Zigbee与Z-Wave有何区别?谁更适合智能家居?

  智能家居标准的发展与应用一直都是行业比较关注的热点话题,千家网近期也谈论了许多关于智能家居标准的问题,包括Zigbee、Z-Wave、Thread和Dotdot等等。但对于智能家居最常用的两种标准Zigbee和Z-Wave,很多新入门的小伙伴还是有些疑惑,二者有何区别,到底谁更适合智能家居?

Zigbee与Z-Wave有何区别?谁更适合智能家居?

  对于智能家居应用,通常我们需要了解四种主要的无线技术标准。其中,有两个是众所周知的Wi-Fi和Bluetooth标准。而对于后两者Zigbee和Z-Wave许多初体验智能家居的用户来说还是相对陌生。

  这些无线技术都可以将智能家居设备连接在一起,但Zigbee和Z-Wave工作方式与Wi-Fi和蓝牙不同。不同于WiFi需要通过路由器来桥接设备,Zigbee和Z-Wave是使用网状网络直接与设备进行连接,其中数据从控制中心发送至一个设备,然后再从这个设备发送至下一个设备。这样,数据可以传输到控制中心本身信号覆盖范围之外的设备,因为网络中的每一个设备都可以充当信号中继转发器将信号不断向外扩展。而WiFi网络超过路由器信号覆盖范围就无法进行传输控制,更重要的是WiFi功耗过大,尤其不适合于那些需要电池供电的传感器设备。

  在智能家居系统应用中,所需要传输的数据通常只是一条指令或一小部分信息。 例如,可能是打开灯泡的控制命令,或者是查看湿度传感器或温控器的读数。

  Zigbee和Z-Wave设备运行所消耗的功率都很小,在某些情况下可以持续使用数年甚至十年才需要更换电池。目前,市面上已经有很多集成Zigbee和Z-Wave技术的设备,包括智能温控器、智能门锁、智能开关、智能灯泡以及智能插座等等。它们都可以通过支持Zigbee或Z-Wave的控制中心进行控制,例如Amazon Echo Plus。

  Zigbee是由Zigbee联盟控制的开放标准,成立于2002年,最初是为了商业用途而创建,后面逐步过渡到智能家庭应用。 Z-Wave由丹麦公司Zensys于2001年开发的一种无线网络协议,主要设计用于家庭自动化。2009年Z-Wave被Sigma Designs收购,然后在2018年初又以2.4亿美元的价格卖给了Silicon Labs。

  网状网络可以提供比Wi-Fi网络更全面地覆盖区域,例如将网络覆盖范围扩展到更多房间甚至室外花园。这是因为Wi-Fi网络仅在单个设备与路由器之间来回发送数据;因此,距离较远的设备接收到的信号较弱,可能导致连接不稳定等问题。同时,如果家里多个房间都需要连接时,有的设备需要Wi-Fi信号穿过多层厚厚的墙壁才能达到,由此造成WiFi信号强度的极大削减。

  而网状网络则通过附近的设备来中继信号克服了这一问题,例如控制灯泡打开的信号可能是从同一个房间的另一个性对靠近控制中心的设备(如智能插座)传过来,控制中心先把控制命令传输到智能插座,再由智能插座传送给智能灯泡。 同样,打开房屋最远一端的灯的指令仍然也可以轻松传到那里,因为沿途一个或几个Zigbee或Z-Wave设备继续充当信号中继转发器。

  这意味着智能家居设备可以在整个房屋内畅通无阻的通信,并且安装的设备越多,网络覆盖范围就越大。

  Zigbee和Z-Wave各自网状网络的主要区别在于Z-Wave只允许信号或数据在整个网络中中继四次,而Zigbee则没有限制。Z-Wave最新的700系列(于2018年初推出),在空旷环境下传输距离达300英尺(约90米),如此算下来四次中继范围已经超过300米,应对普通大型豪宅别墅什么的也基本不是问题了。尽管Zigbee传输距离略小于Z-Wave,但由于没有中继次数限制,在智能家居应用场景中也就不存在太多传输距离问题。

  但是,实际传输距离都取决于设备所处的位置,就像Wi-Fi和蓝牙一样,墙壁同样会造成信号减弱。不过智能家居网状网络中,设备彼此之间的距离都不会太远,在超出信号覆盖范围之前其它设备就已经可以进行复制中继了。

  Zigbee和Z-Wave之间的技术差异

  尽管Zigbee和Z-Wave通过网状网络向智能家庭设备发送信息工作方式相似,但它们的某些功能还是有所不同。

  例如,Zigbee使用915 MHz和2.4GHz射频,可能很对很多人对于后者比较熟悉。没错,这个频段Wi-Fi也在用。因此,从理论上讲,在拥有大量Zigbee和Wi-Fi设备的家庭中可能会引起相互干扰问题。

  虽然,从目前来看我们大部分人家里肯定充满了各种WiFi设备,他们都是在2.4GHz频段上运行,如果再加上大量Zigbee设备,难免会引起一些用户的担忧。但从智能家居设备操作控制频率和传输的数据量来看,这似乎也不是什么大问题。

  相比之下,Z-Wave因为它在800-900MHz较低的频率范围内(且拥挤程度较小)工作,不受Wi-Fi干扰的影响。

  除此之外,二者之间在单次传输的数据量和单个网络支持设备数量上也有所不同。这次Zigbee要稍占上风,与Z-Wave的每秒10-100KB相比,Zigbee数据传输速度为每秒40至250 KB;同时,一个Z-Wave网络最多可以连接232个设备(或节点),而Zigbee则高达65000个。至于设备容量问题,对于一般的家庭场景应用而言,200+已经够了,但对超超大型别墅或商用环境来说,可能会不够。

  尽管与Wi-Fi和蜂窝连接相比,这点速率小的可怜,但这并不影响Zigbee和Z-Wave的发展应用,因为它们仅用于传输非常少量的数据,例如用于设备执行操作的指令或从传感器读取的数据。而不需要像WiFi和蜂窝网络应用,需要经常传输高清视频等大文件。

  最后,两种技术都使用相同的AES-128加密来保护智能家居安全,这一点对于智能门锁和安全监控摄像机等设备尤为重要。

  行业生态

  目前越来越多的知名品牌都已经加入Zigbee联盟,例如罗格朗、飞利浦、三星、LG、GE、Belkin、ADT安全中心、尚飞、霍尼韦尔、耶鲁等等。甚至,包括苹果、谷歌、亚马逊等巨头都已经加入Zigbee联盟阵营,共同制定统一的连接标准。而在中国,云丁、欧瑞博、海曼、顺舟智能等也都是Zigbee成员单位。  

  Zigbee联盟会员(部分)

  更多Zigbee联盟,参见:https://zigbeealliance.org/members/

  同样,Z-Wave联盟也吸引了一大批知名企业的加盟,而且大多数知名企业都同时加入了两个联盟。据称,Z-Wave联盟拥有700多个成员,已有超过2600种认证产品,这一数字从2017年的1700个和2005年的6个增长到现在。全球共有超过1亿个Z-Wave设备在运行,Z-Wave联盟声称90%的领先安全公司都在其产品中使用Z-Wave。国内如河东电子、海康威视等都是其成员。  

  Z-Wave联盟主要会员(部分)

  更多Z-Wave联盟会员,参见:https://z-wavealliance.org/z-wave_alliance_member_companies/

  相比之下,Z-Wave联盟会员数量要多些,但是Zigbee联盟有苹果、谷歌、亚马逊等巨头参与,基于这些巨头的用户量与影响力,从智能家居行业生态角度来看,Zigbee联盟更值得期待。

  Zigbee和Z-Wave设备如何选择?

  尽管Zigbee和Z-Wave彼此不兼容,但是我们上面也看到有些智能家居制造商其实同时加入两个联盟,都推出了支持两种协议的产品。那么,对于消费者来说应该怎么选择呢?

  当然,最安全的做法就是选择两种协议都支持的产品,其次更多的就要从价格、与已有设备兼容性、后期扩展性等因素综合考虑,两种协议各有优势,选择适合自己的才是正确的。

  不过,随着越来越多的智能家居产品与智能音箱的配合使用,普通用户在构建智能家居系统时将比以往更加灵活。(文/蒙光伟)