ZigBee的發展也有「碎片化」

ZigBee的發展也有「碎片化」

——看ZigBee在各個領域的發展

關鍵字：ZigBee,Profile,應用標準,物聯網,碎片化

 

引言

2002年ZigBee 聯盟成立，符合ZigBee標準的產品在以後的兩年裏陸續面世，剛誕生的ZigBee被普遍看好並獲得了諸多溢美之詞。能組成一個自組織，低功耗，自修復的巨大無線網絡，傳感網絡一直是一個客觀需求，憑藉當時已經提出並普遍知悉的Bluetooth和WiFi卻不太現實，Bluetooth弱在不能組網，發展到現今的Bluetooth也仍是同樣，而WiFi的劣勢是功耗和成本。而傳感網絡須要大量的節點和靈活的佈設，有線的方式則最後的退路，無線纔是王者。當時IEEE　802.15的標準已經相續制定，ZigBee　聯盟再也不從頭制定協議，而是在IEEE802.15.4的基礎增長支持更多網絡節點的網絡協議以達到最初的目的。　ZigBee出生時的背景大體如此，以後的發展則與願景可謂截然不同。在中國熱火的物聯網大潮背後，ZigBee的機會在哪裏？ 

圖一　ZigBee願景之一是讓你掌控家中一切

 

ZigBee的發展

在ZigBee的發展里程中已經通過的４個重要的里程，對應的成果大體是４個ZigBee協議版本，分別是ZigBee　v1.0(2004), ZigBee2006，ZigBee2007/pro到現在ZigBee2012，最初也是想作一個大而全的無線網絡，僅僅有通訊協議，而沒有「應用」協議。初生的技術想一應俱全卻沒有一應俱全的能力，如同年輕氣盛的少年通常，ZigBee不免遇到挫折，雖然從後面的技術演進來看，在ZigBee2006時，這個叫ZigBee的通訊網絡已經較爲穩定和完整。　在聯盟的努力和償試下，通過了這４次比較重要的更新，在通訊的兼容性，網絡的魯棒性已經有了長足的進步，同時更爲重要的是意識到「專」比「全」更加接近技術現實，這一轉變給了ZigBee發展全新的氣象，在內部進行分化，同時也讓這些不一樣的分支能夠「求同存異」，這些衍生的成果就是應用標準，自此ZigBee在不一樣的應用領域出現了不一樣的實施細則，按照各協議的通行作法，把這部分實施細則命名爲「Profile」。

 

不一樣的ZigBee聯盟成員廠商在生產不一樣的商品，所以他們追逐不一樣的Profile，各自在本身的領域推廣ZigBee的技術，也不斷經過市場須要來完善Profile，進而推進ZigBee技術的推廣和發展。自分化的開始，ZigBee 聯盟先後共提出了10項Standard Profile(見表一)，部分尚在制定之中，按規定，某些Profile能夠共存於一個設備。聯盟還曾提出對ZigBee協議進行簡化而成的RF4CE，目前仍然在推廣之中。

 

表一　ZigBee　Profile列表(截至2013年11月)

編號	簡稱	全稱	應用
1	ZBA	ZigBee　Building Automation	樓宇自動化，能夠對空調與通風監控系統，給排水監控系統，照明系統，電力供應，綜合安保等提供通訊支持。
2	ZHC	ZigBee Health Care	衛生保健，將反映身體情況的體徵採集，可靠並且保密地傳輸給醫生或護士，以利於疾病的診斷。
3	ZHA	ZigBee Home Automation	智能家居，在家裏的任何地方都可以有效控制到燈光、空調等家用電器，同時將家用電器組織爲網絡，能夠進行自動控制。
4	ZID	ZigBee Input Device	輸入設備，爲計算機外設提供一個低功耗無線鏈接的統一標準，可用於鍵盤、鼠標、控制演講筆等消費電子。
5	ZLL	ZigBee Light Link	智能燈光，讓人們可使用手機、平板電腦、遙控控制家裏的光源，並提供良好的互操做性。
6	ZND	ZigBee Network Device	網絡設備，ZigBee網絡與其餘網絡進行橋接的標準。
7	ZRC	ZigBee Remote Control	遙控，爲全部須要遙控的消費電子提供統一的無線通訊接口。
8	ZRS	ZigBee Retail Service	零售服務，爲零售商的貨物管理及消費者的貨物挑選及支付提供更好的體驗。
9	ZTS	ZigBee Telecom Service	電信服務，電信運營商提供的增值服務，好比使用電信網絡進行家電控制，手機支持等。
10	ZSE	ZigBee Smart Energy	智慧能源，能夠對家庭的能源消耗進行統一管理，以節約能源消耗和生活開銷。

 

這些Profile的提出讓ZigBee的發展如沐春風，同時也出現了良莠不齊情況。ZHA/ZBA的提出相對較早，也是市場上需求最明顯的領域之一，不過這兩個Profile依然是過於全面，它的應用願景仍然讓人感受是無所不能。按照ZHA的設想，家裏凡是用電或者須要控制的設備和物件都能接入ZigBee網絡，雖然理論上徹底能夠作，技術也能作獲得，可是商業上還差一點，我想沒有幾戶人家願意把剛買１年的冰箱換成一個帶無線控制功能的冰箱，窗簾和電視也是同樣。因此阻礙ZigBee快速普及的也許不是技術的不成熟，而是那些已經到了百姓手上的產品，它們尚未到更新換代的時候。新樓新房是比較容易考慮這些新技術，據筆者瞭解，在深圳有多家地產公司投資智能家居行業，他們能夠把產品直接集成到本身的樓盤裏，提高附加值。目前也鮮有成功典範能夠拿到這裏評論，由於他們仍然沒法提供完整的，理想的ZHA體驗，做爲一家公司，每每只能提供某些特定的產品，這些產品的組合甚至還沒法讓人聯想起來它就是運用了某種無線技術的智能設備。結果是集成了智能家居的房也未見得好賣，ZHA這個配角也未能走俏。誠然，這當中還有許多別的緣由，但ZHA涉及的產品過泛，企業很難跟上標準的步伐也應是致使ZHA未能走進百姓家的緣由之一。

 

彼時ZHA未能如願成爲市場寵兒，但ZigBee 聯盟的努力倒是值得確定的，而且能夠說爲之後的ZigBee發展肯定一個極爲正確的方向，那就是——細化標準，保證兼容。2012年10月，Philips Hue 在Apple Store開賣。Hue提供了1600萬色供用戶自行選擇，可使用蘋果和安桌設備無線控制，大約8.5W的功耗，簡單時尚的外觀設計，價格高於市場同類產品，新穎的功能仍是讓它大受歡迎，根據核心供應商提供的數據代表，在短短的１年內其銷量已經超過2.3Million。它內部使用的無線協議是ZLL,　它讓ZigBee與時常生活鏈接起來，是生活照明控制標準上的一個重大創新，這盞燈不只照亮了生活，也照亮了ZigBee設備在生活中的空白。ZLL是ZHA以後更具針對性地一套應用標準，它是ZigBee之上專門用於照明控制的應用標準，連設備的類型也規定了，只有２類！很是簡單！至今還有關於ZLL是否能帶好良好體驗的爭論，但Hue的故事證實已無須再辨。ZLL開發者知道，這個協議是支持ZHA的，而ZLL中的燈也是Router，能夠做爲未來家裏其餘設備的低速無線網絡基礎設施，所以ZLL敲開的一角也許已經打開ZigBee進入百姓生活的那扇門。 

圖二　ZLL應用場景示意

 

ZigBee的熱與冷

目前已經有應用標準的領域除了ZLL之外，ZSE產品也已經大量出貨，在英國和法國均有大規模的安裝。並且ZSE還發展了下一版的標準，以適應能源管理的須要。綜觀目前有較大出貨的ZigBee設備，它一般對應了一個簡單的應用標準。每每單個公司提供的產品就可以組成完整的工做網絡，能解決用戶的某一類應用需求。複雜的應用標準的發展較爲緩慢，它更重要的意義是指明瞭發展方向。總的來講，前文提到的Profile都有其對應主導的公司，主導者也每每是行業裏的巨擘，發展的快慢不盡一致。

在工業領域，好比礦井井下人員定位，油田數據採集等應用上ZigBee也有至關的發展，這些應用則沒有相應的標準，通常以企業自定應用標準開發完成，各家公司的產品雖然都是應用了ZigBee協議，但相互間並不能實現應用上的兼容，工業上的需求總量可能會小於商業需求，並無獲得足夠的重視，目前也尚未看到相關的Profile發佈。目前工業上的測量和監控也對無線傳感網絡不是沒有需求，部分由433MHz的無線模塊填補，還有的仍然在使用有線鏈接，缺少良好的可擴展，可靈活佈置的，且數據安全的無線傳感節點仍然是個亟待解決的問題。因爲工業傳感數據採集設備和傳輸設備一般由不一樣的供應商提供，目前也有公司供應ZigBee數傳模塊來適應這個須要，不過每家公司提供的ZigBee數傳模塊卻有着不一樣私有標準，實際上也盡不兼容。

在全球範圍來看，美國的Digi International生產的XBee ZB系列的模塊是比較完整的，它提供了多款模塊可供選擇，並且模塊的硬件和軟件接口是統一的，它自定了一個名叫「Drop-in networking profile」的應用規範，沒有向聯盟提交爲標準，它支持透明傳輸和AT指令模式，是最規範的ZigBee數傳模塊。

 

 

 

ZigBee在國內的發展

國內在標準應用方面，ZLL和ZHA等都有企業在作，ZLL是一個簡單而實用的標準，目前國內也有企業跟進，這部分企業緊隨潮流，也是中國產業升級轉型的一個寫照。ZLL的現狀是火熱的，中小型照明企業能夠直接利用這一現成的標準快步進入或參與這個生態系統的建設，因爲標準已經很是完善，加之此類產品已經滲入生活，市場已經有了先驅，需求是明顯的，因此風險可能會小一些。開發ZLL產品在國內能夠找方案公司，在開發上採起外包的方式會下降入門的難度。多家芯片廠商都有在華推廣ZigBee的解決方案，好比Atmel, Texas Instrument, NXP, Marvell等，國內以TI的方案多見。RF-Star是TI公司在國內的Design House,提供完整的ZLL方案和開發支持，同時也提供兼容「Drop-in networking profile」的RBee系列模塊。從事ZHA產品開發的表明是南京物聯，目前已經積累多款產品，並在一線城市開設了體驗店。

 

10項Profile與RF4CE是目前ZigBee應用上最重要的分支，但國內的企業不夠重視，部分企業仍然把ZigBee看成一種「2.4G無線通訊」技術來使用，而未採用標準，這樣的產品不易維護和維修，同時長期來看開發成本也是高於標準產品的，其市場也被限制在國內，但願從業者能注意到這一點。

 

特別要提出的是：產品的認證是一個重要的問題，產品的認證須要加入ZigBee 聯盟成爲會員，再將產品送４大實驗室之一進行認證測試，不然產品不可標識爲支持ZigBee的設備。中國大陸地區已經有至少40家公司或組織加入了ZigBee聯盟，其中華爲和CESI是高級別的會員。今年10月，中國電子標準化研究院（CESI）成立ZigBee測試實驗室，現時它支持ZLL的認證，後續將會增長對其餘Profile的認證。支持多項Profile測試的Trac公司也已經在深圳創建實驗室，也會極大地方便華南的ZigBee產品企業。

 

結語

做爲一門誕生了10餘年的技術，ZigBee的標準化之路也是展現了技術的演進路線，在某些領域已經逐步獲得承認和應用，而且制定了應用標準(Profile)，通過多年的磨礪後真正融入了產品和生活，並仍然有提升的空間。ZigBee做爲一個無線傳感網絡還有更寬的應用領域，可謂是當下蓬勃發展物聯網的支柱。若是說技術標準化是趨勢，那麼這些尚未出現應用標準的領域就是ZigBee更大的將來。

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