ZigBee3.0 深度解读 ZigBee3.0

ZigBee3.0能彻底解决智能家居互联互通的问题吗?

　　二个月前，极客公园一篇《为什么要装这么多 App 去控制我的「智能家电」》的文章在智能家居圈子引起了很大的反响，直击了智能家居行业不同厂家的产品不能互联互通的行业痛点。文章中写到智能家居行业中如此多的APP给用户造成很大的困扰。用户如果需要使用不同厂商生产的智能设备，必须购买不同厂商的智能家居网关设备和使用不同厂家的APP去控制智能设备，这极大的降低了用户购买和使用智能家居产品的热情。那么造成智能家居不能实现互联互通的根本原因是什么呢?那还得从智能家居产业链说起。

　　智能家居的产业链

　　智能家居产业链分为协议(或称标准)提供商、IC芯片厂家(通常也是软件协议栈提供商)、解决方案商、智能家居产品商。我们主要从智能家居产业链的源头协议说起。智能家居的主流协议主要分为Wi-Fi、ZigBee、Z-Wave。Wi-Fi协议主要由于高功率、组网相对复杂、节点少等原因不能够大规模应用于智能家居的设备中，但由于Wi-Fi高传输率的特性非常适合应用于智能摄像头等智能家居产品。

　　所以Wi-Fi协议在智能家居中角色主要是作为补充协议存在。Z-Wave协议由于低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信、互通性高在欧洲得到了比较广泛的应用，Z-Wave的网关是可以控制不同厂家基于Z-Wave协议的设备，但是由于Z-Wave在频段在908.42MHz(美国)~868.42MHz(欧洲)之间，这个区间的频段在中国属于工业频段，不能够民用，所以Z-Wave协议在国内计几乎没有应用。剩下的ZigBee协议凭借低功耗、网状组网、节点多、高安全性等属性成为在智能家居行业应用最广泛的协议。只可惜，ZigBee协议最大的问题是互通性不好，不同厂家虽然都是采用ZigBee协议，但是就是不能互相控制。原因也得从ZigBee的前世今生说起。

　　ZigBee的前世今生

　　ZigBee协议的诞生源于对工业物联网的需求。为了满足不同的应用背景，ZigBee联盟先后颁布ZigBee Home Automation (ZigBee HA), ZigBee Light Link(ZigBee LL), ZigBee Building Automation(ZigBee BA), ZigBee Retail Services(ZigBee RS), ZigBee Health Care(ZigBee HC), ZigBee Telecommunication services(ZigBee TS) 等应用层协议来满足智能家居、智能照明、智能建筑、智能零售、智能健康、智能通信服务等领域。

　　问题是这些应用层协议是独立不互通的。比如ORVIBO欧瑞博采用了标准的ZigBee HA协议的智能开关和飞利浦philips采用标准的ZigBee LL的Hue智能灯泡是不能互相控制的。这里强调标准的ZigBee协议的原因是由于早期ZigBee版本由于标准化做的不好，给了厂商太多选择，很多厂商虽然采用了ZigBee HA的协议，但是终端的智能家居厂商根据自家的需求定制化了ZigBee HA，而非标准ZigBee协议，导致不同厂家产品还是不能互联互通。也有点类似于Android，不同手机厂商都是采用Android系统，但是都进行了大量的定制化，导致最后的手机系统也是千差万别。ZigBee联盟对于ZigBee HA的标准化问题也是伤透了脑筋，为此，还专门组织一批组织机构做ZigBee HA认证，比如最新的ZigBee HA1.2认证，只要经过ZigBee HA1.2认证的产品就能够实现互联互通。

　　实验证明，采用标准ZigBee HA1.2的产品是可以互联互通的，笔者亲测过Smartthings的网关可以控制ORVIBO欧瑞博的智能开关，ORVIBO欧瑞博的网关也可以控制GE的智能灯泡。看到这里，我们大概可以了解到智能家居不能互联互通的根本原因是应用智能家居最广泛的ZigBee协议有很多应用层协议，不同的应用层协议彼此是独立不互通的;另外即使采用相同的应用层协议，也有可能由于应用协议标准化的问题导致设备不兼容。可以说，ZigBee之前仅仅解决了智能设备的连接问题，但是没有解决智能设备的互联互通的问题。

　　ZigBee3.0 来了

　　终于，ZigBee3.0来了，来解决智能家居互联互通了!今年5月初，ZigBee联盟联手ZigBee联盟中国组成员在上海亚洲消费电子展(CES Asia)举办新闻发布会暨剪彩仪式，正式向亚洲市场推出了ZigBee3.0!IC厂商TI、NXP、GreenPeak、Atmel，解决方案商ORVIBO欧瑞博、顺舟智能科技，智能家居厂商飞利浦、美的等主要智能家居上下游玩家均参加了新闻发布会。ZigBee联盟推出ZigBee3.0主要的任务就是为了统一ZigBee Home Automation (ZigBee HA), ZigBee Light Link(ZigBee LL), ZigBee Building Automation(ZigBee BA), ZigBee Retail Services(ZigBee RS), ZigBee Health Care(ZigBee HC), ZigBee Telecommunication services(ZigBee TS)等应用层协议，解决了不同应用层协议之间的互联互通问题，比如ORVIBO欧瑞博采用ZigBee HA3.0的智能开关可以和Philips Hue智能灯泡互联互通，用户只要购买任意一个经过ZigBee3.0的网关就可以控制不同厂家基于ZigBee3.0的智能设备。

　　ZigBee3.0统一了采用不同应用层协议的ZigBee设备的发现、加入和组网方式，使得ZigBee设备的组网更便捷、更统一。另外，ZigBee3.0也进一步加强了ZigBee网路的安全性。稍显遗憾的是，ZigBee3.0并没有统一ZigBee Smart Energy 应用层协议。ZigBee应用层协议用于读取电表的电量数据，比如应用了ZigBee Smart Energy的智能家庭可以知道每个家庭每月，每个星期、甚至每天的电量数据，物业管理公司和电力公司可以实时知道每个家庭的电量消耗以便收取电费。ZigBee联盟也推出了ZigBee3.0认证来规范各个厂商使用标准的ZigBee3.0协议，以保证基于ZigBee3.0设备的互通性。

　　智能家居上下游产业链怎么看待ZigBee3.0

　　智能家居上下游产业链非常欢迎ZigBee3.0的推出。TI、NXP等IC厂商表示将在2016年的Q3、Q4推出基于ZigBee3.0的芯片解决方式。国内知名智能家居厂商ORVIBO欧瑞博也表示会及时跟进ZigBee3.0，将会第一时间推出基于ZigBee3.0的智能家居产品。国际智能家居巨头Philips也表示会尽快推出 ZigBee3.0的智能灯泡等产品。在ORVIBO欧瑞博研发总监谭荣港看来，ZigBee3.0还是来的晚了一些。谭荣港对笔者表示：“智能家居不能互联互通的问题已经严重影响了智能家居的普及速度。ZigBee3.0的构想已经提了一年多，今年终于正式推出。ORVIBO欧瑞博会第一时间推出了基于标准的ZigBee3.0的智能家居产品，保证与其他厂商产品的互联互通。ZigBee3.0已经在ZigBee协议层面解决了互联互通的问题，但是在和其他协议的互联互通还要继续努力。”

　　ZigBee3.0解决了智能家居领域应用最主流协议ZigBee不同应用层协议互联互通的问题，也进一步标准化了ZigBee协议，向智能家居的互联互通迈出了一大步。可以推测到一两年后，大部分ZigBee阵营的智能家居产品可以互联互通，用户只需要用一个ZigBee网关和一个APP，就可以控制所有基于ZigBee的智能家居产品。相信到那时，智能家居可以更好的落地和普及。那么ZigBee3.0能彻底解决智能家居互联互通的问题?目前还有难度。跨协议互联互通的问题还没有解决，这就需要不同的协议(或称标准)提供商继续在底层协议合作和妥协，这个合作和妥协的过程可能会比较艰难。目前最好的解决方案可能就是智能家居厂商的网关设备支持多协议标准，做统一的UI交互。

    随着物联网市场的加速发展，物联网变得更为触手可及，围绕物联网的宣传更加紧锣密鼓，而且令人更加困惑。我们是时候面对现实情况，去鉴定现状并且评估事情走向。有些困惑已经消除了，而有些则变本加厉——让我们一起从简化了的方面开始探讨吧。

无线电技术

    两年前，世界对可能有助于物联网的不同无线电技术掀起了讨论热潮。一些公司主张，WiFi和蓝牙的存在就已足够，而其他公司开始推动IEEE 802.15.4（即ZigBee和Thread的底层无线电技术）。实际上，如今大多数的联网技术决策者能坦然接受并完全明白，物联网会针对不同的应用程序使用全部三种技术。

    为了弥补WiFi的劣势（相对于ZigBee而言），市场开始推行使低功耗WiFi（IEEE 802.11ah）标准化的活动。虽然该领域的活动仍在如火如荼地进行，并且可能会由此制订出标准，但全球对此的接纳程度却难以预测。由于世界不同地区所用的规格和型号不同，该标准并非是放诸四海而皆准的。雪上加霜的是，即使这一全新的低功耗标准被称为WiFi，但其并不兼容「真正」的WiFi，而是一种完全不同的无线电和MAC技术。既然如此,那为什么不采用IEEE 802.15.4呢？这已经是一个通用标准，并且涵盖了新的低功耗WiFi开发商为之奋斗的所有特性，而新类型的「WiFi」并没有多大意义。

    而蓝牙作为物联网标准而言，存在致命性缺陷——其设计理念是替代点对点有线传输技术而非联网技术的。为了解决该缺陷，一些公司开始针对蓝牙研究网络层（「蓝牙网格」（Bluetooth Mesh）），但面临着严峻挑战。以前，许多业内联网工程师已经见证了类似的mesh联网所作出的努力均以失败告终。例如IEEE 802.11s虽然存在，但几乎未曾使用，并只应用于单跳网格拓扑（中继器）之中，其主要问题是，在支持多跳时无法控制延时。因此，网络技术工程师对新的蓝牙mesh情况持怀疑的态度也在意料之中。

    因此，结果就是全球无线市场已经承认了三大核心的物联网无线电技术，我们目前熟悉的IEEE/802.11/WiFi，适用于内容-分发；IEEE 802.15.4/ZigBee则适用于像智能家居类的传控器Sentroller（即具备控制功能的传感器）网络，而蓝牙，包括低功耗蓝牙，则适用于连接个人局域网络（围绕智能手机）以及可穿戴式设备。前两种用于将家居设备连接到互联网，最后一种主要使用智能手机进行网络连接。

    许多供应商已经提供了各种各样的交叉无线电产品：WiFi/蓝牙、ZigBee/蓝牙和WiFi/ZigBee/蓝牙。所有这些产品的定价可能尚不太合理，却传达了明确的潜在信息：全球三大开放的统一无线电通信标准奠定了物联网的基础，由此带来了福音。


  标题：物联网世界，目前现有或已发布的短程物联网标准。

联网技术

    现在谈谈不太好的消息：新困惑。十多年前，相互竞争的无线电技术冲突随着WiFi的出现而结束，WiFi是最后的赢家（而HomeRF和其他几种技术随之销声匿迹），之后，围绕联网和应用层爆发了新的技术革命。今天，所有人都熟悉TCP/IP，即使未曾听闻该项技术，也会在通过网络和本地网络进行通信时用得到。然而，为了达到该阶段，多个网络标准进行过殊死搏斗：网络操作系统Novell Netware（谁还记得？）、Bayan Vines、 Microsoft LanManager、IBM SNA等。当时，几乎各大型电子公司都觉得必须通过自行定义网络层技术，在历史上留下个人专属印记。

    坦白地说，这就是今天物联网和智能家居领域正在经历的一切。显而易见，许多业内领先公司再次重蹈覆辙，忘记了标准战争会不利于且会减缓新技术的采用。苹果公司的HomeKit、谷歌公司的Brillo、高通公司的Alljoyn、英特尔公司的IoTivity以及最近华为公司从中国家居层面出发而提出的LiteOS。所有这些新兴的应用程序框架现在均在角逐获取行业的精神支持，努力成为「物联网的佼佼者」，期待着世界效仿。

    同时，也存在另一重的困惑。紧随应用程序框架层的步伐，联网层面也是箭弩拔张之势。ZigBee 3.0明显是竞争对手，其挑战者则是Thread。然而，更令人百思不得其解的是，Thread Group中几个主力角色（如飞思卡尔、ARM 以及Silicon Labs，特别都是半导体公司）同时也在ZigBee Alliance占据突出的领导地位（是的，这是一个混杂的世界）。因此，看似这些科技公司自己也或多或少有点困惑……

    Thread于去年年底公布，但至今仍然处于保密状态。人们只能纷纷猜测它的内涵，但从已泄露的资料来看，Thread要想发展成为ZigBee 3.0强而有力的竞争对手是有难度的。这也在意料之中，因为ZigBee 3.0已经整合了许多应用领域（照明控制、家庭自动化、楼宇自动化、零售等）多年的经验。ZigBee的认证程序已经稳健地启动并开展，授权了多家检测中心，对1,000多个ZigBee产品进行了认证。ZigBee显然已经成为世界上众多物联网和智能家居系统制造商的首选技术。同时，ZigBee功能非常容易使用，更支持强大的安全协议。由于传感器和边缘设备通常未设有键盘来输入安全码，因此其实现正面临着重大挑战，故强而有力的安全协议显得十分重要

    最重要的是，ZigBee 3.0支持经历过众多迭代形成的应用程序库。因此，Thread Group认真考虑采用ZigBee应用程序库运行Thread也就不足为奇了。但不仅限于此：（1）ZigBee 3.0和ZigBee RF4CE在消费电子世界稳占一席之地；（2）ZigBee 3.0同时包括ZigBee Green Power 功能。让我们详细了解一下吧。

ZigBee RF4CE

    ZigBee RF4CE最初是在消费电子领域开发的，用于替代基于无线电远程控制的红外（IR）遥控，因此无需再使用瞄准后单击的模式了。随后，其经历了明显的演变，最新的版本（ZRC 2.0）已完全集成了ZigBee应用程序库。这意味着针对电视和机顶盒设计的遥控器同样可以控制家里的灯具、灯光、窗帘、遮阳罩等。随着时间的推移，消费电子领域和智能家居领域有望继续重叠及融合，而ZRC 2.0对此的定位恰到好处。

    ZigBee RF4CE依然完全向后兼容传统的红外技术。ZigBee远程控制可自动检测并下载需要红外的传统设备所需的代码集。由于具有以上所有功能以及得到国际上的认可，RF4CE使得 ZigBee成为智能家居的重要推动者也就不足为奇了，而智能家居又给有线电视运营商和电视运营商的服务带来了重大的新机遇。

    除了超低功耗需求外（可与低功耗蓝牙媲美，而覆盖范围更好），ZigBee RF4CE的关键增值特性就是低延时。用户接口设备能从低延时中受益，原因是这些接口设备使得产品制造商能即时向用户提供即时反馈（通常在30毫秒以内）。一般而言，网状网络（包括Thread）倾向具有高达几百毫秒或以上的延时，造成用户很不愉悦的体验。几乎所有人都经历过按下按钮后没有反应，然后再按下按钮，灯光终于亮起，却又立即关掉的情形：这很令人崩溃！现今，采用有线的照明开关不会产生类似情况，因此没人仅仅由于「现在是用无线的」作为理由而接受这种窘况。能够在网络中新增低延时的人性化接口装置对ZigBee而言非常关键。

ZigBee Green Power

    ZigBee 3.0还包括ZigBee Green Power。ZigBee Green Power最初是制定为超低功耗的无线标准，用以支持能量收集设备。能量收集设备是指不使用电池也能从环境中提取能量需求（如运动、光线、压电、帕尔贴效应等）的设备。最常见的应用是照明开关，其中，开关的拉动产生了能量，然后向电灯传送无线通信包（「开」、「关」等）。Green Power对于只偶尔存在于网络中的设备而言十分有效（设备通电时）。Green Power使得这些设备能够安全地进出网络，因此可在大部分时间处于关闭状态。

    作为超低功耗的无线技术，Green Power对于使用电池供电的设备而言也是非常有效的，这是因为其使得这些设备能用同一电池运行多年。Green Power同时还允许低成本端网点与网络中其他设备通信，特别是在不需要mesh的情况下。总之，Green Power是ZigBee 3.0的重大补充。

ZigBee 3.0 IP兼容性

    ZigBee 3.0也完全兼容IP。ZigBee设备与WiFi设备类似，通常通过路由器、网关或机顶盒连接到互联网，让人可在世界其他地方利用连接了互联网的个人计算机、平板电脑或智能手机应用程序等任何其他设备实现即时控制。由于ZigBee 完全兼容WiFi和 IP，因此没有必要在手机本身插入ZigBee芯片，从而发现和控制ZigBee连接的智能家居和物联网设备。只要通过任何联网中心（如路由器、机顶盒、网关）均可让这一切实现，这意味着，通过WiFi或蜂窝网进行联网的个人计算机和智能手机可以作为指示板，并其可以毫不费力地发现并与其他ZigBee设备进行通信。

ZigBee 3.0

    ZigBee 3.0具有开放性、普遍性和完整性，可与现有的互联网应用程序完全互相操作。现在，相关设备已经可以批量供货，预计可从每周生产一百万台至每天生产一百万台不等，可能已经有五亿台ZigBee设备面世。ZigBee 3.0是智能家居的最佳解决方案，应用范围广泛：照明、安全、恒温器、遥控器等。ZigBee 3.0十分安全，支持不使用电池的设备、网状、低延时以及能量收集，更是无与伦比，甚至未受到过挑战，即使Thread想方设法地想对其提出挑战。对于许多应用程序创造者而言，它是高于IEEE 802.15.4无线电技术的独一联网解决方案。将来，我们许多的物联网传感和控制网络及应用程序会把ZigBee 3.0视为低能耗的WiFi。

ZigBee联盟在上海正式推出最ZigBee3.0标准

2016年5月12日下午，为消费、商业和工业应用领域创建开放的全球物联网标准的非营利性组织ZigBee联盟联合ZigBee中国成员组在上海举行新闻发布会暨剪彩仪式，面向亚洲市场正式推出最ZigBee3.0标准，让更多消费者和企业能够获得可无缝协作并为人们日常生活带来便利的创新产品与服务。

ZigBee3.0基于 IEEE 802.15.4 标准、工作频率为2.4 GHz（全球通用频率）、使用 ZigBee PRO 网络，由ZigBee联盟市场领先的无线标准统一而来，是第一个统一、开放和完整的无线物联网产品开发解决方案。它从物理层延伸到应用层，包括面向日益增多的细分市场的互操作性认证和品牌建设，覆盖了最广泛的设备类型，包括家庭自动化、照明、能源管理、智能家电、安全装置、传感器和医疗保健监控产品。2016年1月，ZigBee3.0获批。

近年来，以中国等为代表的亚洲物联网智能家居飞速发展，碎片化的市场、碎片化的应用需要通过统一标准保证不同品牌设备的互操作性，ZigBee技术应用的需求与日俱增。ZigBee联盟联合ZigBee中国成员组成员，面向亚洲市场正式推出ZigBee3.0，进一步在中国乃至整个亚洲促进ZigBee标准的发展，能够帮助企业更好的将产品推向世界各地，加快推动ZigBee技术在更多领域的应用和完善。

发布会由ZigBee中国成员组主席宿为民主持。ZigBee联盟战略发展副总裁Mark Walter、ZigBee联盟技术副总裁Victor Berrios出席，分别以“ZigBee3.0——智慧家庭的推进者”和“ZigBee3.0——为什么，是什么和常见性问题”为主题对ZigBee3.0进行了诠释和系统介绍，并为发布会剪彩。

TI无线解决方案高级经理周怡颋、恩智浦半导体首席应用工程师汪绪龙、GreenPeak市场总监马春奇、Atmel微处理器应用与推广经理赵东锋、顺舟智能科技市场总监马永波、Wulian应用技术部总监邓永潮、飞利浦互联照明系统架构师陈秉舟、美的智能家居研究院薛国栋、欧瑞博产品研发总监谭荣港、中国电子技术标准化研究院工程师寇宏等来自芯片厂商、终端设备厂商和ZigBee测试认证研究院的专家参与剪彩，并分享了他们基于ZigBee3.0的解决方案、产品及服务。

ZigBee无线技术标准已有多年的发展历史，并被广泛应用于家庭、工业等领域。《全球ZigBee激活设备市场2016-2020报告》分析显示，全球ZigBee激活设备市场在2016-2020年期间的年均复合增长率将达到29.73 %。随着ZigBee3.0标准在亚洲的正式推出，ZigBee设备将会获得更大的发展空间。未来，ZigBee联盟和ZigBee中国成员组将持续推动ZigBee3.0标准在亚洲市场多个领域的普及与应用。

ZigBee 3.0: The Foundation for the Internet of Things is now Available!

ZigBee 3.0 is the unification of the Alliance’s market-leading wireless standards into a single standard. This standard provides seamless interoperability among the widest range of smart devices and gives consumers and businesses access to innovative products and services that will work together seamlessly to enhance everyday life.

ZigBee 3.0 certification is now available. Many Alliance members, including Atmel, Freescale, The Kroger Co., Legrand, NXP, Philips, Schneider Electric, Silicon Labs, Texas Instruments, Wincor Nixdorf, and V-Mark were actively involved in the development and testing process.

Why ZigBee 3.0?

ZigBee 3.0 simplifies the choice for developers creating Internet of Things products and services. It delivers all the features of ZigBee while unifying the ZigBee application standards found in tens of millions of devices delivering benefits to consumers today. ZigBee 3.0 standard enables communication and interoperability among devices for smart homes, connected lighting, and other markets so more diverse, fully interoperable solutions can be delivered by product developers and service providers.

Network Level Standardization

ZigBee 3.0 is based on IEEE 802.15.4, which operates at 2.4 GHz (a frequency available for use around the world) and uses ZigBee PROnetworking to enable reliable communication in the smallest, lowest-power devices.

• ZigBee is reliable and robust and uses multi-hop mesh networking to eliminate single points of failure and expand the reach of networks.
• ZigBee is low-power allowing battery-operated devices such as door and window sensors to operate for seven years. With the Green Power feature, you don’t need any batteries!
• ZigBee is scalable and supports networks of thousands of nodes providing a networking for the smart home or the smart city.
• ZigBee is secure and uses a variety of security mechanisms such as AES-128 encryption, device and network keys and frame counters.
• ZigBee is global and is built on 2.4 GHz which is available for unlicensed use anywhere around the world. This means a product developer can sell the same product anywhere on the planet.
  
  

Application Level Standardization

The ZigBee Alliance has always believed that true interoperability comes from standardization at all levels of the network, especially the application level which most closely touches the user. Everything from joining a network to device operations like on and off are defined so devices from different vendors can work together seamlessly.

ZigBee 3.0 defines more than 130 devices and the widest range of devices types including home automation, lighting, energy management, smart appliance, security, sensors, and health care monitoring products. It supports both easy-to-use DIY installations as well as professionally installed systems. All current device types, commands, and functionality defined in current ZigBee PRO-based standards are available in the ZigBee 3.0.

Availability

ZigBee 3.0 certification is now available to Alliance members.

Would you like access to ZigBee 3.0 today? It’s available to members, so join the Alliance today and become part of our global ecosystem.

Introductory Webinar

You can get an introduction to ZigBee 3.0 in this webinar presented by Alliance member experts.

Download the Webinar Presentation:

Webinar_ZigBee_3-Launch_FINAL.pdf (11.25 MB, 下载次数: 2, 售价: 100 智币)

2016-5-26 02:46 上传

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