智能家居通信协议之争，谁会是最终赢家？

假设你生活在全屋智能下：

清晨和煦的阳光照进屋内，你慢慢苏醒，原来是智能窗帘缓缓为你打开，智能睡眠显示你昨晚翻身起夜等数据在正常范围内，嗯，确实，昨夜你睡得很好，因为智能检测环境系统在实时净化房间里的空气，美好的一天就此开始。

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早餐已在厨房等着你，智能插座能让豆浆机、面包机定时启动，节省了早晨宝贵的时间，当然，你不必担心安全问题，有各类安全系统，你可以放心把早餐交给智慧厨房。

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吃完早餐，你还可以边刷牙边在智能魔镜上观看当天的新闻；定时除味，智能马桶盖能给你最舒适的体验。

上班也能顾家，智能猫眼让你通过手机可以随时查看家里的情况，还能通过语音控制让家听你的话，远程开门功能，有亲人来访可远程开锁……

晚上回到家，自动感知系统在你打开门的同时，玄关走廊灯光依次开启，换好鞋后依次自动关闭，一天的劳累后，家庭影院为你打造一个私人影音室，坐下来放松吧，明天又是新的一天……

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以上的场景是否让你感受到了智能家居带来的美好生活呢？然而，在这便利的背后，少不了通讯技术的支撑。目前，智能家居控制系统采用的通信技术有现场总线技术、电力载波技术以及无线技术三大类：

当然，这三种通信技术也可简单的看做无线技术和有线技术，有线智能家居成本较低，并且系统研发简单，在实际使用中，相比起无线技术，它的数据传输速度高，并且不受外部环境的影响，抗干扰能力远远大于无线系统。

但是，有线智能家居也有一些无可避免的缺陷，施工周期长，并且由于其布线较为繁琐，只适用于新装修的房屋，其次终端设备的位置是固定的，之后要挪动或者拓展的成本较高。

相比之下，无线智能家居更为灵巧简便，可自动组网、可灵活地拓展和变更终端，并且随着无线通信技术的更新，在功耗、传输距离、传输速率、抗干扰方面具有很大提升。

本文就智能家居中主流的短距离通信协议：蓝牙、WiFi、ZigBee、Z-Wave、Thread以及移动通讯网络做简要的介绍和对比。

一、短距离通信协议

1. 蓝牙

蓝牙是一种基于2.4 GHz ISM频段的短距离通信技术，属于扩展频谱，跳频全双工信号，一般情况下的工作范围是10m半径之内。蓝牙功耗低，组网简单，如今已经被广泛应用到各种电子设备中。

最新版本的蓝牙5.0的传输速度上限为2Mbps，理论上的有效传输距离可达300m，蓝牙5.0还支持室内定位导航功能，可以作为室内导航信标或类似定位设备使用。

优点：蓝牙成本低，组网方便，可以传输大数据，功耗较低，安全性较高。

缺点：蓝牙的网络节点少，传输速度较慢，适合用于点到点的数据连接，不适用于复杂的网络控制。

应用：蓝牙被广泛应用在智能门锁、智能手机、智能手环、无线音响、智能空调等智能家电设备中。

2. WiFi

Wi-Fi是一种标准的无线局域网（WLAN）技术，通常使用2.4G UHF（特高频）或5G SHF（超高频） ISM 射频频段。

WiFi如今已发展到第六代，WiFi 6与之前技术相比，亮点主要表现在功能、速率、覆盖性等方面。它的整体功能、效率是原先的4倍以上。并且，Wi-Fi6主要通过使用正交频分多址（OFDMA）调制来缓解网络拥塞，这样允许多达30个客户端同时共享一个信道，从而通过增加总容量同时减少等待时间来提高效率。

优点：WiFi 适合无线传输大数据，传输速度高，有效距离长，可与已有的各种802. 11 DSSS设备兼容；通信模块成本低、施工方便、方便连接各种设备、实用性好。另外，WiFi配网简单，用户熟悉度高，不需要额外的网关，可以和存量路由器直接通信。

缺点：WiFi也同样不适用于网络复杂的情况，就目前家用路由器而言，如果有数十个以上的电子设备需要连接路由器中，很容易造成网络拥堵。WiFi的功耗较大，其安全性不高。而且网络不太稳定，容易造成网络瘫痪。且易受周围无线设备环境特别是同频的干扰和屏蔽。

应用：电子门铃、摄像机等需要传输大数据的智能设备。

3. ZigBee

ZigBee是由HomeRF联盟开发的一种无线专有协议，是目前智能家居产品常用的协议之一。

与蓝牙类似，是一种低功耗、低成本、低数据速率、短距离自组织无线网络。

ZigBee使用IEEE 802.15 WPAN规范，支持网状网络拓扑，提供250 kbps、40 kbps和20 kbps的数据速率，有效距离一般为10-100m。Zigbee网状网络可以包含多达65000个设备。

优点：ZigBee的成本也比蓝牙还要低，并且网络容量大，每个ZigBee网络最多可支持255个设备。工作频段灵活，使用的频段分别为2.4GHz、868MHz(欧洲)及915MHz(美国)，均为免执照频段。

缺点：数据传输速率低；穿墙能力和衍射能力较弱。

应用：ZigBee主要被应用于使用电池的设备上，专注于低传输应用，比如家电控制开关、人体传感器、温湿度传感器、智能网关等。

4. Z-Wave

Z-Wave是一种基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。

Z-Wave的工作频段为908.42MHz(美国)~868.42MHz(欧洲)，采用FSK(BFSK/GFSK)调制方式，数据传输速率为9.6 kbps，室内的覆盖范围一般是30m，室外可超过100m，适合于窄带应用场合。

由于Z-Wave使用的900MHz不会与WiFi及蓝牙冲突，所以Z-Wave被普遍认为是更稳定的选择。

Z-Wave采用小数据格式传输，40kb/s的传输速率足以应对一些日常使用。与同类的其他无线技术相比，拥有相对较低的传输频率、相对较远的传输距离和一定的价格优势。

优点：低功耗，其单芯片解决方案可以为电池驱动设备(如温度调节器和传感器) 提供先进的省电模式。设备模块结构简单、成本低、接受灵敏度高; 协议简单、开发快；在一个家庭中能够实现 233 个节点及节点间的通讯路由，满足家庭控制要求。

缺点：传输速率较低，Z-Wave不适合于带宽密集型应用，例如音频/视频传输；并且，Z-Wave未采用任何加密的设计，安全性较差; 采用单信道传输数据，自我修复能力和抗干扰能力略低于 ZigBee 协议。

另外，Z-Wave模块成本高于ZigBee，且频段和标准限制严格，所以在国内，主流品牌的智能家居产品中几乎没有使用Z-Wave的。

应用：Z-Wave技术用于照明控制以及状态读取应用，例如抄表、照明及家电控制、HVAC、接入控制、防盗及火灾检测等。

5. Thread

Thread是一种低功耗无线网状网络协议，基于普遍支持的Internet协议（IP），并使用开放且经过验证的标准构建，由三星、Nest、ARM、Big Ass Fans、飞思卡尔和SiliconLabs公司联合推出。

优点：超低功耗，设备可以运行数年；支持设备到设备和设备到云的通信，可支持超过250个设备同时联网；在单一节点失效时，其采用的mesh网络能可自我修复。

由于Thread 建立在 ZigBee 基础之上，原有的 ZigBee 设备只需更新固件即可兼容 Thread。

应用：它的目的是为低功耗、电池驱动的且广泛分布的设备提供可靠的网络支持，这些设备构成了目前大多数的智能家居应用。但是目前 Thread 技术还未大规模投入市场，产品不多见。

下图总结了以上各个协议的特点：

二、厂商

在智能家居的近代发展史中，传统家电企业、新兴互联网企业以及依靠技术创新跨界而来的革新者们不计其数，大家都相中了这块诱人的“大蛋糕”。

移动通信设备厂商

Homekit

Homekit是苹果公司发起的一个物联网智能家居平台，支持Homekit的智能家居可以通过苹果的设备进行控制和统一管理。

苹果为Homekit设计的通信协议叫做HomeKit Accessory Protocol简称HAP，根据通信方式的不同，这个协议分为两部分：

• 互联网通信(IP)：直接通过网线或者WiFi进行通信，在一个子网中的设备均可以被搜索到。实际通信使用的http协议和加密过的json数据进行通信的。
• 低能耗蓝牙(BLE)：通过低能耗蓝牙进行点对点通信，通信协议是完全自主设计的真正的HAP。

在前几个月苹果加入了Thread Group，Thread通过专用IP网络来使智能家居设备相互连接，不会对电池寿命造成巨大冲击，而目前Apple只允许某些产品使用电池供电，要求其他产品不断接通电源。由引可见，苹果很有可能计划在未来版本的HomeKit中使用Thread技术。

同时，在今年6月23日举行的全球开发者大会WWDC20上，苹果宣布和亚马逊、谷歌将共同合作，制定智能家居的标准，使用新标准带来的家居，不论品牌都可以直接通过家庭应用进行控制。

米家

小米的智能家居中枢称为米家，是一个app，与HomeKit不一样的是小米米家中的智能设备支持三种协议：ZigBee、Wi-Fi、BLE&BLE。

去年小米米家发布了米家智能多模网关，同时支持WiFi、Zigbee、蓝牙与蓝牙Mesh三大主要通讯协议。通俗点理解，即一个网关可满足WiFi设备、Zigbee设备、蓝牙设备同时接入互联网，实现真正意义上的互联互通。

多模网关还将云端联动本地化，即使在WiFi不稳定或者断网环境，智能设备之间的联动依然不会受到影响，可自动化执行；比如之前通过无线开关关灯需要联网正常才行，现在不联网也可以。

过去6年，从电饭煲到洗衣机，从智能台灯到智能门锁，小米生态链的布局逐步覆盖了客厅、卧室、厨卫、出行等多个场景，其产品也涵盖了大家电、小家电、生活电器等多个领域，截至2019年3月31日，小米IoT联网设备数超过1.71亿台（不含手机、平板和笔记本电脑），同比增长70%。

HiLink

HUAWEI HiLink，是华为开发的智能家居开放互联平台，目的解决各智能终端之间互联互动问题。平台功能主要包含智能连接、智能联动两部分。

在HUAWEI HiLink智能终端网络中，配置修改可以在终端间自动同步，实现智能配置学习，不用手动修改费时费力。支持HUAWEI HiLink开放协议的终端，可以通过智能网关、智能家居云，通过APP对设备进行远程控制。

对行业，华为通过提供开放的SDK，并建设开发者社区为开发者提供全方位的指导，帮助开发者从开发环境搭建到集成、测试、提供一站式的开发服务。华为通过HUAWEI HiLink智能家居开放互联平台，将和所有智能硬件厂家一起，形成开放、互通、共建的智能家居生态。

截止2019年10月，明确已知加入华为HiLink的知名品牌有：海尔、欧瑞博、海信、长虹、方太、志高、海康威视、TCL、创维、苏泊尔、老板、科大讯飞、欧普照明等涵盖了照明、净水、家电、智能机器人、插座等等领域。

华为去年发布的5G CPE Pro路由支持HUAWEI HiLink协议，让智能设备一键即可接入5G超光纤的高速网络中，全面提升全场景的用户体验。

互联网公司

Google Home

Google Home是谷歌开发的智能家居平台，通过Google Home应用设置，可以管理和控制Google Home，Google Nest和Chromecast设备，以及成千上万个已连接的家居产品，例如灯，相机，恒温器等。并且，其语音助手Google Assistant已经支持了美国所有的主流家电品牌。

去年年底，亚马逊，苹果，谷歌和Zigbee联盟已经组成一个小组，以创建新标准来增强智能家居产品之间的兼容性。该新标准将免版税，并且将重点放在安全性上，其目标将是实现智能家居设备，移动应用程序和云服务之间的通信，并为设备定义一套基于IP的联网技术。认证。

这项合作被命名为 “基于 IP 的家庭互联项目”（Project Connected Home over IP），该小组打算采用开源方法来开发其标准。它还期望兼容的设备将需要支持Wi-Fi，蓝牙或Thread。

除亚马逊，苹果和谷歌外，基于IP的互联之家项目还将包括Zigbee联盟的董事会成员公司，如宜家，勒格朗，恩智浦半导体，Resideo，三星SmartThings，施耐德电气，Signify(以前为飞利浦照明)，Silicon Labs，尚飞和五莲。该小组的目标是在2020年末发布规范草案。

Alexa

Alexa是亚马逊的语音服务，也是数以千万计设备的幕后大脑。这些设备包括Echo, Echo Plus, Echo Show, 和Echo Spot等亚马逊自家设备，还有日益增多的内置Alexa的第三方设备，Alexa支持Zigbee标准，如果智能设备使用的是Zigbee协议，就可以通过Alexa为其添加语音控制。

小度

小度是百度旗下人工智能助手，能够根据用户语音、手势、眼神、面部信号构造丰富的智慧家居使用场景。百度在智能家居领域的“软硬件一体化生态”思路，主要体现在通过使用小度助手赋能合作伙伴，共同打造智能家居生态。目前小度已经接入的版块有音箱、手机、电视、平板、故事机、耳机、手表、车等领域对于智能家电领域，除了百度自有的智能产品，近年来，百度还通过与海尔、美的、创维OV、HTC、联想、东风、中信国安广视等各个领域的龙头企业合作。

家电厂商

海尔

海尔智能家居是以U-home系统为平台，采用有线与无线网络相结合的方式，把所有设备通过信息传感设备与网络连接，从而实现了“家庭小网 ”、“社区中网 ”、“世界大网 ”的物物互联，并通过物联网实现了3C产品、智能家居系统、安防系统等的智能化识别、管理以及数字媒体信息的共享。

2019年年度财报显示，海尔智家以智慧家庭场景为主的成套产品收入占到总收入的27.48%，同比提升了5.43%，智家APP的用户月活跃度同比增长350%，场景月活跃度同比增长142%，物联网生态收入达到48亿，提升了68%。

海信

海信的智能家居控制平台——Hi-Smart，以电视为控制中心，支持自然语言控制。同时也可以多维交互，支持开关面板、手机、电视、ipad、可视对讲屏、甚至大屏冰箱上的操作。

在整体的家庭智能交互系统下，云端收取用户的指令，并对不同的用户进行行为特征分析，通过“接收、判断、学习“的机制，智能设备将会得到训练，他们会记忆并学习用户平时的操作习惯，并进行自发性的反馈，Hi-Smart系统是一套越用越聪明的系统。

三、5G来了

我们现在用的4G是全IP数据网络，在4G网络下通话，可以依靠有线或无线网络，4G能够以100Mbps以上的速度下载，能够传输高质量视频图像，制式主要有LTE、TD-LTE、FDD-LTE，目前全球运营商已经广泛部署。

然而，与4G相比，5G具有的一系列优势，可能会更适合智能家居。

5G即第五代移动通信技术，国际电联将5G应用场景划分为移动互联网和物联网两大类。

根据工信部的规划，明确了3300～3400MHz(原则上限室内使用)、3400～3600MHz和4800～5000MHz频段作为5G系统的工作频段。其峰值理论传输速度可达10Gbps，比4G网络的传输速度快数百倍。低时延、低功耗、高可靠的5G通信技术，是4G多种有线、无线接入技术的演进式集成解决方案。

看似5G全方位超越了我们现在所用的4G，但其实5G也有一些问题存在，5G使用的频段较高，波长变短，其覆盖范围与穿透能力较之传统的宏基站也相对被削弱了很多，解决这个问题的方案就是——室内小基站，可用来弥补宏基站在覆盖方面的缺陷。室内基站可以提供家庭网络建设服务，根据不同的房屋面积，可选择不同功率的基站，一般的基站信号可覆盖100平米，基本不会有网络死角。

5G+室内基站或许很有可能打破设备商各自为战的混乱局面，结束各个品牌之间不兼容的尴尬局面。

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当前的智能家居控制系统基本上是通过多个传感器把各个独立的信息进行汇总连接，往往速率较慢。不同品牌之间不能互联，而基于IP的通信协议——WiFi6，Thread，5G或许可以解决这样的难题。综上，各个通信协议都有各自的优势与劣势，都有自己最适用的场景，结合自身的需求与成本，各个技术互相融合或许是目前最佳的解决方案。

参考文章及链接：

侯冉冉.无线智能家居控制系统研究[J].智能建筑电气技术,2020,14(01):47-50.

https://blog.csdn.net/weixin_45948002

http://news.mydrivers.com/1/636/636838.htm

责任编辑：环球塔莎