ZigBee聯(lián)盟最新發(fā)布的ZigBee 3.0版標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)化低延遲與低功耗優(yōu)勢，并加入網(wǎng)際網(wǎng)路通訊協(xié)定(IP)支援能力，能大幅簡化家中各種裝置互連設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，同時實(shí)現(xiàn)讓用戶以IP網(wǎng)路進(jìn)行遠(yuǎn)端操控，因而成為打造智慧家庭的理想技術(shù)。

隨著市場加速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)(IoT)概念變得更為普及，但也更加令人困惑?，F(xiàn)在是時候面對現(xiàn)實(shí)情況，去鑒定現(xiàn)狀并且評估事情走向。

卡位物聯(lián)網(wǎng)　無線技術(shù)各顯神通

兩年前，產(chǎn)業(yè)界對可能有助于物聯(lián)網(wǎng)的不同無線電技術(shù)掀起討論熱潮。一些公司主張，Wi-Fi和藍(lán)牙的存在就已足夠，而其他公司則開始推動IEEE 802.15.4(即ZigBee和Thread的底層無線電技術(shù))。如今大多數(shù)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)決策者皆能坦然接受并完全明白，物聯(lián)網(wǎng)會針對不同的應(yīng)用使用全部三種技術(shù)。

為彌補(bǔ)Wi-Fi相對于ZigBee的劣勢，市場開始推行使低功耗Wi-Fi(IEEE 802.11ah)標(biāo)準(zhǔn)化活動;雖然該領(lǐng)域活動仍在如火如荼地進(jìn)行，且可能會由此制訂出標(biāo)準(zhǔn)，但全球?qū)Υ说慕蛹{程度卻難以預(yù)測。由于世界不同地區(qū)所用的規(guī)格和型號不同，該標(biāo)準(zhǔn)并非是放諸四海而皆準(zhǔn)。

即便這全新的低功耗標(biāo)準(zhǔn)被稱為Wi-Fi，但并不相容真正的Wi-Fi，而是一種完全不同的無線電和媒體存取控制(MAC)技術(shù)。既然如此，那為什么不采用IEEE 802.15.4呢?這已經(jīng)是一個通用標(biāo)準(zhǔn)，且涵蓋新的低功耗Wi-Fi開發(fā)商為之奮斗的所有特性，而新類型的Wi-Fi并沒有多大意義。

而藍(lán)牙作為物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)而言，存在致命性缺陷，因其設(shè)計(jì)理念是替代點(diǎn)對點(diǎn)有線傳輸技術(shù)而非聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。為解決該缺陷，一些公司開始針對藍(lán)牙研究網(wǎng)路層--藍(lán)牙網(wǎng)格(Bluetooth Mesh)，但面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)(圖1)。以往許多業(yè)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)工程師已經(jīng)見證類似的Mesh聯(lián)網(wǎng)所作出的努力均以失敗告終。例如IEEE 802.11s幾乎未曾使用，并只應(yīng)用于單跳網(wǎng)格拓?fù)?中繼器)中，其主要問題是，在支援多跳時無法控制延時。因此，網(wǎng)路技術(shù)工程師對新藍(lán)牙Mesh情況持懷疑的態(tài)度也在意料中。

　　圖1　Bluetooth Mesh概念圖

現(xiàn)在全球無線市場已承認(rèn)三大核心物聯(lián)網(wǎng)無線電技術(shù)(圖2)，也就是目前熟悉的IEEE 802.11/Wi-Fi，適用于內(nèi)容傳送;IEEE 802.15.4/ZigBee則適用于像智慧家居類的傳控器(Sentroller，即具備控制功能的感測器)網(wǎng)路;而藍(lán)牙，包括低功耗藍(lán)牙，則適用于連接個人區(qū)域網(wǎng)路(圍繞智慧手機(jī))及可穿戴式設(shè)備。前兩種用于將家居設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)，最后一種主要使用智慧手機(jī)進(jìn)行網(wǎng)路連接。

　　圖2　目前已發(fā)布的短程物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

許多供應(yīng)商已經(jīng)提供各式各樣交叉無線電產(chǎn)品：Wi-Fi/藍(lán)牙、ZigBee/藍(lán)牙和Wi-Fi/ZigBee/藍(lán)牙，目前這些產(chǎn)品的定價可能尚不太合理，卻傳達(dá)明確潛在資訊，也就是全球三大開放的統(tǒng)一無線電通訊標(biāo)準(zhǔn)奠定物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)，由此帶來福音。

十多年前，相互競爭的無線電技術(shù)沖突隨著Wi-Fi出現(xiàn)而結(jié)束，Wi-Fi是最后的贏家(而HomeRF和其他幾種技術(shù)隨之銷聲匿跡);之后圍繞聯(lián)網(wǎng)和應(yīng)用層爆發(fā)新技術(shù)革命。現(xiàn)在，所有人都熟悉TCP/IP，即使未曾聽聞該項(xiàng)技術(shù)，也會在通過網(wǎng)路和本地網(wǎng)路進(jìn)行通訊時用到;然而為達(dá)到該階段，多個網(wǎng)路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行過殊死搏斗，網(wǎng)路作業(yè)系統(tǒng)Novell Netware、Bayan Vines、Microsoft LanManager、IBM SNA等。

當(dāng)時，幾乎各大型電子公司都覺得必須透過自行定義網(wǎng)路層技術(shù)，在歷史上留下個人專屬印記。

這就是現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)和智慧家居領(lǐng)域正在經(jīng)歷的一切，許多公司再次重蹈覆轍，忘記標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)爭會不利于且會減緩新技術(shù)采用，例如蘋果(Apple)的HomeKit、Google的Brillo、高通(Qualcomm)的AllJoyn、英特爾(Intel)的IoTivity及華為(Huawei)從中國家居層面提出的LiteOS。這些新興應(yīng)用程式框架現(xiàn)在均在角逐獲取其他行業(yè)的精神支持，努力成為物聯(lián)網(wǎng)的佼佼者。

ZigBee成智慧家庭系統(tǒng)制造商首選技術(shù)

緊隨應(yīng)用程式框架層步伐，聯(lián)網(wǎng)層面也是劍拔弩張之勢，其中ZigBee 3.0的挑戰(zhàn)者是Thread。然而，令人百思不得其解的是，Thread Group中幾個主力角色，如飛思卡爾(Freescale)、安謀國際(ARM)及芯科實(shí)驗(yàn)室(Silicon Labs)等半導(dǎo)體公司，也在ZigBee Alliance占突出的領(lǐng)導(dǎo)地位。

就目前來看，Thread要發(fā)展成為ZigBee 3.0強(qiáng)而有力的競爭對手有些難度。這也在意料中，因?yàn)閆igBee 3.0已整合許多應(yīng)用領(lǐng)域(照明控制、家庭自動化、樓宇自動化、零售等)有多年的經(jīng)驗(yàn)。ZigBee的認(rèn)證計(jì)畫已穩(wěn)健啟動并開展，授權(quán)多家檢測中心，對一千多個ZigBee產(chǎn)品進(jìn)行認(rèn)證。ZigBee顯然已經(jīng)成為世界上眾多物聯(lián)網(wǎng)和智慧家居系統(tǒng)制造商的首選技術(shù)。同時，ZigBee功能容易使用，支援強(qiáng)大安全協(xié)議。由于感測器和周邊設(shè)備通常未設(shè)有鍵盤來輸入安全碼，因此其實(shí)現(xiàn)正面臨著重大挑戰(zhàn)，故強(qiáng)而有力的安全協(xié)議顯得十分重要。

最重要的是，ZigBee 3.0支援經(jīng)歷過眾多反覆運(yùn)算形成的應(yīng)用程式庫。因此，Thread Group認(rèn)真考慮采用ZigBee應(yīng)用程式庫運(yùn)行Thread也就不足為奇。但不僅限于此，ZigBee 3.0和ZigBee RF4CE在消費(fèi)電子世界穩(wěn)占一席之地，且ZigBee 3.0同時包括ZigBee Green Power功能。

.ZigBee RF4CE

最初是在消費(fèi)電子領(lǐng)域開發(fā)，用于替代基于無線電遠(yuǎn)端控制的紅外線(IR)遙控，因此毋須再使用瞄準(zhǔn)后按一下模式。隨后其經(jīng)歷明顯演變，最新版本ZRC(ZigBee Remote Control)2.0已完全整合ZigBee應(yīng)用程式庫。這代表著針對電視和機(jī)上盒設(shè)計(jì)的遙控器同樣可控制家里的燈具、燈光、窗簾及遮陽罩等。隨著時間推移，消費(fèi)電子領(lǐng)域和智慧家居領(lǐng)域有望繼續(xù)重疊及融合，而ZRC 2.0對此的定位恰到好處。

ZigBee RF4CE依然完全相容傳統(tǒng)紅外線技術(shù)，ZigBee遠(yuǎn)端控制可自動檢測并下載需要紅外線的傳統(tǒng)設(shè)備所需代碼集。由于具有以上所有功能及得到國際上認(rèn)可，RF4CE使ZigBee成為智慧家居重要推動者也就不足為奇，而智慧家居又給有線電視運(yùn)營商和電視運(yùn)營商服務(wù)帶來重大新商機(jī)。

除超低功耗需求外(可與低功耗藍(lán)牙媲美，且覆蓋范圍更好)，ZigBee RF4CE關(guān)鍵增值特性就是低延時。用戶周邊設(shè)備能從低延時中受益，原因是這些周邊設(shè)備使得產(chǎn)品制造商能向使用者提供即時回饋。

一般而言，網(wǎng)狀網(wǎng)路(包括Thread)傾向具有高達(dá)幾百毫秒或以上延時，造成用戶不愉悅的體驗(yàn)，幾乎所有人都經(jīng)歷過按下按鈕后沒有反應(yīng)，然后再按下按鈕，燈光終于亮起，卻又立即關(guān)掉的情形?，F(xiàn)在，采用有線照明開關(guān)不會產(chǎn)生類似情況，因此沒人僅因“現(xiàn)在是用無線的”作為理由而接受這種窘?jīng)r。能夠在網(wǎng)路中新增低延時的人性化介面裝置對ZigBee而言非常關(guān)鍵。

.ZigBee Green Power

ZigBee 3.0還包括ZigBee Green Power，其最初是制定為超低功耗的無線標(biāo)準(zhǔn)，用以支援能量收集設(shè)備。能量收集設(shè)備是指不使用電池也能從環(huán)境中擷取能量(如運(yùn)動、光線、壓電、帕爾貼效應(yīng)等)的設(shè)備。最常見的應(yīng)用是照明開關(guān)，其中，開關(guān)的拉動產(chǎn)生能量，然后向電燈傳送無線通訊包。Green Power對于只偶爾存在于網(wǎng)路中的設(shè)備而言十分有效，如此使得這些設(shè)備能夠安全進(jìn)出網(wǎng)路，因此可在大部分時間處于關(guān)閉狀態(tài)。

作為超低功耗的無線技術(shù)，Green Power對于使用電池供電的設(shè)備而言也是非常有效，這使得這些設(shè)備能用同一電池運(yùn)行多年。Green Power同時還允許低成本端網(wǎng)點(diǎn)與網(wǎng)路中其他設(shè)備通訊，特別是在不需要Mesh情況下。

ZigBee完全相容Wi-Fi/IP

ZigBee 3.0完全相容IP。ZigBee設(shè)備與Wi-Fi設(shè)備類似，通常透過路由器、閘道或機(jī)上盒連接到互聯(lián)網(wǎng)，讓人可在世界其他地方利用連接互聯(lián)網(wǎng)的個人電腦、平板或智慧手機(jī)應(yīng)用程式等任何其他設(shè)備實(shí)現(xiàn)即時控制(圖3)。由于ZigBee完全相容Wi-Fi和IP，因此沒必要在手機(jī)本身插入ZigBee晶片，從而發(fā)現(xiàn)和控制ZigBee連接的智慧家居和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。只要通過任何聯(lián)網(wǎng)中心均可讓這一切實(shí)現(xiàn)，這意味著，透過Wi-Fi或蜂窩網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)的個人電腦和智慧手機(jī)可以作為指示板，并可毫不費(fèi)力發(fā)現(xiàn)并與其他ZigBee設(shè)備進(jìn)行通訊。

　　圖3　智慧家庭聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用概念

ZigBee 3.0具有開放性、普遍性和完整性，可與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程式完全相容，此技術(shù)是智慧家居的最佳解決方案，應(yīng)用范圍可涵蓋照明、安全、恒溫器、遙控器等。而且ZigBee 3.0十分安全，支援不使用電池的設(shè)備、網(wǎng)狀、低延時及能量收集。對于許多應(yīng)用程式創(chuàng)造者而言，該技術(shù)是高于IEEE 802.15.4無線電技術(shù)的獨(dú)一聯(lián)網(wǎng)解決方案。將來許多物聯(lián)網(wǎng)傳感和控制網(wǎng)路及應(yīng)用程式會把ZigBee 3.0視為低能耗的Wi-Fi。