引言
2002年ZigBee 聯(lián)盟成立，符合ZigBee標準的產(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。當時IEEE 802.15的標準已經(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)議以達到最初的目的?！?/span>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用標準，自此ZigBee在不同的應用領(lǐng)域出現(xiàn)了不同的實施細則，按照各協(xié)議的通行做法，把這部分實施細則命名為“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)
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編號 |
簡稱 |
全稱 |
應用 |
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1 |
ZBA
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ZigBee Building Automation |
樓宇自動化，可以對空調(diào)與通風監(jiān)控系統(tǒng)，給排水監(jiān)控系統(tǒng)，照明系統(tǒng)，電力供應，綜合安保等提供通信支持。 |
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2 |
ZHC
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ZigBee Health Care |
衛(wèi)生保健，將反映身體狀況的體征采集，可靠而且保密地傳輸給醫(yī)生或護士，以利于疾病的診斷。 |
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3 |
ZHA
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ZigBee Home Automation |
智能家居，在家里的任何地方均可以有效控制到燈光、空調(diào)等家用電器，同時將家用電器組織為網(wǎng)絡(luò)，可以進行自動控制。 |
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4 |
ZID
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ZigBee Input Device |
輸入設(shè)備，為計算機外設(shè)提供一個低功耗無線連接的統(tǒng)一標準，可用于鍵盤、鼠標、控制演講筆等消費電子。 |
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5 |
ZLL
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ZigBee Light Link |
智能燈光，讓人們可以使用手機、平板電腦、遙控控制家里的光源，并提供良好的互操作性。 |
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6 |
ZND
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ZigBee Network Device |
網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，ZigBee網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)進行橋接的標準。 |
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7 |
ZRC
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ZigBee Remote Control |
遙控，為所有需要遙控的消費電子提供統(tǒng)一的無線通信接口。 |
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8 |
ZRS
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ZigBee Retail Service |
零售服務，為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。 |
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9 |
ZTS
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ZigBee Telecom Service |
電信服務，電信運營商提供的增值服務，比如使用電信網(wǎng)絡(luò)進行家電控制，手機支持等。 |
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10 |
ZSE
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ZigBee Smart Energy |
智慧能源，可以對家庭的能源消耗進行統(tǒng)一管理，以節(jié)約能源消耗和生活開銷。 |
這些Profile的提出讓ZigBee的發(fā)展如沐春風，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)很難跟上標準的步伐也應是導致ZHA未能走進百姓家的原因之一。
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，是生活照明控制標準上的一個重大創(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用標準，它是ZigBee之上專門用于照明控制的應用標準，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(jīng)有應用標準的領(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)展了下一版的標準，以適應能源管理的需要。綜觀目前有較大出貨的ZigBee設(shè)備，它通常對應了一個簡單的應用標準。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用需求。復雜的應用標準的發(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都有其對應主導的公司，主導者也往往是行業(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)采集等應用上ZigBee也有相當?shù)陌l(fā)展，這些應用則沒有相應的標準，一般以企業(yè)自定應用標準開發(fā)完成，各家公司的產(chǎn)品雖然都是應用了ZigBee協(xié)議，但相互間并不能實現(xiàn)應用上的兼容，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商提供，目前也有公司供應ZigBee數(shù)傳模塊來適應這個需要，不過每家公司提供的ZigBee數(shù)傳模塊卻有著不同私有標準，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”的應用規(guī)范，沒有向聯(lián)盟提交為標準，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)在標準應用方面，ZLL和ZHA等都有企業(yè)在做，ZLL是一個簡單而實用的標準，目前國內(nèi)也有企業(yè)跟進，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)成的標準快步進入或參與這個生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)，由于標準已經(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當作一種“2.4G無線通信”技術(shù)來使用，而未采用標準，這樣的產(chǎn)品不易維護和維修，同時長期來看開發(fā)成本也是高于標準產(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)品的認證是一個重要的問題，產(chǎn)品的認證需要加入ZigBee 聯(lián)盟成為會員，再將產(chǎn)品送４大實驗室之一進行認證測試，否則產(chǎn)品不可標識為支持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，中國電子標準化研究院（CESI）成立ZigBee測試實驗室，現(xiàn)時它支持ZLL的認證，后續(xù)將會增加對其他Profile的認證。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的標準化之路也是展示了技術(shù)的演進路線，在某些領(lǐng)域已經(jīng)逐步得到認可和應用，并且制定了應用標準(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)還有更寬的應用領(lǐng)域，可謂是當下蓬勃發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的支柱。如果說技術(shù)標準化是趨勢，那么這些還沒有出現(xiàn)應用標準的領(lǐng)域就是ZigBee更大的未來。
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