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《智能家居産品 從設計到營運》——2.3 智能裝置互聯的語言:通信協定

本節書摘來異步社群《智能家居産品 從設計到營運》一書中的第2章,第2.3節,作者:邢袖迪,更多章節内容可以通路雲栖社群“異步社群”公衆号檢視

産品在經過了部分智能化更新之後,裝置擁有了一定的感覺能力。而實作這些裝置之間的互聯,則像是讓其可以互相通話。本節将首先介紹三種無線互聯的語言,也就是通信協定,并對比每種協定的優缺點。此外,還介紹了ibeacon這種新興技術。

《智能家居産品 從設計到營運》——2.3 智能裝置互聯的語言:通信協定

本節書摘來異步社群《智能家居産品 從設計到營運》一書中的第2章,第2.1節,作者:邢袖迪,更多章節内容可以通路雲栖社群“異步社群”公衆号檢視

點對點通信協定,即兩個裝置之間的連接配接協定,其代表是藍牙協定。藍牙,是一種基于2.4ghz頻段的、短距離通信技術,能在手機、筆記本電腦、藍牙耳機等智能裝置之間進行無線資訊交換。通過藍牙技術,可以将原本沒有連網能力的裝置間接地連入網際網路。基于其低功耗的特點和智能手機的普及,藍牙依然是很多智能産品的首選,例如智能秤、運動手環、水杯、音箱等。

在實際應用中,如圖2-3所示,藍牙協定可以實作一種簡單的裝置連接配接方案。智能産品通過藍牙協定與智能手機相連,進而通過網際網路與産品雲相連。不過,該連接配接過程需要手機保持藍牙功能的開啟。通過圖2-3也可以看出,由于受藍牙協定的通信距離的限制,使用者隻能在家中對産品進行檢視與控制,是以該方案不支援遠端控制。

在星狀結構中,通常以一個裝置為中心,向其他裝置節點輻射。其中,wi-fi作為一種代表性的通信協定,已經被廣泛地使用。值得一提的是,wi-fi一詞是“wireless fidelity”的縮寫,意思是“無線高保真”。基于其廣泛普及度和傳輸速率,wi-fi是很多智能産品的首選,例如安防攝像頭、電視、智能插

座等。

在實際應用中,如圖2-4所示,wi-fi可以實作一定規模的裝置連接配接方案。家中的智能産品通過wi-fi與路由器相連,進而通過網際網路接入産品雲。使用者也可以在手機有網絡的地方,通過網際網路去控制智能産品,包括遠端檢視和控制。不過,由于路由器的限制,智能産品必須位于路由器的信号範圍内,且數量不能過多。此外,由于一些智能産品互動界面的限制,把其接入wi-fi網絡的設定過程始終有着一定的操作門檻。

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網狀結構,顧名思義是指裝置之間能組成一個網絡,更多的裝置可以直接互相通信,具有更強的穩定性和拓展性。是以這種協定可以在智能家居中很好地發揮作用,進而也湧現出了多種協定,如zigbee、zwave以及後起之秀thread等。在網狀結構中,通常有一個中心裝置——網關,它建立并管理着這個網絡。有的裝置不僅是一個節點,還可以參與資料的轉發。轉發路徑是唯一的,并且需要一定的算法去确定。而有的裝置則隻是接收資料的節點,大多數時候處于休眠狀态,以實作裝置的低功耗。在完成組網後,為了進一步把裝置接入網際網路,還需要把網關和路由器相連。

在實際應用中,如圖2-5所示,網狀結構也可以實作一定規模的裝置連接配接方案。家中的智能産品首先通過自組網,直接或間接地與網關連接配接,而網關又與路由器相連,進而實作了智能産品和産品雲的相連。進一步講,使用者也可以通過手機去進行遠端控制。此外,值得一提的是,圖中的智能産品3通過智能産品2,也接入了智能網絡,這也是網狀結構的一大優勢。

《智能家居産品 從設計到營運》——2.3 智能裝置互聯的語言:通信協定

在分别介紹了三種通信協定之後,本節将對其做一個對比。這種對比,也是廠商在自我宣傳時和使用者在選購産品時常要做的。但其實一種協定就像一門語言,有其豐富各異的特點,而沒有絕對的優劣之分。

首先,簡單地對比一下兩種廣泛使用的通信協定:星狀結構和網狀結構。如圖2-6所示,星狀結構對其中心裝置的依賴度較高,該裝置必須保持連接配接狀态,且其他裝置需要在中心裝置的信号範圍内。其實,這正是普遍使用的以wi-fi為通信協定的智能家居方案,而這裡的中心裝置就是路由器。當房屋面積過大時,若想使全家裝置都實作連接配接,則需要通過其他途徑擴大wi-fi的信号範圍。

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而相比之下,網狀結構則具有較強的抗災性和可擴充性。裝置之間可以自組網,是以即使某裝置出現故障,其他裝置依然可以互相通信。雖然網狀結構依然需要一個中心裝置與外界相

連,但基于強大的自組網能力,其通信範圍可以無限拓展。此外,星狀結構中的裝置數量容易受通信效果的限制,而網狀結構則具有“裝置越多、信号越強”的特點。

下面将通過一些客觀的資料去對比這三種通信協定,下表整理自jin-shyan lee的一份研究報告[10]。從表中可以看出,每種協定都有在特定情形下的優點:如果隻是簡單快捷地嘗試一下智能産品,藍牙協定是一種選擇;如果産品對帶寬要求較高(如安防攝像頭),wi-fi便是最好的選擇;如果智能家居系統中有很多裝置,且部分裝置需要考慮功耗問題,則zigbee是一種不錯的選擇。

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綜上所述,不同的協定,就像風格迥異的語言,共同豐富着智能裝置的互聯技術。在設計産品時,需要針對不同的産品需求,去選擇相應的通信協定,以充分發揮其技術特性,并達到産品性能的提升。

ibeacon技術是由蘋果公司提出的一種基于低功耗藍牙(ble)的室内定位技術,具有低功耗、低成本的特點。通過這種技術,可以檢測到ibeacon基站附近智能裝置的出現,然後該裝置可以根據收到的ibeacon資訊執行一些任務[11]。除了蘋果的ios裝置外,也支援部分安卓4.3及以上的機型。

ibeacon的傳輸距離分為3個範圍:幾厘米、幾米和大于10米。是以,可以根據裝置與ibeacon之間距離的變化,判斷裝置攜帶者的的行為。但是,其局限性是裝置必須保持藍牙功能開啟。幸運的是,像智能手環之類的智能裝置,在推廣的過程中也在一起教育市場,培養使用者保持藍牙開啟的習慣。

自2013年該技術提出以來,在零售業中已經有了很成熟的應用。例如,當你在商場内路過某家店鋪時,可能通過該商場的app收到一條該店鋪的打折消息。再如,ibeacon技術已經整合到了微信的“搖一搖—周邊”功能裡,使用者可以在商家附近通過搖取折扣券,以實作更多的消費。

此外,這一室内定位技術,可以在商店之外發揮更多的作用[12]。比如識别到使用者在家中走動;比如嵌入到孩子的棒球手套裡,可以确定孩子與家的距離,甚至還可以通過寵物佩戴定位産品,確定其不會走丢。

如圖2-7所示,ibeacon在自行車安防方面的應用[13],也能帶來一些啟發。采用了ibeacon技術的自行車,可以被接入物聯網,進而提供一些基于位置的服務。例如,當你走近自行車時,自行車會自動解鎖,這省去了繁瑣的開

鎖操作。例如,當自行車位于其他ibeacon基站時,你可以很容易定位自行車。而當自行車被盜時,也會及時向你的手機推送警報消息。

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