《动手搭建智能家居系统》——2.3 控制网络-阿里云开发者社区

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《动手搭建智能家居系统》——2.3 控制网络

简介:

本节书摘来异步社区《动手搭建智能家居系统》一书中的第2章,第2.3节,作者: 【德】Othmar Kyas,更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看

2.3 控制网络

控制网络一方面为受控设备、传感器和执行器之间提供连结性,另一方面连接伴随遥控设备的控制器。今天的家居和建筑自动控制存在3种主要的技术选择:

电力线通信
无线传输
有线传输

2.3.1 电力线通信

电力线通信的原理是利用建筑物中已有的电力线路来传输 20kHz 到100MHz 的载波信号。曾经长期占主导地位的、已经有几十年历史的、至今仍然被广泛使用的低速电力线标准X.10,已经最终被高速的HomePlug标准所取代,而后者在2010年成为IEEE 1901标准。这个标准的最新版本AV2已经能够完成高达500Mbit/s的传输速度。电力线通信的一个关键优势就是其组件的低价格,而且实际上也不需要再敷设额外的线路。这项技术的一个劣势就是电力线的分配单元会影响传输速度。在某些情况下,电力线上的设备甚至会阻断在一个建筑中的电力线基础架构上的部分通信覆盖。

2.3.2 无线传输

当今已经存在很多可用于建筑和家居自动化的无线传输技术了。传输速度和距离取决于该项技术的传输频率和调制方式,分别从20kbit/s到250kbit/s,从60英尺(20米)到3000英尺(1000米)。其他的重要考量是电力消耗和定位精度。在过去的十年间,技术的进步已经显著地改善了无线传输技术的各方面性能。导致无线技术最终在家居自动化领域腾飞的主要因素包括以下几项。

专有技术的家居自动化系统已经向互联网技术迁移
所有的主要建筑自动化系统已经成为开放的、国际化的标准
新标准的颁布提高了处理能力并进一步减少了电力消耗
组件的成本和尺寸减少
通过网关整合了基于有线的建筑自动化标准,如KNX或者LON
虽然无线建筑控制多年来一直都是面向低端的、后装项目的备选方案,但是新的、可靠的低功耗技术已经改变了整个行业。今天,Z-Wave、ZigBee、BLE(Bluetooth Low Energy,低功耗蓝牙)和RFID接口都已经和可控制的电力插座、电灯开关和家用电器充分集成了。很多音频和视频消费类电子设备带有WLAN(Wi-Fi),适合从互联网上播放流媒体,并适合通过智能家居基础架构充分控制。

2016年,Wi-Fi联盟宣布了802.11ah“HaLow”标准,这是一项针对家居自动化和物联网应用优化的标准。和现有的Wi-Fi技术相比,“HaLow”有着多项先进性。利用900MHz带宽(相比之下,传统的Wi-Fi网络工作在2.4GHz和5GHz带宽。)这使得无线信号可以达到几乎是现有Wi-Fi的两倍的速度,同时信号广播的能耗更低。这不仅影响到Wi-Fi路由器,使其可以更有效地消除死点,还使得手机和物联网设备可以在有限的电池容量下跨越更长的距离通信。

基于类似EnOcean设备的新一代的能量获取技术甚至仅仅依靠从环境的温度变化、光线变化或者按压一个开关的机械能量中获取能量就可以执行无线控制连接。表2.1列出了现今用于无线建筑自动化的主要开放标准。

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(*) LR-WPAN(Low Rate Wireless Personal Area Network,低速无线个域网)
(**) 随地形、频率和传感器的不同而会产生严重的畸变

2.3.3 有线建筑自动化

两个主要的基于有线的建筑自动化开放标准是KNX和LON。KNX是一项用于家居和建筑自动化的欧洲(EN50090,2003)和国际标准(ISO/IEC14543-3,2006)。KNX这个缩写代表Konnex,替代了更老的欧洲标准EIB(European Installation Bus)、Batibus(主要用于法国)和EHS(European Home System)。今天在欧洲,超过75%的工业建筑自动化解决方案和高端住宅智能家居都是采用KNX实现的。在过去的几年中,KNX已经开始在世界上欧洲之外的很多地方被接受了。

LON(Local Operating Network)最早由Echolon公司在1990年引入,自2008年后作为ISO/IEC 14908标准,是一项面向机场、体育馆或者街道照明等大型自动化项目的建筑自动化解决方案。与分层级的KNX架构不同,其采用的是一种去中心化的途径。在大型工程项目中,本地信息可以就地处理,而不用被发送到一个中心控制节点。这提供了在需要高可用性的公共项目中所需要的可扩展性和冗余性。

2.3.4 控制网络小结

通过过去几年的标准化努力,3 种控制网络技术——基于电力线、无线和有线的——在传输速度、可靠性和互操作性上都有了长足的进步。总的来说,由于其较低的组件价格和安装费用,基于电力线通信和无线传输的控制网络主要占领住宅家居自动化市场。另一方面,有线控制的网络主要出现在高端住宅领域和工业建筑控制应用中。

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