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LEDinside：智慧照明通信技術(shù)的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢

2015-11-11 13:45:46 [編輯：nicolelee]

互聯(lián)互通是智慧照明、智慧家庭和智慧城市追求的目標(biāo), 不僅要實(shí)現(xiàn)人與設(shè)備之間的互聯(lián)，也要實(shí)現(xiàn)照明設(shè)備與照明設(shè)備之間，照明設(shè)備與其他設(shè)備之間的互聯(lián)，而通信技術(shù)，正是未來萬物互聯(lián)的橋梁。

面對種類繁多的通信技術(shù)，從傳統(tǒng)照明進(jìn)入智慧照明的企業(yè)該如何選擇？

無線通信技術(shù)取代有線通信技術(shù)成為應(yīng)用主流

目前智慧照明領(lǐng)域主流的通信技術(shù)包括KNX、DALI、C-bus、電力載波等有線通信技術(shù)，Wifi、ZigBee、Bluetooth、Z-wave、Thread等無線通信技術(shù)。

有線通信技術(shù)比無線通信技術(shù)更可靠和安全，但是布線繁瑣、施工困難，一小部分模塊損壞可能影響系統(tǒng)的整體運(yùn)轉(zhuǎn)，擴(kuò)展移動(dòng)性也比較差。

無線通信技術(shù)具有全自動(dòng)組網(wǎng)、連接方便、隨身控制，操作方便，拓展性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，但是目前無線通信技術(shù)成熟度還較低，存在穩(wěn)定性差、抗干擾能力弱，組網(wǎng)復(fù)雜，技術(shù)難度大等缺點(diǎn)。

在應(yīng)用面積和樓層跨度大的大型商業(yè)建筑照明、公共建筑照明、景觀照明以及裝飾照明中，穩(wěn)定性好、安全性好、抗干擾性強(qiáng)的KNX、DALI、C-bus等有線通信技術(shù)依然是首選，而在家居照明中，WiFi、ZigBee、Bluetooth、Z-wave、Thread等無線通信技術(shù)早已成為主角。

智慧照明現(xiàn)在還處于幼稚期，正邁向成長期.未來進(jìn)入智慧照明行業(yè)以及智慧城市產(chǎn)業(yè)的企業(yè)會越來越多，企業(yè)在無線通信技術(shù)研發(fā)上投入的資金和人力規(guī)模也會越來越大，將會推動(dòng)各類無線通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，無線通信技術(shù)也會大面積取代有線通信技術(shù)。

多種無線通信技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)長期并存

在智慧照明發(fā)展的初級階段，市場上出現(xiàn)了Zigbee、Bluetooth、Wifi、Z-wave、Insteon、EnOcean等諸多無線技術(shù)。

LEDinside認(rèn)為，未來，因?yàn)橹腔壅彰鞴?jié)能率比普通照明更高、成本不斷降低、在消費(fèi)者中的認(rèn)知度也不斷提升，其產(chǎn)品市場規(guī)模將逐年增長。 ZigBee、Bluetooth、Wifi、Z-wave等目前主流的無線通信技術(shù)因?yàn)榍捌诘姆e累，將迅速發(fā)展。其中，ZigBee於2019年將占有61%的市場占有率。

ZigBee 擁有強(qiáng)大的組網(wǎng)能力，到現(xiàn)在為止已經(jīng)推廣十多年，又有諸如飛利浦、歐司朗、GE、Cree等國際大廠的支持和推動(dòng)，具有先發(fā)優(yōu)勢，所以ZigBee不但擁有最大的市場份額，而且會穩(wěn)步提升。

這兩年來，藍(lán)牙的性能在不斷升級，無需網(wǎng)關(guān)，又擁有低功耗、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)特征的藍(lán)牙將成為ZigBee最強(qiáng)勁的對手，使用藍(lán)牙的智慧照明產(chǎn)品數(shù)量也在不斷增多，明年或迎來爆發(fā)性增長，有望成為僅次于ZigBee的第二大無線通信技術(shù)。

WiFi 在智慧照明發(fā)展初期，因?yàn)槠占奥瘦^高，又具有無需網(wǎng)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)，市占率會有小幅增長，但其功耗高、節(jié)點(diǎn)少，較適用單品和少數(shù)燈具，并不適用於大范圍的智慧照明產(chǎn)品，后期增長乏力。

Z-wave 在智慧照明上的應(yīng)用主要集中在家居照明，應(yīng)用范圍比ZigBee和藍(lán)牙都要窄，所以增速相對來說也較慢。



 主流無限通信技術(shù)的性能參數(shù)【資料來源：廠商技術(shù)，LEDinside 整理 （2015/11）】

上述的幾種技術(shù)都是目前主流的無線通信技術(shù)，每種技術(shù)都各有眾多擁躉者，關(guān)于哪種無線通信技術(shù)會在未來占主導(dǎo)地位的爭論由來已久，但其實(shí)每種無線通信技術(shù)都有不同的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)定，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。

由于終端應(yīng)用領(lǐng)域非常的多樣化，對無線通信技術(shù)的要求各不相同，所以未來每種技術(shù)都會憑借自己的優(yōu)勢在不同的應(yīng)用領(lǐng)域占有一席之地。

主流無線通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问椒治?/strong>

各種通信技術(shù)采用了不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问?，而網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對于網(wǎng)絡(luò)管理、節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)安全起著決定性的作用。

   ?  Wifi的星型拓?fù)湫问?br />
星型拓?fù)涫亲顬槠毡榈囊环N組網(wǎng)形式，缺點(diǎn)是終端節(jié)點(diǎn)少，而且節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)路由只有唯一的一個(gè)路徑。

   ?  Z-wave的樹形拓?fù)湫问?br />
樹形拓?fù)湫问降牡拿恳粋€(gè)節(jié)點(diǎn)都只能和他的父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)之間通信。如果需要從一個(gè)節(jié)點(diǎn)向另一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，那么信息將沿著樹的路徑向上傳遞到最近的祖先節(jié)點(diǎn)然后再向下傳遞到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。這種拓?fù)浞绞降娜秉c(diǎn)就是信息只有唯一的路由通道。

   ?  BLE Mesh和ZigBee的網(wǎng)狀拓?fù)?br />
網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞穆酚晒?jié)點(diǎn)之間可以直接通信，這種路由機(jī)制使得信息的通信變得更有效率，而且一旦一個(gè)路由路徑出現(xiàn)了問題，信息可以自動(dòng)的沿著其他的路由路徑進(jìn)行傳輸，具有更加靈活的信息路由規(guī)則。

主流無線連接技術(shù)的特征

   ?  Wifi

Wi-Fi是依照IEEE 802.11.x標(biāo)準(zhǔn)制定的無線通信技術(shù),一種可以將個(gè)人電腦、移動(dòng)設(shè)備等終端以無線方式互相連接的技術(shù)，是一個(gè)高頻無線電信號。

Wi-Fi是大眾最熟悉的無線通信技術(shù)，已相當(dāng)成熟。它具有傳輸速度高，距離遠(yuǎn)，無需網(wǎng)關(guān)、開發(fā)難度小，進(jìn)入門檻低，產(chǎn)品成本較低的優(yōu)點(diǎn),但是Wi-Fi信號穿透性差,終端可連接的設(shè)備也只有32個(gè),而且比其他的無線通信技術(shù)更耗電,安全性也非常差。

雖然WiFi有它的優(yōu)勢，但局限性也很大，所以并不是最適合智慧照明的無線通信技術(shù)，更適合智慧手機(jī)、平板、PC、 智慧電視、家庭影音等互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容的分享與發(fā)布 。

   ?  Bluetooth4.2

藍(lán)牙也是大眾頗為熟悉的一種無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)固定設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備和樓宇個(gè)人域網(wǎng)之間的短距離數(shù)據(jù)交換（使用2.4—2.485GHz的ISM波段的UHF無線電 波）。

藍(lán)牙具有高抗干擾能力、高安全性、易配對等特色，但早期的藍(lán)牙版本存在傳輸距離短、節(jié)點(diǎn)數(shù)目少、功耗高等問題。

藍(lán)牙4.0版已具有低功耗（Low Energy；LE）的特性，并分成Bluetooth Smart Ready、Bluetooth Smart與標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙等三種規(guī)格。4.0版的傳輸速度還分成正常規(guī)格的3Mbps及高速規(guī)格的24Mbps，傳輸距離延長到60米，并改善因高速傳輸而導(dǎo)致的高功耗問題。

此外Bluetooth Smart所開發(fā)的網(wǎng)狀（Mesh）技術(shù)，一舉讓藍(lán)牙的節(jié)點(diǎn)（設(shè)備）數(shù)目提升到65,000個(gè)。

2014年底, 藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（SIG）正式宣布，開始向中國推行藍(lán)牙4.2標(biāo)準(zhǔn)。4.2版本在針對連接速度、安全、聯(lián)網(wǎng)三個(gè)方面做出了更重要改進(jìn)。

1、實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)：支持靈活的互聯(lián)網(wǎng)連接選項(xiàng)IPv6/6LoWPAN或Bluetooth Smart網(wǎng)關(guān)

2、讓Bluetooth Smart更智慧：業(yè)界領(lǐng)先的隱私權(quán)限、節(jié)能效益和和堪稱業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的安全性能

3、讓 Bluetooth Smart 更快速：吞吐量速度提升2.5倍，封包容量提升10倍。

其中，藍(lán)牙預(yù)計(jì)2015年下半年，采用藍(lán)牙4.2標(biāo)準(zhǔn)的終端產(chǎn)品將陸續(xù)推出。

Mesh網(wǎng)絡(luò) 和IP化的新特征打開了藍(lán)牙的應(yīng)用前景。藍(lán)牙的應(yīng)用也將從單品的智慧控制走向整體智慧家居照明、商業(yè)照明的控制，最終會將智慧照明接入物聯(lián)網(wǎng)。

   ?  ZigBee

ZigBee是目前風(fēng)頭最勁、最受關(guān)注的無線通信技術(shù)，具有高保密性、強(qiáng)穩(wěn)定性、低功耗、自組網(wǎng)、低成本的優(yōu)勢，適用于商業(yè)、工業(yè)、家居、道路照明等眾多領(lǐng)域。

ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議。它的功耗為WiFi的10萬份之一，ZigBee Pro的Green Power節(jié)能效果更加強(qiáng)大，功耗僅為ZigBee的百分之一，因此ZigBee在照明和能源管理方面具有較大的優(yōu)勢。

ZigBee也擁有很強(qiáng)的擴(kuò)展性， 擁有網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，終端節(jié)點(diǎn)多達(dá)65600個(gè)，適合需要布局大量傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域。

因?yàn)閆igBee最初的定位是應(yīng)用于IOT，所以在不同的行業(yè)有不同的協(xié)議，到目前已經(jīng)有ZigBee Home Automation、ZigBee Light Link、ZigBee Smart Energy等8個(gè)協(xié)議，應(yīng)用層協(xié)議眾多 ，不夠靈活，難以一致，導(dǎo)致各廠商的終端產(chǎn)品不能互聯(lián)互通。

ZigBee 3.0規(guī)范預(yù)計(jì)2015年會完成，并會將諸如ZigBee Light Link，ZigBee Home Automation，ZigBee Health Care以及其他常用的ZigBee協(xié)議統(tǒng)一為ZigBee 3.0的單一標(biāo)準(zhǔn)，ZigBee 3.0標(biāo)準(zhǔn)讓用于家庭自動(dòng)化、連接照明和節(jié)能等領(lǐng)域的設(shè)備具備通信和互操作性，這將簡化產(chǎn)品開發(fā)以及廠商間的互用性。

   ?  Z-wave

Z-Wave也是一種技術(shù)成熟的無線通信技術(shù)，以智慧家居應(yīng)用為目標(biāo)，在住宅、照明商業(yè)控制以及狀態(tài)讀取上被廣泛采用，是一種新興的基于射頻的、低成本、低功耗、高可靠、適于網(wǎng)絡(luò)的短距離無線通信技術(shù)。

Z-Wave工作頻帶為908.42MHz(美國)~868.42MHz(歐洲)，采用FSK(BFSK/GFSK)調(diào)制方式，數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6 kbps，信號的有效覆蓋范圍在室內(nèi)是30m，室外可超過100m，適合于窄帶寬應(yīng)用場合。

Zigbee和Z-Wave都采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，但Z-Wave相對來說更封閉、門檻較高，所以采用Z-wave技術(shù)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)廠商相對ZigBee的來說就少得多，但Z-Wave的殺手锏在于其兼容性很好，所有的z-wave產(chǎn)品都可實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

因?yàn)閆-Wave所用的頻段在中國是非民用的，所以Z-Wave的智慧家居更多的還是用在海外。

IP化是智慧照明無線通信技術(shù)未來發(fā)展的趨勢

在互聯(lián)網(wǎng)中，IP地址用來給電腦編號，每臺聯(lián)網(wǎng)的PC上都需要有IP地址，才能正常通信。

在物聯(lián)網(wǎng)中，所有終端節(jié)點(diǎn)也需要分配一個(gè)IP地址，才能實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需要海量IP地址。現(xiàn)在主要使用的IPv4采用32位地址，支持40億個(gè)IP地址，目前全 球的IPv4地址已經(jīng)使用殆盡，而IPv6采用128位地址，可用的單一地址數(shù)量為3.4乘以10的38次方，IPv6能夠“讓每一粒沙子都擁有IP地址，使用IPv6地址可以很好的解決IP地址不足的問題。

智慧照明是物聯(lián)網(wǎng)中的一小部分，也會遵守物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢，其中智慧照明中采用的無線通信技術(shù)也會往IP化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)展。

目前,ZigBee、Z-Wave和藍(lán)牙雖具有低功耗和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)，但其終端連接的照明燈具和感測節(jié)點(diǎn)卻依然難以管理。

未來,采用IPv6協(xié)議的無線通信技術(shù)可以將智慧照明燈具直接接入網(wǎng)絡(luò)，擁有獨(dú)立IP地址的燈具不再需要智慧移動(dòng)終端作為中介，相互之間可自行傳輸數(shù)據(jù)，不通過網(wǎng)絡(luò)就能實(shí)現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備之間的“對話”。

藍(lán)牙4.2標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)率先推出了這個(gè)新特性,正如前文所述，藍(lán)牙4.2瞄準(zhǔn)物聯(lián)網(wǎng)，支持靈活的互聯(lián)網(wǎng)連接選項(xiàng)IPv6/6LoWPAN或Bluetooth Smart網(wǎng)關(guān)，ZigBee3.0新標(biāo)準(zhǔn)中也將納入ZigBee IP。

預(yù)計(jì)未來主流的無線通信技術(shù)都會將IP化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)納入標(biāo)準(zhǔn)，智慧照明將實(shí)現(xiàn)真正的互聯(lián)互通，并最終融入包羅萬象的物聯(lián)網(wǎng)。（文/LEDinside分析師 Wendy）



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