劉金雯

（鶴壁汽車工程學(xué)院機(jī)電工程系，河南 鶴壁 458030）

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無線通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，智能家居系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了長足發(fā)展，各式各樣智能家居設(shè)備越來越廣泛地進(jìn)入到人們的居家生活中。除去可滿足人們基本的居家需求之外，通過對無線通信技術(shù)的應(yīng)用，使得原本相互獨(dú)立的家居設(shè)備實(shí)現(xiàn)了全面集成，由此很大程度上改善了人們的居住環(huán)境，讓人們不再局限于對居住位置、住宅面積等的要求，還拓展至對居住環(huán)境中自動化、智能化等方面的要求[1]。比如，在無線通信技術(shù)支持下，人們可實(shí)現(xiàn)對家中電器設(shè)備、排插開關(guān)等終端設(shè)備的便捷控制，還可借助智能傳感器、攝像頭等設(shè)備對家居環(huán)境中環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以此有效滿足人們不斷增長的居住需求。與此同時(shí)，智能家居系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性在很大程度上受到無線通信技術(shù)應(yīng)用優(yōu)劣勢的影響?；诖耍疚膰@Wi-Fi技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、Z-Wave技術(shù)、ZigBee技術(shù)等常見無線通信技術(shù)，對它們在智能家居中的應(yīng)用進(jìn)行研究分析。

1 無線通信技術(shù)及智能家居概述

1.1 無線通信技術(shù)

無線通信是依托電波信號可在自由空間中傳播的特性進(jìn)行信息交換的一種通信方式。在移動中實(shí)現(xiàn)的無線通信，也可稱為移動通信，人們將兩者合稱作無線移動通信。簡而言之，無線通信即為僅借助電磁波而不通過線纜進(jìn)行的通信方式。和有線通信相比，無線通信存在較為突出的安全問題，但其優(yōu)勢同樣十分顯著，主要包括應(yīng)用便捷、便于擴(kuò)展等?，F(xiàn)階段，較為常見的無線通信技術(shù)主要包括有Wi-Fi技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、Z-Wave技術(shù)、ZigBee技術(shù)等，這些無線通信技術(shù)在適用頻段、最大作用距離、調(diào)制方式、應(yīng)用領(lǐng)域等方面不盡相同[2]。通常來說，無線通信技術(shù)作用距離與其數(shù)據(jù)率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，也就是數(shù)據(jù)率越高，則作用距離便越短。

1.2 智能家居

智能家居是以人們居住的住宅為對象，引入安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對與家居生活相關(guān)設(shè)施設(shè)備的全面集成，進(jìn)而構(gòu)建起一個(gè)高效的、統(tǒng)一的家庭日常事務(wù)及住宅設(shè)施設(shè)備的管理系統(tǒng)，讓家居環(huán)境變得更舒適、安全、便捷，同時(shí)變得更智能、環(huán)保。智能家居最早誕生于美國，之后在越來越多國家、地區(qū)得到推廣。

2 智能家居的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國智能家居仍處在初級發(fā)展階段，盡管智能家居用戶數(shù)量逐年增多，但智能家居總體應(yīng)用水平仍相對偏低?，F(xiàn)階段，智能家居的發(fā)展仍面臨諸多問題，包括技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、產(chǎn)品功能不完善、不同廠商相互間設(shè)備無法互聯(lián)互通等。與此同時(shí)，現(xiàn)有智能家居產(chǎn)品的價(jià)格相對偏高，所以不少消費(fèi)者仍保持觀望態(tài)度，現(xiàn)階段家居智能化通常要投入約數(shù)十萬元，而隨著智能家居產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展成熟，今后智能家居造價(jià)成本將不斷降低，功能也會變得更為完善。

就如今的智能家居產(chǎn)品形態(tài)而言，智能家居已不斷由過去的單品智能化發(fā)展成單品與單品相互間的聯(lián)動，并且不斷向系統(tǒng)智能化方向發(fā)展。對各類數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面系統(tǒng)的智能感知、接收，然后開展自動化處理，使人們生活在全智能、全自動的家居環(huán)境中，是智能家居行業(yè)的一大發(fā)展方向，并且陸續(xù)還會頒布一系列統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，以此可實(shí)現(xiàn)不同產(chǎn)品之間的數(shù)據(jù)傳輸共享，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的互聯(lián)互通[3]。屆時(shí)基本無須人們進(jìn)行人為操作，比如，紅外傳感器可感知到人的存在，同時(shí)溫度傳感器感知到溫度偏高，則會自動開啟冷氣，待室內(nèi)的人都離開之后，空調(diào)等設(shè)備又會自動關(guān)機(jī)。就如今智能家居控制器形態(tài)而言，現(xiàn)階段智能家居產(chǎn)品仍以手機(jī)控制為主，一些智能家居產(chǎn)品則實(shí)現(xiàn)了不同控制手段的有效結(jié)合，包括語音控制、觸控、手勢控制等，而不管是手機(jī)控制還是各種控制方式相結(jié)合，都脫離不了人為操作的因素，這顯然與智能家居的發(fā)展追求相違背。在此背景下，近年來感應(yīng)式控制技術(shù)不斷發(fā)展完善，并不斷向更大應(yīng)用場景方向發(fā)展，感應(yīng)式控制也進(jìn)一步推動了智能家居的理想化發(fā)展。在該種控制形態(tài)下，智能家居系統(tǒng)會以主動參與控制取代以往的被動人為控制，以此讓智能家居變得更為智能，讓用戶在幾乎感覺不到它的存在的情況下，系統(tǒng)便可經(jīng)由一系列傳感器采集周圍環(huán)境的相關(guān)信息，繼而做出相應(yīng)決策，并完成一系列操作。就智能家居技術(shù)層面而言，如今智能家居的推廣與無線技術(shù)及傳感器的發(fā)展應(yīng)用，與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用之間的關(guān)系越來越緊密。

3 不同無線通信技術(shù)在智能家居中的實(shí)踐應(yīng)用

3.1 Wi-Fi技術(shù)在智能家居中的實(shí)踐應(yīng)用

Wi-Fi作為一種以太網(wǎng)無線擴(kuò)展，成本低，組建簡單，可實(shí)現(xiàn)較高的傳輸速率。如今，Wi-Fi技術(shù)已在人們的生產(chǎn)生活中得到廣泛普及，其傳播速度快、有效距離長，可基于射頻技術(shù)支持實(shí)現(xiàn)手機(jī)、計(jì)算機(jī)等終端設(shè)備無線方式的有效連接，完成數(shù)據(jù)信息的高效傳輸。但Wi-Fi技術(shù)也存在不少缺點(diǎn)，比如，無線穩(wěn)定性不好、安全性偏低，同時(shí)，Wi-Fi技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中還會產(chǎn)生較高的功耗；并且，現(xiàn)階段Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)實(shí)際規(guī)模相對有限，16個(gè)設(shè)備已是Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的最大應(yīng)用規(guī)模，而在智能家居系統(tǒng)中需要連接的設(shè)施設(shè)備顯然不止16個(gè)，因而Wi-Fi技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用存在一定的局限性[4]。現(xiàn)階段，Wi-Fi技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用，主要表現(xiàn)于下述幾大方面。

（1）網(wǎng)絡(luò)可視對講。在Wi-Fi智能網(wǎng)關(guān)支持下，人們在家中各個(gè)地方均可經(jīng)由終端屏幕了解來訪者的影像并自動存儲，以及與來訪者進(jìn)行語音通話，控制開鎖。

（2）家電智能控制。在Wi-Fi技術(shù)支持下，可實(shí)現(xiàn)對空調(diào)、照明、網(wǎng)絡(luò)家電等家用設(shè)備的互聯(lián)互通，進(jìn)一步進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

（3）遠(yuǎn)程監(jiān)控。人們不在家時(shí)，通過家庭網(wǎng)關(guān)可實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)控。比如，在室內(nèi)燃?xì)狻囟鹊冗_(dá)到異常狀況時(shí)，系統(tǒng)會通知用戶并自動開啟窗戶通風(fēng)散氣，保障室內(nèi)安全。

3.2 藍(lán)牙技術(shù)

藍(lán)牙技術(shù)作為一項(xiàng)由英特爾、IBM、諾基亞等公司，共同研發(fā)的典型的分布式網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)及快速跳頻短包技術(shù)，可便捷實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)、一對多的通信連接，通常在2.4 GHz頻段運(yùn)行，常規(guī)構(gòu)建數(shù)據(jù)傳輸速率為1 Mbps。藍(lán)牙技術(shù)除具備低功耗、低成本、可靠性、兼容性等應(yīng)用優(yōu)勢之外，也存在一些不足之處，即為因?yàn)閭鬏斁嚯x偏短，因而建立規(guī)模龐大的家庭網(wǎng)絡(luò)對于藍(lán)牙技術(shù)而言難度較大，所以藍(lán)牙技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用存在明顯的局限性。現(xiàn)階段，藍(lán)牙技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用主要表現(xiàn)于下述兩大方面。

（1）監(jiān)測家居情況。應(yīng)用藍(lán)牙技術(shù)監(jiān)測家居情況，主要涉及兩個(gè)部分。

①對家居環(huán)境的監(jiān)測。依托遠(yuǎn)程監(jiān)測的用戶家庭室內(nèi)情況，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)溫濕度、陽光的的自動調(diào)節(jié)，進(jìn)一步營造舒適的家居環(huán)境。

②監(jiān)測能源。此處的能源主要包括水電能源、燃?xì)饽茉础⑴瘹饽茉吹?，通過對這些能源開關(guān)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，以保障室內(nèi)安全。

（2）自動計(jì)費(fèi)服務(wù)。藍(lán)牙技術(shù)可對人們家中的水表、電表、燃?xì)獗淼瘸潆娫O(shè)備流量開展有效監(jiān)控，并合計(jì)對應(yīng)的成本消耗，為人們提供極大便利。

3.3 ZigBee技術(shù)

ZigBee技術(shù)作為一項(xiàng)復(fù)雜度低、成本低、數(shù)據(jù)率低、功耗低，有著優(yōu)良網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及高可靠性的短距離無線通信技術(shù)，是現(xiàn)階段智能家居行業(yè)應(yīng)用最為廣泛的無線通信技術(shù)。同時(shí)，利用ZigBee技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的自組織能力，依托動態(tài)路由的方式，結(jié)合網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)高效安全的數(shù)據(jù)信息傳輸。但ZigBee技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用門檻偏高，開發(fā)存在不小的難度，對于該項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用對企業(yè)的綜合實(shí)力提出了較高的要求。

如今，國外的智能家居系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了對ZigBee技術(shù)的廣泛應(yīng)用，而我國僅有海爾、小米、深圳聰明屋等小部分企業(yè)將ZigBee技術(shù)應(yīng)用于智能家居領(lǐng)域[5]。采用ZigBee技術(shù)的智能家居系統(tǒng)，通過對ZigBee傳感器節(jié)點(diǎn)的有效調(diào)節(jié)，節(jié)點(diǎn)之間經(jīng)由相互自動尋找，可快速構(gòu)建相互聯(lián)通的網(wǎng)絡(luò)，如此一來，用戶可便捷地通過手機(jī)或計(jì)算機(jī)等終端設(shè)備以實(shí)現(xiàn)對智能家居系統(tǒng)中一系列傳感器的遠(yuǎn)程控制，還可通過向傳感器網(wǎng)絡(luò)下達(dá)指令，以實(shí)現(xiàn)對相關(guān)傳感器節(jié)點(diǎn)的管理控制。目前，ZigBee技術(shù)主要應(yīng)用于智能家居的照明控制、安防預(yù)警、溫度檢測等方面。將ZigBee協(xié)調(diào)器與路由器相結(jié)合，建立ZigBee網(wǎng)關(guān)，用戶可自由地將各ZigBee終端模塊安裝在不同家電設(shè)備上，諸如燈具、門禁、空調(diào)、電視等家具電器設(shè)備。

用戶還可選取粘貼式開關(guān)盒的ZigBee開關(guān)，其可供用戶自由粘貼在任何適宜的部位，安裝簡單、操作便捷。同時(shí)，還可選取ZigBee集成遙控器，對各種ZigBee燈具、門窗、空調(diào)等設(shè)備開展統(tǒng)一遙控，彌補(bǔ)以往家居設(shè)備遙控器繁多、容易丟失等不足。

依托ZigBee技術(shù)室外環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，還可將外部環(huán)境的光照、溫濕度等信息實(shí)時(shí)采集并傳輸至裝置于照明、門窗系統(tǒng)中的ZigBee終端，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)人性化的燈光強(qiáng)弱調(diào)節(jié)、門窗自動開關(guān)等功能，為人們營造舒適的家居環(huán)境。

3.4 Z-Wave技術(shù)

Z-Wave技術(shù)同樣作為一項(xiàng)短距離無線通信息技術(shù)，在主觀、照明系統(tǒng)控制、狀態(tài)讀取等領(lǐng)域得到廣泛推廣。其應(yīng)用優(yōu)勢主要在于成本低、功能低、網(wǎng)絡(luò)適用性強(qiáng)等。相較于前文所述的三種無線通信技術(shù)，Z-Wave技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)量偏小，傳輸頻率相對偏低，保持在868.42～908.42 MHz范圍，因而不管是價(jià)格還是傳輸距離都有著較為突出的優(yōu)勢。最初Z-Wave技術(shù)的研發(fā)旨在服務(wù)智能家居領(lǐng)域，該技術(shù)40 kbps的傳輸速率可有效用于傳輸控制命令，可支持低速率傳輸應(yīng)用。同時(shí)，Z-Wave技術(shù)選用輕量級協(xié)議、單模塊方案及壓縮幀格式，實(shí)現(xiàn)了智能家居控制系統(tǒng)的低功耗特性。除此之外，相較于藍(lán)牙技術(shù)、ZigBee網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，Z-Wave網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)復(fù)雜度偏小，因?yàn)槠鋮f(xié)議簡單，所以需求的存儲空間也偏低，僅僅只是ZigBee的1/4，顯著降低了應(yīng)用成本，因此，Z-Wave技術(shù)也是當(dāng)前短距離無線通信技術(shù)中成本最低的技術(shù)。對于Z-Wave技術(shù)的不足之處而言，其無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的無線節(jié)點(diǎn)相對有限，理論值為256個(gè)，實(shí)際值則約為150個(gè)；Z-Wave無線網(wǎng)絡(luò)作為一種樹網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，倘若出現(xiàn)分支損壞情況，這一分支底部的設(shè)備均可能斷開與網(wǎng)關(guān)的通信[6]。除此之外，Z-Wave技術(shù)缺乏必要的加密流程，因而在安全性方面相對欠缺。現(xiàn)階段，Z-Wave技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用，主要表現(xiàn)于下述幾方面：

（1）采用Z-Wave技術(shù)的智能家居系統(tǒng)可經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或者互聯(lián)網(wǎng)對Z-Wave中的設(shè)備開展控制，包括照明控制、空調(diào)控制、門禁系統(tǒng)控制等。

（2）采用Z-Wave網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)傳輸指令，實(shí)現(xiàn)家庭安全報(bào)警功能。

（3）Z-Wave技術(shù)的智能家具系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)控制多個(gè)設(shè)備完成統(tǒng)一任務(wù)的功能，由此讓其適用于家居音視頻設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)家居娛樂的多元化、智能化。

4 結(jié)束語

綜上所述，我國智能家居產(chǎn)業(yè)盡管起步較晚，但隨著我國無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，智能家居產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢。在今后發(fā)展中，應(yīng)進(jìn)一步加大對更多無線通信技術(shù)的研究開發(fā)力度，使智能家居更好地進(jìn)入社會大眾的日常生活，使科學(xué)技術(shù)成為提高人們生活品質(zhì)的有效動力，使更多人享受到科學(xué)技術(shù)發(fā)展的紅利?！?/p>