蓝牙正成为智能照明控制应用主流技术

来源:电子发烧友网发布时间:2023-05-09942浏览

电子发烧友网报道（文/黄山明）灯光控制一直是智能家居场景中的重点技术，不仅应用于家庭，也广泛应用于企业、楼宇、仓库、零售等环境。然而由于照明的普及性，如何选择一个可显著节约能源、改善用户体验、实现空间的全部价值的照明控制方案成为关键。随着物联网与智能家居技术的发展，智能照明系统开始应用于越来越多的场景。相比过去的有线网络，无线网络将是一个更具成本效益的选择，有线网络部署成本高且终端数受限。而在无线协议中，蓝牙Mesh越来越受到关注，已成为智能家居领域无线通信的重要技术路线之一。

智能照明无线技术的选择

智能照明控制是指通过无线网络实现对照明设备的远程控制和管理，提高照明效率和节能效果。而目前的无线网络技术有许多种，包括Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、Z-Wave等，这些技术各有优劣。据Guidehouse Insights数据显示，从2022年到2029年，全球照明控制系统年出货量的年复合增长率将达到14.2%。这意味着市场对于各种无线通信技术需求，也在快速增长中。比如Wi-Fi作为一种无线局域网技术，使用2.4GHz或5GHz的无线频段，传输速率高，可达300Mbps，传输距离长，可达100-300m。Wi-Fi的优点是成本低，用户熟悉度高，不需要额外的网关，可以传输大数据。Wi-Fi的缺点是功耗高，安全性低，网络容量小，容易受到干扰和拥塞，不适合复杂的网络控制。相比之下，ZigBee具备低功耗、低成本、低速率、短距离的优势，使用2.4GHz无线频段，可以提供250 kbps（2.4GHz）、40kbps（915 MHz）和20kbps（868 MHz）的数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求，传输范围一般介于10-100m之间，在增加发射功率后，亦可增加到1-3km。网络容量大，可以容纳65000个设备，并支持自组网和网状拓扑结构，与智能照明很契合。缺点是穿墙能力和衍射能力弱，成本高，开发难度大。而Z-Wave的优点在于功耗低、安全性高，并且不受2.4GHz频段的干扰，适合窄带应用场景。不过缺点是传输速率低，网络容量小，最多支持232个设备，并且设备价格也较高。蓝牙中应用在智能照明控制上的技术主要是蓝牙Mesh，该技术诞生于2014年，该技术可以实现设备间多对多传输，并特别提高构建大范围网络覆盖的通信能力，无需中心节点和路由协议，采用洪流模式进行通信，具有高可靠性和低延迟。蓝牙技术可以实现一对多和多对一的控制，比如一个开关可以控制三个灯泡，一个灯泡可以被三个开关控制，这个特性也是充分利用了蓝牙Mesh广播通信的优势。蓝牙技术支持低功耗节点和代理节点，可以实现电池供电节点的低功耗运行和传统BLE设备加入Mesh网络的功能。蓝牙技术还支持两重安全机制，采用网络安全密钥和应用层安全密钥来保护网络的安全，防止数据被窃取或篡改。当然，蓝牙技术也存在一些缺点，比如反应时间较慢，容易受到干扰和屏蔽等。

智能照明中蓝牙的趋势正在升高

其实从上面各技术的介绍可以看到，智能家居场景中，其实Wi-Fi、ZigBee和蓝牙Mesh的区别并没有太大，甚至在过去，许多厂商推出了多模协议芯片，比如ZigBee+蓝牙等。但到如今，除了Wi-Fi仍然占据主导以外，可以看到蓝牙的设备已经越来越多。以智能家居产品为例，目前出厂的智能家居无论器底层无线技术是什么，但几乎所有智能家居解决方案在设置入网配置时都选择了蓝牙技术。蓝牙技术联盟数据显示，预计到2026年，蓝牙智能家居设备出货量将达到11亿。ABI Research预测，2021年至2026年期间，商业楼宇自动化市场预计将成为增长最快的蓝牙物联网应用之一，年复合增长率将达到76%，设备年出货量将增长到近5000万。到2026年，蓝牙商业照明、开关和控制器的年出货量预计将达到近800万。ZigBee与蓝牙相比，天然便支持Mesh组网，并且ZigBee的本地化部署也给应对各种特殊情况带来良好的稳定性，无需网络便可执行设置的本地智能，这样即便遇到停电、断网以及部分硬件失灵，以Zigbee为基础的产品也能很好的完成工作。不过这种优秀的性能，却有些落后蓝牙在智能照明中的发展。这并非是性能原因所致，据易来智能CEO姜兆宁透露，他们的产品最开始选用的是ZigBee，用来对标飞利浦Hue。彼时飞利浦为了推行ZigBee产品，对外公开宣称应用层可以互相兼容，包括Hue、osram或其他支持ZigBee协议，都可以在ZigBee网内互联互通。但到了2015年，飞利浦宣布不再兼容第三方灯泡接入，而那时许多三方企业都没打算自己做ZigBee网关，就希望付出少量授权费后挂靠在Hue网关上，这个声明一出，也意味着其他厂商基本无法玩下去。尽管在年底时由于反对声音过大而撤回声明，但对其他企业而言，信任的建立很难，但打破却很简单。此外，蓝牙诞生的初衷便是为了手机的通信方便，并且与Wi-Fi一起成为了手机的标配，装机量一年几十亿计。而想要支持ZigBee则需要额外的芯片与相关驱动，推广难度可想而知。并且在智能照明系统中，蓝牙除了能够提供远程控制外，还能进行室内导航、资产跟踪等功能，这就让过去功能单一的智能照明控制系统转变为数据驱动的智能家居服务平台，其所带来的增益远不止照明。

小结

在智能照明技术发展的驱动下，无线网络已成为一个更具成本效益的选择，而在无线通信技术中。除了Wi-Fi牢牢占据主力位置，蓝牙也开始超越ZigBee成为智能照明中的主流技术。一方面在于蓝牙Mesh的出现，能够支持更多设备的接入，更低的功耗，并且实现了照明组件、无线控制系统和智能灯具之间的全球跨厂商互操作性；另一方面，ZigBee固然也能实现这些功能，但由于头部厂商的干预，导致其他企业心有顾虑。并且，随着智能手机已经成为人们生活的标配，相比ZigBee，能够直接用手机连接的蓝牙也更具优势。