如何为家庭自动化选择无线协议

在本系列的第二篇文章中，我讨论了本地控制与云连接，以及为您的家庭自动化设置需要考虑的一些事项。

在本文的第三部分中，我将讨论将设备连接到 Home Assistant 的底层技术，包括智能设备用于通信的主要协议，以及在购买智能设备之前需要考虑的一些事项。

将设备连接到 Home Assistant

许多不同的设备都可以与 Home Assistant 协同工作。 有些通过云服务连接，有些则通过与中央单元（例如 SmartThings Hub）通信，Home Assistant 与之通信。 还有一些设备具有通过本地网络通信的功能。

为了使设备真正有用，其关键功能之一必须是无线连接。 目前智能设备使用的三种主要无线协议是：WiFi、Z-Wave 和 Zigbee。 我将快速分解每种协议，包括它们的优缺点。

关于无线频谱的说明： 频谱以赫兹 (Hz) 为单位测量。 吉赫 (GHz) 为 10 亿赫兹。 一般来说，赫兹数越大，可以传输的数据越多，连接速度越快。 但是，频率越高，越容易受到干扰，并且不容易穿透固体物体。 较低的频率可以传播更远，并且更容易穿透固体物体，但缺点是它们无法发送太多数据。

WiFi

WiFi 是这三种标准中最广为人知的。 如果您从头开始，这些设备是最容易启动和运行的。 这是因为几乎每个对家庭自动化感兴趣的人都已经拥有 WiFi 路由器或接入点。 事实上，在大多数西方国家，WiFi 几乎被认为与自来水处于同一水平； 如果您去酒店，您会期望一个干净、温度可控的房间，并在办理入住时提供 WiFi 密码。

因此，使用 WiFi 协议的物联网 (IoT) 设备无需额外的硬件即可开始使用。 插入新设备，启动供应商提供的应用程序或 Web 浏览器，输入您的凭据，就完成了。

重要的是要注意，几乎所有中低价位的物联网设备都使用 2.4GHz 无线频谱。 为什么这很重要？ 嗯，2.4GHz 已经存在很长时间了，几乎所有设备（从无绳电话到智能灯泡）都使用这个频谱。 在大多数国家/地区，通常只有大约十几个信道可供现成设备广播和接收。 就像紧急情况下太多用户尝试拨打电话导致蜂窝塔过载一样，信道可能会变得拥挤并容易受到外部干扰。

虽然表现良好的智能设备使用的带宽很少或没有，但如果它们由于频谱拥挤而难以发送/接收消息，您的自动化将产生好坏参半的结果。 一个 WiFi 接入点一次只能与一个客户端通信。 这意味着您拥有的 WiFi 设备越多，网络上的某人就越有可能不得不等待轮到他们进行通信。

优点

• 无处不在
• 往往价格便宜
• 易于设置
• 易于扩展范围
• 使用现有网络
• 无需集线器

缺点

• 可能受到来自邻近设备或相邻网络的干扰
• 使用最拥挤的 2.4GHz 频谱
• 您的路由器限制了设备数量
• 使用更多电力，这意味着更少或没有电池供电设备
• 有可能影响对延迟敏感的活动，例如通过 WiFi 进行游戏
• 大多数现成产品都需要互联网连接

Z-Wave

Z-Wave 是一种封闭的无线协议，由一家名为 Zensys 的公司控制和维护。 由于它由单个实体控制，因此保证所有设备协同工作。 有一个标准和一个实现。 这意味着您永远不必担心从哪个制造商购买哪个设备； 它们将始终有效。

Z-Wave 在 0.9GHz 频谱中运行，这意味着它在流行的协议中范围最广。 需要一个中央集线器来协调 Z-Wave 生态系统上的所有设备。 Z-Wave 在 网状网络 拓扑上运行，这意味着每个设备都充当其他设备的潜在中继器。 理论上，这允许更大的覆盖范围。 Z-Wave 将“跳数”限制为 4。 这意味着，为了使信号从设备到达集线器，它只能通过四个设备传输。 这可能是积极的，也可能是消极的，这取决于您的观点。

一方面，它通过防止数据包在到达目的地之前通过大量设备传输来减少生态系统的最大延迟。 信号必须通过的设备越多，设备变得响应所需的时间就越长。

另一方面，这意味着您需要更具策略性地为从网络末端到集线器的良好路径提供路径。 请记住，实现更远距离的较低频率也限制了可以传输的速度和数据量。 这目前不是问题，但没有人知道未来的智能设备想要发送多大的消息。

优点

• Z-Wave 兼容性保证
• 形成网状网络
• 低功耗，可以使用电池供电
• 网状网络随着设备数量的增加而变得更加可靠
• 使用 0.9GHz，传输距离可达 100 米
• 在这三者中，最不可能受到固体物体或外部来源的信号干扰

缺点

• 封闭协议
• 成本最高
• 网状网络中最多四个跳数
• 每个网络最多可支持 230 个设备
• 使用 0.9GHz，这是所有协议中最慢的

Zigbee

与 Z-Wave 不同，Zigbee 是一种开放标准。 这可能是优点，也可能是缺点，这取决于您的观点。 由于它是开放标准，制造商可以自由更改实现方式以适应其产品。 借用我最喜欢的 YouTube 频道之一 The Hook Up 的一个比喻，Zigbee 就像穿过餐厅的汽车餐厅通道。 拥有相同的标准意味着您始终可以与餐厅交谈，并且他们能够听到您的声音。 但是，如果您说的语言与汽车餐厅员工的语言不同，您将无法相互理解。 你们都可以说话和听到对方的声音，但意思会丢失。

同样，Zigbee 标准允许 Zigbee 网络上的所有设备“听到”彼此的声音，但不同的实现方式意味着它们可能无法“理解”彼此。 幸运的是，通常情况下，您的 Zigbee 设备应该能够互操作。 但是，您的设备将无法相互理解的可能性并非微不足道。 发生这种情况时，您最终可能会得到多个可能会相互干扰的网络。

与 Z-Wave 类似，Zigbee 采用网状网络拓扑，但对设备用于与集线器通信的“跳数”没有限制。 这与对标准的一些调整相结合，意味着 Zigbee 理论上可以在单个网络上支持超过 65,000 个设备。

优点

• 开放标准
• 形成网状网络
• 低功耗，可以使用电池供电
• 可以支持超过 65,000 个设备
• 通信速度比 Z-Wave 快

缺点

• 不保证兼容性
• 可以形成相互干扰的独立网状网络
• 使用过饱和的 2.4GHz 频谱
• 传输距离仅为 10 到 30 米

选择您的协议

也许您已经有一些智能设备。 或者您可能只是开始研究您的选择。 当您购买设备时，有很多事情需要考虑。 与其关注灯、传感器、智能插头、温度计等，不如了解您想要使用哪种协议（WiFi、Z-Wave 或 Zigbee）可能更重要。

呼！ 我终于完成了家庭自动化的基础工作。 在下一篇文章中，我将向您展示如何开始 Home Assistant 虚拟机的初始安装和配置。