智慧家庭協議解釋：Wi-Fi、藍牙、Zigbee、Z-Wave、Thread 和 Matter

智慧家庭協議解釋：Wi-Fi、藍牙、Zigbee、Z-Wave、Thread 和 Matter

Wi-Fi、藍牙、Zigbee、Thread、Z-Wave 和 Matter 是智慧家庭中裝置相互通訊的方式。它們通常被描述為無線協定、通訊標準和無線技術。它們如何運作？是什麼讓他們彼此不同？它們之間有更好的協議嗎？在這篇文章中，我們將解決這些問題，並全面了解如何利用它們為您帶來好處。

什麼是 Wi-Fi？

Wi-Fi 是 Wireless Fidelity 的縮寫，是一種無線通訊技術，可讓裝置連接到網路並以無線方式相互通訊。它基於 IEEE 802.11 標準，在未經許可的射頻頻段（通常為 2.4 GHz 或 5 GHz）下運作。

Wi-Fi 讓智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦、智慧電視和智慧家庭設備等裝置能夠建立與區域網路 (LAN) 或網路的無線連線。它提供高速資料傳輸，允許用戶存取線上服務、瀏覽網頁、串流媒體和傳輸文件，而無需實體電纜。

Wi-Fi、Zigbee、Z-Wave、藍牙 - 有什麼區別

 

選擇 Wi-Fi 以獲得廣泛的兼容性、高頻寬和直接連接到互聯網

Wi-Fi 無所不在。幾乎每個家庭都有它，每個 Wi-Fi 智慧型裝置都有其內建的透過 Wi-Fi 進行通訊的功能。WiFi的傳輸頻寬最大，已達數百Mbps。只要你有無線路由器，就可以接上它來傳輸高畫質視訊、無損音訊、高精準度圖片。Wi-Fi 連接到互聯網，因此可以透過智慧型手機、平板電腦或筆記型電腦在世界任何地方控制和監控家中的一系列智慧型裝置。

然而，Wi-Fi 非常耗電。Wi-Fi具有很強的傳輸能力和穿牆能力。它具有最強大的性能，但WiFi的功耗很高，不適合電池供電的設備，更適合插電設備。

智慧家庭中的 Wi-Fi

 

什麼是藍牙？

藍牙是一種短距離無線技術標準，用於在短距離固定和行動裝置之間交換資料以及建立個人區域網路。其頻率為2.4GHz，傳輸範圍為50~150公尺。藍牙 5 提供四種不同的資料速率以適應各種傳輸範圍：2Mbps、1Mbps、500kbps 和 125kbps。藍牙的技術規格包括ERP 1-3三個等級的傳輸功率，以及空曠空間中100公尺、10公尺和1公尺的範圍。第二類 (10m) 是最受歡迎的，它使您能夠連接不同房間甚至不同樓層的設備。

在藍牙技術中，資料以資料包的形式傳輸到頻寬為 1 Mhz 的 79 個通道之一（在最古老的藍牙 1.0 標準的情況下），確保最大傳輸速度為 721 kbit/s。最新藍牙 4.0 標準 (BLE) 的 40 個通道和 2 Mhz 頻寬確保了高達 3 Mb/s 的最大資料傳輸速率。

 

低功耗藍牙在智慧家庭中扮演什麼角色？

智慧家庭設備使用低功耗藍牙 (BLE)，它比標準藍牙消耗更少的能量，因為設備大部分時間都處於低功耗狀態。

低功耗藍牙對於智慧型裝置操作的優勢在於易於採用且廣泛的相容性。例如，如果您在手機上安裝飛利浦 Hue 藍牙應用程序，您可以控制最多 10 個 Hue 智慧 LED 燈，而無需購買智慧顯示器或像 Hue Bridge 這樣的智慧集線器。

特性比較

 

但低功耗藍牙也有缺點。首先，它提供的頻寬比 Wi-Fi 少得多，這就是為什麼智慧攝影機和視訊門鈴傾向於使用 Wi-Fi 的原因——頻寬越大，視訊資料傳輸效果越好。

藍牙技術對指令的反應也相當緩慢。與您現在可以選擇控制智慧型裝置的替代技術（如 Zigbee、Z-Wave、Thread 和 Matter）相比，使用藍牙的智慧型裝置的回應存在明顯的延遲。

 

什麼是 Zigbee？

Zigbee 是一種無線網路標準，其規範由成立於 2002 年的非營利組織 Zigbee 聯盟維護和更新。有超過 400 家科技公司支持該標準，包括蘋果、亞馬遜和谷歌等巨頭，與貝爾金、華為、 IKEA、英特爾、高通和Signify 等眾多品牌並列。

Zigbee 標準可以在室內約82 至109 碼/75 至100 公尺的距離內廣播數據，或在露天約328 碼/300 公尺的距離內廣播數據，這意味著它可以輕鬆地在大型家庭中提供強大、穩定的覆蓋。

Zigbee聯盟

 

Zigbee 在智慧家庭中如何運作？

Zigbee 在智慧家庭設備之間發送指令，例如從智慧揚聲器到燈泡，或從開關到燈泡，而無需先透過 Wi-Fi 路由器等中央控制集線器。此訊號也可以被接收設備發送和理解。不管是哪個廠商生產的。只要他們都支持 Zigbee，他們就說同樣的語言。

Zigbee 作為網狀網路運行，這意味著可以在連接到相同 Zigbee 網路的裝置之間發送指令。理論上，每個設備都充當一個節點，向其他每個設備接收和傳輸數據，幫助指令數據進一步傳播，智慧家庭網路可以覆蓋更大的區域。

Zigbee 網狀網絡

 

Zigbee 網路的網狀結構也意味著網路中不存在任何故障點。例如，如果您家裡充滿了 Zigbee 相容的智慧燈泡，您可能希望它們同時發光。如果其中一個燈泡無法正常運作，網格會確保指令仍會傳遞到網路中的每個其他燈泡。

Zigbee 可能不像 Wi-Fi 那麼常見，但它出現在數量驚人的產品中；Zigbee 聯盟擁有來自 35 個國家的 400 多名成員。該聯盟還表示，目前已生產超過 3 億個 Zigbee 認證產品，超過 2,500 種。

 

什麼是Z波？

Z-Wave 是一種在連接設備之間發送資料的無線通訊協定。與 Zigbee 類似，Z-Wave 使用網狀網路技術，使設備能夠相互通訊並形成互連網路。Z-Wave 在比 Wi-Fi 和 Zigbee 更低的射頻上運行，由於在同一頻率上缺乏競爭，因此減少了其他無線設備幹擾的可能性，並直接提高了設備可靠性。Z-Wave 網路由一個「控制器」和一個或多個「從站」組成。

Z-Wave 控制器（通常稱為 Z-Wave 集線器）用於：

• 啟動並建立網絡
• 在 Z-Wave 網路中新增或刪除設備
• 將 Z-Wave 網路橋接到您的家庭 Wi-Fi 網路。

Z-wave 網狀網絡

 

Z-wave 如何幫助連結智慧家庭？

Z-Wave 從屬設備是一種智慧家庭設備，例如智慧鎖或感測器。與 Zigbee 類似，主電源供電的 Z-Wave 設備充當網狀網路的中繼器，因此當您添加更多 Z-Wave 智慧插頭或感測器時，網狀網路的可靠性和範圍就會增加。

Z-Wave 受歡迎的原因之一是它的互通性，即跨不同品牌交換和利用資訊的能力。這意味著任何帶有 Z-Wave 徽標的智慧型裝置都可以與其他支援 Z-Wave 的裝置無縫協作，無論該裝置是由哪家公司生產的。

Wi-Fi、Zigbee 和 Z-Wave - 有什麼區別？

Zigbee 與 Wi-Fi 和 Z-Wave 相比具有不同的功能，各有優缺點。這些都是：

 

可用性

Wi-Fi 無所不在，因為它透過路由器在普遍接受的 2.4 GHz 上運作。同樣，Zigbee 也在普遍接受的 2.4 GHz 頻段上運作。它簡化了製造過程，因為可以使用相同的晶片在世界各地分銷產品。

另一方面，Z-Wave 產品只能在一定範圍的政府頻率內進行通訊。在美國，Z-Wave 產品使用 908 MHz，而在歐洲則使用 868 MHz。世界不同地區還提供許多其他頻率。大多數製造商只為美國和歐洲生產有限的 Z-Wave 產品。

互通性

大多數 Wi-Fi 都是可互通的，尤其是使用相同網路協定的 Wi-Fi。一些製造商提供公司特定的整合。亞馬遜和谷歌等大公司提供自己的 Wi-Fi 集成，例如智慧揚聲器和其他智慧家居產品。

所有 Z-Wave 產品都具有互通性，因為由 Sigma Design 等單一組織對其進行了認證。整個認證過程確保所有產品都與整個 Z-Wave 生態系統相容。大規模的互通性幫助 Z-Wave 迅速提高了行業採用率。據估計，目前市場上有超過 3,000 種經過 Z-Wave 認證的產品。

相反，Zigbee由於未能實施互通性標準而遭受了很大損失。Zigbee 必須面對許多詐欺活動，尤其是在其最初幾年。2007 年，Zigbee Pro 標準推出，以提高互通性並防止詐欺。Zigbee 3.0產品現在具有非常令人印象深刻的互通性。

 

可計算性

在 Zigbee 和 Z-Wave 中，Wi-Fi 是唯一獲得亞馬遜、谷歌和蘋果這三大主要平台支援的智慧家庭技術。您還可以添加多技術中心，以提供更靈活、更有效率的功能。大多數公司很容易整合Wi-Fi 產品，因為它是一項非常知名的技術。

Vera 和 SmartThings 等廣泛的多技術中心支援 Zigbee。而且，許多開源程式也支援Zigbee設備。然而，Zigbee 的可計算性肯定比 Wi-Fi 設備低得多。另一方面，幾乎每個多技術中心和家庭軟體程式都支援 Z-Wave。但是，亞馬遜或Google智慧音箱不支援 Z-Wave。

 

什麼是線？

Thread 是專門為物聯網設備所建置的無線協定。它的設計目的是讓它們工作得更快、故障點更少、功耗更少，並且彼此之間的通訊更順暢。

Thread 是一種使用 802.15.4 無線電技術的低功耗、低頻寬網狀網路協議，類似於現有的智慧家庭協議 Zigbee 和 Z-Wave。但與它們不同的是，它不需要中央樞紐或橋樑。相反，Thread 設備可以直接相互通訊。透過消除中間人，Thread 可以更快，尤其是在大型網路上。

此外，與其他低功耗智慧家庭協定不同，Thread 是基於互聯網協定(IP) 的，這意味著它可以直接連接到任何其他基於IP 的設備，例如智慧型手機、平板電腦、電腦和Wi-Fi 路由器。

可擴展的低功耗網格

 

Thread 在智慧家庭中如何運作？

Thread 從一開始就被設計為支援低延遲的物聯網低功耗協定。這就是它的目的。智慧家庭中使用的許多其他技術旨在優化其他應用程式。例如，藍牙最初被設計為有線的替代品。Thread 專為只想長時間休眠、喚醒、傳送單一資料包，然後返回休眠狀態並盡可能長時間保存電池的裝置而設計。

Thread 的直接通訊功能與其處理規模（超過 250 個設備）的能力相結合，意味著更低的延遲。Silicon Labs 運行的基準測試顯示，Thread 在延遲測試中擊敗了 Zigbee 和藍牙，尤其是在擁有許多設備的大型網路中。Thread 網格可用作路由網格，這表示設備會主動尋找網路中每個其他設備的最佳路由。這種效率直接轉化為功耗的降低和延遲的降低。作為一個網狀網絡，Thread 具有自我修復能力；如果一台路由器（請參閱側邊欄）斷線，另一台路由器可以彌補這一不足，這樣您的網路就不會出現故障。

什麼是物質？

Matter 是由 Project Connected Home Over IP（Project Chip）於 2019 年創建的智慧家庭標準。它是一種新的開源標準，使用基於互聯網協議 (IP) 的無線技術，Wi-Fi 路由器使用該技術來分配每個連接設備的IP 位址。現在它由連接標準聯盟 (CSA)（前身為 Zigbee 聯盟）維護。該標準是免版稅的，並鼓勵設備和平台之間的互通性。Matter 於 2022 年 11 月正式上線。

Matter 是一個應用層協議，運行在不同的實體層協議上，包括 Thread、Wi-Fi 和乙太網路。Matter 的目標是提供一個統一的標準，實現智慧家庭設備之間的互通性和相容性。它定義了設備之間的通訊和互動方式，允許不同品牌和類型的智慧家庭設備之間無縫協作。

網路生態系統共存：Matter 是一種聚合標準，匯集了現有的物聯網標準

物質能解決什麼問題？

• 建立通用標準：物聯網設備已經存在多年，但它們被分為獨特的類別。沒有一個通用標準將它們組合在一起，這是我們必須克服的最大障礙之一。在 Zigbee、Z-Wave、藍牙和 Wi-Fi 之間，智慧家庭和物聯網設備的無線連接空間變得過於擁擠，不利於其自身的發展。
• 持續的網路連線：物聯網設備以前完全依賴雲端來處理所有事情，這使得它們在失去網路連線時變得毫無用處。Matter 允許裝置離線工作，無需持續存取雲端和各種雲端服務。減少對雲端的依賴也意味著設備的安全性提高——這對於智慧鎖和安全攝影機等敏感硬體至關重要。

 

物質存在哪些問題？

沒有什麼是完美的，雖然 Matter 比它的前輩好很多，但它也有一些缺點。新標準的引入取決於廣泛採用。支援物質的智慧型設備的數量正在增加。Eve、Meross Nanoleaf、Hue、Comcast 和 Toya 等品牌正在更新或創建新的 Matter 支援的解決方案。當您購買新設備或配件時，請尋找 Matter 智慧家居徽章。如果您想知道現有設備是否會獲得 Matter 更新，請參閱製造商的網站。

 

結論

Wi-Fi、藍牙、Zigbee、Thread、Z-Wave 和 Matter 都是智慧家庭中使用的重要通訊協定。每個協定都有其獨特的特性和優勢，可滿足不同的設備要求和用例。

隨著越來越多的公司加入Thread和Matter陣營，並將其納入自己的產品生態系統中，這兩項技術將逐漸成為智慧家庭設備的主流標準。不過，值得注意的是，市場上仍有許多智慧家庭設備使用其他通訊協定。因此，在可預見的未來，我們可能會看到各種通訊技術共存，並在特定設備類型或用例中合理應用。但整體趨勢是，Thread和Matter將在智慧家居產業中發揮重要作用，並逐漸成為首選。