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引言

2002年ZigBee 聯(lián)盟成立，符合ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品在之后的兩年里陸續(xù)面世，剛誕生的ZigBee被廣泛看好并得到了諸多溢美之詞。能組成一個(gè)自組織，低功耗，自修復(fù)的巨大無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，傳感網(wǎng)絡(luò)一直是一個(gè)客觀需求，憑借當(dāng)時(shí)已經(jīng)提出并廣泛知悉的Bluetooth和WiFi卻不太現(xiàn)實(shí)，Bluetooth弱在不能組網(wǎng)，發(fā)展到現(xiàn)今的Bluetooth也還是一樣，而WiFi的劣勢(shì)是功耗和成本。而傳感網(wǎng)絡(luò)需要大量的節(jié)點(diǎn)和靈活的布設(shè)，有線的方式則最后的退路，無(wú)線才是王者。當(dāng)時(shí)IEEE　802.15的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)相續(xù)制定，ZigBee　聯(lián)盟不再?gòu)念^制定協(xié)議，而是在IEEE802.15.4的基礎(chǔ)增加支持更多網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以達(dá)到最初的目的?！?/span>ZigBee出生時(shí)的背景大致如此，之后的發(fā)展則與愿景可謂大相徑庭。在中國(guó)熱火的物聯(lián)網(wǎng)大潮背后，ZigBee的機(jī)會(huì)在哪里？

圖一　ZigBee愿景之一是讓你掌控家中一切

ZigBee的發(fā)展

在ZigBee的發(fā)展里程中已經(jīng)經(jīng)過(guò)的４個(gè)重要的里程，對(duì)應(yīng)的成果大致是４個(gè)ZigBee協(xié)議版本，分別是ZigBee　v1.0(2004), ZigBee2006，ZigBee2007/pro到如今ZigBee2012，最初也是想做一個(gè)大而全的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，僅僅有通信協(xié)議，而沒(méi)有“應(yīng)用”協(xié)議。初生的技術(shù)想包羅萬(wàn)象卻沒(méi)有包羅萬(wàn)象的能力，如同年輕氣盛的少年一般，ZigBee難免遇到挫折，雖然從后面的技術(shù)演進(jìn)來(lái)看，在ZigBee2006時(shí)，這個(gè)叫ZigBee的通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)較為穩(wěn)定和完整?！≡?/span>聯(lián)盟的努力和償試下，經(jīng)過(guò)了這４次比較重要的更新，在通信的兼容性，網(wǎng)絡(luò)的魯棒性已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，同時(shí)更為重要的是意識(shí)到“?！北取叭备咏咏夹g(shù)現(xiàn)實(shí)，這一轉(zhuǎn)變給了ZigBee發(fā)展全新的氣象，在內(nèi)部進(jìn)行分化，同時(shí)也讓這些不同的分支可以“求同存異”，這些衍生的成果就是應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，自此ZigBee在不同的應(yīng)用領(lǐng)域出現(xiàn)了不同的實(shí)施細(xì)則，按照各協(xié)議的通行做法，把這部分實(shí)施細(xì)則命名為“Profile”。

不同的ZigBee聯(lián)盟成員廠商在生產(chǎn)不同的商品，因此他們追逐不同的Profile，各自在自己的領(lǐng)域推廣ZigBee的技術(shù)，也不斷通過(guò)市場(chǎng)需要來(lái)完善Profile，進(jìn)而推動(dòng)ZigBee技術(shù)的推廣和發(fā)展。自分化的開(kāi)始，ZigBee 聯(lián)盟前后共提出了10項(xiàng)Standard Profile(見(jiàn)表一)，部分尚在制定之中，按規(guī)定，某些Profile可以共存于一個(gè)設(shè)備。聯(lián)盟還曾提出對(duì)ZigBee協(xié)議進(jìn)行簡(jiǎn)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)

這些Profile的提出讓ZigBee的發(fā)展如沐春風(fēng)，同時(shí)也出現(xiàn)了參差不齊狀況。ZHA/ZBA的提出相對(duì)較早，也是市場(chǎng)上需求最明顯的領(lǐng)域之一，不過(guò)這兩個(gè)Profile依然是過(guò)于全面，它的應(yīng)用愿景仍然讓人感覺(jué)是無(wú)所不能。按照ZHA的設(shè)想，家里凡是用電或者需要控制的設(shè)備和物件都能接入ZigBee網(wǎng)絡(luò)，雖然理論上完全可以做，技術(shù)也能做得到，但是商業(yè)上還差一點(diǎn)，我想沒(méi)有幾戶人家愿意把剛買(mǎi)１年的冰箱換成一個(gè)帶無(wú)線控制功能的冰箱，窗簾和電視也是一樣。所以阻礙ZigBee快速普及的也許不是技術(shù)的不成熟，而是那些已經(jīng)到了百姓手上的產(chǎn)品，它們還沒(méi)有到更新?lián)Q代的時(shí)候。新樓新房是比較容易考慮這些新技術(shù)，據(jù)筆者了解，在深圳有多家地產(chǎn)公司投資智能家居行業(yè)，他們可以把產(chǎn)品直接集成到自己的樓盤(pán)里，提升附加值。目前也鮮有成功典范可以拿到這里評(píng)論，因?yàn)樗麄內(nèi)匀粺o(wú)法提供完整的，理想的ZHA體驗(yàn)，作為一家公司，往往只能提供某些特定的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的組合甚至還無(wú)法讓人聯(lián)想起來(lái)它就是運(yùn)用了某種無(wú)線技術(shù)的智能設(shè)備。結(jié)果是集成了智能家居的房也未見(jiàn)得好賣(mài)，ZHA這個(gè)配角也未能走俏。誠(chéng)然，這當(dāng)中還有許多別的原因，但ZHA涉及的產(chǎn)品過(guò)泛，企業(yè)很難跟上標(biāo)準(zhǔn)的步伐也應(yīng)是導(dǎo)致ZHA未能走進(jìn)百姓家的原因之一。

彼時(shí)ZHA未能如愿成為市場(chǎng)寵兒，但ZigBee 聯(lián)盟的努力卻是值得肯定的，并且可以說(shuō)為以后的ZigBee發(fā)展確定一個(gè)極為正確的方向，那就是——細(xì)化標(biāo)準(zhǔn)，保證兼容。2012年10月，Philips Hue 在Apple Store開(kāi)賣(mài)。Hue提供了1600萬(wàn)色供用戶自行選擇，可以使用蘋(píng)果和安桌設(shè)備無(wú)線控制，大約8.5W的功耗，簡(jiǎn)單時(shí)尚的外觀設(shè)計(jì)，價(jià)格高于市場(chǎng)同類產(chǎn)品，新穎的功能還是讓它大受歡迎，根據(jù)核心供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù)表明，在短短的１年內(nèi)其銷(xiāo)量已經(jīng)超過(guò)2.3Million。它內(nèi)部使用的無(wú)線協(xié)議是ZLL,　它讓ZigBee與時(shí)常生活連接起來(lái)，是生活照明控制標(biāo)準(zhǔn)上的一個(gè)重大創(chuàng)新，這盞燈不僅照亮了生活，也照亮了ZigBee設(shè)備在生活中的空白。ZLL是ZHA之后更具針對(duì)性地一套應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，它是ZigBee之上專門(mén)用于照明控制的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，連設(shè)備的類型也規(guī)定了，只有２類！非常簡(jiǎn)單！至今還有關(guān)于ZLL是否能帶好良好體驗(yàn)的爭(zhēng)論，但Hue的故事證明已無(wú)須再辨。ZLL開(kāi)發(fā)者知道，這個(gè)協(xié)議是支持ZHA的，而ZLL中的燈也是Router，可以作為將來(lái)家里其他設(shè)備的低速無(wú)線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，因此ZLL敲開(kāi)的一角也許已經(jīng)打開(kāi)ZigBee進(jìn)入百姓生活的那扇門(mén)。

圖二　ZLL應(yīng)用場(chǎng)景示意

ZigBee的熱與冷

目前已經(jīng)有應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的領(lǐng)域除了ZLL以外，ZSE產(chǎn)品也已經(jīng)大量出貨，在英國(guó)和法國(guó)均有大規(guī)模的安裝。而且ZSE還發(fā)展了下一版的標(biāo)準(zhǔn)，以適應(yīng)能源管理的需要。綜觀目前有較大出貨的ZigBee設(shè)備，它通常對(duì)應(yīng)了一個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。往往單個(gè)公司提供的產(chǎn)品就能夠組成完整的工作網(wǎng)絡(luò)，能解決用戶的某一類應(yīng)用需求。復(fù)雜的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展較為緩慢，它更重要的意義是指明了發(fā)展方向?？偟膩?lái)說(shuō)，前文提到的Profile都有其對(duì)應(yīng)主導(dǎo)的公司，主導(dǎo)者也往往是行業(yè)里的巨擘，發(fā)展的快慢不盡一致。

在工業(yè)領(lǐng)域，比如礦井井下人員定位，油田數(shù)據(jù)采集等應(yīng)用上ZigBee也有相當(dāng)?shù)陌l(fā)展，這些應(yīng)用則沒(méi)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，一般以企業(yè)自定應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)完成，各家公司的產(chǎn)品雖然都是應(yīng)用了ZigBee協(xié)議，但相互間并不能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用上的兼容，工業(yè)上的需求總量可能會(huì)小于商業(yè)需求，并沒(méi)有得到足夠的重視，目前也還沒(méi)有看到相關(guān)的Profile發(fā)布。目前工業(yè)上的測(cè)量和監(jiān)控也對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)不是沒(méi)有需求，部分由433MHz的無(wú)線模塊填補(bǔ)，還有的仍然在使用有線連接，缺乏良好的可擴(kuò)展，可靈活布置的，且數(shù)據(jù)安全的無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)仍然是個(gè)亟待解決的問(wèn)題。由于工業(yè)傳感數(shù)據(jù)采集設(shè)備和傳輸設(shè)備通常由不同的供應(yīng)商提供，目前也有公司供應(yīng)ZigBee數(shù)傳模塊來(lái)適應(yīng)這個(gè)需要，不過(guò)每家公司提供的ZigBee數(shù)傳模塊卻有著不同私有標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際上也盡不兼容。

在全球范圍來(lái)看，美國(guó)的Digi International生產(chǎn)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，而且模塊的硬件和軟件接口是統(tǒng)一的，它自定了一個(gè)名叫“Drop-in networking profile”的應(yīng)用規(guī)范，沒(méi)有向聯(lián)盟提交為標(biāo)準(zhǔn)，它支持透明傳輸和AT指令模式，是最規(guī)范的ZigBee數(shù)傳模塊。

ZigBee在國(guó)內(nèi)的發(fā)展

國(guó)內(nèi)在標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用方面，ZLL和ZHA等都有企業(yè)在做，ZLL是一個(gè)簡(jiǎn)單而實(shí)用的標(biāo)準(zhǔn)，目前國(guó)內(nèi)也有企業(yè)跟進(jìn)，這部分企業(yè)緊隨潮流，也是中國(guó)產(chǎn)業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型的一個(gè)寫(xiě)照。ZLL的現(xiàn)狀是火熱的，中小型照明企業(yè)可以直接利用這一現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)快步進(jìn)入或參與這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)，由于標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)非常完善，加之此類產(chǎn)品已經(jīng)滲入生活，市場(chǎng)已經(jīng)有了先驅(qū)，需求是明顯的，所以風(fēng)險(xiǎn)可能會(huì)小一些。開(kāi)發(fā)ZLL產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)可以找方案公司，在開(kāi)發(fā)上采取外包的方式會(huì)降低入門(mén)的難度。多家芯片廠商都有在華推廣ZigBee的解決方案，比如Atmel, Texas Instrument, NXP, Marvell等，國(guó)內(nèi)以TI的方案多見(jiàn)。RF-Star是TI公司在國(guó)內(nèi)的Design House,提供完整的ZLL方案和開(kāi)發(fā)支持，同時(shí)也提供兼容“Drop-in networking profile”的RBee系列模塊。從事ZHA產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的代表是南京物聯(lián)，目前已經(jīng)積累多款產(chǎn)品，并在一線城市開(kāi)設(shè)了體驗(yàn)店。

10項(xiàng)Profile與RF4CE是目前ZigBee應(yīng)用上最重要的分支，但國(guó)內(nèi)的企業(yè)不夠重視，部分企業(yè)仍然把ZigBee當(dāng)作一種“2.4G無(wú)線通信”技術(shù)來(lái)使用，而未采用標(biāo)準(zhǔn)，這樣的產(chǎn)品不易維護(hù)和維修，同時(shí)長(zhǎng)期來(lái)看開(kāi)發(fā)成本也是高于標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的，其市場(chǎng)也被限制在國(guó)內(nèi)，希望從業(yè)者能注意到這一點(diǎn)。

特別要提出的是：產(chǎn)品的認(rèn)證是一個(gè)重要的問(wèn)題，產(chǎn)品的認(rèn)證需要加入ZigBee 聯(lián)盟成為會(huì)員，再將產(chǎn)品送４大實(shí)驗(yàn)室之一進(jìn)行認(rèn)證測(cè)試，否則產(chǎn)品不可標(biāo)識(shí)為支持ZigBee的設(shè)備。中國(guó)大陸地區(qū)已經(jīng)有至少40家公司或組織加入了ZigBee聯(lián)盟，其中華為和CESI是高級(jí)別的會(huì)員。今年10月，中國(guó)電子標(biāo)準(zhǔn)化研究院（CESI）成立ZigBee測(cè)試實(shí)驗(yàn)室，現(xiàn)時(shí)它支持ZLL的認(rèn)證，后續(xù)將會(huì)增加對(duì)其他Profile的認(rèn)證。支持多項(xiàng)Profile測(cè)試的Trac公司也已經(jīng)在深圳建立實(shí)驗(yàn)室，也會(huì)極大地方便華南的ZigBee產(chǎn)品企業(yè)。

結(jié)語(yǔ)

作為一門(mén)誕生了10余年的技術(shù)，ZigBee的標(biāo)準(zhǔn)化之路也是展示了技術(shù)的演進(jìn)路線，在某些領(lǐng)域已經(jīng)逐步得到認(rèn)可和應(yīng)用，并且制定了應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)(Profile)，經(jīng)過(guò)多年的磨礪后真正融入了產(chǎn)品和生活，并仍然有提高的空間。ZigBee作為一個(gè)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)還有更寬的應(yīng)用領(lǐng)域，可謂是當(dāng)下蓬勃發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的支柱。如果說(shuō)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化是趨勢(shì)，那么這些還沒(méi)有出現(xiàn)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的領(lǐng)域就是ZigBee更大的未來(lái)。