智能家居协议解释：Wi-Fi vs 蓝牙 vs Zigbee vs Z-Wave vs Thread and ...

智能家居协议解释：Wi-Fi vs 蓝牙 vs Zigbee vs Z-Wave vs Thread and Matter

Wi-Fi、蓝牙、Zigbee、Thread、Z-Wave和Matter是智能家居中设备相互通信的方式。它们通常被描述为无线协议、通信标准和无线技术。它们是如何工作的？是什么让它们彼此不同？其中有没有更好的协议？在这篇博文中，我们将解决这些问题，并全面了解如何利用它们为您带来好处。

什么是Wi-Fi？

Wi-Fi 是 Wireless Fidelity 的缩写，是一种无线通信技术，允许设备连接到互联网并相互无线通信。它基于 IEEE 802.11 标准，在未经许可的无线电频段（通常为 2.4 GHz 或 5 GHz）中运行。

Wi-Fi 使智能手机、平板电脑、笔记本电脑、智能电视和智能家居设备等设备能够与局域网 （LAN） 或互联网建立无线连接。它提供高速数据传输，允许用户访问在线服务、浏览网页、流媒体和传输文件，而无需物理电缆。

Wi-Fi与Zigbee与Z-Wave与蓝牙有什么区别

选择 Wi-Fi 以获得广泛的兼容性、高带宽和直接连接到互联网

Wi-Fi无处不在。几乎每个家庭都有它，每个 Wi-Fi 智能设备都有自己的内置功能，可以通过 Wi-Fi 进行通信。WiFi的传输带宽最大，已经达到了数百Mbps。只要你有无线路由器，就可以访问它来传输高清视频、无损音频和高精度图片。Wi-Fi 连接到互联网，因此可以通过智能手机、平板电脑或笔记本电脑从世界任何地方控制和监控您家中的一系列智能设备。

但是，Wi-Fi 非常耗电。Wi-Fi具有很强的传输能力和穿墙能力。它具有最强大的性能，但WiFi的功耗太高，不适合电池供电的设备，更适合插入式设备。

智能家居中的Wi-Fi

什么是蓝牙？

蓝牙是一种短距离无线技术标准，用于在固定设备和移动设备之间短距离交换数据并构建个人局域网。其频率为2.4GHz，传输范围为50~150米。蓝牙5提供四种不同的数据速率，以适应各种传输范围：2Mbps、1Mbps、500kbps 和 125kbps。蓝牙的技术规格包括ERP 1-3三类发射功率，空旷空间范围为100米、10米、1米。第二类（10m）是最受欢迎的，它使您能够连接各个房间甚至不同楼层的设备。

在蓝牙技术中，数据以数据包的形式传输到 79 个通道之一，带宽为 1 Mhz（在最古老的蓝牙 1.0 标准的情况下），确保最大传输速度为 721 kbit/s。最新的蓝牙 4.0 标准 （BLE） 的 40 个通道和 2 Mhz 带宽确保了高达 3 Mb/s 的最大数据传输速率。

低功耗蓝牙在智能家居中扮演什么角色？

智能家居设备使用低功耗蓝牙 （BLE），它比标准蓝牙消耗更少的能量，因为设备大部分时间都处于低功耗状态。

低功耗蓝牙在智能设备操作方面的优势在于易于采用和广泛的兼容性。例如，如果您在手机上安装飞利浦 Hue 蓝牙应用程序，您最多可以控制 10 个 Hue 智能 LED 灯，而无需购买智能显示器或 Hue Bridge 等智能集线器）。

功能比较

但低功耗蓝牙也有缺点。首先，它提供的带宽比 Wi-Fi 少得多，这就是为什么智能摄像头和可视门铃倾向于使用 Wi-Fi 的原因——视频数据在更大的带宽下传输得更好。

蓝牙技术对命令的响应速度也很慢。与现在可以选择控制智能设备的替代技术相比，如 Zigbee、Z-Wave、Thread 和 Matter，使用蓝牙的智能设备的响应存在明显的延迟。

什么是 Zigbee？

Zigbee 是一种无线网络标准，其规范由成立于 2002 年的非营利组织 Zigbee 联盟维护和更新。有 400 多家科技公司支持该标准，包括苹果、亚马逊和谷歌等巨头，以及贝尔金、华为、宜家、英特尔、高通和昕诺飞等公司，以及许多其他公司。

Zigbee 标准可以在室内大约 82 至 109 码/75 至 100 米的距离内广播数据，或在露天广播约 328 码/300 米的距离，这意味着它可以轻松地在大型家庭中提供强大、稳定的覆盖。

Zigbee 联盟

Zigbee如何在智能家居中工作？

Zigbee 在智能家居设备之间发送指令，例如，从智能扬声器到灯泡，或从开关到灯泡，而无需先通过中央控制集线器，如 Wi-Fi 路由器。该信号也可以由接收设备发送和理解。不管是哪个制造商制造的。只要他们都支持 Zigbee，他们就说同一种语言。

Zigbee 作为网状网络运行，这意味着可以在连接到同一 Zigbee 网络的设备之间发送指令。从理论上讲，每个设备都充当一个节点，接收数据并将其传输到其他设备，帮助指令数据进一步传播，智能家居网络可以覆盖大面积。

Zigbee 网状网络

Zigbee 网络的网状结构也意味着网络中没有一个故障点。例如，如果您的家里装满了 Zigbee 兼容的智能灯泡，您可能希望它们同时点亮。如果一个灯泡不能正常工作，网格会确保命令仍将传递给网络中的所有其他灯泡。

Zigbee可能不像Wi-Fi那样普遍，但它出现在数量惊人的产品中;Zigbee联盟拥有来自400个国家/地区的35多名成员。该联盟还表示，有超过2,500种 Zigbee认证产品，迄今为止已生产超过3亿件。

什么是Z波(Z-Wave)？

Z-Wave 是一种在连接的设备之间发送数据的无线通信协议。与 Zigbee 类似，Z-Wave 使用网状网络技术，使设备能够相互通信并形成互连网络。Z-Wave 在比 Wi-Fi 和 Zigbee 更低的无线电频率上运行，这降低了来自其他无线设备干扰的可能性，并直接提高了设备的可靠性，这要归功于在同一频率上没有竞争。Z-Wave 网络由一个“控制器”和一个或多个“从属”组成。

Z-Wave 控制器（通常称为 Z-Wave 集线器）用于：

• 启动和建立网络
• 在Z-Wave网络中添加或删除设备
• 将Z-Wave网络桥接到您的家庭 Wi-Fi 网络。

Z-wave 网状网络

Z-wave 如何帮助连接智能家居？

Z-Wave 从站是一种智能家居设备，例如智能锁或传感器。与 Zigbee 类似，市电供电的 Z-Wave 设备充当网状网络的中继器，因此当您添加更多 Z-Wave 智能插头或传感器时，网状网络的可靠性和范围会增加。

Z-Wave 受欢迎的原因之一是因为它在不同品牌之间的互操作性——交换和利用信息的能力。这意味着任何带有 Z-Wave 标志的智能设备都可以与另一台支持 Z-Wave 的设备无缝协作，无论它是由什么公司制造的。

Wi-Fi 与 Zigbee 与 Z-Wave - 有什么区别？

Zigbee vs Wi-Fi 和 Z-Wave 具有不同的功能，各有利弊：

可用性

Wi-Fi 无处不在，因为它通过普遍接受的 2.4 GHz 路由器运行。同样， Zigbee 也在普遍接受的 2.4 GHz 频段上运行。它简化了制造过程，因为相同的芯片可用于在全球范围内分销产品。

另一方面，Z-Wave产品只能在一定范围内的政府频率进行通信。在美国，Z-Wave 产品使用 908 MHz，而在欧洲，使用 868 MHz。在世界不同地区还有许多其他频率。大多数制造商只为美国和欧洲生产有限的 Z-Wave 产品。

互操作性

大多数 Wi-Fi 都是可互操作的，尤其是使用相同网络协议的 Wi-Fi。一些制造商提供特定于公司的集成。亚马逊和谷歌等大公司提供自己的 Wi-Fi 集成，如智能扬声器和其他智能家居产品。

所有 Z-Wave 产品都是可互操作的，因为 Sigma Design 由一个组织对其进行认证。整个认证过程确保所有产品都与整个 Z-Wave 生态系统兼容。大规模的互操作性帮助 Z-Wave 迅速提高了其行业采用率。据估计，市场上有超过 3,000 种 Z-Wave 认证产品。

相反，Zigbee 由于未能实现互操作性标准而遭受了很多损失。Zigbee 不得不面对许多欺诈活动，尤其是在其成立之初。2007 年，引入了 Zigbee Pro 标准以提高互操作性并防止欺诈。Zigbee 3.0 产品现在具有非常令人印象深刻的互操作性。

可计算性

在 Zigbee 和 Z-Wave 之外，Wi-Fi 是唯一得到亚马逊、谷歌和苹果三大平台支持的智能家居技术。您还可以添加一个多技术中心，以提供更灵活和高效的功能。将Wi-Fi产品与大多数公司集成非常容易，因为它是一项非常知名的技术。

Vera 和 SmartThings 等广泛的多技术中心都支持 Zigbee。此外，许多开源程序也支持 Zigbee 设备。然而，Zigbee 的可计算性肯定远不如 Wi-Fi 设备。另一方面，几乎每个多技术中心和家庭软件程序都支持 Z-Wave。但是，亚马逊或谷歌智能扬声器不支持 Z-Wave。

什么是Thread？

Thread 是专为物联网设备构建的无线协议。它旨在使它们工作得更快，故障点更少，使用更少的功率，并且彼此之间更无缝地通信。

Thread 是一种使用 802.15.4 无线电技术的低功耗、低带宽网状网络协议，类似于现有的智能家居协议 Zigbee 和 Z-Wave。但与它们不同的是，它不需要中央枢纽或桥梁。相反，Thread 设备可以直接相互通信。通过减少中间人，Thread 可以更快，尤其是在大型网络上。

此外，与其他低功耗智能家居协议不同，Thread 是基于互联网协议 （IP） 的，这意味着它可以直接连接到任何其他基于 IP 的设备，例如智能手机、平板电脑、计算机和 Wi-Fi 路由器。

可扩展的低功耗网状网络

Thread 如何在智能家居中工作？

Thread 从头开始设计为支持低延迟的物联网低功耗协议。这就是它的目的。智能家居中使用的许多其他技术都是为了优化其他应用而设计的。例如，蓝牙最初被设计为电线替代品。Thread 专为只想长时间休眠、唤醒、发送单个数据包，然后返回休眠状态并尽可能长时间地保存电池的设备而设计。

Thread 的直接通信功能，加上其处理规模（超过 250 台设备）的能力，意味着更低的延迟。Silicon Labs 运行的基准测试显示，Thread 在延迟测试中击败了 Zigbee 和蓝牙，尤其是在具有许多设备的大型网络中。Thread 网格可以用作路由网格，这意味着设备会主动寻找到网络中所有其他设备的最佳路由。这种效率直接转化为降低功耗和延迟。作为一个网状网络，Thread 是自我修复的;如果一个路由器（见侧边栏）掉线，另一个路由器可以接手松弛，这样您的网络就不会出现故障。

什么是Matter？

Matter 是 Project Connected Home Over IP （Project Chip） 于 2019 年创建的智能家居标准。它是一种新的开源标准，它使用基于互联网协议 （IP） 的无线技术，Wi-Fi 路由器使用该技术为每个连接的设备分配 IP 地址。它现在由连接标准联盟 （CSA） 维护，前身为 Zigbee 联盟。该标准是免版税的，并鼓励设备和平台之间的互操作性。Matter 于 2022 年 11 月正式上线。

Matter 是一种应用层协议，可在不同的物理层协议上运行，包括 Thread、Wi-Fi 和以太网。Matter 的目标是提供一个统一的标准，实现智能家居设备之间的互操作性和兼容性。它定义了设备之间的通信和交互方式，允许不同品牌和类型的智能家居设备之间的无缝协作。

网络生态系统共存：Matter 是一种聚合标准，汇集了现有的物联网标准

Matter 解决了什么问题？

• 设置通用标准：物联网设备已经存在多年，但它们被分为独特的类别。没有一个通用的标准将它们结合在一起，这是我们必须克服的最大障碍之一。在 Zigbee、Z-Wave、蓝牙和 Wi-Fi 之间，智能家居和物联网设备的无线连接空间变得过于拥挤，不利于其自身利益。
• 持续的互联网连接：物联网设备以前完全依赖云来完成所有事情，这使得它们在失去互联网连接时毫无用处。Matter 允许设备离线工作，而无需持续访问云和各种云服务。减少对云的依赖也意味着提高设备的安全性，这对于智能锁和安全摄像头等敏感硬件至关重要。

Matter的问题是什么？

没有什么是完美的，虽然它比它的前辈好得多，但 Matter 有一些缺点。引入新标准依赖于广泛采用。支持 Matter 的智能设备的数量正在增加。Eve、Meross Nanoleaf、Hue、Comcast 和 Toya 是一些更新或创建新的 Matter 解决方案的品牌。购买新设备或配件时，请寻找 Matter 智能家居徽章。如果您想知道现有设备是否会获得 Matter 更新，请参阅制造商的网站。

结论

Wi-Fi、蓝牙、Zigbee、Thread、Z-Wave 和 Matter 都是智能家居中使用的突出通信协议。每种协议都有其独特的特点和优势，可满足不同的设备要求和用例。

随着越来越多的公司加入 Thread 和 Matter 阵营，并将其纳入其产品生态系统，这两种技术将逐渐成为智能家居设备的主流标准。但是，需要注意的是，市场上仍然有许多智能家居设备使用其他通信协议。因此，在可预见的未来，我们可能会看到各种通信技术的共存，以及它们在特定设备类型或用例中的合理应用。但总体趋势是，Thread and Matter 将在智能家居行业发挥重要作用，并逐渐成为首选。

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原作者：DFRobot

原文链接：https://www.dfrobot.com/blog-13453.html

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