引言　　“LED照明”和“智能家居与智能硬件”的浪潮席卷照明行业和物联网行业。作为这两大热点领域的结合点，智慧照明引起了越来越多的关注和讨论。本文分析智慧照明常用的技术与标准，并指出ZigBee Light Link是最适合家庭智慧照明应用的无线互联技术。
智慧照明的范围和技术界面
照明行业正在经历深刻的变革：光源LED化，驱动数字化，控制网络化、智能化。这场变革大大丰富了照明系统的概念，为人们带来了更加高效的光源和更加智慧的照明系统，也更加丰富了人们对光的需求和应用。
要分析智慧照明的技术，首先要明确：智慧照明的范围是什么?系统架构什么样?这是我们讨论的基础。本文把范围限定在家庭智慧照明系统，即消费者照明。

　如图1所示，家庭智慧照明系统大致可以分为三个技术界面：①基于云端的应用与服务;②家庭范围的无线控制网络;③智能照明产品内部的控制软件与驱动电路。
这里有一个假设，即有线控制技术是不适合家庭智慧照明系统的，这也是目前照明行业和智能家居行业的一个共识。
在这三个技术界面中，最受人关注、讨论最多也是最让人迷惑的就是第二个界面：家庭无线控制网络。市场上各种产品形态共存，网络上各种观点百家争鸣。总结下来，人们主要谈论4个技术：Wi-Fi，蓝牙，ZigBee和Z-wave。本文把这四种技术作为分析、比较的对象。
家庭智慧照明网络的技术分析
首先要说明，技术本身无所谓优劣(拙劣的技术在其发展中自然而然地淘汰了)，只有适合不适合。Wi-Fi, 蓝牙和ZigBee，都是非常成功的无线通信技术，也都是IEEE标准。Z-wave在北美的智能家居市场也有广泛的应用。我们思考的是：哪种技术更适合家庭智慧照明网络?或者说，家庭范围的智慧照明系统对无线互联技术有什么独特的需求?
最简单的智慧照明系统可以是一个用手机控制的智能灯泡。对于这种智能单品，这些技术都可以开发出很好的产品，市场上很多智能灯泡也是这种产品形态。智慧照明系统也可以是一个集成照明设备、传感器、智能开关和控制算法的，支持多种产品形式(甚至不同厂家的产品)并提供丰富功能的完整、开放系统。这样的智慧照明系统对无线互联技术有如下特定的需求：　　
下面我们将上述需求作为边界条件来对这四种技术逐一分析。在此之前，我们简单看一下这些候选者的“基本面”。其中，ZigBee选择其标准簇中的照明应用标准ZigBee Light Link (ZLL)，而蓝牙选择蓝牙低功耗(BLE)技术。
表2 四种无线技术的基本技术指标注：实际速率依赖应用协议。

注：发射功率受法规约束。

2.1 Wi-Fi与Bluetooth Low EnergyWi-Fi和蓝牙不论在商业上还是技术上都是非常成功的。特别是Wi-Fi，不夸张的说，我们花在Wi-Fi上的时间可以和在床上的时间媲美(看看自己，是这样吗?)。
Wi-Fi和蓝牙的成功之处勿需多言。这里我们来看一看这两个技术对家庭照明网络来说是否合适。
首先看功耗。Wi-Fi显然不是低功耗的方案，不适合电池供电的设备如开关、传感器等。但对于一个智能单品，利用Wi-Fi可以快速地开发出可以用手机控制的灯泡。这也是我们在市场上常看到的一种情况。
其次看应用层协议。Wi-Fi和蓝牙(包括BLE)都不具备专门针对照明开发的应用层协议。换句话说，除非厂家事先沟通合作，否则不同厂家的Wi-Fi或蓝牙灯泡是不能互通的。
Wi-Fi和蓝牙还有其它一些技术特性不适合一个完整的智慧照明网络，比如网络结构、节点数量、组网方式等。限于篇幅不一一赘述。以蓝牙为例，看到一个有趣的蓝牙智能灯泡时，我们可以想想这几个问题：

1) 它支持多种设备类型吗?比如开关、比如传感器。2) 它可以不依赖手机而依靠网络自主运行吗?3) 如果通过手机控制，它可以同时被多个手机控制吗?4) 网络最多可以支持多少设备呢?5) 它可以和别家的产品一起工作吗?
有了这几个答案，我们就清楚它是一个智能照明单品，还是一个智慧照明系统了。
最后我们稍微提一下屡现报端的低功耗Wi-Fi技术。准确得讲，低功耗Wi-Fi还不是一个成熟的技术，目前还是IEEE制定中的一项标准：IEEE 802.11ah。因为还在制定中，当然也没有现成的芯片和解决方案，我们也无法评估是否适用于家庭照明网络。但有两点我们可以思考：
1) 为了降低功耗和适当地增加传输距离，低功耗Wi-Fi采用Sub-G频段而非目前Wi-Fi采用的2.4G全球ISM频段。这将导致不同地区的产品不能兼容。商家不得不处理被割裂的供应链和物流，消费者也可能发现美好的旅行带回的奇妙礼物无法工作。　　2) 如目前Wi-Fi技术一样，没有照明的应用层标准。　　 2.2 Z-wave
Z-Wave是由丹麦公司Zensys(后被Sigma Designs收购)公司主导开发的无线组网技术。从市场占有率上看，Z-Wave在北美普及率较高。从技术特点上看，Z-wave在智能家居领域确有独到之处。
Z-Wave是一种低成本、低功耗、适用网状网的短距离无线通信技术，这与ZigBee的出发点不谋而合。Z-Wave的射频工作在Sub-G频段，各地不同。比如美国是908.42MHz，欧洲 868.42MHz，澳大利亚921.42MHz。
Z-Wave技术在最初设计时就定位于智能家居无线控制领域。采用简短的数据格式，数据传输率起初为9.6 kbps，后扩至40kbps，室内有效覆盖范围可达30m，基本满足智能家居的控制需求。
Z-Wave和ZigBee的目标应用一致。
Z-Wave用于智能家居的优势主要有：1) Z-Wave采用更简单的协议，开发更快。2) 在0 dBm的特定功率下，Z-Wave的传输距离比ZigBee更大，这是因为Z-Wave运行在更低的频率下，空间衰减更小。这也意味着Z-Wave在某些应用中覆盖范围更大，连接也更稳定。
Z-wave技术用于家庭智慧照明网络的不足主要有：1) Z-Wave协议栈是私有协议。2) Z-Wave芯片主要通过Sigma Designs这一来源获取(如果不是唯一来源的话)。3) Z-Wave不为照明应用特定开发，对照明功能的支持不丰富。4) Z-Wave的安全性不高。
2.3 ZigBee Light Link
ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。其特点是“三低一近”，即低功耗、低成本、低数据率、近距离。ZigBee主要用于自动控制和传感网络等领域，可以方便地嵌入各种设备。简言之，ZigBee是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。其工作频段为868MHz、915MHz或2.4GHz，其中2.4GHz是全球通用ISM频段。
随着LED照明技术和控制技术的迅速发展，在网络与照明相互渗透的趋势驱使下，2012年4月， 国际ZigBee联盟正式公布了ZigBee Light Link技术标准。这是一项由广泛的企业联盟提供支持的开放性全球标准，为智慧 LED 照明提供无线控制解决方案。
ZLL是一个完整的垂直技术标准，即该标准完整定义了整个通信协议从物理层到应用层的所有技术实现，其中应用层支持丰富的照明属性。这保障了该技术良好的继承性、兼容性和互操作性。
ZLL应用协议支持对照明设备的开关控制、色温控制和全色彩(即色度、亮度、饱和度)控制。也支持单灯控制和分组、预设场景控制。通过灵活的分组和预设场景，基于ZLL的智慧照明系统可以方便地创造出用户需要的照明环境。
ZLL具有完整的产业链。主流的LED照明厂商，如爱特梅尔(Atmel)、飞思卡尔(Freescale)、德州仪器(TI)、Silicon Lab(原Ember)都提供集成完整ZLL协议栈的SoC平台。用户无需关心复杂的ZigBee协议，而仅关注其照明产品的应用级功能开发。
同时，ZLL具备完善的测试和认证体系，这对产品生产企业至关重要。目前可进行ZigBee/ZLL测试的有四家机构—— 美国NTS, 德国TüV，英国TRaC Global和中国CESI(中国电子技术标准化研究院)。

3 结论
基于以上的分析，根据表1的需求，我们再来看看这些无线互联技术对家庭智慧照明网络的适用性如何。
表3 四种无线技术的家庭智慧照明网络适用性注1：应用层协议不完整，组网方式由厂家自行定义。

注2：理由同1。从实际产品看，配对(pairing)是个问题。

注3：低功率、非mesh网络。

消费者和设备厂商都在寻找一种简便的、现成的智慧照明解决方案。除了成本的考虑，大多数用户将通用性、易用性、安全性作为优先考虑因素。统一的标准和一个共同的频率有利于产品的全球互通性。基于以上分析，我们认为ZigBee Light Link是用户需要的那个技术。
最后，笔者想在这里“拉个大旗”，向大家介绍一个在照明行业颇有影响力的国际组织：互联照明联盟(The Connected Lighting Alliance, TCLA) 。
作为由照明行业领导企业共同组建的非盈利组织，互联照明联盟不以研究新的互联技术为目的。相反，联盟支持开放的全球标准，并在已有的技术中研究、选择最适合照明系统的技术并向业界推荐。2013年7月，在对多个开放标准进行了长达八个月的研究与评估，互联照明联盟向业界推荐ZigBee Light Link作为家居互联照明应用的首选共同开放标准。感兴趣的朋友可以上其官网浏览 。
4 结束语
借着LED照明和智能硬件的热浪，智慧照明是一个充满创意与希望的行业。在未来，互联的照明系统将成为整个家庭网络的一部分。技术路线的不同将带来产品形态的不同和生态圈的不同。遵循统一的技术与标准将保障产品的互操作性，消费者、照明厂商和智能家居厂商都将从中获益。
智慧照明产品形态众多，技术选择见仁见智，本文不能穷举。希望抛砖引玉，能够与行业专家和技术爱好者们多多交流。
　参考资料.2012年8月，由GE照明、路创、欧司朗、松下、飞利浦和东芝6家全球领先照明企业组成的互联照明联盟(The Connected Lighting Alliance, TCLA)宣布成立。联盟致力于在全球范围内推广、促进无线照明解决方案及其应用。发展至今，已有27家会员公司，覆盖完整的智慧照明产业链。.http://www.theconnectedlightingalliance.org/news-events/latest-news/
作者简介
张宇宁(1981-)，现任飞利浦中国研究院照明部高级研究员，研究方向包括智慧照明系统与应用、绿色建筑与照明以及合同能源管理(EMC)。

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