2023/05/17
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为什么2.4G Wi-Fi 既是智能家居的救星又是绊脚石？ - 广州建筑展
2023广州国际建筑电气技术展于2023年6月9日至月12日在广州·中国进出口商品交易会展馆举行，邀您关注今日广州建筑电气展新资讯：
许多用过智能家居的小伙伴一定会遇到网络连接不稳定的糟糕体验，尤其是通过WiFi连接的那些智能家居产品，而且采用WiFi直连的产品发热量还非常大，尤其是带屏的设备，如智能开关在夏天的发热量足以用来煎蛋。
而且，采用WiFi连接的智能家居设备，其首次应用之前的配网也相对复杂。如果使用过一些智能家居小工具，如智能插座、智能灯泡、智能网络安全摄像头、智能开关等，你一定会非常熟悉以下这些操作：拿出手机、打开应用程序、找到Wi-Fi设置，切换至手机设置，加入Wi-Fi网络，返回应用程序、尝试连接……
但是，很多时候，尤其是早几年的智能家居产品，初始WiFi配置并不是都能一次就能配网成功，很多需要用户不停地重复配网过程，有的十几分钟甚至半小时都无法完成这一步关键操作。
就算了你很幸运，第一次就成功连上了WiFi，但先不要高兴太早，因为这些WiFi直连的设备总是不出意外的经常掉线，而且往往在关键时候掉链子。究其原因，所有这些经常掉线的小工具都有一个共同点：它们通过2.4GHz Wi-Fi连接。这种过时的上世纪90年代低带宽协议速度慢、拥塞、容易受到其他家用电器的干扰，而且通常不可靠。
然而，如果你多留意就会发现，绝大多数智能家居产品只支持2.4GHz Wi-Fi，如果路由器开启了双频模式，那不好意思，很多智能家居产品你是无法成功完成初始WiFi配网的，这对于许多普通用户来说，简直就是一道无法跨越的屏障。
什么是 2.4GHz Wi-Fi，为什么这么多智能家居设备使用它？
可能有的小伙伴会问，现在都已经2023年了。智能家居设备制造商应该让他们的小工具中支持5GHz Wi-Fi ——不是吗？
那么，为什么这么多智能家居厂商都在使用2.4GHz Wi-Fi呢？其实他们也挺无奈的。我们知道WiFi目前在两个频段上运行——更老、更普遍的2.4GHz和更新的5GHz频段。今天的大多数路由器都是双频段的，这意味着它们支持两个频段。
早在1985年，美国FCC就发布了2.4GHz无线电频率，用于未经许可的通信使用——这意味着人们无需付费即可使用它。这使其成为1997年Wi-Fi协议第一个版本802.11发布时的选择。于是，2.4GHz Wi-Fi诞生了。
因此，当WiFi在2000年代初开始流行时，2.4Ghz未授权频段是大多数WiFi路由器和设备的默认选择。直到2009年发布的无线标准IEEE 802.11n 或WiFi 4开始支持5GHz WiFi频段，并且随着2013年802.11 ac/WiFi 5的发布，支持这两个频段的双频段路由器才开始推出。因此，2.4Ghz WiFi比5Ghz更普遍，可能有的家庭路由器不支持5Ghz。
第二个原因与2.4GHz相对于5Ghz的技术优势有关。 2.4 GHz频段比5GHz频段具有更好的覆盖范围，并且可以比5Ghz 频段更好地穿透墙壁/天花板或任何类型的障碍物。由于智能灯泡和智能摄像机等智能家居设备通常安装在室外或墙壁和天花板上，因此使用2.4Ghz频段能够更好的应对覆盖范围等问题。还有，就是2.4GHz芯片组比5GHz 便宜得多。因此，坚持使用2.4GHz频段具有经济动机。
只不过，我们家中所有想要无线通信的各种产品都看上了免费的2.4GHz频段，包括微波炉都在使用2.4GHz 波来烹饪食物。随着其他智能家居协议，如蓝牙、Zigbee和现在的Thread也在使用这个频率，2.4GHz在家庭里很快变得非常拥挤。
如今，2.4GHz Wi-Fi 是智能家居设备最流行的协议，它是所有协议中部署成本最低且兼容性最广泛的——每个购买智能家居设备的人肯定都有一个支持2.4GHz的 Wi-Fi 路由器。
因此，综上所述对于智能家居而言，2.4GHz比5GHz好得多，因为它提供了更长的覆盖范围并且穿墙更强，还能降低成本。这就是制造商使用 2.4GHz WiFi的核心原因。他们不希望用户抱怨他们的设备总是搜不到信号，总是连接中断。
虽然2.4GHz比其5GHz 和6GHz慢得多，因为2.4GHz频谱非常窄，因此数据传输速度不快，但由于频率较低，它可以传输很远的距离，并且比5GHz 或 6GHz 更好地穿透墙壁。这有助于连接智能车库门控制器、宠物喂食器和恒温器等设备，这些设备可能离Wi-Fi路由器较远。
另外，2.4GHz也不需要网状网络来实现其覆盖范围，而智能家居中的大多数其他无线协议都需要这样做。正如上面提到的，并不是每个人家里都有5GHz 或6GHz基础设施，因此，成就了2.4GHz非常适合需要网络覆盖一定范围的低带宽设备。
但现在我们遇到了问题……
然而，便宜且易于部署使得2.4GHzWi-Fi太受欢迎了。随着流行而来的是各种问题。对于2.4GHz，这些问题往往是双重的。首先，由于该频率的窄频谱过度拥挤，可能会造成干扰和拥塞。第二：固件问题。
首先，所有这些使用2.4GHz Wi-Fi的设备以及同一频谱上的所有其他设备都会占用频率。他们不停的发送信号，相互会有干扰，使得任何一个设备都很难被接受。2.4GHz Wi-Fi的拥塞就像一个房间里有40个人，所有人都在说话，但你很难听清楚某一个特定人的话，因为所有40个人都在说话。
在拥塞的网络上，信息传输很慢，导致性能下降、延迟，并可能引发设备故障。例如，你要求智能音箱中的语音助手打开灯，可能30秒过后，灯泡才会一个接一个地打开，而是即时的响应，用户体验极差。
那么，我们要如何解决这个问题？
随着5GHz 和最近6GHz Wi-Fi 频段的出现，智能家居的Wi-Fi有了更多的喘息空间——特别是更多的频谱。随着频段的提升，每条通道都变得更宽——6GHz为我们带来了高达1200MHz 的频谱。
这些新频段为家中的Wi-Fi连接设备开辟了一条快速通道。可以将Wi-Fi想象成一条高速公路，具有用于特定功能的特定车道。2.4GHz是缓慢但稳定的智能家居小工具的自行车道。因此，5GHz 具有更宽的频带和更快的最高速度，成为安全摄像头、笔记本电脑、平板电脑和流媒体盒等高带宽设备的主要高速公路。
如今，5GHzWiFi路由器已经非常普遍，但使用6GHz的设备还不多，例如Apple仅在最新的MacBook Pro、Mac Mini 和 iPad Pro型号中支持 6GHz；而且6E 路由器价格昂贵，但随着越来越多的公司采用6GHz并且技术成本下降，未来可能会开始减轻2.4 GHz的压力。
要解决智能家居网络拥塞问题，最简单的方法就是将监控摄像头、笔记本电脑和流媒体棒等高带宽设备调至 5GHz 甚至 6GHz，这样2.4GHz小工具就有更多的喘息空间。当然，为了减少Wi-Fi拥塞，我们应该尽可能地采用有连线任何需要高带宽的设备，例如台式电脑、电视、流媒体盒子等。
对于网络小白而言，目前大多数最新的Wi-Fi 路由器都提供频段智能控制，可将双频段设备自动移动到5GHz。所以，升级路由器也是一种解决方案。
当然，有些智能家居厂商也推出了对自有品牌更加友好的专用路由器，这种类型的路由器会自动发现周围的设备，并自动连接，然后更加网络情况智能的分配信道，从而使得智能家居连接更稳定、更可靠。包括海尔智家、Netgear、TP-Link 和其他公司已开始在其高端路由器上引入专用的“智能家居/物联网”网络。这使得所有的低带宽设备都处于安全的2.4GHz网络中，而无需费心设置访客网络或手动拆分频段，没有人会希望买个智能家居产品就得被逼成为一名网络工程师。
Wi-Fi 6专门设计了用于在连接大量设备时提高Wi-Fi 网络的性能。不过需要记住的是，Wi-Fi 6不等于6GHz；它没有附带额外的6GHz频段。
难道所有的智能家居设备不应该只使用5GHz，然后放弃 2.4GHz吗？
虽然网络摄像机和智能显示器等更大、占用更多带宽的智能设备使用5GHz是有意义的，但将更小、强度较低的小工具切换到5GHz频段是没有意义的。简单说，就向我们没有必要为自行车建双向六车道的高速公路，一两米宽的自行车道完全够用。
当你在玩网络游戏或是观看高清电影时，2.4GHz可能会让你口吐芬芳，但大多数智能设备发送和接收的数据非常少，因此2.4GHz的较慢数据传输速度并不是关键问题所在。我们家里的智能开关、智能门锁、智能灯泡这些小工具其实不需要5GHz。而且，许多智能家居设备是由电池供电，通常离你的路由器也很远，提升连接的稳定性和降低相互干扰才是问题所在。
此外，让智能插座等设备与5GHz兼容需要双频Wi-Fi 芯片和更多天线，这使得这些小家电更加昂贵并缩短了它们的连接距离。
虽然，目前阶段5GHz目前对于大多数不传输音频或视频的智能家居设备来说有点“杀鸡焉用牛刀”的感觉。反而，支持5GHz将使小型、简单的智能家居设备变得更笨重、更昂贵、更复杂。但随着Wi-Fi的成熟，2.4 GHz肯定会过时。我们不应该面向未来吗？也有人认为2.4G Wi-Fi不会消失，因为使用它的设备实在是太多了。与其完全放弃，不如保持现状。
还有更好的解决方案吗？
虽然2.4GHz Wi-Fi可能会继续存在，但这并不意味着智能家居设备制造商需要继续使用它。他们还有其他选择。Z-Wave、Zigbee和Thread都是更适合智能家居设备的技术，主要是因为它们使用网状网络。这允许每个设备扩展连接，因此你的智能插座可以帮助你的智能灯泡保持连接。我们拥有的设备越多，网络覆盖的范围就越远。
例如，Z-Wave使用900兆赫波段，完全避开了整个2.4GHz 拥塞灾难。这是它出现在家庭安全系统中的原因之一：可靠且不易受到干扰。
这些网状协议选项还解决了Wi-Fi在电池供电设备上大量耗电的问题，这就是我们无法在任何地方找到像样的 Wi-Fi运动或门窗传感器的原因。例如，Zigbee可以让电池供电设备拥有长达5年以上的超长电池寿命。Zigbee还可以扩展，一个普通的Zigbee网关能够处理多达128个Zigbee设备。标准Z-Wave集线器可以处理232个设备，Thread可以处理250个以上的设备，足以应付一般的家庭应用场景。
只不过，所有这些协议都需要某种集线器或桥接器才能连接到互联网，从而增加了成本和复杂性——许多制造商都在努力避免这种情况，因为他们希望向消费者出售许多适合家庭的小型智能设备。因此，目前从成本角度来看，2.4Wi-Fi芯片组是目前物联网的最佳选择。相比之下，Thread 设备芯片组的成本可能会增加一倍或三倍，其直接结果就是消费者的价格也会上涨。
尽管Matter的出现让智能家居行业看到了曙光，但消费者并不想以双倍的价格购买兼容Matter的设备。销售数据才是最真实的市场反馈，Matter是否能够真正让智能家居走进千家万户，还有待市场验证。
Eero的Weaver认为：“在智能家居的漫长发展过程中，我认为我们将看到针对低带宽、高数量设备（例如灯、传感器和电池供电设备）向Thread等技术的迁移。它仍然运行在2.4GHz上，但从数据包开销的角度来看，Thread比Wi-Fi更高效。它没有Wi-Fi协商的开销，减少了每台设备的通话时间。” 因此，在Weaver看来，与 2.4GHz Wi-Fi相比，Thread提供更好的可靠性、更好的网络性能和更远的覆盖范围。
Thread驱动的设备也不需要专有的桥接器或集线器。相反，他们可以使用任何Thread边界路由器连接到互联网。Thread边界路由器是一种具有互联网连接和Thread接收器的供电设备。它可以是智能扬声器、恒温器、灯具甚至是Wi-Fi路由器在内的任何东西。
这对于国外的智能家居用户而言比较友好，如果他们拥有智能家居，就可能可能已经拥有Thread边界路由器——Eero Wi-Fi路由器、Apple HomePods 以及一些Google Nest 和 Amazon Echo智能扬声器都是Thread 边界路由器。
虽然Thread的基础设施开始出现，但使用Thread的设备仍然相对较少。在制造商使用Thread构建的成本与使用2.4GHz Wi-Fi 一样便宜之前，它不会取代Wi-Fi作为主要的智能家居连接协议。
文章来源：千家网
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