如何打造擁有上百個聯(lián)網設備的智慧家庭

這篇文章詳細描述了我在試圖讓自己的住所變得更智能時所面臨的問題。雖說目前有很多的無線技術，但想要完成這項艱巨的任務，還有很多東西需要學習。

智慧家庭的現實狀態(tài)

能想象創(chuàng)建一個可以支持170多個WiFi連接設備和40個藍牙設備的網絡嗎?事實上，有幾個接入點(AP)已經足夠了。但是，添加的連接設備越多，就越會發(fā)現WiFi覆蓋的不足、帶寬限制以及從室內到室外設備(如攝像頭和燈光)的信號傳輸方面的問題。

為了提高WiFi的速度，我和家人的手機及平板電腦上常常禁用2.4GHz，堅持使用5 GHz。雖然這對該種用例很有效，但并不是所有的智能家居設備都支持5 GHz，很多設備都會支持2.4GHz。另外，因為每個無線電只支持一定數量的設備，如果同時使用2.4GHz和5 GHz，那么實際上可以多連接近兩倍的設備。

我發(fā)現，在較低的帶寬水平上有更多的WiFi接入點，這比在所有地方都只有少量的WiFi可用要好。每個接入點只有一定量的帶寬可用，連接的設備越多，用于手機和筆記本電腦等日常驅動程序的可用帶寬就越少。

我的WiFi解決方案

這就是為什么我在家里安裝9個UniFi APs的原因。這些WiFi設備被設計用于比家庭網絡大得多的企業(yè)網絡。個人以為家庭網絡和企業(yè)網絡的目標受眾唯一區(qū)別是，我是在一個相對較小的空間(我的房子)覆蓋了很多設備，受到來自鄰近APs、藍牙設備和其他2.4GHz設備(如無線鼠標和微波)的大量干擾。

雖然有一個控制器，可使網絡更容易設置，但你真的需要成為一個網絡專家來妥帖地設置這么多APs。這是我從未料到的，以前，我會設置幾個AP，讓他們發(fā)出信號;現在，我必須小心地配置它們，直到設置一個最小的RSSI(接收的信號強度)為止，其他設備不會減慢其他設備的WiFi速度，找到合適的位置將它們都放置在25米之外的地方，并用以太網將房子連接起來。

值得慶幸的是，UniFi確實支持mesh系統(tǒng)，但是它將5GHz無線電的帶寬減半，這并不理想。根據在我家附近的多個家庭進行試驗的結果，在這個地區(qū)用以太網連接一個房子是非常容易的。

想將以太網挪上樓嗎?要么從房子外面走線路，要么從車庫走。通常，房子的地下室與車庫的墻壁相連。在那兒挖一個洞，把電線直接拉到天花板上，再挖一個洞，這時，你可以把它直接牽引到閣樓的一個角落里。

一旦進入閣樓，就可以把以太網電纜安置在任何地方，而不用擔心它的外觀。事實上，你甚至可以設置一個交換機，這樣就可以只運行一條以太網線路。把它安裝到所有沒有絕緣的墻上，就完事兒了。我甚至在閣樓上安裝了一個接入點，因為一卷Cat5e和Cat6非常便宜，包括工具和電纜頭在內，整個套件僅需100美元。

當開始處理諸如補丁面板和大型家庭交換機等真正的網絡必需品時，成本就會高得多。千兆PoE交換機并不便宜，鑒于我家需聯(lián)網設備的數量，需要一個24端口的網絡。當然，我本可以換一個更便宜的網關，但這會把機架弄亂，且需要更多的交流插座。

現有的網關會發(fā)出很大的噪音。由于我的地下室相對比較安靜，所以需要為服務器室安裝隔音設備，我需要找到一個地方來放置它。這9個企業(yè)級APs并不便宜，花費一大筆錢只是為了實現大范圍的WiFi覆蓋。為了大幅度降低成本，可能只需要幾個AP就可以應付，但是總體帶寬將受到影響。

更糟糕的是，我覺得自己在盲目地運行整個網絡。我不是WiFi專家，所以我甚至不知道自己的設置是否合理。目前所知道的就是我如何建設一個智慧家庭：很多想法、嘗試和失敗。大多數企業(yè)都會引入一組承包商團隊，或者有自己的IT部門來管理這樣的網絡。沒有人期望一個家庭有170多個WiFi設備，所以沒有關于如何運行它的資料。希望這篇文章是有幫助的!

Mesh WiFi

雖然我可以用SOHO路由器來做這件事，這樣就沒有辦法管理這個網絡，也沒有辦法可靠地連接這么多設備。這個方案是不可行的，我想把空閑時間花在管理家庭WiFi上。

聽說Eero公司做了一個系統(tǒng)，使得在家里延伸WiFi覆蓋范圍變得很容易，但其價格和企業(yè)級設備一樣，甚至更高。我不知道這一系統(tǒng)的局限性，但這些系統(tǒng)并不是為Mesh網絡而設計的。在我看來，當連接設備數量激增時，消費者可能會傾向于mesh WiFi。

Mesh WiFi網絡也有很多注意事項。無線連接的接入點到基站所需的跳數越多，帶寬、延遲和連接速度就會越差。通常情況下，Mesh WiFi會將帶寬降低到每一跳的一半，但是這些Mesh產品有專門的WiFi無線電臺，專門用于與基站通信。不過，跳的次數越多，他們之間的連接性就越差。

這些系統(tǒng)實際上是圍繞著三個系統(tǒng)的概念而設計的，兩個無線連接和一個基站。當然，你可以擁有更多，但這并不是他們的賣點。它們不應該延伸到基站前有多個跳的地方，它們不會像UniFi那樣在每個接入點支持那么多設備，因為它們的重心是在消費市場上。

他們的目標是確保你可以在一所房子里獲得良好的WiFi覆蓋，而不必連接以太網。對于那些租住房，或者你不知道如何把東西連接起來的地方來說，這是很好的選擇，但在支持一個更大的智能家庭時，它們將是有限的。

非Mesh WiFi

許多智能家居設備都在Mesh系統(tǒng)上工作，比如Zigbee或Z-Wave，但我擁有的設備都沒有使用這個網絡。如果我有飛利浦(Philips)的集線器或宜家(IKEA)的燈泡，我肯定會建設一個相當大的Zigbee系統(tǒng)，這是一個完全不同的WiFi系統(tǒng)。事實上，Zigbee運行在2.4GHz上。這意味著它將直接與WiFi和藍牙設備競爭。如果你沒有很多藍牙設備，并且可以將整個WiFi網絡連接在5GHz上，那么Zigbee可能是個不錯的選擇。

要使用非Mesh WiFi網絡，需要一個集線器作為從Mesh網絡到以太網的橋梁。如果你使用WiFi，你的WiFi接入點可以說是橋梁或“樞紐”。雖然不能對設備進行網狀劃分，但是可以對APs進行網狀劃分，并使用以太網將它們連接在一起。

非WiFi網狀網兼具優(yōu)缺點。但它們起作用了，分配和取消分配設備并不有趣，因為集線器和設備都需要至少直接通信一次。

問題就在這里：如果你必須換掉一個集線器，會發(fā)生什么?有時候集線器壞了，或者你不得不做一個因素重置，有時公司會發(fā)布具有更好的安全性和更新的協(xié)議的新產品;主要的集線器制造商都已經發(fā)布了第二代和第三代集線器，這些情況都是可能發(fā)生的。作為其中之一的原因，我們可能不止一次，將不得不更換一個智能集線器。

有了WiFi，就可以交換接入點。有了Zigbee、Z-Wave、藍牙，你的設備就可以綁定到這個集線器上。如果換掉集線器，則必須將所有設備重新添加到新集線器上。在瀏覽論壇時，我看到很多用戶的智能集線器上有50多臺設備，有些甚至有100臺。如果這臺設備壞了，就需要找到一種方法來讓每個設備位于集線器的范圍內。我能想到的唯一辦法就是弄一條長長的電源線，重新安裝所有的設備，這是一項耗時耗力的大工程!

我有113個LIFX燈泡。如果我把它們換成飛利浦的，那我必須更換集線器或添加新的WiFi接入點，以實現更好的覆蓋，而且我必須清楚哪個接入點連接哪盞燈。(隨著時間的推移，科技的進步，我的這篇文章論述可能會有誤差。)

這些集線器不相互通信，所以不是添加兩個集線器，而是進行故障轉移。每個集線器都是一套設備，獨立于另一組。

當所有設備都是公用的時，Mesh網絡聽起來是個不錯的選擇。一旦你有了兩個Mesh 網絡，就很難弄清楚哪個設備連接在哪個集線器上。相信你的家人也想知道：如果應用程序支持多個集線器，他們在打開應用程序時應如何選擇合適的集線器。這就是Mesh網絡崩潰的地方，因為WiFi已經被設計用來通過以太網來處理這個問題，而藍牙因為通信距離較短還不足以解決這個問題。

我不打算深入討論Mesh網絡安全問題，但是舊版本有一些主要的安全缺陷，需要物理硬件升級才能修復，這意味著需要購買新設備。值得慶幸的是，較新的版本將有補丁，并可以進行無線更新，但現在你必須知道哪些設備是安全的，哪些不是。雖然這些協(xié)議是即插即用的，就像交流插座一樣，但你仍須成為智慧家庭的“精明”購物者。

Mesh網絡的特點是，它們需要許多設備才能正常工作，而每個集線器只能支持固定數量的設備，但是在嘗試添加新的設備時，就會出現問題。許多人在添加與Z-Wave和Zigbee設備時存在問題。因為它們不是WiFi，所以調試起來也比較困難。

飛利浦Hue Bridge的每個集線器最多只能安裝60臺設備。根據我的設備需求，我需要三個。由于集線器是相互獨立的，所以你的燈連接到哪個集線器實際上是很重要的，就像藍牙一樣，它們是綁定在一個集線器上的。至少有了WiFi，你的設備可以漫游。如果我必須替換一個AP，將它升級到一個新的模型，甚至更新它的固件，我可以交換它，而不必重新驗證一堆設備。我還可以擁有來自不同廠商的多個AP，而不必在不同的應用程序上配置設備。

與WiFi相比，Zigbee和Z-Wave還有一個很大的優(yōu)勢，那就是軟件。WiFi設備需要軟件才能工作，而且沒有標準。雖然人們已經編寫了自己的SDK，而我所購買的所有公司都有開放的SDK，但是可能會遇到這樣的情況:由于制造商破產，設備可能無法正常工作。

ZigBee和Z-Wave設備并不關心設備本身的制造商，只關心集線器。如果飛利浦倒閉了，可以把所有的設備都轉移到另一個集線器上，它們還會繼續(xù)運作。

WiFi智能家居設備的一個主要缺點是它們完全依賴制造商的系統(tǒng)。這就是為什么需要對我們的WiFi設備非常挑剔，因為你正在投資于一家特定的制造商，而使用Zigbee和Z-Wave，你幾乎可以使用任何設備，只要該協(xié)議得到制造商的支持，它就能工作。

WIFI

我特別選擇了可以連接WiFi的智能家居設備，而不是Zigbee和Z-Wave，因為我已經有了企業(yè)級的WiFi接入點，并且這樣做成本更低。

這與我上面所解釋的網格劃分問題無關，因為這不是一個在建設智能家庭方面有著高預算的群體會遇到的問題，好比我(絲毫不臉紅，hah)。在那個時候，我不知道是否做出了正確的選擇，但在經歷了這么多問題之后，我不相信一個Mesh 集線器可以滿足不斷增長的智能家居設備。我希望集線器和設備盡可能地相獨立。

有大量智能家居和物聯(lián)網設備可以使用WiFi，比如移動電腦、手機、平板電腦和SoC，還有Raspberry PI和ESP 8266，更不用說Nest的整個陣容、智能助理(Alexa和Google Home)、智能電視等等。無論用戶是否愿意，WiFi都將投入使用。

APs

關于AP，存在著距離的線路保障問題，比如物理上將AP放置在其他設備上，以及如何為AP供電。幸好UniFi APs都可以以太網為電源(PoE)，所以只需要連接一條電纜。雖然這看起來沒什么大不了的，但我的閣樓就沒有電。不用交流電，只考慮低壓以太網，這要容易實現得多。

據我了解，那些網狀系統(tǒng)，占用了我的墻壁插座。在停電的情況下，我仍然需要WiFi訪問，鑒于互聯(lián)網沒有宕機，這時互聯(lián)網是我向電力公司報告停電的唯一方式。使用PoE會更容易，因為可以將其設置在一個位置，并使用備用電池來保護網絡，而不會出現故障，這樣就仍然可以執(zhí)行某些操作。

藍牙

大多數人不考慮到使用藍牙進行通信的智能家居設備。通常，我們必須打開手機藍牙進行連接才能使藍牙設備正常工作，但其中一些設備帶有自己的橋接系統(tǒng)，如羅技POP橋和Flic 集線器。

Flic按鈕可以用于任何藍牙計算機，只要能夠運行它們的SDK。我使用的就是這種方法，我的Flic按鈕，通過連接到Raspberry Pis周圍的房子運行自定義控制器軟件。

藍牙可能比Zigbee和Z-Wave等其它的協(xié)議更好，因為它仍然被大多數設備支持，并且有大量可用的基礎知識。盡管如此，這仍然是一項非常小眾的技術，我建議，只在這是唯一的選擇時才推薦它，因為該技術需要用戶在手機上綁定特定軟件來配置任何東西。

藍牙的通信距離較短，因此沒有足夠的距離和集線器一起工作。我有4個樹莓Pis，首先，因為每個Pi最多只支持10個活動設備，所以會有一些活動設備延遲超過10S。其次，范圍太窄，你需要良好的覆蓋。最后，藍牙將直接與你的2.4GHz WiFi設備和其他2.4GHz設備競爭，如電腦鼠標和鍵盤，游戲控制器等。

結語

這些制造商是否使用自己的設備?我敢肯定，當他們有數百臺設備連接時，他們會切換到Zigbee和Z-Wave集線器。我也相信，當一家大型制造商倒閉，數千美元的WiFi產品付諸東流時，每個人都會選擇Zigbee和Z-Wave集線器。就個人而言，會考慮一個應急計劃，因為我不愿意為這個項目進行二次投資。

我敢肯定，一些制造商知道，要真正擁有一個智慧家庭，需要一個企業(yè)級的網絡，但他們從不談論這一點。他們甚至不承認自己可以在網絡上運行35臺以上的設備，因為設置起來并不容易。我欣賞他們沒有以錯誤的方式誤導消費者，但我想說的是，這是可能的。因為我有大量的WiFi智能家居設備，且我的網絡可以處理它們。