短距離無線通信技術有我們熟知的Wi-Fi、ZigBee、藍牙以及Z-Wave，之前的文章中小編介紹了Wi-Fi和藍牙，今天我們一起來認識ZigBee技術。

短距離無線通信技術

第三期：ZigBee

ZigBee問世已將近20年，技術上已經(jīng)很成熟，和藍牙、Wi-Fi在短距離通信領域幾乎三分天下。

年初，CSA連接標準聯(lián)盟 (原ZigBee聯(lián)盟)宣告其正在開發(fā)ZigBee標準新功能——ZigBee Direct，該功能結合了ZigBee和低功耗藍牙 (BLE) 兩種技術，可利用操作簡單的BLE設備，簡化ZigBee新設備的入網(wǎng)和對已有設備的控制，帶給用戶更便捷的體驗。

ZigBee的特點優(yōu)勢

01

Mesh組網(wǎng)應用

首先，ZigBee基于IEEE802.15.4技術標準，與Wi-Fi的IEEE802.11，藍牙的802.15.1都有各自獨有的特點，它們之間的關系只有互補，無法相互取代。

在以上的IEEE技術標準中，IEEE802.15.4和IEEE802.11的物理特性都比較相似，采用了基于CCA載波偵聽的CSMA/CA通信方式，非常適合設備多對多通信，因此在多設備通信的Mesh網(wǎng)絡中，有極高的通信效率。

而IEEE802.15.1采用HFSS跳頻原理，不容易實現(xiàn)類似的信道檢測功能，只能按照主從機模型的時隙進行工作，在BLE Mesh應用中是以廣播的方式通信，而且在BLE Mesh應用中會盡量避免多個設備同時與同一個設備通信的情況出現(xiàn)。因此在Mesh網(wǎng)絡的應用中，ZigBee的兼容性和可靠性遠勝于BLE Mesh。

02

互聯(lián)互通性

ZigBee從誕生開始就制訂了一套設備控制標準，叫ZCL（ZigBee Cluster Library）。在早期版本的ZigBee協(xié)議中，ZCL很不完善，被起步較早的智能家居廠商和其它應用方案商棄用。導致不同的設備廠商的產(chǎn)品互不兼容，甚至這些產(chǎn)品從一開始就要故意設計得互不兼容。

但是隨著ZigBee 3.0的推出將ZCL作為必選項，而且芯片廠商也在芯片中強制使用ZCL，導致設備廠商需要額外花費研發(fā)成本將自己產(chǎn)品做得和其它廠商不兼容，這就導致很多設備廠商為了圖方便被迫讓自己的產(chǎn)品與別人的產(chǎn)品互聯(lián)互通。

另外，ZCL還衍生出一種叫“物模型”的概念，這種概念被諸多智能云服務商借用，而且還在此基礎上衍生了可用于IPv6（包括同樣基于IEEE802.15.4的谷歌Thread）的Matter協(xié)議。物模型讓通信協(xié)議中枯燥冰冷的一串串數(shù)據(jù)變成了更形象化的設備實體，如這個設備上有幾個開關幾個燈掛載了哪些傳感器？溫度多少亮度多少有沒有報警？對設備端開發(fā)人員來說可以在設備增加某個功能或者增加某個功能的數(shù)量時，不用去考慮通信協(xié)議兼容性問題，對于遠端開發(fā)人員來說新增設備也就是在原有設備功能上的復制粘貼。

對比其它主流的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，目前只有BLE Mesh推出了一個SIG Mesh標準，但是該標準為在BLE芯片中強制使用，很多廠商都可以選擇不支持，導致BLE Mesh的設備是數(shù)據(jù)通得了，但是設備和設備之間是“雞同鴨講”。好在智能手機支持BLE Mesh接入，讓智能手機來充當控制器，一個廠商一個APP，這種方式也加快了智能手機的報廢淘汰速度。

03

低功耗

和ZigBee一樣，支持低功耗的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議也不計其數(shù)。但任何物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議，低功耗的下限都逃不過兩樣東西的制約：芯片制程和射頻功耗。因此一些新出來的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的芯片工藝比一些老舊的ZigBee芯片工藝有技術代差，看上去ZigBee的低功耗優(yōu)勢就不明顯。但是ZigBee芯片的工藝也在進步，以TI的芯片為例，經(jīng)典的CC2530的CPU工作電機就高達8mA，RX電流就高達20mA，而最新的CC2651的這兩個電流分別就只有3mA和6.4mA。

射頻功耗是物聯(lián)網(wǎng)芯片的用電大戶。而ZigBee的低功耗設備如果只發(fā)消息不收消息，功耗可以做到更低，因為ZigBee的物理連接更自由，不需要維持常連接，即使沒有持續(xù)不斷的握手信號也不會導致設備斷開。因此在設計ZigBee低功耗設備時可以采取只在有需要的情況下才通信，把有限的電能資源全部花費在刀刃上。

04

可維護性

ZigBee組網(wǎng)是一種靜態(tài)常連接的方式。設備一旦組好網(wǎng)后不會輕易斷開，即使設備關機了下次開機還在網(wǎng)絡中，不需要重新設置。如果組好網(wǎng)的設備需要改變組網(wǎng)狀態(tài)，要么需要進行退網(wǎng)操作，要么強制恢復出廠，而且前者的行為會被網(wǎng)關記錄下來。

另外ZigBee是Mesh網(wǎng)絡，設備和設備之間可以繞開網(wǎng)關直接通信，比如ZigBee遙控器直接控制窗簾，ZigBee開關直接控制燈，都不需要經(jīng)過網(wǎng)關轉發(fā)，而且這種連接關系也可以一直維持。因此ZigBee很適合一些無人值守或者禁止使用智能手機的場所，例如機房的溫控系統(tǒng)，中小學的智慧教室系統(tǒng)，工廠流水線的智能管理設備。

ZigBee面臨的挑戰(zhàn)

ZigBee技術最大的劣勢就是控制端無法集成在智能手機上，需要通過網(wǎng)關來進行控制。這也是它一直難以在個人消費品領域普及的重要原因。當然也有通過ZigBee Dongle或者ZigBee遙控器作為控制端，但也必須有網(wǎng)關授權，不像BLE Mesh這樣“想來就來想走就走”式的接入，總之就是BLE Mesh接入更方便但ZigBee的接入更安全。

由于ZigBee網(wǎng)絡的穩(wěn)定性，也導致了ZigBee網(wǎng)關的設計復雜。理論上協(xié)調(diào)器可以檢測到整個ZigBee網(wǎng)絡內(nèi)的任何風吹草動，因此網(wǎng)關在設計上需要考慮更廣泛更全面，接收到的各種消息和檢測到的各種異常要主動處理不能忽略。網(wǎng)關接收到的任何消息都是有用的，很多網(wǎng)關設計的不穩(wěn)定的廠商都是因為沒有處理網(wǎng)關收到的全部消息導致的。

目前，ZigBee解決方案的家族已經(jīng)有ZigBee、ZigBee Direct、ZigBee Smart Energy和低能耗解決方案Green Power。就ZigBee Direct而言，已有包括亞馬遜、華為、OPPO、三星、施耐德、宜家、羅格朗、Silicon Labs等50多家成員公司參與了該功能的開發(fā)。

隨著ZigBee Direct新功能和認證計劃的推出，用戶體驗提升，相信會在很大程度上推進ZigBee產(chǎn)品的市場應用。