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知識科普|瞭解智慧照明的通訊協議和控制標準

既然我們認為智慧照明在諸多應用場合上確有必要,那麼要滿足這些需求需要解決的最最重要的問題就是協議標準–智慧照明系統內部的溝通語言和管理機制。如果有可能還要考慮系統和外部的介面,因為智慧照明系統可能是更大的智慧系統的子系統而已。

如果你對所謂的“智慧”產品有所瞭解,相信對zigbee、藍芽MESH和Wi-Fi不會陌生。如果你關注物聯網技術,也許常聽到LoRa、NB-IoT等名詞。如果你有工控背景,相信也必然瞭解RS232、RS485、TCP/IP這些傳統的通訊技術。如果你是照明控制行業的人,你熟悉的也許是DMX512、KNX和Z-Wave了。這些術語很容易讓非技術背景的人感到迷惑混亂,搞不清為什麼要有這麼多的協議標準,也很想知道哪一個是最好最先進最牛叉的。就像智慧照明本身並非萬能藥和萬金油一樣,其實這些通訊技術和協議標準沒有一個是能靠一己之力覆蓋智慧照明和物聯網所有的應用需求的。市場上聲量大的技術很大程度上是過度營銷的結果,尤其是需要快速獲得使用者的企業會不遺餘力地宣揚其產品採用的技術是何等的領先和代表未來的趨勢。

然而智慧照明在目前階段的剛需市場未必是普通消費市場,這一點已經在近年的市場實踐中得到了驗證。因此像程式語言之爭一樣,凡是能用藍芽、Wi-Fi、zigbee、Z-Wave等協議連線的照明產品免不了都要被各種廠家實現過至少一次,重複造輪子的現象在智慧照明行業(甚至大到智慧家居行業)層出不窮。於是從產品上我們是隻見廣度不見深度,以前大家都覺得是價格因素阻擋了智慧產品的普及,現在看來不是主要因素,關鍵還是沒有用恰當的方式解決特定的問題。技術沒有用在刀刃上,抓癢何須用釘耙呢?動不動要佔領智慧入口,言必稱平臺掌握大資料(蒐集大量使用者資料居然敢大肆宣揚)或者建立什麼生態系統,這些行為決策的背後有多少是從為使用者解決問題的初心出發的呢?

話說回來,這些眼花繚亂的通訊協議和控制標準有什麼不同和特點呢?我想即使列出詳細的對比資料表格,不懂的人看了還是不懂,因此這裡嘗試用簡明扼要的語句來給每種技術標準下個評語判詞吧。

zigbee– 開放的無線組網協議,物理層採用IEEE 802.15.4,MESH網狀網協議始祖。一個理論上非常強大和通用的技術標準,協議制定之處就報有非凡的雄心,不僅涵蓋照明(Lighting),還包羅了智慧家居、智慧樓宇、智慧電錶等大量應用場景支援,而且從底層鏈路傳輸到上層應用互動,定義的非常嚴謹細緻。然而正因為這樣的強大和無所不包反而在實踐中遇到了不少問題,比如前期技術推廣階段認證流程不成熟且並未對認證進行嚴格管控,導致國內大量號稱zigbee的產品並不符合標準,相容性差,直接拖累了zigbee技術和標準的聲譽。zigbee在發展過程中曾針對照明引用特別推出了ZLL (zigbee light link) Profile,然而由於zigbee協議必須依賴閘道器才能連線手機或雲端,在上一波智慧硬體的熱潮中漸漸被智慧家居領域的業餘選手Wi-Fi和低功耗藍芽BLE給打壓了下去。即使這樣, 在非消費類的智慧裝置組網場合, zigbee仍大有可為,充分發揮其多裝置組網和無線低功耗的特點。zigbee的上層應用標準 dotdot目前也已成為另一個無線組網協議 Thead (網路層支援IPv6, 底層可以是IEEE 802.15.4鏈路或者其他PHY)上層的應用語言,實現了跨底層協議的應用互動。

z-wave– 封閉的無線組網協議,私有封閉是z-wave和zigbee在非技術方面的最大不同。然而封閉只是協議和通訊協議晶片這部分,生態還是比較健康的,有大量的廠商參與。得益於封閉可控,在相容性方面可能比zigbee更好,不過技術演進就慢了一點,因為參與核心標準的人太少。照明方面在若干年前在歐美有不少大廠推出過產品,比如十年前的GE。在國內的應用比較少,主要還是國內廠商對此協議無感,成本也無法和其他幾項流行的協議方案相比。

Wi-Fi– 一個在上一波智慧硬體浪潮中因為某國內廠家將SoC做到白菜價,而被一眾網際網路背景而號稱物聯網的新貴企業炒到熔化的技術。Wi-Fi的最大特點就是能充分利用現有IP接入設施,快速營造出所謂物聯網、雲端計算的假象。基本上你能想到的任何電器、生活用品都被加入過Wi-Fi模組和支援App控制。然後,除了企業拿到一堆據說無價的使用者資料後,你的生活好像也沒有改變多少。歸根到底,使用Wi-Fi還是脫離不了傳統的IP網路架構,實現裝置之間的組網互聯還需要在標準上繼續演進。在5G技術逐步成熟和部署的趨勢下,Wi-Fi的未來遇到的競爭者會越來越多,作為通訊橋樑的校色可能更為妥當。在智慧照明方面,Wi-Fi通常應用在單品和閘道器裝置中。智慧照明方面也缺少應用層的統一標準。

藍芽MESH– 毋庸置疑,MESH這個詞雖然是zigbee始創,卻因藍芽大舉進攻物聯網而聲名鵲起,這使得zigbee標準制定者和廠商略顯尷尬。5年前,CSR在擺弄他們的私有網狀網技術控制一群燈泡顏色的時候,zigbee大概還沒怎麼把它放在心上。所以,不得不承認有時候時機很重要,來得早不如來得巧,何況藍芽這個名字比還沒有中文名字的zigbee平易近人多了。翻唱有時候比原唱更紅,即使在專業聽眾眼裡不是更好。對於擁有雄厚資源的網際網路大廠來說,熟悉程度僅次於Wi-Fi。記住,他們的目標是獲取使用者,而使用者的手機上除了Wi-Fi就是藍芽,這個出發點是網際網路玩法,不是工業產品邏輯。所以藍芽MESH繼藍芽BLE在智慧可穿戴裝置上攻城拔寨之後,還會在小型智慧控制系統中滲透,組網功能會超越Wi-Fi。不過,在應用層上的標準目前還遠未成熟,產品推動來自於網際網路廠商(如智慧手機和智慧音箱的那些大廠)對上游SoC廠商方案和周邊配件生產廠商的整合。目標市場依然以消費類為主,在商業照明中可能會有輕度滲透。

LoRa和NB-IoT– 這兩項技術是通訊廠商和運營商大力推廣的技術,因為這兩樣是廣域網技術,可以享受到利益分配。在國內NB-IoT可謂是當紅炸子雞。從通訊裝置商到運營商在這兩年把NB-IoT推到了物聯網技術的C位,雖然很多示範專案中好像都可以用2G、3G的方案替代,不過為了將來賣卡賣裝置,不惜遊說政策部門要扼殺LoRa於搖籃之中。和前面說的那些PAN(Personal Area Network,個域網)不同,LoRa和NB-IoT實質上是通過基站覆蓋更大的區域空間,這使得運營商補得不主動投身其中,免得被革命了。就像新能源汽車的充電樁搞到最後還是落在加油站,光伏發電最後輸配電還是控制在電網公司手裡。這兩項技術用在智慧路燈和智慧燈杆比較匹配,LoRa對業主有利,NB-IoT有利於運營商,因為可以收費。

DALI和DMX– 終於說到照明領域專業的協議標準了,這兩項協議無疑是為照明控制而生,都以有線連線為主要連線方式。這兩項技術協議實現簡單,沒有無線傳輸的干擾和訊號遮蔽衰減問題,注重燈光控制的專業性。而通過閘道器,可以接入更大的智慧控制系統。DALI為物理傳輸到控制命令及裝置行為制定了統一的標準,在商用照明和專業場館照明中有比較長的應用歷史。戶外大功率防水電源最主要的通訊介面支援也是DALI,這使得DALI可以作為燈具側的標準控制介面來連線不同的無線通訊模組(如zigbee、LoRa和NB-IoT等),從而可以接入到無線個域網或廣域網中。DMX則是舞臺燈光和景觀照明中的燈光控制技術主流,通過DMX控制器和解碼器可以實現動態的燈光效果。

KNX– 歐洲樓宇自動化工業標準,整合了3大家居控制標準,可以使用雙絞線、RF、電力線和IP鏈路。主要是工業控制領域的廠商在主導標準,如ABB、西門子和施耐德等。KNX系統一般比較複雜,部署需要專業人員,產品價格昂貴。KNX可以通過閘道器接入DALI照明子系統,這是DALI系統在大系統裡面融合的典型案例。當然KNX廠商也推出一些可以直接控制照明的開關和調光器等,不過還是那句話,價格昂貴,也不夠靈活。

智慧照明的協議其實還不止這些,包括電力線載波(PLC)、TCP/IP以及文章開頭提到的一些傳統通訊方式在大大小小的專案中都有應用。不過,大力哥認為,這些技術會漸漸沒落,因為缺乏開放和統一標準推進組織。未來的智慧照明將按照不同的應用場景(如個人、家庭、辦公、商照、場館、廠房、路燈等)和應用規模(如單品、小型個域網、大型綜合系統)等適用不同的協議技術,廠商應該根據自己的目標客戶群的主要應用場景規劃自己的產品路線,而不能一味追隨熱點,要讓技術為使用者所用,而不是任技術牽著自己和使用者的鼻子走。此時市場也許是亂花漸欲迷人眼,冷靜思考之後終會柳岸花明又一村!

Reference:科技日報

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