《電子技術(shù)應(yīng)用》
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智能家居也PK:ZigBee與Z-Wave標(biāo)準(zhǔn)之爭

2013-05-10

 

標(biāo)準(zhǔn)化是產(chǎn)業(yè)發(fā)展,規(guī)模擴(kuò)張的前提,。在智能家居領(lǐng)域同樣面臨抉擇,,目前主要有2個標(biāo)準(zhǔn),,ZigBee與Z-Wave,。目前多數(shù)人看好的是ZigBee,,畢竟ZigBee有國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.15.4為其技術(shù)根基,,且目標(biāo)市場較廣,、潛在需求用量較大,。相對的,,丹麥Zensys公司所提出的Z-Wave技術(shù)不僅沒有國際標(biāo)準(zhǔn)為其依靠,應(yīng)用上也僅止于家庭自動化,。

智能家居也PK:ZigBee與Z-Wave標(biāo)準(zhǔn)之爭

就技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)而言Z-Wave已矮于ZigBee一截,,而推廣上,Z-Wave也一樣居于弱勢,。Zensys極力避免他人認(rèn)定Z-Wave是該公司專屬自用的技術(shù),,一旦如此認(rèn)定,勢對Z-Wave的普及推廣產(chǎn)生阻力,,所以Zensys發(fā)起,、成立了Z-Wave Alliance的聯(lián)盟機構(gòu),期望以機構(gòu)主導(dǎo)此標(biāo)準(zhǔn)的推廣,,讓Z-Wave技術(shù)獲得更廣泛的采用,。

Z-Wave這幾年有風(fēng)云突變趨勢,首先是通訊大廠#思科#(Cisco)宣布投資Zensys公司,,并加入Z-Wave Alliance機構(gòu),,之后Intel的創(chuàng)投單位Intel Capital宣布投資Zensys,且一樣加入Z-Wave Alliance,,頓時Zensys,、Z-Wave獲得IT、通訊兩大領(lǐng)域的重量級業(yè)者的力挺,,氣勢大增,。到了2007年1月,軟件巨頭Microsoft也呼應(yīng)Z-Wave技術(shù),,在其.NET Micro Framework(簡稱:.NET MF)上加入對Z-Wave的支持,,并宣布與Z-Wave Alliance中的會員業(yè)者Leviton、ControlThink等共同研發(fā)Z-Wave應(yīng)用,,再加上PC外圍大廠Logitech(羅技)也推出使用Z-Wave技術(shù)的家庭遙控器,,從這種種跡象來看,Z-Wave的發(fā)展并沒有想象中的悲觀,,并且從單純的家庭自動化應(yīng)用,擴(kuò)展延伸到數(shù)字家庭的領(lǐng)域中,。

Z-Wave技術(shù)更新

Z-Wave的傳輸率僅有9.6kbps,,雖然智能家居本就不強調(diào)數(shù)據(jù)的傳輸速度,、傳輸量,但也不至于過低,,以ZigBee來相對比較,,即便不去談?wù)?.4GHz頻段的250kbps傳輸率,在915MHz頻段上也至少有40kbps,,或在868MHz頻段上也還有20kbps,,ZigBee的三種速率模式都沒有低至9.6kbps。

Z-Wave陣營了解此一弱處,,之后進(jìn)行持續(xù)強化改進(jìn),,當(dāng)前Z-Wave除了原有的9.6kbps速率外,也另增一個可達(dá)40kbps速率的模式,,以此拉近與ZigBee之間的差距,,縮小速率上的兩者差異;另外Z-Wave提出的新速率能與原有9.6kbps速率的節(jié)點裝置完全兼容互通,,即是在同一個Z-Wave網(wǎng)絡(luò)內(nèi)能并存運用9.6kbps的節(jié)點與40kbps的節(jié)點,,如此在布建的規(guī)劃設(shè)計與延伸上可更便利;在使用頻段方面,,Z-Wave也與ZigBee差距不大,,Z-Wave雖不像ZigBee能在2.4GHz頻段使用,但也能在868MHz及908MHz(具體而言是868.42MHz及908.42MHz)的頻段工作,,且與ZigBee相同的,,868MHz頻段在歐洲地區(qū)運用,908MHz(ZigBee位于相近的915MHz)頻段則是在美國地區(qū)運用,;至于無線發(fā)送的調(diào)制,,Z-Wave依舊是使用原有的GFSK(Gaussian Frequency Shift Keying)方式。相對的,,ZigBee在868MHz與915MHz頻段是使用BPSK(Binary Phase-Shift Keying)調(diào)制,,而在2.5GHz頻段是使用正交式QPSK(Quadrature Phase-Shift Keying)調(diào)制。

二者間技術(shù)上的差異

談及發(fā)送距離,,那么也必須比較Z-Wave與ZigBee間的發(fā)射差異,,Z-Wave的發(fā)送距離為100英呎(約30公尺),且要達(dá)到如此距離必須在電波的傳送路徑上沒有任何阻擋,,然而這并不表示Z-Wave無法進(jìn)行穿透性傳輸,,Z-Wave的無線發(fā)送依舊可以穿墻收發(fā),不過穿越阻隔物的代價是減損傳輸距離,,目前Z-Wave陣營尚未公布穿透性傳輸表現(xiàn)的相關(guān)信息,,只以不同的穿透材質(zhì)而有不同的距離折損來說明。

同樣的,ZigBee方面也并未有完整具體的傳輸距離信息,,僅有32英呎,?246英呎(10公尺?75公尺)的概略描述,,且一樣表示必須依據(jù)實際發(fā)送的環(huán)境而定,。

Z-Wave與ZigBee之間除了傳輸速度、傳輸距離有別之外,,在節(jié)點數(shù)目,、拓樸型態(tài)、安全加密上也都各有不同,。

首先是節(jié)點數(shù)目,,此方面Z-Wave并未有所改變,依舊是每個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)最多232個節(jié)點,,若想與更多節(jié)點聯(lián)系,,就必須使用跨網(wǎng)的橋接(Bridge)技術(shù)才行。

至于ZigBee方面,,ZigBee的節(jié)點尋址達(dá)16-bit,,理論上可以達(dá)65,536個節(jié)點,,此遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過Z-Wave,,此外ZigBee還能選用更大范疇的64-bit尋址,如此節(jié)點數(shù)就不可限量,。更進(jìn)一步的,,IETF已擬定讓ZigBee與IPv6接軌整合的6loWPAN(全稱為:IPv6 over Low power WPAN),ZigBee節(jié)點將可以廣大Internet結(jié)合,,這些方面Z-Wave都無法比擬,。

另外連接拓樸方面,Z-Wave只有一種拓樸型態(tài),,即是網(wǎng)狀(Mesh),,而ZigBee除了也有網(wǎng)狀拓樸外,也支持星狀(Star),、叢集狀(Cluster)等拓樸,。值得注意的是,各節(jié)點除了自身所需的信號收發(fā)外,,也會代為中繼傳遞其它節(jié)點的信號,,無論是自身需求的收發(fā)或轉(zhuǎn)傳其它節(jié)點的信號,該節(jié)點都會脫離休眠狀態(tài)而進(jìn)入運行狀態(tài),,而經(jīng)常扮演中繼工作的節(jié)點將比其它節(jié)點更為忙碌,,功耗也會較多,所以在實際布建時的設(shè)計規(guī)劃上,也會盡量以非使用電池運行的裝置來擔(dān)任忙碌型中繼的角色,。

至于安全加密方面,,ZigBee使用128-bit的AES對稱加密,而Z-Wave則是尚未有任何加密的設(shè)計,,這其實不難想象,在Z-Wave最初只有9.6kbps的傳輸帶寬下,,若再進(jìn)行加密性傳輸,,則實質(zhì)數(shù)據(jù)的傳遞量將會更少,因此不太可能在9.6kbps中再行加密,,不過Z-Wave將速率提升至40kbps后,,也應(yīng)該開始考慮提供加密的措施。

二者間在應(yīng)用領(lǐng)域的差異

平心而論,,Z-Wave在訂立之初就以家庭自動化應(yīng)用為目標(biāo),,而ZigBee則是追求更廣泛應(yīng)用為目標(biāo),兩者各在最初指導(dǎo)思想就有不同的考慮,,自然在規(guī)格上也有諸多落差,,此實不能單就規(guī)格數(shù)據(jù)表現(xiàn)來論斷。

特別是Z-Wave獲得Cisco,、Intel,、Microsoft等資通訊大廠的支持后,Z-Wave已從單純的家庭自動化應(yīng)用,,開始擴(kuò)展延伸到數(shù)字家庭領(lǐng)域,,甚至是家庭自動化與數(shù)字家庭的接軌整合等,加上Z-Wave的各項技術(shù)仍在持續(xù)提升,,從9.6kbps增進(jìn)到40kbps可說是該陣營的一大鼓舞,,同時也是給ZigBee更大的競爭壓力。

ZigBee原先期望也用于PC外圍或消費性電子的游戲玩具中,,但就目前來看,,無論是PC所用的無線鼠標(biāo)、無線鍵盤,,還是Nintendo Wii的無線游戲控制器,、Sony PlayStation 3的無線游戲控制器,都是使用藍(lán)牙而非ZigBee,,加上藍(lán)牙芯片已多年大量量產(chǎn),,組件的量價均攤已達(dá)高度成熟,ZigBee當(dāng)初設(shè)定以更低價格取代藍(lán)牙在控制領(lǐng)域應(yīng)用,,此一構(gòu)想的實現(xiàn)難度也日益增高,。

由此來看,現(xiàn)在最需要擔(dān)心的反而不是規(guī)格表現(xiàn)偏弱的Z-Wave,反而是追求應(yīng)用領(lǐng)域最大化的ZigBee,,很有可能落入“樣樣通,、樣樣松”的結(jié)果。 Z-Wave占據(jù)家庭(家庭自動化,、數(shù)字家庭,;Bluetooth擁有信息(無線鍵盤/鼠標(biāo))、通訊(無線耳機/話筒),、消費性電子(電玩控制器),,或許最后最適合ZigBee的將會落在工控、醫(yī)療等領(lǐng)域,。

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