WiFi vs ZigBee vs Bluetooth vs Z-Wave 智慧家庭產品間的傳輸協定

如果各位在挑選智慧家庭產品時,有以下疑問或困擾的話,本文將會為各位解答到疑惑。

  • 為什麼有些智慧插座買來就能直接操作,有些像是米家智慧插座ZigBee卻還需要網關才能操作?
  • 為什麼有些智慧燈泡需要橋接器(Bridge)或網關才能使用,而有些買來裝上就能用手機App控制了?
  • 為什麼同樣是感測器,又有Bluetooth跟Z-Wave版之分?
  • 因為有太多版本,會擔心買來的產品究竟能不能使用?產品間能不能整合?

其實,會有要另外使用網關、有不同版本的情形,是因為智慧家庭產品使用不同通訊協定的關係。在智慧家庭產品中常見的通訊協定有WiFi、Bluetooth LE、ZigBee、Z-Wave。廠商會根據成本、耗能、無線通訊範圍、不同產品間相容性…等因素來決定要使用哪種通訊協定。

接著,讓我們來看看WiFi、Z-Wave、ZigBee、Bluetooth LE這四種不同通訊協定的優缺點吧。

WiFi

你一定對WiFi最熟悉,你的手機、你的電腦都是連接WiFi。而使用WiFi傳輸的智慧家庭產品也是最多的,如果網路WiFi訊號有涵蓋到整個家的話,使用WiFi傳輸的產品是最簡單直接的,只要將產品連上家中WiFi就能用手機控制了。

不過WiFi傳輸有個缺點是十分耗電,因此使用WiFi傳輸的都會是有電線插頭或是能直接被供電的產品,例如智慧插座、智慧燈泡、智慧攝影機、智慧電扇…等等;也因此,像是智慧門鎖、智慧感測器這種沒有辦法持續供電的產品,通常會使用ZigBee、Z-Wave或是Bluetooth LE來傳輸。

另外通常會在WiFi智能家居產品上看到僅支援2.4GHz WiFi,這又是怎麼一回事呢?簡單來說WiFi又有分2.4GHz與5GHz頻段,2.4GHz頻段是智慧家庭裝置的主流,所以在使用WiFi傳輸的產品前,要先確認路由器是否支援2.4GHz頻段的WiFi。會有兩種不同頻段的出現是因為2.4GHz頻段太過擁擠,訊號會干擾,因此就有較不擁擠的5GHz頻段出現,這樣就能舒緩訊號互相干擾的問題。

Z-Wave

在用於智慧家庭的WiFi傳輸協定還沒發展起來之前,產品利用Z-Wave傳輸是比較流行的。Z-Wave是一種網狀網路(Mesh Network)協定,同時耗能低;在不同裝置間的傳輸標準十分一致,每個Z-Wave裝置都能傳遞訊號給另一個Z-Wave裝置。所以如果都是使用Z-Wave傳輸的智慧開關和智慧感測器,它們之間的互相操作性就很高。

因為是網狀網絡(Mesh Network)的關係,每個Z-Wave裝置都可以當成是節點,將訊號一個節點接一個節點的不斷傳下去。所以當你在家中增加越多Z-Wave裝置,訊號就會涵蓋範圍就會越廣,而不用像WiFi那樣擔心沒有涵蓋到訊號的地方就沒辦法操作裝置。

因為Z-Wave僅能傳輸少量的訊號,因此像智慧開關、智慧門鎖、智慧感測器這類只要傳輸少量訊號的裝置,使用Z-Wave就十分合適。而傳輸少量訊號對應到的優點是功耗低,因此只要在Z-Wave產品裝上電池即可使用很久。

不過,Z-Wave裝置的缺點是需要橋接器(網關、Hub),例如SmartThings HubWink Hub 2就是兩款有支援Z-Wave的橋接器。需要橋接器是因為要將WiFi網路訊號轉換成並接入Z-Wave網狀網絡(Mesh Network)訊號,才能與Z-Wave智慧裝置溝通。而為什麼會多出這個步驟,則是因為WiFi路由器並沒有內建Z-Wave傳輸的功能。

ZigBee

ZigBee通訊協定則是跟Z-Wave十分類似,同樣有網狀網絡、低功耗的特性。但跟Z-Wave最大的差異是,雖然不同廠商使用的ZigBee晶片是根據特定標準做出來的,但不同廠商做出來的晶片還是會有些微的差異,這導致不同廠牌的ZigBee裝置並不能相互溝通,僅能在相同廠牌的ZigBee裝置構成網狀網絡(Mesh Network);相較之下,所有Z-Wave晶片則是由同一廠商製造的,因此能輕易地確保所有的Z-Wave裝置都能有效地互相連結及溝通。

同樣的,ZigBee裝置也需要橋接器,才能夠將WiFi網路訊號轉轉換並接入ZigBee網狀網絡。舉例來說,米家多功能網關就是一種ZigBee橋接器,將網路訊號或在米家伺服器上的雲端訊號,轉換成ZigBee訊號並傳輸給米家智慧插座ZigBee、米家人體感應器、米家門窗感應器…等使用ZigBee傳輸協定的裝置。另外像是Philips Hue Bridge也是ZigBee橋接器,將原本的網路訊號轉換成ZigBee訊號,再傳輸給Philips Hue智慧燈泡。

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Bluetooth Low Energy (LE)

最後要介紹是Bluetooth Low Energy,又叫做Bluetooth Smart,它跟Bluetooth相比的話,顧名思義功耗十分的低。你對Bluetooth的操作一定十分熟悉,打開手機上的Bluetooth並且連接上裝置就可以控制了,因此使用Bluetooth LE的產品不需要額外的橋接器。因為低功耗的關係,沒有插座供應電源的智慧家庭產品就十分適合使用Bluetooth LE,例如智慧門鎖、智慧感測器…等等,不過總體來說Bluetooth LE產品數量並沒有太多。

使用Bluetooth LE傳輸協定的智慧門鎖,會在你靠近門的時候與你的手機連接,因此就可以在家門用手機解鎖門鎖,甚至是自動開門。另外像是Fibaro移動感測器就有Apple HomeKit以及Z-Wave兩種版本,使用Apple Homekit版即是使用Bluetooth LE傳輸協定,不需要額外的橋接器即可操作使用;而Z-Wave版則需要另外使用橋接器,才能將訊號轉換成Z-Wave網絡訊號。

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總結

由於使用WiFi傳輸協定的智慧家庭產品不需要額外的橋接器,因此使用上較為簡單方便。

不過像是智慧感測器、智慧門鎖這類僅能裝電池供電的產品,大部分都是使用Z-Wave、ZigBee做為傳輸協定,只要有適合的橋接器(Hub),使用Z-Wave傳輸又會比ZigBee有效率,因為就算是不同廠商間的產品,也能透過Z-Wave網狀網絡(Mesh Nwetwork)互相溝通傳輸並延伸訊號範圍。

相較之下ZigBee僅能在自家廠商間的產品形成網狀網絡,不過如果使用適當的橋接器,不同廠商間的產品還是能透過橋接器做為節點,讓所有產品能互相溝通傳輸。

而Bluetooth LE低功耗且不需要橋接器的優點,也讓它有特定的應用。

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