Zigbee 與 Z-Wave 有何分別?

Zigbee 與 Z-Wave 是智能家居常用的兩種無線通訊標準,兩者都採用網狀網絡(mesh network),讓燈具、感應器、門鎖等裝置互相轉發訊號,解決單一裝置距離不足的問題。兩者原理相似,但在頻率、裝置數量與生態上各有不同。本文說明它們的分別,以及香港環境下應如何選擇。

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兩種標準的背景

Zigbee 與 Z-Wave 都是為物聯網與智能家居而設的低功耗無線通訊標準,讓裝置以低電量長時間運作,並透過網狀網絡延伸覆蓋。兩者都採用低資料速率、低功耗的設計,適合傳送開關狀態、溫度讀數與感應器訊號等小型資料,而非高流量的影片或大型檔案。

比較項目ZigbeeZ-Wave
主導組織CSA(Connectivity Standards Alliance,前身 Zigbee Alliance)Z-Wave Alliance
頻率2.4 GHz(部分地區另有 868/915 MHz)低於 1 GHz(各國不同,歐洲常用 868 MHz)
網絡形態網狀網絡網狀網絡
每個網絡裝置數量上限理論上較大(單一網絡可容納大量裝置)每網絡最多 232 個節點(較早期版本)
資料速率250 kbit/s(2.4 GHz)一般約 100 kbit/s 或以下(隨版本而異)
主要應用燈光、感應器、智能家居、工業感測燈光、門鎖、恆溫器、智能家居

Zigbee 源於家庭自動化與低功耗感測的需求,規格由 CSA(原名 Zigbee Alliance)維護;Z-Wave 由丹麥公司 Zensys 開發,其後由 Z-Wave Alliance 推動標準化,並採用低於 1 GHz 的頻段,與 Wi-Fi 所用的 2.4 GHz 錯開。

頻率與干擾

兩者最顯著的分別在頻率。Zigbee 主要使用 2.4 GHz 頻段,與 Wi-Fi、藍牙相同。2.4 GHz 是全球通用的 ISM 頻段,優點是裝置可在世界各地使用,缺點是頻譜擁擠:辦公室、住宅的 Wi-Fi 路由器、微波爐與藍牙裝置都在同一頻段運作,Zigbee 訊號可能受到干擾。

Z-Wave 使用低於 1 GHz 的頻段,不同國家使用的頻率不同,例如歐洲常見 868 MHz。低頻訊號的波長較長,穿牆能力一般較好,同頻干擾亦較少,因為這個頻段不像 2.4 GHz 那樣被 Wi-Fi 等裝置佔用。但 Z-Wave 裝置須對應當地頻率版本,不同地區的裝置未必互通,這是採購時要留意的重點。

Zigbee 的干擾問題

香港住宅與寫字樓的 Wi-Fi 十分密集,2.4 GHz 頻道擁擠是常態。Zigbee 裝置眾多時,與 Wi-Fi 互相搶佔頻道的情況並不罕見;設計時可選用 Zigbee 的非重疊頻道,並盡量與 Wi-Fi 存取點錯開,減低相互影響。

Z-Wave 的頻段差異

Z-Wave 依各國法規使用不同頻段,水貨或外地購買的 Z-Wave 裝置可能無法在香港使用或與本地裝置配對。採購時應確認裝置支援的頻段與本地產品一致,避免買了無法使用的設備。

值得一提的是,2.4 GHz 雖然干擾較多,但 Zigbee 裝置不受地區限制,全球版本通用;Z-Wave 則須按地區選購。兩者各有取捨,實際選擇應以裝置生態與用途為先,頻率因素屬次要。

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網狀網絡與覆蓋範圍

網狀網絡是兩種標準的核心設計:每個裝置不單接收指令,亦可作為中繼,把訊號轉發給其他裝置。因此網絡中即使某兩個裝置距離較遠,只要中間有其他裝置,訊號便可逐級傳遞,覆蓋範圍隨裝置數量增加而擴大。

網狀網絡的運作

以 Zigbee 為例,網絡中的路由節點負責轉發訊息,終端裝置只負責自身功能。裝置越多,網絡的備援路徑越多,單一節點故障時訊息可改經其他路徑,這是網狀網絡比星形網絡可靠的原因。

網關與邊界路由

智能家居網狀網絡一般由一個網關(gateway)或協調器作為入口,連接到 Wi-Fi 或互聯網,讓手機應用程式與雲端服務控制裝置。網關是網絡的核心,它的位置、供電與穩定性會影響整個網絡的表現。

Z-Wave 的每個網絡有節點數量上限,較早期版本為 232 個,大型住宅或多單位場合要留意這個限制;Zigbee 在單一網絡的裝置容量理論上較大。不過對一般香港住宅(數十個智能裝置)而言,兩者容量都足夠,節點上限主要在大型項目才需要考慮。

生態系統與裝置選擇

選擇標準的另一個關鍵因素是生態系統:支援該標準的裝置種類、品牌與價錢。Zigbee 的裝置種類十分廣泛,由燈泡、插座、感應器到門鎖都有;Z-Wave 同樣覆蓋照明、門鎖、恆溫器與感應器,兩者在主流智能家居用途上重疊度很高。

應用ZigbeeZ-Wave
智能燈泡與燈光廣泛廣泛
智能插座與開關廣泛廣泛
門窗感應器廣泛廣泛
智能門鎖
恆溫器與環境感應

兼容性方面,Zigbee 有「Zigbee 3.0」統一了早期 Zigbee Home Automation、Zigbee Light Link 等不同配置檔,大幅改善裝置間互通;Z-Wave 則由 Z-Wave Plus 演進至 Z-Wave Long Range,並推出 Z-Wave Alliance 認證,確保裝置符合互通標準。採購時應確認裝置是否標示對應的認證標誌,未經認證的裝置可能無法與其他品牌產品互通。

值得留意的是,近年推出的 Matter 標準可把 Zigbee、Z-Wave、Thread、Wi-Fi 與藍牙的裝置統一在一個生態下,由 Matter 控制器管理。Matter 不能令所有舊裝置互通,但新裝置的互通性會逐步改善。選擇系統時,可考慮選用支援 Matter 的網關與裝置,為日後擴充留空間。

香港環境的實際選擇

香港住宅單位普遍面積較細、牆壁多為混凝土,Wi-Fi 覆蓋本身已常有死角,智能家居無線標準的選擇須配合實際環境。

細單位與混凝土牆

香港單位間隔多、牆壁厚,單一裝置的直接通訊距離有限。Zigbee 與 Z-Wave 的網狀網絡讓感應器與燈具互相中繼,正好彌補直線距離的不足。但網狀網絡依賴中間裝置,若某區域裝置稀疏,訊號仍會斷開,設計時應讓每個角落都有「下一跳」裝置。

Wi-Fi 密集的寫字樓

寫字樓與分間單位(劏房)的 Wi-Fi 網絡密集,2.4 GHz 干擾明顯。若智能裝置眾多,Z-Wave 的低頻優勢較易體現;但 Z-Wave 裝置須按香港/歐洲頻段採購,水貨問題要留意。Zigbee 則須小心選擇頻道並與 Wi-Fi 錯開。

村屋與大型住宅

村屋多為三層高、樓底較高,智能裝置分散在不同樓層,網狀網絡靠跨層中繼,訊號衰減較大。可考慮在每層設置中繼節點或網關,或採用混合方案(Wi-Fi + 網狀網絡)分工。

另一個香港實際考慮是安裝成本與電力:無線智能裝置多數須長期插電或換電池,網關須長期供電並放置在穩定位置。安裝前應規劃網關位置與供電,並預留後備方案,避免網關故障時全屋智能裝置失去控制。住宅智能家居在香港屬新興應用,工程安裝宜找熟悉本地電力與網絡環境的供應商,先做小範圍試行再擴展。

常見問題

Zigbee 與 Z-Wave 最大的分別是甚麼?
主要是頻率:Zigbee 多用 2.4 GHz(與 Wi-Fi 相同),Z-Wave 用低於 1 GHz 的頻段。Z-Wave 的穿牆能力一般較好、干擾較少,但裝置須對應地區頻段;Zigbee 全球通用,裝置種類更廣。
Zigbee 會干擾 Wi-Fi 嗎?
兩者同在 2.4 GHz 頻段,有互相干擾的可能。Zigbee 裝置與 Wi-Fi 存取點可以選擇錯開頻道,減少碰撞;Z-Wave 因使用低於 1 GHz 頻段,不受 Wi-Fi 干擾。
Z-Wave 的 232 個節點上限夠用嗎?
對一般住宅綽綽有餘;大型住宅或多單位項目才需要考慮。Zigbee 單一網絡的裝置容量理論上較大,但實際受網關性能與網絡穩定性影響。
哪個標準的裝置選擇比較多?
兩者都覆蓋照明、感應器、門鎖與插座等主流裝置。Zigbee 的裝置種類與品牌數量一般較多,Z-Wave 則以認證嚴格、裝置互通性佳見稱。應按實際需要的裝置型號選擇,而不是單看標準本身。
Matter 可以讓 Zigbee 與 Z-Wave 裝置互通嗎?
Matter 是統一智能家居裝置的新標準,可透過 Matter 網關把支援 Matter 的 Zigbee、Z-Wave、Thread 等裝置納入同一生態。但 Matter 不能令所有舊裝置自動互通,選購時應確認裝置與網關是否支援 Matter。
Z-Wave 的水貨裝置可以在香港用嗎?
要小心。Z-Wave 按地區使用不同頻段,外地購買的裝置可能使用不同頻率而無法與香港/歐洲版本的本地裝置配對,甚至無法使用。應選購標示支援本地頻段的認證產品。
網狀網絡是不是裝置越多越好?
裝置多可提供更多中繼路徑,但同時增加網絡負擔與管理複雜度。應按實際覆蓋需要佈置裝置,避免過量閒置節點拖慢網絡。
香港住宅選 Zigbee 還是 Z-Wave 比較好?
一般按裝置生態與預算選擇:需要最多裝置種類與全球通用時選 Zigbee;重視低干擾、穿牆與認證互通性,並確認本地頻段供貨時選 Z-Wave。香港住宅牆壁較多,兩種網狀網絡都比純 Wi-Fi 方案穩定。

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