1.5 智能家居通信与组网技术

智能家居的通信技术负责智能家居之间各种传感器信息、控制指令的传输与交互，也就是把智能家居的各类硬件通过网络连接起来，形成一个互联互通的家庭网络系统。通过这个网络，可以实现智能家居系统中各类信息的传输，进而根据智能家居的应用要求，实现对智能家居的控制。智能家居涉及的通信及组网技术主要分为有线和无线两种方式。有线通信技术包括总线技术和电力载波技术，目前无线通信及组网协议种类较多，且由于智能家居的标准未定，各类新的协议也在不断出现，各种协议并存使用的现象预计会长期存在。表1-1所示为智能家居主要通信技术的应用情况对比。

1.5.1 总线技术

总线技术是指将所有设备的通信与控制都集中在一条总线上，是一种全分布式智能控制网络技术，其产品模块具有双向通信能力，以及互操作性和互换性，其控制部件都可以编程。典型的总线技术采用双绞线总线结构，各网络节点可以从总线上获得供电（DC 24V），亦通过同一总线实现节点间无极性、无拓扑逻辑限制的互联和通信，信号传输速率和系统容量则分别为10kbit/s和4GB。

总线型技术比较适合于楼宇和小区智能化等大区域范围的控制，现开始部分应用于别墅智能化，但一般设置安装比较复杂，造价较高，工期较长，只适用新装修用户。

在智能家居中采用双绞线为控制总线，以此通信介质的主要有KNX总线、Lon Works总线、RS-485总线、CAN总线等。就总线本身而言，这几种总线的拓扑结构基本是相同的，如图1-12所示，不同的只是通信协议和接口。

1.RS-485总线

在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。

RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互联时非常方便，可以省掉许多信号线。使用标准RS-485收发器时，单条通道的最大节点数为32个，传输距离较近（约1.2km），传输速率低（300～9600bit/s）；传输可靠性较差，对于单个节点，电路成本较低，设计容易，实现方便，维护费用较低。

RS-485总线布线的规范如下。

（1）RS-485信号线不可以和电源线一同走线。

（2）RS-485信号线可以使用屏蔽线作为布线，也可以使用非屏蔽线作为布线，一般可选择普通的超五类屏蔽双绞线即网线作为信号线。

（3）RS-485布线时必须要手牵手的布线，但是可以借助RS-485集线器和RS-485中继器可以任意布设成星形接线与树形接线。

（4）RS-485总线必须要接地。

2.KNX总线

KNX总线是目前世界上唯一的适用于家居和楼宇自动化控制领域的开放式国际标准，是由欧洲三大总线协议EIB、BatiBus和EHSA合并发展而来。该协议以EIB为基础，兼顾了BatiBus和EHSA的物理层规范，并吸收了BatiBus和EHSA中配置模式等优点，提供了家居、楼宇自动化的完整解决方案。

KNX系统采用的是开放式通信协议，可以轻松的与第三方系统/设备实现对接。例如：ISDN、电力网、楼宇管理设备等。主要的对接方式有：

（1）通过输入、输出模块，采用接点信号进行连接。

（2）通过USB接口进行连接。

（3）采用符合通信协议的接口——即网关连接，实现数据的双向交换。

KNX总线的传输介质除双绞线、同轴电缆外，还支持使用无线电来传输KNX信号。无线信号传输频宽为868MHz（短波设备），最大发射能量为25mW，传输速率为16.384kbit/s，也可以打包成IP信号传输。通过这种方式，LAN网络和互联网也可以用来发送KNX信号。

3.Lon Works总线

在各种现场总线中，Lon Works总线技术以其在技术先进性、可靠性、开放性、拓扑结构灵活性等方面独特的优势，为集散式监控系统提供了很强的实现手段。使其特别适合于建筑的楼宇自动化系统。Lon Works总线使用48位ID神经元芯片，节点数量没有限制，传输距离较远（约2.7km），传输速率快（300bit/s～1.25Mbit/s）；传输可靠性较高，对于单个节点，电路成本很高，设计难度较大，维护费用较高。

4.CAN总线

CAN总线是一种支持分布式控制和实时控制的对等式现场总线网络。其网络特性使用差分电压传输方式，总线节点数有限，使用标准CAN收发器时，单条通道的最大节点数为110个，传输速率范围是5kbit/s～1Mbit/s，传输介质可以是双绞线和光纤等，任意两个节点之间的传输距离可达10km。对于单个节点，电路成本高于RS-485，设计时需要一定的技术基础。传输可靠性较高，界定故障节点十分方便，维护费用较低。在目前已有的几种现场总线方式中，具有较高的性价比。

采用总线技术的智能家居产品有Control4总线灯光系统。Control4总线系统是由基于以太网的控制模块、RS-485的总线场景面板、RS-485网关等设备共同组成的新型总线系统。各模块通过网络与主机进行通讯，使用电视界面、触控屏以及移动装置来控制，由调光器、继电器、以太网模块、导轨板等组成一个完整的系统。总线控制模块既可配合总线场景面板，也可配合无线场景面板及无线产品使用，利用Composor完成系统设计可实现多项功能，还可以通过有线按键来控制灯光、音乐、窗帘、安防等，可应用于家庭及商业等多种场合。

1.5.2 电力线载波技术

电力线将电能传输到家中的每个房间的用电设备，同时也将家中所有的电灯、电器连成了家庭网络。电力线载波（Power Line Carrier，PLC）技术是指利用现有电力线作为信息传输媒介，通过载波方式将语言或数据信号进行高速传输的一种通信方式。其最大特点是不需要重新架设网络，只要有电力线，就能进行数据传递，是利用1.6～30MHz频带范围在电力线路上传输信号，传输速率依具体设备不同在4.5～45Mbit/s之间。

由于电力线是一个极其不稳定的高噪声、强衰减的传输通道，要实现可靠的电力线高速数据通信，必须解决各种因素对数据传输的影响。高效可靠的调制编码技术是高速P LC的关键，目前一般采用GMSK（高斯滤波最小频移键控）或OFDM（正交频分复用）调制技术将用户数据进行调制。

X-10协议就是一种以电力线为传输媒介对电子设备进行智能化的控制的通信协议。所有的开关、电器、电灯、传感器都用这种协议就可以相互交流，就像语言一样。X-10可以有256个不同的地址，如果需要多个器件响应同一个指令，只需将它们设为同一个地址。X-10协议具有良好的兼容性，只要产品厂商遵循这个协议，那么各个厂商之间的产品就可以相互通用。

X-10协议也是一个开放的、国际家居自动化标准系统，不需要主机或中心总控制台等的集中控制。通过添加智能家居元件，如遥控器、场景开关控制器、可编程序定时控制器、手机、电话、计算机、传感器等，就可以非常容易地扩展控制功能，轻松控制智能家居中的如窗帘、空调、热水器、电视机、音箱、门锁、门等。X-10还能轻松实现各类智能家电交叉控制，实现一控多、多控一、遥控、集中控制、远程控制、定时控制等各种复杂的控制方式。

X-10在国外应用较多。有资料统计，有35%的美国家庭使用过X-10智能家居产品，仅在美国就已经售出超过一亿只模块，成为国外智能家居耀眼的明星。但国外成熟的电力载波技术X-10（包括PLC—BUS）在我国推广并不太好，其主要原因可能是我国电网波动较大，信号干扰强，谐波较多，脉冲干扰信号和时变特性突出，导致了X-10等直接应用在国内电力通信环境中会导致通信速率和通信可靠性变差等问题。此外，X-10响应速度较慢，不太适合对响应速度要求较高的应用场合。

如图1-12所示智能家居系统主要采用电力线通信总线技术（荷兰PLC-BUS技术）来实现家居智能化控制，PLC-BUS技术是一种高稳定性及较高性价比的双向电力线通信总线技术，它主要利用已有的电力线来实现对灯光、家用电器及办公设备的智能控制。

PLC-BUS系统主要由3部分组成，即发射器、接收器和系统配套设备。

（1）发射器主要作用是通过电力线发射PLC-BUS控制信号给接收器，通过对接收器的控制，从而达到间接控制灯及电器设备的目的。

（2）接收器主要作用是接收来自电力线的PLC-BUS控制信号，并执行相关控制命令，从而达到灯及电器控制的目的。

（3）系统配套设备主要是为了配合发射器及接收器设备，辅助实现控制目的，例如：三相耦合器、信号转换器、信号强度分析仪、吸波器等。

电力线载波技术智能家居系统主要包括智能照明和智能电器控制两大系统，系统结构图如图1-13所示。

1.5.3 无线组网技术

无线智能家居网络是指在家庭内部将各种电气设备和电气子系统通过无线电连接起来，采用统一的通信协议，对内实现资源共享，对外通过网关与外部网互联进行信息交换的无线局域网。

无线组网技术是智能家居未来的发展趋势，因为它去掉了烦琐的布线。无线组网技术主要包括RF、ZigBee、蓝牙、WiFi、Z-Wave、6LoWPAN等几种无线技术。

1.射频识别技术

射频识别（Radio Freguency IDentification，RFID）技术，是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线通信技术。应用在早期的国产智能家居中。它通过高频的无线频率（315MHz、433.92MHz、868MHz、915MHz等）点对点传输，实现灯光、窗帘、家电等的遥控功能。这种技术的优点是部分产品无须重新布线，利用点对点的射频识别技术，实现对家电和灯光的控制，安装设置都比较方便，无须预先布线，不会破坏原有家居的美观。

智能家居射频无线网络主要包括了一个家庭网关（控制主机）以及若干个无线通信子节点（终端产品）。在家庭网关上有一个无线发射模块，每个子节点上都安装有一个无线网络接收模块，通过这些无线网络收发模块，数据就在网关和子节点之间进行传送。

家庭智能网关就是家庭的一个智能化控制中心，带有嵌入式处理器和Arm，Linux操作系统；具有可触摸的TFT液晶显示屏；有多路报警点输入和报警控制输出，发生警情时可通过网络或电话报警；通过网关上的无线射频模块与网络中各子节点进行通信，实现家电控制；内置了Web Server，通过Web方式实现家电的远程控制。同时家庭网关还具有留影、留言、MP 3/MP 4播放功能，可方便主人进行温馨留言等。

在不同的控制系统中，无线通信子节点具有不同的功能。

（1）照明控制。通过无线遥控开关节点实现对灯光开关和调光的功能。

（2）电源控制。通过无线遥控插座实现对电器的电源进行远程控制。

（3）窗帘控制。通过无线窗帘控制器对电动窗帘电动机进行远程控制。

（4）家电控制。通过无线红外转发模块对红外遥控家电进行远程控制。

（5）继电器输出控制。实现电动门窗、煤气阀门等I/O控制。

早期的智能家居系统有采用射频识别技术的控制主机，目前生产的控制主机没有采用射频识别技术。

2.ZigBee技术

ZigBee技术是一种近距离、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。因此非常适用于智能家居的无线控制指令传输。

ZigBee是一种高可靠的无线数据传输网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数据传输模块类似于移动网络基站，最多可达6.5万个。在整个网络范围内，每一个ZigBee网络数据传输模块之间可以相互通信，每个网络模块间的通信距离可以从标准的75m无限扩展。

ZigBee技术采用DSSS（直接序列扩频）扩频技术，使用的频段分为2.4GHz（全球）、868MHz（欧洲）和915MHz（美国），而且均为免付费、免申请的无线电频段。3个频段传输速率分别为20kbit/s、40kbit/s与250kbit/s。

ZigBee采用自组网的方式进行通信，也是无线传感器网领域最为著名的无线通信协议之一。在无线传感器网络中，当某个传感器的信息从某条通信路径无法顺畅地传递出去时，动态路由器会迅速的找出另外一条近距离的信道传输数据，从而保证了信息的可靠传递。

到目前为止ZigBee技术主要是基于两个标准，一个是ZigBee联盟制定的V1.0规范，另一个是IEEE 802.15.4工作组制定的低速、近距离的无线个域网标准。V1.0规范是基于IEEE 802.15.4标准基础之上的，两个规范都满足OSI参考模型。

ZigBee技术的特点如下。

（1）功耗低。ZigBee网络模块设备工作周期较短、传输数据量很小，且使用了休眠模式（当不需接收数据时处于休眠状态，当需要接收数据时由“协调器”唤醒它们）。因此，ZigBee模块非常省电，2节5号干电池可支持1个模块工作6～24个月，甚至更长。这是ZigBee的突出优势，特别适用于无线传感器网络。

（2）成本低。由于ZigBee协议栈设计非常简单（不到蓝牙的1/10），所以降低了对通信控制器的要求。普通网络模块硬件只需8位微处理器，4～32KB的ROM，且软件实现也很简单。ZigBee协议是免专利费的，每块芯片的价格低于1美元。

（3）可靠性高。ZigBee采用了CSMA/CA碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息，所以从根本上保证了数据传输的可靠性，如果传输过程中出现问题可以进行重发。

（4）延时短。ZigBee技术与蓝牙技术的延时相比，其各项指标值都非常小。通信延时和从休眠状态激活的延时都非常短，典型的搜索设备延时30ms，而蓝牙为3～10s。休眠激活延时为15ms，活动设备信道接入延时为15ms。因此ZigBee技术适用于对延时要求苛刻的无线控制（如工业控制场合等）应用。

（5）数据传输速率低。ZigBee工作在20～250kbit/s的较低速率，它分别提供20kbit/s（868MHz）、40kbit/s（915MHz）与250kbit/s（2.4GHz）的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。

（6）网络容量大。相比于蓝牙网络只支持7个从设备的连接，一个星型结构的ZigBee网络最多可以容纳一个主设备和254个从设备，一个区域内最多可以同时存在100个ZigBee网络，这样，最多可组成65000个模块的大网，网络容量大，组网灵活。

（7）安全性好。ZigBee提供了三级安全模式。第一级实际上是无安全方式，对于某种应用，如果安全并不重要或者上层已经提供足够的安全保护，器件就可以选择这种方式来转移数据；对于第二级安全级别，器件可以使用接入控制清单（ACL）来防止非法器件获取数据，在这一级不采取加密措施；第三级安全级别在数据转移中采用属于高级加密标准（AES）的对称密码，AES可以用来保护数据净荷和防止攻击者冒充合法器件，以灵活地确定其安全性。

（8）有效范围小。ZigBee有效覆盖范围为10～75m，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境。

（9）兼容性好。ZigBee技术与现有的控制网络标准无缝集成。通过网络协调器自动建立网络，采用载波侦听/冲突检测（CSMACA）方式进行信道接入。为了可靠传递，还提供全握手协议。

采用ZigBee技术的智能家居系统如图1-14所示。

3.蓝牙技术

蓝牙（Bluetooth）是一种短距离无线通信技术规范，它将计算机技术与通信技术更紧密地结合在一起，使得现代一些轻易携带的移动通信设备和计算机，不必借助电缆就能联网，随时随地进行信息的交换与传输。除此之外，蓝牙技术还可为数字网络和外设提供通用接口，以组建远离固定网络的个人特别连接设备群。蓝牙技术主要面向网络中各类数据及语音设备（如个人计算机、拨号网络、笔记本电脑、打印机、数字式照相机、移动电话和高品质耳机等），通过无线方式将它们联成一个微微网，多个微微网之间也可以互联形成分布式网络，从而方便、快速地实现各类设备之间的通信。它是实现语音和数据无线传输的开放性规范，是一种低成本、短距离的无线连接技术。其中无线收发器是很小的一块芯片，大约为9mm×9mm，可方便地嵌入到便携式设备中，从而增加设备的通信选择性。

蓝牙协议的标准版本为IEEE 802.15.1，新版IEEE 802.15.1a基本等同于蓝牙技术规范V1.2标准，具备一定的QoS特性，并完整保持后向兼容性。截至目前蓝牙技术规范已经更新了10个版本，分别为蓝牙1.0/1.1/1.2/2.0/2.1/3.0/4.0/4.1/4.2/5.0。蓝牙4.2标准数据传输速率可达1Mbit/s、隐私功能更强大，Ipv6网络支持。全新蓝牙5.0标准在性能上将远超蓝牙4.2LE版本，包括在有效传输距离上将是4.2LE版本的4倍，也就是说，理论上，蓝牙发射和接收设备之间的有效工作距离可达300m。而传输速率将是4.2LE版本的2倍，速率上限为24Mbit/s。另外，蓝牙5.0还支持室内定位导航功能，可以作为室内导航信标或类似定位设备使用，结合WiFi可以实现精度小于1m的室内定位。这样就可以在大的商场中通过支持蓝牙5.0的设备找到路线。另外，蓝牙5.0针对物联网进行了很多底层优化，力求以更低的功耗和更高的性能为智能家居服务。自2016年年底蓝牙5.0标准发布后，蓝牙技术联盟一直在推动蓝牙5.0投入市场。蓝牙5.0将运用于无线可穿戴、工业、智能家庭和企业市场领域。

蓝牙技术具有以下特点。

（1）低成本，全球范围适用。蓝牙技术使用的是2.4GHz的ISM频段。现有的蓝牙标准定义的工作频段为2.402～2.480GHz，这是一个无须向专门管理部门申请频率使用权的频段。

（2）便于使用。蓝牙技术的程序写在一个不超过1cm²的微芯片中，并采用微微网与散射网络结构及快调频和短包技术。与其他工作在相同频段的系统相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，这使蓝牙技术比其他系统都更稳定。

（3）安全性高和抗干扰能力强。蓝牙无线收发器采用扩展频谱跳频技术。把2.402～2.480GHz以1MHz划分为79个频点，根据主单元调频序列，采用每秒1600次快速调频。跳频是扩展频谱常用的方法之一，在一次传输过程中，信号从一个频率跳到另一个频率发送，而频率点的排列顺序是伪随机的，这样蓝牙传输不会长时间保持在一个频率上，也就不会受到该频率信号的干扰。

（4）低功耗。蓝牙设备在通信连接状态下，有4种工作模式：激活模式、呼吸模式、保持模式和休眠模式。激活模式是正常的工作状态，另外3种模式是为了节能所规定的低功耗模式。呼吸模式下的从设备周期性地被激活：保持模式下的从设备停止监听来自主设备的数据分组，但保持其激活成员地址：休眠模式下的主从设备仍保持同步，但从设备不需要保留其激活成员地址。这3种节能模式中，呼吸模式的功耗最高，但对于主设备的响应最快，休眠模式的功耗最低，对于主设备的响应最慢。

（5）开放的接口标准。蓝牙特别兴趣小组（SIG）为了推广蓝牙技术的使用，将蓝牙的技术标准全部公开，全世界范围内的任何单位和个人都可以进行蓝牙产品的开发，只要最终通过SIG的蓝牙产品兼容性测试，就可以推向市场。这样一来，SIG就可以通过提供技术服务和出售芯片等业务获利，同时大量的蓝牙应用程序也可以得到大规模推广。

（6）全双工通信和可靠性高。蓝牙技术是采用时分双工通信，实现了全双工通信。采用FSK调制，CRC、FEC和ARQ，保证了通信的可靠性。

（7）网络特性好。由于蓝牙支持点对点及一对多的通信，利用蓝牙设备也可方便地组成简单的网络（微微网）。蓝牙无线网络结构如图1-15所示。

4.WiFi技术

WiFi是无线保真（Wireless Fidelity）的缩写，俗称无线宽带。是无线局域网（WLAN）中的一个标准（IEEE 802.11b）。随着技术的发展，以及IEEE 802.11a及IEEE 802.11g等标准的出现，现在IEEE 802.11这个标准已被统称为WiFi。

WiFi技术与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线通信技术。使用的使2.4GHz附近的频段，该频段是无须申请的ISM无线频段。同蓝牙技术相比，它具备更高的传输速率，更远的传播距离，已经广泛应用于笔记本电脑、智能手机、汽车等领域中。

WiFi是以太网的一种无线扩展，理论上只要用户位于一个接入点四周的一定区域内，就能以最高约11Mbit/s的速率接入全球广域网（Web）。但实际上，如果有多个用户同时通过一个点接入，带宽被多个用户分享，WiFi的连接速度一般将只有几百kbit/s的信号不受墙壁阻隔，在建筑物内的有效传输距离小于户外。

WiFi技术未来最具潜力的应用将主要在家庭办公（SOHO）、家庭无线网络，以及不便安装电缆的建筑物或场所。目前通过有线网络外接一个无线路由器，就可以把有线信号转换成WiFi信号。

IEEE 802.11是针对WiFi技术制定的一系列标准，第一个版本发表于1997年，其中定义了介质访问接入控制层和物理层。物理层定义了工作在2.4GHz的ISM频段上的两种无线调频方式和一种红外传输的方式，总数据传输速率设计为2Mbit/s。1999年加上了两个补充版本：802.11a定义了一个在5GHz ISM频段上的数据传输速率可达54Mbit/s的物理层，802.11b定义了一个在2.4GHz的ISM频段上的数据传输速率高达11Mbit/s的物理层。802.11g在2003年7月被通过，其载波的频率为2.4GHz（跟802.11b相同），传输速率达54Mbps。802.11g的设备向下与802.11b兼容。其后有些无线路由器厂商应市场需要而在IEEE 802.11g的标准上另行开发新标准，并将理论传输速率提升至108Mbit/s或125Mbit/s。IEEE 802.11n是2004年1月时IEEE宣布组成一个新的单位来发展的新的802.11标准，于2009年9月正式批准，最大传输速率理论值为600Mbit/s，并且能够传输更远的距离。IEEE 802.11ac是一个正在发展中的802.11无线计算机网络通信标准，它通过5GHz频带进行无线局域网通信，在理论上，它能够提供高达1Gbit/s的传输速率，进行多站式无线局域网通信。

IEEE 802.11工作组研究和标准化了完整的WiFi技术体系，涵盖从物理层核心标准到频谱资源、管理、视频车载应用多方面等一系列标准，标准化进程如表1-2所示。

WiFi技术具有以下特点。

（1）无线电波的覆盖范围广。WiFi的半径可达100m，甚至可以覆盖整栋大楼。

（2）WiFi的传输速率很快。最高可达54Mbit/s，符合个人和社会信息化的需求。在网络覆盖范围内，允许用户在任何时间、任何地点访问网络，随时随地享受诸如网上证券、视频点播（VOD）、远程教育、远程医疗、视频会议、网络游戏等一系列宽带信息增值服务，并实现移动办公。

（3）无须布线。可以不受现实地理条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要。只要在需要的地方安装无线路由器，并通过高速线路将因特网接入。这样，在无线路由器所发射出的电波的覆盖范围内，用户只要将支持无线局域网的笔记本电脑或平板电脑拿到该区域内，即可高速接入因特网。

（4）健康安全。IEEE 802.11规定的发射功率不可超过100mW，实际发射功率为60～70mW，而手机的发射功率为200mW～1W，手持式对讲机高达5W。与后者相比，WiFi产品的辐射更小。

5.Z-Wave技术

Z-Wave是一种新兴的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。工作频带为868.42（欧洲）～908.42MHz（美国），采用FSK（BFSK/GFSK）调制方式，数据传输速率为9.6kbit/s，信号的有效覆盖范围在室内是30m，室外可超过100m，适合于窄带宽应用场合。随着通信距离的增大，设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加，相对于现有的各种无线通信技术，Z-Wave技术专门针对窄带宽应用并采用创新的软件解决方案取代成本高的硬件，因此只需花费其他类似技术的一小部分成本就可以组建高质量的无线网络，Z-Wave技术将是最低功耗和最低成本的技术之一，有力地推动着低速率无线个人区域网的发展。

Z-Wave的技术特点如下。

（1）低成本。Z-Wave系统在一个家庭应用系统中能够实现232个节点、能够实现节点间的通信路由，但通过实验证明一个Z-Wave网络如果加入超过120个设备之后，设备操作会出现人能感觉的迟滞，（一般家庭会有20～30个设备）。所以Z-Wave把网络节点局限在232个以内是聪明的做法。Z-Wave聚焦于智能家居的狭窄应用领域的策略让其得以比较低的成本实现相对理想的效能。

（2）低功耗。使用Z-Wave技术的家庭设施由于在控制及信息交换中的通信量较低，十几kbit/s的通信速率已经足够能胜任这个通信负荷，因此完全可以采用电池供电，这就降低了家用设施的运行功耗，目前Z-Wave第五代芯片模组的休眠待命电流只有1μA。

（3）高可靠性与覆盖性

Z-Wave为双向传输的无线通信技术，运用此技术可以实现在遥控器上显示操控信息与状态信息，相对的传统单向红外线遥控器就难以实现此种设计。同时Z-Wave网络是一种具备自动动态路由功能的点对点通信网络，通信可以通过多达4个中介设备转发，理论上最多能扩大4倍通信距离，它不会由于一个节点的故障而影响其他的节点的工作，因为如果第一个通信路径失效，它会自动使用第二路径甚至第三个路径，如果所有可用路径都失效，该设备或控制器还具有修复通信功能。Z-Wave技术采用双向应答式的传送机制、压缩帧格式、随机式的逆演算法减少失真和干扰。另外，现在Z-Wave的传输带宽从最初的9.6kbit/s提升至40kbit/s后，也提供AES128加密的功能。在安全可靠性方面，与目前银行所用的属于同一级别。

采用Z-Wave技术的智能家居系统如图1-16所示。

6.6LoWPAN技术

6LoWPAN技术采用规定的IEEE802.15.4物理层和MAC层，不同之处在于6LoWPAN技术使用IETF规定的IPv6功能，上层采用TCP/IPv6协议栈。

目前的全球互联网所采用的协议族是TCP/IP协议族。IP是TCP/IP协议族中网络层的协议，是TCP/IP协议族的核心协议。目前IP协议的版本号是4（简称为IPv4），IPv6是下一个版本。IPv6正处在不断发展和完善的过程中，它在不久的将来将取代目前被广泛使用的IPv4。

6LoWPAN技术具有以下特点。

（1）普及性。IP网络应用广泛，作为下一代互联网核心技术的IPv6，也在加速普及的步伐，在LR-WPAN网络中使用IPv6更易于被接受。

（2）适用性。IP网络协议栈架构受到广泛的认可，LR-WPAN网络完全可以基于此架构进行简单、有效的开发。

（3）更多地址空间。IPv6应用于LR-WPAN最大的亮点是庞大的地址空间，这恰恰满足了部署大规模、高密度LR-WP AN网络设备的需要。

（4）支持无状态自动地址配置。IPv6中当节点启动时，可以自动读取MAC地址，并根据相关规则配置好所需的IPv6地址。这个特性对传感器网络来说，非常具有吸引力，因为在大多数情况下，不可能对传感器节点配置用户界面，节点必须具备自动配置功能。

（5）易接入。LR-WPAN使用IPv6技术，更易于接入其他基于IP技术的网络及下一代互联网，使其可以充分利用IP网络的技术进行发展。

（6）易开发。目前基于IPv6的许多技术已比较成熟，并被广泛接受，针对LR-WPAN的特性需进行适当的精简和取舍，简化协议开发的过程。

为了更好地实现IPv6网络层与IEEE 802.15.4MAC层之间的连接，在它们之间加入适配层以实现屏蔽底层硬件对IPv6网络层的限制。