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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。能組成一個自組織，低功耗，自修復(fù)的巨大無線網(wǎng)絡(luò)，傳感網(wǎng)絡(luò)一直是一個客觀需求，憑借當(dāng)時已經(jīng)提出并廣泛知悉的Bluetooth和WiFi卻不太現(xiàn)實，Bluetooth弱在不能組網(wǎng)，發(fā)展到現(xiàn)今的Bluetooth也還是一樣，而WiFi的劣勢是功耗和成本。而傳感網(wǎng)絡(luò)需要大量的節(jié)點和靈活的布設(shè)，有線的方式則最后的退路，無線才是王者。當(dāng)時IEEE　802.15的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)相續(xù)制定，ZigBee　聯(lián)盟不再從頭制定協(xié)議，而是在IEEE802.15.4的基礎(chǔ)增加支持更多網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以達(dá)到最初的目的。　ZigBee出生時的背景大致如此，之后的發(fā)展則與愿景可謂大相徑庭。在中國熱火的物聯(lián)網(wǎng)大潮背后，ZigBee的機會在哪里？

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)過的４個重要的里程，對應(yīng)的成果大致是４個ZigBee協(xié)議版本，分別是ZigBee　v1.0(2004), ZigBee2006，ZigBee2007/pro到如今ZigBee2012，最初也是想做一個大而全的無線網(wǎng)絡(luò)，僅僅有通信協(xié)議，而沒有“應(yīng)用”協(xié)議。初生的技術(shù)想包羅萬象卻沒有包羅萬象的能力，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)來看，在ZigBee2006時，這個叫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)有了長足的進(jìn)步，同時更為重要的是意識到“?！北取叭备咏咏夹g(shù)現(xiàn)實，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)了不同的實施細(xì)則，按照各協(xié)議的通行做法，把這部分實施細(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)，也不斷通過市場需要來完善Profile，進(jìn)而推動ZigBee技術(shù)的推廣和發(fā)展。自分化的開始，ZigBee 聯(lián)盟前后共提出了10項Standard Profile(見表一)，部分尚在制定之中，按規(guī)定，某些Profile可以共存于一個設(shè)備。聯(lián)盟還曾提出對ZigBee協(xié)議進(jìn)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)

這些Profile的提出讓ZigBee的發(fā)展如沐春風(fēng)，同時也出現(xiàn)了參差不齊狀況。ZHA/ZBA的提出相對較早，也是市場上需求最明顯的領(lǐng)域之一，不過這兩個Profile依然是過于全面，它的應(yīng)用愿景仍然讓人感覺是無所不能。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，我想沒有幾戶人家愿意把剛買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，它們還沒有到更新?lián)Q代的時候。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里，提升附加值。目前也鮮有成功典范可以拿到這里評論，因為他們?nèi)匀粺o法提供完整的，理想的ZHA體驗，作為一家公司，往往只能提供某些特定的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的組合甚至還無法讓人聯(lián)想起來它就是運用了某種無線技術(shù)的智能設(shè)備。結(jié)果是集成了智能家居的房也未見得好賣，ZHA這個配角也未能走俏。誠然，這當(dāng)中還有許多別的原因，但ZHA涉及的產(chǎn)品過泛，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ZHA未能如愿成為市場寵兒，但ZigBee 聯(lián)盟的努力卻是值得肯定的，并且可以說為以后的ZigBee發(fā)展確定一個極為正確的方向，那就是——細(xì)化標(biāo)準(zhǔn)，保證兼容。2012年10月，Philips Hue 在Apple Store開賣。Hue提供了1600萬色供用戶自行選擇，可以使用蘋果和安桌設(shè)備無線控制，大約8.5W的功耗，簡單時尚的外觀設(shè)計，價格高于市場同類產(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)其銷量已經(jīng)超過2.3Million。它內(nèi)部使用的無線協(xié)議是ZLL,　它讓ZigBee與時常生活連接起來，是生活照明控制標(biāo)準(zhǔn)上的一個重大創(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之后更具針對性地一套應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，它是ZigBee之上專門用于照明控制的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，連設(shè)備的類型也規(guī)定了，只有２類！非常簡單！至今還有關(guān)于ZLL是否能帶好良好體驗的爭論，但Hue的故事證明已無須再辨。ZLL開發(fā)者知道，這個協(xié)議是支持ZHA的，而ZLL中的燈也是Router，可以作為將來家里其他設(shè)備的低速無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，因此ZLL敲開的一角也許已經(jīng)打開ZigBee進(jìn)入百姓生活的那扇門。

圖二　ZLL應(yīng)用場景示意

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，在英國和法國均有大規(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，它通常對應(yīng)了一個簡單的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。往往單個公司提供的產(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?？偟膩碚f，前文提到的Profile都有其對應(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，但相互間并不能實現(xiàn)應(yīng)用上的兼容，工業(yè)上的需求總量可能會小于商業(yè)需求，并沒有得到足夠的重視，目前也還沒有看到相關(guān)的Profile發(fā)布。目前工業(yè)上的測量和監(jiān)控也對無線傳感網(wǎng)絡(luò)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連接，缺乏良好的可擴展，可靈活布置的，且數(shù)據(jù)安全的無線傳感節(jié)點仍然是個亟待解決的問題。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)傳模塊來適應(yīng)這個需要，不過每家公司提供的ZigBee數(shù)傳模塊卻有著不同私有標(biāo)準(zhǔn)，實際上也盡不兼容。

在全球范圍來看，美國的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，它自定了一個名叫“Drop-in networking profile”的應(yīng)用規(guī)范，沒有向聯(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在國內(nèi)的發(fā)展

國內(nèi)在標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用方面，ZLL和ZHA等都有企業(yè)在做，ZLL是一個簡單而實用的標(biāo)準(zhǔn)，目前國內(nèi)也有企業(yè)跟進(jìn)，這部分企業(yè)緊隨潮流，也是中國產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型的一個寫照。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，市場已經(jīng)有了先驅(qū)，需求是明顯的，所以風(fēng)險可能會小一些。開發(fā)ZLL產(chǎn)品在國內(nèi)可以找方案公司，在開發(fā)上采取外包的方式會降低入門的難度。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，國內(nèi)以TI的方案多見。RF-Star是TI公司在國內(nèi)的Design House,提供完整的ZLL方案和開發(fā)支持，同時也提供兼容“Drop-in networking profile”的RBee系列模塊。從事ZHA產(chǎn)品開發(fā)的代表是南京物聯(lián)，目前已經(jīng)積累多款產(chǎn)品，并在一線城市開設(shè)了體驗店。

10項Profile與RF4CE是目前ZigBee應(yīng)用上最重要的分支，但國內(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無線通信”技術(shù)來使用，而未采用標(biāo)準(zhǔn)，這樣的產(chǎn)品不易維護(hù)和維修，同時長期來看開發(fā)成本也是高于標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的，其市場也被限制在國內(nèi)，希望從業(yè)者能注意到這一點。

特別要提出的是：產(chǎn)品的認(rèn)證是一個重要的問題，產(chǎn)品的認(rèn)證需要加入ZigBee 聯(lián)盟成為會員，再將產(chǎn)品送４大實驗室之一進(jìn)行認(rèn)證測試，否則產(chǎn)品不可標(biāo)識為支持ZigBee的設(shè)備。中國大陸地區(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是高級別的會員。今年10月，中國電子標(biāo)準(zhǔn)化研究院（CESI）成立ZigBee測試實驗室，現(xiàn)時它支持ZLL的認(rèn)證，后續(xù)將會增加對其他Profile的認(rèn)證。支持多項Profile測試的Trac公司也已經(jīng)在深圳建立實驗室，也會極大地方便華南的ZigBee產(chǎn)品企業(yè)。

結(jié)語

作為一門誕生了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作為一個無線傳感網(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。如果說技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化是趨勢，那么這些還沒有出現(xiàn)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的領(lǐng)域就是ZigBee更大的未來。