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智能家居也PK:ZigBee与Z-Wave标准之争

2013-05-10

 

标准化是产业发展,规模扩张的前提。在智能家居领域同样面临抉择,目前主要有2个标准,ZigBee与Z-Wave。目前多数人看好的是ZigBee,毕竟ZigBee有国际标准IEEE 802.15.4为其技术根基,且目标市场较广、潜在需求用量较大。相对的,丹麦Zensys公司所提出的Z-Wave技术不仅没有国际标准为其依靠,应用上也仅止于家庭自动化

智能家居也PK:ZigBee与Z-Wave标准之争

就技术标准而言Z-Wave已矮于ZigBee一截,而推广上,Z-Wave也一样居于弱势。Zensys极力避免他人认定Z-Wave是该公司专属自用的技术,一旦如此认定,势对Z-Wave的普及推广产生阻力,所以Zensys发起、成立了Z-Wave Alliance的联盟机构,期望以机构主导此标准的推广,让Z-Wave技术获得更广泛的采用。

Z-Wave这几年有风云突变趋势,首先是通讯大厂#思科#(Cisco)宣布投资Zensys公司,并加入Z-Wave Alliance机构,之后Intel的创投单位Intel Capital宣布投资Zensys,且一样加入Z-Wave Alliance,顿时Zensys、Z-Wave获得IT、通讯两大领域的重量级业者的力挺,气势大增。到了2007年1月,软件巨头Microsoft也呼应Z-Wave技术,在其.NET Micro Framework(简称:.NET MF)上加入对Z-Wave的支持,并宣布与Z-Wave Alliance中的会员业者Leviton、ControlThink等共同研发Z-Wave应用,再加上PC外围大厂Logitech(罗技)也推出使用Z-Wave技术的家庭遥控器,从这种种迹象来看,Z-Wave的发展并没有想象中的悲观,并且从单纯的家庭自动化应用,扩展延伸到数字家庭的领域中。

Z-Wave技术更新

Z-Wave的传输率仅有9.6kbps,虽然智能家居本就不强调数据的传输速度、传输量,但也不至于过低,以ZigBee来相对比较,即便不去谈论2.4GHz频段的250kbps传输率,在915MHz频段上也至少有40kbps,或在868MHz频段上也还有20kbps,ZigBee的三种速率模式都没有低至9.6kbps。

Z-Wave阵营了解此一弱处,之后进行持续强化改进,当前Z-Wave除了原有的9.6kbps速率外,也另增一个可达40kbps速率的模式,以此拉近与ZigBee之间的差距,缩小速率上的两者差异;另外Z-Wave提出的新速率能与原有9.6kbps速率的节点装置完全兼容互通,即是在同一个Z-Wave网络内能并存运用9.6kbps的节点与40kbps的节点,如此在布建的规划设计与延伸上可更便利;在使用频段方面,Z-Wave也与ZigBee差距不大,Z-Wave虽不像ZigBee能在2.4GHz频段使用,但也能在868MHz及908MHz(具体而言是868.42MHz及908.42MHz)的频段工作,且与ZigBee相同的,868MHz频段在欧洲地区运用,908MHz(ZigBee位于相近的915MHz)频段则是在美国地区运用;至于无线发送的调制,Z-Wave依旧是使用原有的GFSK(Gaussian Frequency Shift Keying)方式。相对的,ZigBee在868MHz与915MHz频段是使用BPSK(Binary Phase-Shift Keying)调制,而在2.5GHz频段是使用正交式QPSK(Quadrature Phase-Shift Keying)调制。

二者间技术上的差异

谈及发送距离,那么也必须比较Z-Wave与ZigBee间的发射差异,Z-Wave的发送距离为100英呎(约30公尺),且要达到如此距离必须在电波的传送路径上没有任何阻挡,然而这并不表示Z-Wave无法进行穿透性传输,Z-Wave的无线发送依旧可以穿墙收发,不过穿越阻隔物的代价是减损传输距离,目前Z-Wave阵营尚未公布穿透性传输表现的相关信息,只以不同的穿透材质而有不同的距离折损来说明。

同样的,ZigBee方面也并未有完整具体的传输距离信息,仅有32英呎?246英呎(10公尺?75公尺)的概略描述,且一样表示必须依据实际发送的环境而定。

Z-Wave与ZigBee之间除了传输速度、传输距离有别之外,在节点数目、拓朴型态、安全加密上也都各有不同。

首先是节点数目,此方面Z-Wave并未有所改变,依旧是每个网络内最多232个节点,若想与更多节点联系,就必须使用跨网的桥接(Bridge)技术才行。

至于ZigBee方面,ZigBee的节点寻址达16-bit,理论上可以达65,536个节点,此远远胜过Z-Wave,此外ZigBee还能选用更大范畴的64-bit寻址,如此节点数就不可限量。更进一步的,IETF已拟定让ZigBee与IPv6接轨整合的6loWPAN(全称为:IPv6 over Low power WPAN),ZigBee节点将可以广大Internet结合,这些方面Z-Wave都无法比拟。

另外连接拓朴方面,Z-Wave只有一种拓朴型态,即是网状(Mesh),而ZigBee除了也有网状拓朴外,也支持星状(Star)、丛集状(Cluster)等拓朴。值得注意的是,各节点除了自身所需的信号收发外,也会代为中继传递其它节点的信号,无论是自身需求的收发或转传其它节点的信号,该节点都会脱离休眠状态而进入运行状态,而经常扮演中继工作的节点将比其它节点更为忙碌,功耗也会较多,所以在实际布建时的设计规划上,也会尽量以非使用电池运行的装置来担任忙碌型中继的角色。

至于安全加密方面,ZigBee使用128-bit的AES对称加密,而Z-Wave则是尚未有任何加密的设计,这其实不难想象,在Z-Wave最初只有9.6kbps的传输带宽下,若再进行加密性传输,则实质数据的传递量将会更少,因此不太可能在9.6kbps中再行加密,不过Z-Wave将速率提升至40kbps后,也应该开始考虑提供加密的措施。

二者间在应用领域的差异

平心而论,Z-Wave在订立之初就以家庭自动化应用为目标,而ZigBee则是追求更广泛应用为目标,两者各在最初指导思想就有不同的考虑,自然在规格上也有诸多落差,此实不能单就规格数据表现来论断。

特别是Z-Wave获得Cisco、Intel、Microsoft等资通讯大厂的支持后,Z-Wave已从单纯的家庭自动化应用,开始扩展延伸到数字家庭领域,甚至是家庭自动化与数字家庭的接轨整合等,加上Z-Wave的各项技术仍在持续提升,从9.6kbps增进到40kbps可说是该阵营的一大鼓舞,同时也是给ZigBee更大的竞争压力。

ZigBee原先期望也用于PC外围或消费性电子的游戏玩具中,但就目前来看,无论是PC所用的无线鼠标、无线键盘,还是Nintendo Wii的无线游戏控制器、Sony PlayStation 3的无线游戏控制器,都是使用蓝牙而非ZigBee,加上蓝牙芯片已多年大量量产,组件的量价均摊已达高度成熟,ZigBee当初设定以更低价格取代蓝牙在控制领域应用,此一构想的实现难度也日益增高。

由此来看,现在最需要担心的反而不是规格表现偏弱的Z-Wave,反而是追求应用领域最大化的ZigBee,很有可能落入“样样通、样样松”的结果。 Z-Wave占据家庭(家庭自动化、数字家庭;Bluetooth拥有信息(无线键盘/鼠标)、通讯(无线耳机/话筒)、消费性电子(电玩控制器),或许最后最适合ZigBee的将会落在工控、医疗等领域。