致。其中ZigBee的通用性遠超Z-Wave,幾乎可以配置并實現任何短距離無線功能,應用規范也可以大大縮短普通應用的開發時間。另一方面,ZigBee的協議更復雜,開發時間也更長。Z-Wave采用更簡單的協議,開發更快也更簡單。
    Z-Wave芯片只能通過Sigma Designs這一唯一來源獲取。Sigma Designs只賣給OEM、ODM和其它主要客戶。在Home Depot和Lowes這樣的商店里,可以買到500多種家庭控制產品,但很多并沒有說明使用了Z-Wave。
    ZigBee芯片廠商包括Ember、飛思卡爾、Microchip和德州儀器。完善且立即可用的ZigBee模塊也可以通過多個來源獲得,包括Atmel、CEL、Digi、Jennic、Lemos和RFM。
    在0dBm的特定功率下,Z-Wave的范圍比ZigBee更大,這是因為Z-Wave運行在更低的頻率下。這也意味著Z-Wave在某些應用中連接也更穩定。
    ZigBee使用應用廣泛的2.4GHz ISM頻段,因此必須與Wi-Fi、藍牙和其它無線標準共享頻段,會產生干擾。大多數ZigBee設備都有有助于緩解干擾的共存功能,但潛在的2.4GHz干擾比Z-Wave所處的908.42MHz通道更大。
     

    3. 面向智能家居系統市場的芯片解決方案比較
      

    1)Z-Wave單芯片無線解決方案面向智能家居系統
            ZW0201是芯片開發商Zensys公司在繼首款Z-Wave芯片ZW0102后推出的第二款產品。這是一個面向家庭自動化市場的單芯片無線解決方案,由一個集成的RF收發器,一個8051微控制器,Z-Wave SW應用編程接口(API)以及用于用戶應用SW的閃存組成。此外,ZW0201還包含一個8/12位模數轉換器(ADC)、多個通用I/O引腳、一個上電重置電路/欠壓檢測器、一個三端控制器、一個串行外設接口(SPI)、一個中斷控制器,以及用于接入外圍設備的UART。
       這款芯片采用32引腳QFN封裝,封裝尺寸僅為5×5×0.9mm,因此易于集成到對尺寸有嚴格要求的產品中。ZW0201特別針對電池供電產品而優化,適合低功率和低電壓應用,可以在較低的成本下滿足更高性能要求。在傳輸時電流損耗為23mA,在接收模式下為21mA,而在睡眠模式下為2.5uA。Zensys公司下一步的目標是推出可用于門禁和安防設施的加密產品。
     

     2)ZigBee打造高集成度解決方案
       已被德州儀器收購的Chipcon公司,擁有高集成度的ZigBee解決方案CC2430。CC2430在單個芯片上整合了ZigBee射頻前端、內存和微控制器,封裝尺寸為7mm×7mm。它采用1個8位MCU(8051),具有128KB可編程閃存和8KB的RAM,還包含模擬數字轉換器(ADC)、幾個定時器、AES128協處理器、看門狗定時器、32kHz晶振的休眠模式定時器、上電復位電路、掉電檢測電路,以及21個可編程I/O引腳。CC2430芯片采用0.18微米CMOS工藝生產,工作時的電流損耗為27mA;在接收和發射模式下,電流損耗分別低于27mA或25mA。其休眠模式和轉換到主動模式的超短時間的特性,特別適合那些要求電池壽命非常長的應用。
       該ZigBee SoC解決方案面向家庭和樓宇自動化、供暖、通風和空調系統、自動抄表、醫療設施、家庭娛樂和其它終端市場,它有助于制造商開發出緊湊、高性能和可靠的無線網絡產品,并縮短上市時間以及將生產和測試成本降到最低。但相對z-wave來說,他的成本控制還需要努力。

     

    總結:無線音箱、無線投影、無線住宅智能家居系統等等無線智能應用最近在影音家居技術方面很火爆!Zigbee和z-wave兩個概念都是看看這方面的報道時,遇到的專業名詞,很是不懂!后來通過百度問問才弄懂大概意思!今天看了這篇兩者相比較的文章,頓時覺得對二者的理解清晰多了!此評論由中樂影音科技有限公司http://www.njnhyx.cn/ 所評!

     

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