ZigBee在智能家居中的应用现状及前景_李细文
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应用现状及前景
文/李细文
采用无线技术是智能家居发展的必然
智能家居的通讯通常有有线和无线两种方式。对于有线智能家居来说，需要布设控制线，用来发送控制信号到被控设备，接收设备端的反馈信号或数据，以达到对设备进行控制、获取设备状态以及采集数据等目的。因为是以独立、有线的方式进行信号的收发，所以有线通讯最稳定，比较适合于新装修、有条件布线的场合。但采用这种方式需要布线，施工比较复杂，造价较高，工期较长，而且一旦后期出现故障时查找故障、维修都很困难，所以有线智能家居在中高端别墅中应用较多。
无线传感器网络（W i r e l e s s S e n s o r Network）综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等先进技术，能够协同地实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，处理后的信息通过无线方式发送，并以自组多跳的网络方式传送给观察者。
而基于ZigBee、Z-wave等无线通讯协议的无线传感器网络是一种近距离、低复杂度、低功耗、低成本的无线通信技术。它以无线的方式传输控制信号，来达到控制设备、获取设备状态以及数据采集的目的。
采用无线通讯方式，无需重新布线，安装、调试以及维护都比较方便。随射频技术的发展，射频传输的抗干扰能力越来越强，稳定性和安全保密性也越来越高，有逐渐取代有线通讯方式的趋势。
智能家居行业要被老百姓普遍接受，进入爆发
式增长阶段，有几个前提条件。一是价格低；二是使用简便，有良好的用户体验；三是稳定性好；还有一个是，系统能适用于已装修过的家庭。所以个人觉得，智能家居要普及起来，采用无线的通讯方式是一个必然的选择。
ZigBee的发展前景看好
无线通讯在智能家居的应用分为两个阶段。第一阶段是采用315/433M射频通讯技术，这种方式一开始是采用主机到设备端单向、点对点的通讯方式，整个网络一般为星型结构，后期也有厂家尝试自己定义通讯协议，实现双向通讯，甚至网状的网络结构。但是由于技术难度的原因，其稳定性、抗干扰能力及组网能力等都会出现不同程度的问题。
第二阶段是采用ZigBee无线通信协议。近几年，全球顶尖IT业者组成了Zigbee联盟，并推出用于无线通讯的ZigBee协议。ZigBee技术实现了数据的无线、双向传输，并解决了射频传输稳定性较差、抗干扰能力不强的问题。另外，它能使设备自动组成网状网络，每个设备都可以实现信号中继的功能。这样不但使无线通讯距离得到极大的延伸，同时也无需进行对码，使安装、调试和维护更为简便。
ZigBee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。ZigBee此前被称作“HomeRF Lite”或“FireFly”无线技术，主要用于近距离无线连接。它有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需
要很低的功耗，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，因此它们的通信效率非常高。最后，这些数据就可以进入计算机用于分析或者被另外一种无线技术如WiMax收集。ZigBee的目标市场主要有PC外设（鼠标、键盘、游戏操控杆）、消费类电子设备（TV、VCR、CD、VCD、DVD等设备上的遥控装置）、家庭内智能控制（照明、煤气计量控制及报警等）、玩具（电子宠物）、医护（监视器和传感器）、工控（监视器、传感器和自动控制设备）等非常广阔的领域。
IEEE 802.15.4/ZigBee协议是由IEEE 802.15.4标准的PHY和MAC层再加上ZigBee的网络和应用支持层所组成的，其突出的特点是网络系统支持极低成本、易实现、可靠的数据传输、短距离操作、极低功耗、各层次的安全性等。IEEE 802.15.4/ZigBee协议中明确定义了三种拓扑结构：星型结构(Star)、簇状结构（Cluster tree）和网状结构（Mesh）。
ZigBee技术的这些先天性优势，使得它在物联网行业逐渐成为一个主流技术，在工业、农业、智能家居等领域得到大规模的应用。例如，它可用于厂房内进行设备控制、采集粉尘和有毒气体等数据；在农业，可以实现温湿度、PH值等数据的采集并根据数据分析的结果进行灌溉、通风等联动动作；在矿井，可实现环境检测、语音通讯和人员位置定位等功能。
在智能家居行业，由于315/433M射频技术存在的诸多缺陷，越来越多的厂家倾向于使用ZigBee 技术来部署智能家居系统。以ZigBee技术对智能家居内部进行无线网络组网，通过ZigBee无线传感器网络节点的设计，实现节点对各种传感器信息的采集、传输和控制功能。近年来，国外的Control4、国内的POLYHOME、新和创等多个智能家居品牌纷纷推出基于ZigBee技术的无线智能家居系统。
ZigBee在智能家居中的应用
北京博力恒昌科技有限公司经过多年的技术攻关，推出了POLYHOME无线智能家居系统。该系统基于ZigBee无线通讯技术，涵盖灯光控制、电器控制、红外家电控制、窗帘控制、门窗控制、安防报警等功能，并能通过手机、平板等实现远程控制和监视功能。比如ZigBee单火智能开关，只需通过一根火线就能给智能开关供电，无需额外布设零线。这样的智能开关可以直接替换传统的机械开关，适合于国内开关槽内只引入一根火线的现状。即使已装修完成，用户也可以在不破坏现有装修的前提下安装智能家居系统，使得每个家庭都能享受智能家居带来的便利。
当然，由于ZigBee技术在智能家居行业应用的时间不长，在软硬件的稳定性、用户体验等方面还需要在实际应用中不断完善。另外，由于没有统一的智能家居行业标准，厂家之间的产品还不能互相兼容。每个厂家都自成体系，需要研发、生产完整的系统，包括硬件、固件以及应用软件等。在资金不足、技术难度大的情况下，很难推出令消费者满意的产品来。这就需要标准尽快出台，然后各自发挥优势，一起构建完善的智能家居产业链，才能促进行业的良性发展。
智能家居的发展趋势
关于智能家居在未来的发展趋势，我们可以从几个层面进行分析、推断。首先是研发、生产厂商层面，在过去的十多年，不断有厂商进入到这个行业。经过多年的发展、积累，智能家居技术已经趋于成熟。而且，天使投资、风险投资等资金也纷纷进入，在资金支持下，短期内必定有成熟、稳定、用户体验好的系统推出市场。
从智能家居推广的层面来看，越来越多的公司和个人愿意加入到推广的工作中来。这也从一个侧面反映，大家推广智能家居的热情高涨。
至于终端使用者的层面，通过从事研发、生产和市场推广人员的共同努力，智能家居的概念正在深入人心。另外，随着网络、智能终端设备的普及，使得智能家居的应用大环境已经成熟，再加上满足普通消费者需求的智能家居产品的推出，我们可以期待，三到五年内，智能家居行业必定进入爆发式增长的阶段。
让我们拭目以待，共同见证智能家居的辉煌！
作者单位：北京博力恒昌科技有限公司
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