从21年开始从事智能家居行业的工作刚好快3年了,在这3年负责过蓝牙、蓝牙MESH、局域网等相关的工作,为了巩固一下自己这三年的工作经历,这里做一下总结。 在IOT行业,最主要的两个功能就是配网(设备接入)和控制(设备操控)。其中,配网(设备接入)是一种认证的过程,只有通过认证之后,用户才能对设备进行控制。
配网
配网,是控制端(通常我们用的是手机,也有使用遥控器)与待接入的设备进行一系列的数据交换,其中,这种交换包括对用户身份的认证,密钥的协商等。 IOT行业使用的配网的通信协议有蓝牙、TCP/IP、ZigBee、蓝牙Mesh、Thread、以太网协议等。
控制
控制,是控制端(通常我们用的是手机,也有使用遥控器)发送控制的指令(例如DP、物模型)给到已配网的设备,来达到设备行为的控制。
蓝牙
蓝牙(英文:Bluetooth)是一种短距离传输的协议,使用无线电波2.4Hz的进行通信。总结的一句话是,他是基于无线电波2.4hz上通信的一种协议,它并不是载体。它是和wifi、zigbee同级别的通讯协议,本质上它也可近似堪称是一个个人局域网。 以下是摘自维基百科上关于蓝牙的定义
蓝牙(英语:Bluetooth)是一种无线通信技术标准,用来让固定与移动设备,在短距离间交换资料,以形成个人局域网(PAN)。其使用短波特高频(UHF)无线电波,经由2.4至2.485 GHz的ISM频段来进行通信。1994年由电信商爱立信(Ericsson)发展出这个技术。它最初的设计是希望创建一个RS-232数据线的无线通信替代版本。它能够链接多个设备,以克服同步的亦被干扰等问题。
蓝牙技术目前由蓝牙技术联盟(SIG)负责维护其技术标准,其成员已超过三万,分布在电信、电脑、网络与消费性电子产品等领域[5]。IEEE曾经将蓝牙技术标准化为IEEE 802.15.1,但是这个标准已经不再继续使用。
目前蓝牙的协议发展已经发展到第五代了,各位看官可以了解下蓝牙相关的发展史和每代的特性。
蓝牙低功耗(BLE)
在蓝牙4.0之前,蓝牙实际上都是经典蓝牙(BT),其中经典蓝牙分为传统蓝牙(1.0/2.0)和高速蓝牙(3.0),之前的经典蓝牙,设计上传输的数据量都是比较大的,例如我们的蓝牙耳机传输的音频数据。那么大数据意味着高功耗,有一部分需求是,传输的数据量本身并不大,延时更低,例如:手表、手环、防丢器等。因此低功耗蓝牙(蓝牙BLE)则被设计出来。它的特点则是,速度要求不高、功耗较低。 关于Android对蓝牙低功耗的运用,各位看官可以移步了解。
蓝牙Mesh
蓝牙Mesh是一种网络拓扑形的设计,它是在蓝牙低功耗的基础上设计的。我们都知道,蓝牙BLE是需要先通过蓝牙广播扫描到蓝牙设备,然后建立蓝牙的GATT连接的,在连接的基础上进行数据交互。蓝牙Mesh的设备与设备之间的结合了GATT和广播通信的方式,实现了拓扑结构的蓝牙网络。
蓝牙Mesh是一种基于低耗电蓝牙的计算机网格网络标准,允许通过蓝牙无线电进行多对多通信。蓝牙网格规格在网格配置文件和网格模型中由蓝牙技术联盟(Bluetooth sIG)定义。蓝牙 Mesh 构想于2014年 ,并于2017年7月13日被采用。
关于Android对蓝牙Mesh的运用,各位看官可以移步了解。
蓝牙Beacon技术
蓝牙Beacon也是一种基于蓝牙低功耗的通信技术,它主要是基于蓝牙低功耗的广播进行数据交互的。蓝牙Beacon是一种基于低功耗蓝牙(BLE)技术的广播协议。它允许具备BLE通信功能的设备向周围发送特定的ID信息,当应用软件接收到这些ID时,可以根据这些ID执行特定的动作1。例如,Beacon可以部署在室内的固定位置,用于连续广播信号,但不能与任何BLE设备建立连接。Beacon技术的应用非常广泛,包括室内定位导航、精准营销、资产追踪管理、身份识别、传感器应用等
Beacon 是建立在低功耗蓝牙协议基础上的一种广播协议,其工作方式是,配备有低功耗蓝牙(BLE)通信功能的设备使用BLE技术向周围发送自己特有的ID,接收到该ID的应用软件会根据该ID采取一些行动。
关于Android对蓝牙Beacon的运用,各位看官可以移步了解。
ZigBee
一种低速短距离传输的无线网络协议,底层是采用IEEE 802.15.4标准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网络节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、可靠、安全。
Zigbee跟蓝牙类似,都是在2.4GHz无线频道传输的局域网传输协议。但是区别蓝牙的是,ZigBee本身是被设计成一种拓扑形的传输形式,子设备和子设备之间都可以直接通过协议进行通信。由于我们日常使用的手机是没有ZigBee相应的传感器的,因此ZigBee协议往往会配合支持ZigBee的网关进行使用,手机与云端进行通信,经由云端到路由器或者到ZigBee网关,由ZigBee网关进行和子设备的控制。
关于Android对ZigBee的运用,各位看官可以移步了解。
Matter
Matter协议和上述所说的不是一个层级的协议,它是一个应用层上的协议。这么说可能大家都不太明白。我们来看这个一个图。
通常我们使用的无线通信技术,有很多频段,其中,蓝牙协议、WIFI基本上都是使用2.4GHz(这里先不考虑5G)。这里所说的频段,其实是我们现实生活中存在的无线电波,是物理存在的。而WIFI、蓝牙、以太网、Thread等是基于这个物理链路层设计的通信协议,是属于数据链路层的。其中TCP/IP、UPD是数据链路层的基础上设计的通讯协议,属于网络层。而matter是在网络上设计的应用层的协议。
目前的智能家居行业使用解决方案众多,相互之间隔离严重,有WiFi、蓝牙、ZigBee、蜂窝或者有线等等不同通讯协议的设备。不仅不同协议之间的设备不能互通,而且连相同通讯协议之间的设备也不能互通。例如谷歌助手控制谷歌产品,亚马逊语音设备可以用于亚马逊的设备,苹果使用Siri来驱动其产品,而国内小米、阿里等物联网平台也都有自己的生态。而Matter协议就是为了解决这些兼容性问题而诞生的, 并且在2022年十月CSA(连接标准联盟)正式发布了Matter标准协议1.0版本。