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细聊智能家居开发中必备的通信协议

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原文:Smart Home Protocols Explained
翻译:安翔
审校/责编:屠敏,关注物联网、移动开发领域,寻求报道或投稿请发邮件tumin@csdn.net

基于一个具有连接安全性保障的网络,各种各样的智能设备之间就可以进行信息交互了。为了实现这种交互,设备们需要基于一种统一的语言进行通信,以便双方都能够识别,这种语言在IT领域被称为“通信协议”。

协议决定了信号如何从一个设备传输到另一个从而触发一个动作,比如打开或者关闭LED灯。

不同的协议根据具体应用场景的不同各有优劣。当我们为智能家居系统挑选设备时,我们有必要深刻了解不同协议的特性,从而做出最优的选择。

通信协议作为一个术语,通常由某个联盟、组织、协会的成员们一起精心商讨后制定。协会除了提供该通信协议的详细描述外,有时还会制作配套的硬件样板,以实现更好的展示效果。

有些组织对其协议实行完全开放政策,任何人都可以使用这些协议,比如 KNX 和 Z-wave。另外,有的组织开发的协议则是私有的,它们只开放给组织内的厂商,或者其他获得授权的厂商,比如Zigbee。

协议主要运用在无线、有线通信的网络层。作为一个 DIY 狂人,你在为自己的智能家居系统添加新的设备之前,肯定想要了解更多关于众多通信协议的细节。

智能家居设备协议

Infrared

红外线是最简单、可靠的协议之一,通常只提供单向通信。它是遥控器的首选,比如家里的电视就是采用红外控制。

Ethernet

快速、可靠的有线通信,通信范围高达 100 米,电磁干扰敏感度极低。

WiFi

快速、可靠的无线通信,通信范围大概为25米。

关于WiFi,点击了解更多。

Bluetooth

一种广泛应用于手机、耳机、扬声器的短距离(大概10米)无线通信协议。它的自适应跳频系统能够检测已经存在的同频段信号,比如WiFi(WiFi和蓝牙均为2.4G),然后调整自身的信道,以减小信号干扰。

关于蓝牙,点击了解更多。

Thread

由Nest、三星、高通、OSRAM 共同开发的无线协议,针对没有 WiFi 网络的情况下,其设备之间依然可以采用 Thread 进行通信。

Zigbee

Zigbee 是采用 mesh 组网的无线协议。它通过多个设备之间的多跳、中继、路由来增强和扩大整个网络。Zigbee 可用于调光器、门锁、温控器等产品。行业内典型使用 zigbee 的产品为 WeMo 和飞利浦的智能灯 Hue。

Z-Wave

Z-Wave 和 zigbee 非常相似,它也是基于 mesh 组网方式的开源无线协议。两者最大的不同在于传输速率上:Z-Wave 大概比 Zigbee 慢 6 倍。但是正因为低速率的特性,它在功耗上远远优于 Zigbee,覆盖同样的区域它的功耗更低。三星的 SmartThings和 Lowes Iris 就是采用 Z-Wave。

KNX

KNX 是楼宇自动化中最流行的开放协议,已使用了数十年之久。它包含多种传输介质,比如双绞线、电力线网络、红外、以太网、射频等。

它的分布式拓扑决定了系统不会从中央单元运行,这意味着每一个连接到 KNX 的独立单元本身就是智能的,这些单元的功能不会依赖其他部件。这样系统就有一个很大的优势,那就是即使其中一个单元失效了,其他单元也不会受影响,依然能够执行其日常业务。
最后,由于 KNX 认证的产品必须符合 EN-50941(HBES / BACS)对电气安全、环境安全、功能安全、EMC、可靠性、性能等多个安全领域的要求,KNX 产品在具有便利性和可靠性的同时,其安全性也得到提升。

互操作性和安全性

每个协议都有其自身独特的技术栈,那么如何让不同协议协同工作呢?

一般来说,不同协议之间是无法直接互相兼容的。你可以使用一个支持多种协议的集线器(比如通过语音控制的家庭助手)来弥补这种不便。

请记住,一些产品需要额外的步骤才能将协议翻译成你的家庭助手可以识别的语言,比如:你的飞利浦 Hue 灯泡只有通过 Philips Bridge 才能和你的亚马逊 Echo 音箱通信。

还需要说明的是,当你的集线器和设备使用相同的协议时并不代表万事大吉,因为某些集线器即使支持设备的协议,它也不识别这些设备。

不过,总的来说,你还是尽量选择使用相同协议的产品,减小它们不兼容的几率。

如果你不想太过局限,想要更加自由地集成不同品牌的设备到你的智能家居系统中,我们建议你做充分的研究之后再集成这些设备。
另外一个让你省心的做法是使用经过认证的产品。认证工作通常是由公证可靠的测试实验室完成,它们确保产品经过标准测试,同时符合安全、性能相关的指标和规定。

虽然认证无法完全保证互操作性,但它至少能够反应该厂商在开发阶段对其产品测试工作的重视。这些产品至少是电气、机械、光生物和化学安全的,并且在启动时不会破坏其他设备的功能,这一点你大可放心。

小贴士

探索之路纵然艰辛,沿途无尽的风景让你惊奇。

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