Smart Device Type Choice &Device Communication Protocols

Matter in Home Assistant workshop.

https://www.home-assistant.io/blog/2022/05/29/matter-in-home-assistant-workshop-announcement/

Home Assistant Yellow hub

The Home Assistant Yellow hub will come with a radio that supports Thread, required to talk to low power Matter devices.





https://www.crowdsupply.com/nabu-casa/home-assistant-yellow

Home Assistant Yellow Hub Matter devices

includes the latest and greatest Zigbee radio chip from Silicon Labs to communicate with smart devices in your home. The chip is forward-compatible with the upcoming Matter smart home connectivity standard, in which Silicon Labs is heavily involved. Home Assistant Yellow will be compatible with Matter as soon as the Silicon Labs Matter SDK is released.

智能家居通信技术

本文就智能家居中主流的短距离通信协议：蓝牙、WiFi、ZigBee、Z-Wave、Thread以及移动通讯网络做简要的介绍和对比。

一、短距离通信协议

1. 蓝牙
Bluetooth This type of smart switch is controlled directly by an app on your smartphone or tablet. Bluetooth smart lighting is simple, because you don’t need a hub or a connection to your home network. That isolation also makes it secure, because you must be within about 30 feet of the switch to pair with it. On the other hand, authorized users also must be within 30 feet of a Bluetooth switch to control it, and you can’t control the switch when you’re away from home (although most Bluetooth switches can be controlled according to a pre-programmed schedule). The other major limitation of Bluetooth switches is that they can’t be controlled by smart speakers or smart home hubs, which generally rely on one of the other wireless protocols described here.

蓝牙是一种基于2.4 GHz ISM频段的短距离通信技术，属于扩展频谱，跳频全双工信号，一般情况下的工作范围是10m半径之内。蓝牙功耗低，组网简单，如今已经被广泛应用到各种电子设备中。

最新版本的蓝牙5.0的传输速度上限为2Mbps，理论上的有效传输距离可达300m，蓝牙5.0还支持室内定位导航功能，可以作为室内导航信标或类似定位设备使用。

优点：蓝牙成本低，组网方便，可以传输大数据，功耗较低，安全性较高。

缺点：蓝牙的网络节点少，传输速度较慢，适合用于点到点的数据连接，不适用于复杂的网络控制。

应用：蓝牙被广泛应用在智能门锁、智能手机、智能手环、无线音响、智能空调等智能家电设备中。

2. WiFi
Wi-Fi This is a relatively recent trend in smart switches, probably because Wi-Fi hasn’t always been the best means of blanketing a home with connectivity. Mesh Wi-Fi routers, however, have gone a long way to remedying that problem. The attraction of Wi-Fi smart switches is that they don’t require a hub or a bridge to connect to your router. Once installed, they can be controlled with smart speakers, the manufacturer’s own app, and many smart home systems (check compatibility before you buy).

Wi-Fi是一种标准的无线局域网（WLAN）技术，通常使用2.4G UHF（特高频）或5G SHF（超高频） ISM 射频频段。

WiFi如今已发展到第六代，WiFi 6与之前技术相比，亮点主要表现在功能、速率、覆盖性等方面。它的整体功能、效率是原先的4倍以上。并且，Wi-Fi6主要通过使用正交频分多址（OFDMA）调制来缓解网络拥塞，这样允许多达30个客户端同时共享一个信道，从而通过增加总容量同时减少等待时间来提高效率。

优点：WiFi 适合无线传输大数据，传输速度高，有效距离长，可与已有的各种802. 11 DSSS设备兼容；通信模块成本低、施工方便、方便连接各种设备、实用性好。另外，WiFi配网简单，用户熟悉度高，不需要额外的网关，可以和存量路由器直接通信。

缺点：WiFi也同样不适用于网络复杂的情况，就目前家用路由器而言，如果有数十个以上的电子设备需要连接路由器中，很容易造成网络拥堵。WiFi的功耗较大，其安全性不高。而且网络不太稳定，容易造成网络瘫痪。且易受周围无线设备环境特别是同频的干扰和屏蔽。

应用：电子门铃、摄像机等需要传输大数据的智能设备。

3. ZigBee
Zigbee This wireless mesh network technology is very similar to Z-Wave, but it operates in the unlicensed 2.4GHz radio spectrum (same as single-band Wi-Fi). Like Z-Wave, Zigbee has a lower power requirement and can be incorporated into both battery and line-powered devices, ranging from sensors to smart switches. And as with Z-Wave, you’ll need a smart home hub or some other kind of bridge to connect Zigbee devices to your home network. This could be something as simple as an Amazon Echo Plus, which has an integrated Zigbee radio, or it could be on the order of a Samsung SmartThings hub, which has both Zigbee and Z-Wave radios onboard.

ZigBee是由HomeRF联盟开发的一种无线专有协议，是目前智能家居产品常用的协议之一。

与蓝牙类似，是一种低功耗、低成本、低数据速率、短距离自组织无线网络。

ZigBee使用IEEE 802.15 WPAN规范，支持网状网络拓扑，提供250 kbps、40 kbps和20 kbps的数据速率，有效距离一般为10-100m。Zigbee网状网络可以包含多达65000个设备。

优点：ZigBee的成本也比蓝牙还要低，并且网络容量大，每个ZigBee网络最多可支持255个设备。工作频段灵活，使用的频段分别为2.4GHz、868MHz(欧洲)及915MHz(美国)，均为免执照频段。

缺点：数据传输速率低；穿墙能力和衍射能力较弱。

应用：ZigBee主要被应用于使用电池的设备上，专注于低传输应用，比如家电控制开关、人体传感器、温湿度传感器、智能网关等。

4. Z-Wave
Z-Wave This is a wireless mesh network technology in which each node on the network is also a repeater that can forward commands on to other Z-Wave devices nearby. It operates in the unlicensed 800- to 900MHz radio spectrum (specifically, 908.42MHz in North America). Its low power requirement means it can be incorporated into battery-operated devices that cannot be plugged directly into an electrical circuit, including door/window sensors, smart locks, water leak detectors, and motion sensors in addition to smart dimmers and switches. You’ll need a smart home hub, such as a Samsung SmartThings, to act as a bridge to your Wi-Fi network. Z-Wave is supported by a raft of smart home product developers, including Leviton, Jasco, Aeotec, and others.

Z-Wave是一种基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。

Z-Wave的工作频段为908.42MHz(美国)~868.42MHz(欧洲)，采用FSK(BFSK/GFSK)调制方式，数据传输速率为9.6 kbps，室内的覆盖范围一般是30m，室外可超过100m，适合于窄带应用场合。

由于Z-Wave使用的900MHz不会与WiFi及蓝牙冲突，所以Z-Wave被普遍认为是更稳定的选择。

Z-Wave采用小数据格式传输，40kb/s的传输速率足以应对一些日常使用。与同类的其他无线技术相比，拥有相对较低的传输频率、相对较远的传输距离和一定的价格优势。

优点：低功耗，其单芯片解决方案可以为电池驱动设备(如温度调节器和传感器) 提供先进的省电模式。设备模块结构简单、成本低、接受灵敏度高; 协议简单、开发快；在一个家庭中能够实现 233 个节点及节点间的通讯路由，满足家庭控制要求。

缺点：传输速率较低，Z-Wave不适合于带宽密集型应用，例如音频/视频传输；并且，Z-Wave未采用任何加密的设计，安全性较差; 采用单信道传输数据，自我修复能力和抗干扰能力略低于 ZigBee 协议。

另外，Z-Wave模块成本高于ZigBee，且频段和标准限制严格，所以在国内，主流品牌的智能家居产品中几乎没有使用Z-Wave的。

应用：Z-Wave技术用于照明控制以及状态读取应用，例如抄表、照明及家电控制、HVAC、接入控制、防盗及火灾检测等。

5. Thread
thread  in  smart  home devices


https://www.threadgroup.org/BUILT-FOR-IOT/Home

Thread是一种低功耗无线网状网络协议，基于普遍支持的Internet协议（IP），并使用开放且经过验证的标准构建，由三星、Nest、ARM、Big Ass Fans、飞思卡尔和SiliconLabs公司联合推出。

优点：超低功耗，设备可以运行数年；支持设备到设备和设备到云的通信，可支持超过250个设备同时联网；在单一节点失效时，其采用的mesh网络能可自我修复。

由于Thread 建立在 ZigBee 基础之上，原有的 ZigBee 设备只需更新固件即可兼容 Thread。

应用：它的目的是为低功耗、电池驱动的且广泛分布的设备提供可靠的网络支持，这些设备构成了目前大多数的智能家居应用。但是目前 Thread 技术还未大规模投入市场，产品不多见。

下图总结了以上各个协议的特点：

ZigBee是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。Zigbee技术特点主要有低功耗、低成本、时延短、网络容量大、工作频段灵活、低速率、安全的数据传输等。其中低功耗是Zigbee技术最重要的特点。由于 Zigbee的传输速率相对较低发射功率较小，使得 Zig bee设备很省电，这是 Zigbee技术能够广泛应用的基石。

ZigBee被标准化为IEEE 802．15．4，工作频段有三个：868MHz－868．6MHz、902MHz－928MHz和2．4GHz－2．4835GHz，其中最后一个频段世界范围内通用，16个信道，并且该频段为免付费、免申请的无线电频段。三个频段传输速率分别为20kbps，40kbps以及250kbps。

MQTT协议



ESP-01做为MQTT的客户端，连接到MQTT Server， Home Assistant通过mqtt组件和MQTT Server通信，实现控制ESP-01的功能

二、厂商

在智能家居的近代发展史中，传统家电企业、新兴互联网企业以及依靠技术创新跨界而来的革新者们不计其数，大家都相中了这块诱人的“大蛋糕”。

移动通信设备厂商

Homekit

Homekit是苹果公司发起的一个物联网智能家居平台，支持Homekit的智能家居可以通过苹果的设备进行控制和统一管理。

苹果为Homekit设计的通信协议叫做HomeKit Accessory Protocol简称HAP，根据通信方式的不同，这个协议分为两部分：

互联网通信(IP)：直接通过网线或者WiFi进行通信，在一个子网中的设备均可以被搜索到。实际通信使用的http协议和加密过的json数据进行通信的。
低能耗蓝牙(BLE)：通过低能耗蓝牙进行点对点通信，通信协议是完全自主设计的真正的HAP。

在前几个月苹果加入了Thread Group，Thread通过专用IP网络来使智能家居设备相互连接，不会对电池寿命造成巨大冲击，而目前Apple只允许某些产品使用电池供电，要求其他产品不断接通电源。由引可见，苹果很有可能计划在未来版本的HomeKit中使用Thread技术。

同时，在今年6月23日举行的全球开发者大会WWDC20上，苹果宣布和亚马逊、谷歌将共同合作，制定智能家居的标准，使用新标准带来的家居，不论品牌都可以直接通过家庭应用进行控制。

米家

小米的智能家居中枢称为米家，是一个app，与HomeKit不一样的是小米米家中的智能设备支持三种协议：ZigBee、Wi-Fi、BLE&BLE。

去年小米米家发布了米家智能多模网关，同时支持WiFi、Zigbee、蓝牙与蓝牙Mesh三大主要通讯协议。通俗点理解，即一个网关可满足WiFi设备、Zigbee设备、蓝牙设备同时接入互联网，实现真正意义上的互联互通。


多模网关还将云端联动本地化，即使在WiFi不稳定或者断网环境，智能设备之间的联动依然不会受到影响，可自动化执行；比如之前通过无线开关关灯需要联网正常才行，现在不联网也可以。

过去6年，从电饭煲到洗衣机，从智能台灯到智能门锁，小米生态链的布局逐步覆盖了客厅、卧室、厨卫、出行等多个场景，其产品也涵盖了大家电、小家电、生活电器等多个领域，截至2019年3月31日，小米IoT联网设备数超过1.71亿台（不含手机、平板和笔记本电脑），同比增长70%。

HiLink

HUAWEI HiLink，是华为开发的智能家居开放互联平台，目的解决各智能终端之间互联互动问题。平台功能主要包含智能连接、智能联动两部分。

在HUAWEI HiLink智能终端网络中，配置修改可以在终端间自动同步，实现智能配置学习，不用手动修改费时费力。支持HUAWEI HiLink开放协议的终端，可以通过智能网关、智能家居云，通过APP对设备进行远程控制。


对行业，华为通过提供开放的SDK，并建设开发者社区为开发者提供全方位的指导，帮助开发者从开发环境搭建到集成、测试、提供一站式的开发服务。华为通过HUAWEI HiLink智能家居开放互联平台，将和所有智能硬件厂家一起，形成开放、互通、共建的智能家居生态。

截止2019年10月，明确已知加入华为HiLink的知名品牌有：海尔、欧瑞博、海信、长虹、方太、志高、海康威视、TCL、创维、苏泊尔、老板、科大讯飞、欧普照明等涵盖了照明、净水、家电、智能机器人、插座等等领域。

华为去年发布的5G CPE Pro路由支持HUAWEI HiLink协议，让智能设备一键即可接入5G超光纤的高速网络中，全面提升全场景的用户体验。

互联网公司

Google Home

Google Home是谷歌开发的智能家居平台，通过Google Home应用设置，可以管理和控制Google Home，Goo

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蓝牙通信原理及树莓派玩蓝牙使用介绍

https://www.cnblogs.com/vamei/p/6753531.html

蓝牙通信又细分为两种：经典蓝牙和低功耗蓝牙