LEDinside:智慧照明通訊技術與物聯網的現狀和未來趨勢

【LEDinside訊】互聯互通是智慧照明、智慧家庭和智慧城市追求的目標, 不僅要實現人與設備之間的互聯,也要實現照明設備與照明設備之間,照明設備與其他設備之間的互聯,而通信技術,正是未來萬物互聯的橋樑。

面對種類繁多的通信技術,從傳統照明進入智慧照明的廠商該如何選擇?

無線通信技術取代有線通信技術成為應用主流

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

有線通信技術比無線通信技術更可靠和安全,但是布線繁瑣、施工困難,一小部分模塊損壞可能影響系統的整體運轉,擴展移動性也比較差。

無線通信技術具有全自動組網、連接方便、隨身控制,操作方便,拓展性強等諸多優點,但是目前無線通信技術成熟度還較低,存在穩定性差、抗干擾能力弱,組網複雜,技術難度大等缺點。

在應用面積和樓層跨度大的大型商業建築照明、公共建築照明、景觀照明以及裝飾照明中,穩定性好、安全性好、抗干擾性強的KNX、DALI、C-bus等有線通信技術依然是首選,而在家居照明中,WiFi、ZigBee、Bluetooth、Z-wave、Thread等無線通信技術早已成為主角。

智慧照明現在還處於幼稚期,正邁向成長期。未來進入智慧照明行業以及智慧城市產業的廠商會越來越多,廠商在無線通信技術研發上投入的資金和人力規模也會越來越大,將會推動各類無線通信技術的進一步發展,無線通信技術也會大面積取代有線通信技術。

多種無線通信技術和標準長期並存

在智慧照明發展的初級階段,市場上出現了Zigbee、Bluetooth、Wifi、Z-wave、Insteon、EnOcean等諸多無線技術

LEDinside認為,未來,因為智慧照明節能率比普通照明更高、成本不斷降低、在消費者中的認知度也不斷提升,其產品市場規模將逐年增長。 ZigBee、Bluetooth、Wifi、Z-wave等目前主流的無線通信技術因為前期的積累,將迅速發展。其中,ZigBee於2019年將佔有61%的市場佔有率。

ZigBee 擁有強大的組網能力,到現在為止已經推廣十多年,又有諸如飛利浦、歐司朗、GE、Cree等國際大廠的支持和推動,具有先發優勢,所以ZigBee不但擁有最大的市場份額,而且會穩步提升。

這兩年來,藍芽的性能在不斷升級,無需網關,又擁有低功耗、網狀網絡特徵的藍芽將成為ZigBee最強勁的對手,使用藍芽的智慧照明產品數量也在不斷增多,明年或迎來爆發性增長,有望成為僅次於ZigBee的第二大無線通信技術。

WiFi 在智慧照明發展初期,因為普及率較高,又具有無需網關的優點,市佔率會有小幅增長,但其功耗高、節點少,較適用單品和少數燈具,並不適用於大範圍的智慧照明產品,後期增長乏力。

Z-wave 在智慧照明上的應用主要集中在家居照明,應用範圍比ZigBee和藍芽都要窄,所以增速相對來說也較慢。

在智慧照明中,整個系統的特點是終端連接的燈具數量較多,但設備間產生的數據量很小,小數據日積月累慢慢聚集,所以智慧照明對無線通信技術最基本的需求就是低成本、低傳輸速率、低功耗。



資料來源:廠商技術,LEDinside 整理 (2015/11)

上述的幾種技術都是目前主流的無線通信技術,每種技術都各有眾多擁護者,關於哪種無線通信技術會在未來佔主導地位的爭論由來已久,但其實每種無線通信技術都有不同的標準和協定,各有其優缺點。

由於終端應用領域非常的多樣化,對無線通信技術的要求各不相同,所以未來每種技術都會憑藉自己的優勢在不同的應用領域佔有一席之地。

主流無線通信技術的網絡拓撲形式分析

各種通信技術採用了不同的網絡拓撲形式,而網絡拓撲結構對於網絡管理、節點間的數據傳輸、網絡安全是決定性的關鍵。

   ►  Wifi的星型拓撲形式

星型拓撲是最為普遍的一種組網形式,缺點是終端節點少,而且節點之間的數據路由只有唯一的一個路徑。

   ►  Z-wave的樹形拓撲形式

樹形拓撲形式的的每一個節點都只能和他的父節點和子節點之間通信。如果需要從一個節點向另一個節點發送數據,那麼信息將沿著樹的路徑向上傳遞到最近的祖先節點然後再向下傳遞到目標節點。這種拓撲方式的缺點就是信息只有唯一的路由通道。

   ►  BLE Mesh和ZigBee的網狀拓撲

網狀網絡拓撲的路由節點之間可以直接通信,這種路由機制使得信息的通信變得更有效率,而且一旦一個路由路徑出現了問題,信息可以自動的沿著其他的路由路徑進行傳輸,具有更加靈活的信息路由規則。

主流無線連接技術的特徵

   ►  Wifi

Wi-Fi是依照IEEE 802.11.x標準制定的無線通信技術,一種可以將個人電腦、行動裝置等終端以無線方式互相連接的技術,是一個高頻無線電信號。

Wi-Fi是大眾最熟悉的無線通信技術,已相當成熟。它具有傳輸速度高,距離遠,無需網關、開發難度小,進入門檻低,產品成本較低的優點,但是Wi-Fi信號穿透性差,終端可連接的設備也只有32個,而且比其他的無線通信技術更耗電,安全性也非常差。

雖然WiFi有它的優勢,但侷限性也很大,所以並不是最適合智慧照明的無線通信技術,更適合智慧手機、平板、PC、 智慧電視、家庭影音等互聯網內容的分享與發佈 。

   ►  Bluetooth4.2

藍芽也是大眾頗為熟悉的一種無線技術標準,可實現固定設備、行動裝置和建築個人區域網路之間的短距離數據交換(使用2.4—2.485GHz的ISM波段的UHF無線電 波)。

藍芽具有高抗干擾能力、高安全性、易配對等特色,但早期的藍芽版本存在傳輸距離短、節點數目少、功耗高等問題。

藍芽4.0版已具有低功耗(Low Energy;LE)的特性,並分成Bluetooth Smart Ready、Bluetooth Smart與標準藍芽等三種規格。4.0版的傳輸速度還分成正常規格的3Mbps及高速規格的24Mbps,傳輸距離延長到60米,並改善因高速傳輸而導致的高功耗問題。

此外Bluetooth Smart所開發的網狀(Mesh)技術,一舉讓藍芽的節點(設備)數目提升到65,000個。

2014年底, 藍芽技術聯盟(SIG)正式宣佈,開始向中國推行藍芽4.2標準。4.2版本在針對連接速度、安全、聯網三個方面做出了更重要改進。

1、實現物聯網:支持靈活的互聯網連接選項IPv6/6LoWPAN或Bluetooth Smart網關

2、讓Bluetooth Smart更智慧:業界領先的隱私權限、節能效益和和堪稱業界標準的安全性能

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,藍芽預計2015年下半年,採用藍芽4.2標準的終端產品將陸續推出。

Mesh網絡 和IP化的新特徵打開了藍芽的應用前景。藍芽的應用也將從單品的智慧控制走向整體智慧家居照明、商業照明的控制,最終會將智慧照明接入物聯網。

   ►  ZigBee

ZigBee是目前風頭最勁、最受關注的無線通信技術,具有高保密性、強穩定性、低功耗、自組網、低成本的優勢,適用於商業、工業、家居、道路照明等眾多領域。

ZigBee是基於IEEE802.15.4標準的低功耗個域網協議。它的功耗為WiFi的10萬份之一,ZigBee Pro的Green Power節能效果更加強大,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勢。

ZigBee也擁有很強的擴展性, 擁有網狀網絡,終端節點多達65,600個,適合需要佈局大量傳感器的應用領域。

因為ZigBee最初的定位是應用於IOT,所以在不同的行業有不同的協議,到目前已經有ZigBee Home Automation、ZigBee Light Link、ZigBee Smart Energy等8個協議,應用層協議眾多 ,不夠靈活,難以一致,導致各廠商的終端產品不能互聯互通。

ZigBee 3.0規範預計2015年會完成,並會將諸如ZigBee Light Link,ZigBee Home Automation,ZigBee Health Care以及其他常用的ZigBee協議統一為ZigBee 3.0的單一標準,ZigBee 3.0標準讓用於家庭自動化、連接照明和節能等領域的設備具備通信和互操作性,這將簡化產品開發以及廠商間的互用性。

   ►  Z-wave

Z-Wave也是一種技術成熟的無線通信技術,以智慧家居應用為目標,在住宅、照明商業控制以及狀態讀取上被廣泛採用,是一種新興的基於射頻的、低成本、低功耗、高可靠、適於網絡的短距離無線通信技術。

Z-Wave工作頻帶為908.42MHz(美國)~868.42MHz(歐洲),採用FSK(BFSK/GFSK)調製方式,數據傳輸速率為9.6 kbps,信號的有效覆蓋範圍在室內是30m,室外可超過100m,適合於窄帶寬應用場合。

Zigbee和Z-Wave都採用網狀網絡,但Z-Wave相對來說更封閉、門檻較高,所以採用Z-wave技術的設計、生產廠商相對ZigBee的來說就少得多,但Z-Wave的殺手鐧在於其兼容性很好,所有的z-wave產品都可實現互聯互通。

因為Z-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未來發展的趨勢

在互聯網中,IP地址用來給電腦編號,每台聯網的PC上都需要有IP地址,才能正常通信。

在物聯網中,所有終端節點也需要分配一個IP地址,才能實現互聯互通,物聯網的發展需要海量IP地址。現在主要使用的IPv4採用32位地址,支持40億個IP地址,目前全 球的IPv4地址已經使用殆盡,而IPv6採用128位地址,可用的單一地址數量為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。

智慧照明是物聯網中的一小部分,也會遵守物聯網的發展趨勢,其中智慧照明中採用的無線通信技術也會往IP化網絡架構發展。

目前,ZigBee、Z-Wave和藍芽雖具有低功耗和網狀網絡的優點,但其終端連接的照明燈具和感測節點卻依然難以管理。

未來,採用IPv6協議的無線通信技術可以將智慧照明燈具直接接入網絡,擁有獨立IP地址的燈具不再需要智慧移動終端作為中介,相互之間可自行傳輸數據,不通過網絡就能實現設備與設備之間的「對話」。

藍芽4.2標準已經率先推出了這個新特性,正如前文所述,藍芽4.2瞄準物聯網,支持靈活的互聯網連接選項IPv6/6LoWPAN或Bluetooth Smart網關,ZigBee3.0新標準中也將納入ZigBee IP。

預計未來主流的無線通信技術都會將IP化網絡架構納入標準,智慧照明將實現真正的互聯互通,並最終融入包羅萬象的物聯網。(文/LEDinside分析師 Wendy)

RSS RSS     print 列印     mail 分享     announcements 線上投稿        
瀏覽人次:5759
【免責聲明】
1、「LEDinside」包含的內容和資訊是根據公開資料分析和演釋,該公開資料,屬可靠之來源搜集,但這些分析和資訊並未經獨立核實。本網站有權但無此義務,改善或更正在本網站的任何部分之錯誤或疏失。
2、任何在「LEDinside」上出現的資訊(包括但不限於公司資料、資訊、研究報告、產品價格等),力求但不保證資料的準確性,均只作為參考,您須對您自主決定的行為負責。如有錯漏,請以各公司官方網站公佈為準。
【版權聲明】
「LEDinside」所刊原創內容之著作權屬於「LEDinside」網站所有,未經本站之同意或授權,任何人不得以任何形式重制、轉載、散佈、引用、變更、播送或出版該內容之全部或局部,亦不得有其他任何違反本站著作權之行為。