藍牙正成為智能照明控制應用主流技術

隨著物聯(lián)網與智能家居技術的發(fā)展,智能照明系統(tǒng)開始應用于越來越多的場景。相比過去的有線網絡,無線網絡將是一個更具成本效益的選擇,有線網絡部署成本高且終端數(shù)受限。

本文來自微信公眾號“電子發(fā)燒友網”,作者/黃山明。

燈光控制一直是智能家居場景中的重點技術,不僅應用于家庭,也廣泛應用于企業(yè)、樓宇、倉庫、零售等環(huán)境。然而由于照明的普及性,如何選擇一個可顯著節(jié)約能源、改善用戶體驗、實現(xiàn)空間的全部價值的照明控制方案成為關鍵。

隨著物聯(lián)網與智能家居技術的發(fā)展,智能照明系統(tǒng)開始應用于越來越多的場景。相比過去的有線網絡,無線網絡將是一個更具成本效益的選擇,有線網絡部署成本高且終端數(shù)受限。而在無線協(xié)議中,藍牙Mesh越來越受到關注,已成為智能家居領域無線通信的重要技術路線之一。

智能照明無線技術的選擇

智能照明控制是指通過無線網絡實現(xiàn)對照明設備的遠程控制和管理,提高照明效率和節(jié)能效果。而目前的無線網絡技術有許多種,包括Wi-Fi、藍牙、ZigBee、Z-Wave等,這些技術各有優(yōu)劣。

據(jù)Guidehouse Insights數(shù)據(jù)顯示,從2022年到2029年,全球照明控制系統(tǒng)年出貨量的年復合增長率將達到14.2%。這意味著市場對于各種無線通信技術需求,也在快速增長中。

比如Wi-Fi作為一種無線局域網技術,使用2.4GHz或5GHz的無線頻段,傳輸速率高,可達300Mbps,傳輸距離長,可達100-300m。Wi-Fi的優(yōu)點是成本低,用戶熟悉度高,不需要額外的網關,可以傳輸大數(shù)據(jù)。Wi-Fi的缺點是功耗高,安全性低,網絡容量小,容易受到干擾和擁塞,不適合復雜的網絡控制。

相比之下,ZigBee具備低功耗、低成本、低速率、短距離的優(yōu)勢,使用2.4GHz無線頻段,可以提供250 kbps(2.4GHz)、40kbps(915 MHz)和20kbps(868 MHz)的數(shù)據(jù)吞吐率,滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應用需求,傳輸范圍一般介于10-100m之間,在增加發(fā)射功率后,亦可增加到1-3km。網絡容量大,可以容納65000個設備,并支持自組網和網狀拓撲結構,與智能照明很契合。缺點是穿墻能力和衍射能力弱,成本高,開發(fā)難度大。

而Z-Wave的優(yōu)點在于功耗低、安全性高,并且不受2.4GHz頻段的干擾,適合窄帶應用場景。不過缺點是傳輸速率低,網絡容量小,最多支持232個設備,并且設備價格也較高。

藍牙中應用在智能照明控制上的技術主要是藍牙Mesh,該技術誕生于2014年,該技術可以實現(xiàn)設備間多對多傳輸,并特別提高構建大范圍網絡覆蓋的通信能力,無需中心節(jié)點和路由協(xié)議,采用洪流模式進行通信,具有高可靠性和低延遲。

藍牙技術可以實現(xiàn)一對多和多對一的控制,比如一個開關可以控制三個燈泡,一個燈泡可以被三個開關控制,這個特性也是充分利用了藍牙Mesh廣播通信的優(yōu)勢。

藍牙技術支持低功耗節(jié)點和代理節(jié)點,可以實現(xiàn)電池供電節(jié)點的低功耗運行和傳統(tǒng)BLE設備加入Mesh網絡的功能。

藍牙技術還支持兩重安全機制,采用網絡安全密鑰和應用層安全密鑰來保護網絡的安全,防止數(shù)據(jù)被竊取或篡改。當然,藍牙技術也存在一些缺點,比如反應時間較慢,容易受到干擾和屏蔽等。

智能照明中藍牙的趨勢正在升高

其實從上面各技術的介紹可以看到,智能家居場景中,其實Wi-Fi、ZigBee和藍牙Mesh的區(qū)別并沒有太大,甚至在過去,許多廠商推出了多模協(xié)議芯片,比如ZigBee+藍牙等。但到如今,除了Wi-Fi仍然占據(jù)主導以外,可以看到藍牙的設備已經越來越多。

以智能家居產品為例,目前出廠的智能家居無論器底層無線技術是什么,但幾乎所有智能家居解決方案在設置入網配置時都選擇了藍牙技術。藍牙技術聯(lián)盟數(shù)據(jù)顯示,預計到2026年,藍牙智能家居設備出貨量將達到11億。

ABI Research預測,2021年至2026年期間,商業(yè)樓宇自動化市場預計將成為增長最快的藍牙物聯(lián)網應用之一,年復合增長率將達到76%,設備年出貨量將增長到近5000萬。到2026年,藍牙商業(yè)照明、開關和控制器的年出貨量預計將達到近800萬。

ZigBee與藍牙相比,天然便支持Mesh組網,并且ZigBee的本地化部署也給應對各種特殊情況帶來良好的穩(wěn)定性,無需網絡便可執(zhí)行設置的本地智能,這樣即便遇到停電、斷網以及部分硬件失靈,以Zigbee為基礎的產品也能很好的完成工作。

不過這種優(yōu)秀的性能,卻有些落后藍牙在智能照明中的發(fā)展。這并非是性能原因所致,據(jù)易來智能CEO姜兆寧透露,他們的產品最開始選用的是ZigBee,用來對標飛利浦Hue。

彼時飛利浦為了推行ZigBee產品,對外公開宣稱應用層可以互相兼容,包括Hue、osram或其他支持ZigBee協(xié)議,都可以在ZigBee網內互聯(lián)互通。

但到了2015年,飛利浦宣布不再兼容第三方燈泡接入,而那時許多三方企業(yè)都沒打算自己做ZigBee網關,就希望付出少量授權費后掛靠在Hue網關上,這個聲明一出,也意味著其他廠商基本無法玩下去。盡管在年底時由于反對聲音過大而撤回聲明,但對其他企業(yè)而言,信任的建立很難,但打破卻很簡單。

此外,藍牙誕生的初衷便是為了手機的通信方便,并且與Wi-Fi一起成為了手機的標配,裝機量一年幾十億計。而想要支持ZigBee則需要額外的芯片與相關驅動,推廣難度可想而知。

并且在智能照明系統(tǒng)中,藍牙除了能夠提供遠程控制外,還能進行室內導航、資產跟蹤等功能,這就讓過去功能單一的智能照明控制系統(tǒng)轉變?yōu)閿?shù)據(jù)驅動的智能家居服務平臺,其所帶來的增益遠不止照明。

小結

在智能照明技術發(fā)展的驅動下,無線網絡已成為一個更具成本效益的選擇,而在無線通信技術中。除了Wi-Fi牢牢占據(jù)主力位置,藍牙也開始超越ZigBee成為智能照明中的主流技術。一方面在于藍牙Mesh的出現(xiàn),能夠支持更多設備的接入,更低的功耗,并且實現(xiàn)了照明組件、無線控制系統(tǒng)和智能燈具之間的全球跨廠商互操作性;另一方面,ZigBee固然也能實現(xiàn)這些功能,但由于頭部廠商的干預,導致其他企業(yè)心有顧慮。并且,隨著智能手機已經成為人們生活的標配,相比ZigBee,能夠直接用手機連接的藍牙也更具優(yōu)勢。

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