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知識科普｜了解智能照明的通信協(xié)議和控制標準
發(fā)布日期：2019-01-04
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既然我們認為智能照明在諸多應用場合上確有必要，那么要滿足這些需求需要解決的最最重要的問題就是協(xié)議標準–智能照明系統(tǒng)內(nèi)部的溝通語言和管理機制。如果有可能還要考慮系統(tǒng)和外部的接口，因為智能照明系統(tǒng)可能是更大的智能系統(tǒng)的子系統(tǒng)而已。
如果你對所謂的“智能”產(chǎn)品有所了解，相信對zigbee、藍牙MESH和Wi-Fi不會陌生。如果你關注物聯(lián)網(wǎng)技術，也許常聽到LoRa、NB-IoT等名詞。如果你有工控背景，相信也必然了解RS232、RS485、TCP/IP這些傳統(tǒng)的通信技術。如果你是照明控制行業(yè)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，搞不清為什么要有這么多的協(xié)議標準，也很想知道哪一個是最好最先進最牛叉的。就像智能照明本身并非萬能藥和萬金油一樣，其實這些通信技術和協(xié)議標準沒有一個是能靠一己之力覆蓋智能照明和物聯(lián)網(wǎng)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(jié)果，尤其是需要快速獲得用戶的企業(yè)會不遺余力地宣揚其產(chǎn)品采用的技術是何等的領先和代表未來的趨勢。
然而智能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(jīng)在近年的市場實踐中得到了驗證。因此像編程語言之爭一樣，凡是能用藍牙、Wi-Fi、zigbee、Z-Wave等協(xié)議連接的照明產(chǎn)品免不了都要被各種廠家實現(xiàn)過至少一次，重復造輪子的現(xiàn)象在智能照明行業(yè)（甚至大到智能家居行業(yè)）層出不窮。于是從產(chǎn)品上我們是只見廣度不見深度，以前大家都覺得是價格因素阻擋了智能產(chǎn)品的普及，現(xiàn)在看來不是主要因素，關鍵還是沒有用恰當?shù)姆绞浇鉀Q特定的問題。技術沒有用在刀刃上，抓癢何須用釘耙呢？動不動要占領智能入口，言必稱平臺掌握大數(shù)據(jù)（搜集大量用戶數(shù)據(jù)居然敢大肆宣揚）或者建立什么生態(tài)系統(tǒng)，這些行為決策的背后有多少是從為用戶解決問題的初心出發(fā)的呢？
話說回來，這些眼花繚亂的通信協(xié)議和控制標準有什么不同和特點呢？我想即使列出詳細的對比數(shù)據(jù)表格，不懂的人看了還是不懂，因此這里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(wǎng)協(xié)議，物理層采用IEEE 802.15.4，MESH網(wǎng)狀網(wǎng)協(xié)議始祖。一個理論上非常強大和通用的技術標準，協(xié)議制定之處就報有非凡的雄心，不僅涵蓋照明（Lighting），還包羅了智能家居、智能樓宇、智能電表等大量應用場景支持，而且從底層鏈路傳輸?shù)缴蠈討媒换ィx的非常嚴謹細致。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并未對認證進行嚴格管控，導致國內(nèi)大量號稱zigbee的產(chǎn)品并不符合標準，兼容性差，直接拖累了zigbee技術和標準的聲譽。zigbee在發(fā)展過程中曾針對照明引用特別推出了ZLL （zigbee light link) Profile，然而由于zigbee協(xié)議必須依賴網(wǎng)關才能連接手機或云端，在上一波智能硬件的熱潮中漸漸被智能家居領域的業(yè)余選手Wi-Fi和低功耗藍牙BLE給打壓了下去。即使這樣， 在非消費類的智能設備組網(wǎng)場合， zigbee仍大有可為，充分發(fā)揮其多設備組網(wǎng)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(wǎng)協(xié)議 Thead （網(wǎng)絡層支持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(xiàn)了跨底層協(xié)議的應用交互。
z-wave– 封閉的無線組網(wǎng)協(xié)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(xié)議和通信協(xié)議芯片這部分，生態(tài)還是比較健康的，有大量的廠商參與。得益于封閉可控，在兼容性方面可能比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(chǎn)品，比如十年前的GE。在國內(nèi)的應用比較少，主要還是國內(nèi)廠商對此協(xié)議無感，成本也無法和其他幾項流行的協(xié)議方案相比。
Wi-Fi– 一個在上一波智能硬件浪潮中因為某國內(nèi)廠家將SoC做到白菜價，而被一眾互聯(lián)網(wǎng)背景而號稱物聯(lián)網(wǎng)的新貴企業(yè)炒到熔化的技術。Wi-Fi的最大特點就是能充分利用現(xiàn)有IP接入設施，快速營造出所謂物聯(lián)網(wǎng)、云計算的假象?；旧夏隳芟氲降娜魏坞娖鳌⑸钣闷范急患尤脒^Wi-Fi模塊和支持App控制。然后，除了企業(yè)拿到一堆據(jù)說無價的用戶數(shù)據(jù)后，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(tǒng)的IP網(wǎng)絡架構(gòu)，實現(xiàn)設備之間的組網(wǎng)互聯(lián)還需要在標準上繼續(xù)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，作為通信橋梁的校色可能更為妥當。在智能照明方面，Wi-Fi通常應用在單品和網(wǎng)關設備中。智能照明方面也缺少應用層的統(tǒng)一標準。
藍牙MESH– 毋庸置疑，MESH這個詞雖然是zigbee始創(chuàng)，卻因藍牙大舉進攻物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)狀網(wǎng)技術控制一群燈泡顏色的時候，zigbee大概還沒怎么把它放在心上。所以，不得不承認有時候時機很重要，來得早不如來得巧，何況藍牙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(yè)聽眾眼里不是更好。對于擁有雄厚資源的互聯(lián)網(wǎng)大廠來說，熟悉程度僅次于Wi-Fi。記住，他們的目標是獲取用戶，而用戶的手機上除了Wi-Fi就是藍牙，這個出發(fā)點是互聯(lián)網(wǎng)玩法，不是工業(yè)產(chǎn)品邏輯。所以藍牙MESH繼藍牙BLE在智能可穿戴設備上攻城拔寨之后，還會在小型智能控制系統(tǒng)中滲透，組網(wǎng)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(chǎn)品推動來自于互聯(lián)網(wǎng)廠商（如智能手機和智能音箱的那些大廠）對上游SoC廠商方案和周邊配件生產(chǎn)廠商的整合。目標市場依然以消費類為主，在商業(yè)照明中可能會有輕度滲透。
LoRa和NB-IoT– 這兩項技術是通信廠商和運營商大力推廣的技術，因為這兩樣是廣域網(wǎng)技術，可以享受到利益分配。在國內(nèi)NB-IoT可謂是當紅炸子雞。從通信設備商到運營商在這兩年把NB-IoT推到了物聯(lián)網(wǎng)技術的C位，雖然很多示范項目中好像都可以用2G、3G的方案替代，不過為了將來賣卡賣設備，不惜游說政策部門要扼殺LoRa于搖籃之中。和前面說的那些PAN（Personal Area Network，個域網(wǎng)）不同，LoRa和NB-IoT實質(zhì)上是通過基站覆蓋更大的區(qū)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后還是落在加油站，光伏發(fā)電最后輸配電還是控制在電網(wǎng)公司手里。這兩項技術用在智能路燈和智慧燈桿比較匹配，LoRa對業(yè)主有利，NB-IoT有利于運營商，因為可以收費。
DALI和DMX– 終于說到照明領域?qū)I(yè)的協(xié)議標準了，這兩項協(xié)議無疑是為照明控制而生，都以有線連接為主要連接方式。這兩項技術協(xié)議實現(xiàn)簡單，沒有無線傳輸?shù)母蓴_和信號遮蔽衰減問題，注重燈光控制的專業(yè)性。而通過網(wǎng)關，可以接入更大的智能控制系統(tǒng)。DALI為物理傳輸?shù)娇刂泼罴霸O備行為制定了統(tǒng)一的標準，在商用照明和專業(yè)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信接口支持也是DALI，這使得DALI可以作為燈具側(cè)的標準控制接口來連接不同的無線通信模塊（如zigbee、LoRa和NB-IoT等），從而可以接入到無線個域網(wǎng)或廣域網(wǎng)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(xiàn)動態(tài)的燈光效果。
KNX– 歐洲樓宇自動化工業(yè)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(yè)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(tǒng)一般比較復雜，部署需要專業(yè)人員，產(chǎn)品價格昂貴。KNX可以通過網(wǎng)關接入DALI照明子系統(tǒng)，這是DALI系統(tǒng)在大系統(tǒng)里面融合的典型案例。當然KNX廠商也推出一些可以直接控制照明的開關和調(diào)光器等，不過還是那句話，價格昂貴，也不夠靈活。
智能照明的協(xié)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(tǒng)通信方式在大大小小的項目中都有應用。不過，大力哥認為，這些技術會漸漸沒落，因為缺乏開放和統(tǒng)一標準推進組織。未來的智能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(guī)模（如單品、小型個域網(wǎng)、大型綜合系統(tǒng)）等適用不同的協(xié)議技術，廠商應該根據(jù)自己的目標客戶群的主要應用場景規(guī)劃自己的產(chǎn)品路線，而不能一味追隨熱點，要讓技術為用戶所用，而不是任技術牽著自己和用戶的鼻子走。此時市場也許是亂花漸欲迷人眼，冷靜思考之后終會柳岸花明又一村！