纵论物联网(十三):不可忽视的Zigbee

导语

除了WiFi和蓝牙以外,在物联网及智能家居领域,还有一个不可忽视的技术,就是Zigbee(紫蜂)技术,与蓝牙和WiFi都属于WLAN/WPAN(无线局域网/无线个域网)技术。

前几天,已经好久未见大动作的ZigBee联盟突然发了大招,推出了新的Zigbee标准,即Zigbee Pro2017. 显然,Zigbee技术的推动者不希望物联网领域被WiFi或NB-IoT技术彻底占领。

通过这篇文章,我们回顾一下Zigbee技术的来龙去脉,另外也了解一下最新的Zigbee Pro2017的重点在哪里。

Zigbee技术起源

ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术,这项技术最早应用于工业自动化领域,后来逐渐向家居自动化领域扩展。

工业自动化领域有很多传感及遥测遥控的需求。蓝牙传输距离近,且不能大规模组网,WiFi虽然可以大规模组网,但功耗又太高。在这种需求背景下,Zigbee技术随即诞生。

Zigbee技术的最大特点就是mesh组网能力。

Mesh Network也称为“多跳网络”,它是一个动态的可以不断扩展的网络架构,实现无线设备之间的传输。

多跳网络拓扑示意图

在多跳网络中,任何无线设备节点都可以同时作为AP(接入点)和路由器。虽然Zigbee节点的传输距离有限,但有了mesh组网能力,就可以通过多跳网络覆盖一个很大的区域,也不需要LoRa这种远距离覆盖的无线技术。

Zigbee产业联盟

Zigbee联盟是一个负责Zigbee标准制订的产业联盟,2001年8月成立。截止目前,先后推出了多个不同版本的Zigbee标准。

Zigbee标准:RF4CE、PRO、IPv6

2004年,推出了第一个版本的Zigbee协议。由于推出的比较仓促,这个早期版本存在一些问题。之后在2006年,Zigbee联盟又推出了一个比较完善的版本,即ZigBee 2006。

在2007年,Zigbee联盟又推出了Zigbee 2007/Pro。这个标准定义了两套功能指令集(feature set):分别是Zigbee功能指令集和Zigbee Pro功能指令集。

Zigbee Pro也是目前应用最为广泛的Zigbee版本,增加了很多新的特性,如多播、多对一路由,高安全性等。在Zigbee Pro基础上,又开发了针对不同应用领域的应用层协议,Zigbee技术也开始由工业领域向家庭消费电子等多种不同领域进军。

Zigbee设备不具有IP地址,限制了Zigbee的接入互联网的能力,Zigbee节点一般只能通过网关才能接入互联网。2013年,Zigbee联盟推出了Zigbee IP。ZigBee IP 提供了一个具有端到端 IPv6 联网能力的可扩展架构,无需使用中间网关。

在2015年,Zigbee联盟推出了Zigbee3.0标准。ZigBee 3.0并非是突破性的技术规格,仅是过往标准的重新规整,将过往以ZigBee PRO网络层协议为基础的多种应用融合为一。

消费电子领域

2008年,消费电子厂商索尼、飞利浦、松下、三星,以及RFIC厂商飞思卡尔、德州仪器等共同成立RF4CE)联盟。RF4CE是家电遥控的射频标准,其中4是for的意思,CE是消费电子(Consumer Electronics)的意思。

2009年3月,Zigbee联盟与消费电子联盟RF4CE合并,共同开发用于家电遥控的

Zigbee RF4CE标准,

希望射频遥控取代红外遥控。

智能电网

最近几年,无论中国,还是美国及欧洲,智能电网都成为各国政府非常重视的基础设施建设。

HomePlug Alliance、Wi-Fi Alliance、HomeGrid Forum和ZigBee Alliance已达成协议,共同创建SEP 2可互操作性联盟。新联盟将帮助拥有互联网协议(IP)通信技术的企业组织根据统一的测试计划认证SEP 2(Smart Energy Profile 2.0)。

SEP2在2009年被美国国家标准与技术研究院(NIST)选为家庭设备智能能源管理标准。Zigbee联盟也参与到SEP2标准的制订中。

Zigbee后来采用了IETF的IPv6 6Lowpan技术制定的Zigbee IP标准,就是专门为智能电网设备满足SEP2标准要求而设计的。

Zigbee基础:802.15.4协议栈

与蓝牙基于IEEE802.15.1标准类似,Zigbee标准基于IEEE802.15.4标准。 不过Zigbee标准与802.15.4不同,802.15.4只是Zigbee协议栈的链路层协议,Zigbee协议栈其实是一套完整的协议栈。

Zigbee协议栈

从Zigbee协议栈的架构图来看,Zigbee协议分为两个部分:

IEEE 802.15.4定义了PHY(物理层)和MAC(介质访问层)技术规范;

Zigbee联盟定义了NWK(网络层)、APS(应用程序支持层)、APL(应用层)技术规范。

Zigbee Pro2017

Zigbee联盟在2017年7月刚刚宣布推出 Zigbee PRO 2017,为网状网络组网(mesh networking technology )的最新技术,旨在实现智能设备之间的互联并促进它们相互之间的互操作性。其中Zigbee Pro2017的网络层使用Zigbee Pro协议。

另外Zigbee联盟还展示了一个叫做dotdot的技术,dotdot是物联网的通用语言,使智能对象可以在任何网络上一起工作。

随着PRO2017的推出, Zigbee成为首个能够同时支持两个ISM频段的网状网络:满足地区要求的sub-GHz 800-900 MHz频段以及全球通用的2.4 GHz频段,这为网络设计者提供了更大的灵活性和设计选择。

结语

据说每年有上百万的物联网设备通过Zigbee联盟的产品认证,随着6lowpan和IPv6加入到Zigbee协议栈中,Zigbee设备在网络接入上有了更多的可能性。在未来仍然具有与蓝牙、WiFi竞争的一定优势。

物联网协议和标准这么多,那么究竟如何互联、如何兼容呢?

想了解更多关于物联网协议的互联问题,请继续关注“微说互联网”以及纵论物联网系列文章。

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