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  • 全球物联网观察 | 2018-11-29 18:45 | 发布者: 诀然 | 查看: 268| 评论: 0
  • [摘要] 深入浅出,干货满满 ZigBee作为重要的物联网技术,在智能家居领域,被广泛应用。而近年来,关于智能家居的无线联网标准一直争议不断,ZigBee一度被推至话题中心,本文我们就来了解一下ZigBee技术的那些事。 ZigBee ...
  • 深入浅出,干货满满

    ZigBee作为重要的物联网技术,在智能家居领域,被广泛应用。而近年来,关于智能家居的无线联网标准一直争议不断,ZigBee一度被推至话题中心,本文我们就来了解一下ZigBee技术的那些事。

    ZigBee

    前传

    ZigBee缘何而来?

    物联网短距离通信技术是一个大家族(参考:短距离通信技术的七大流派),包括我们之前介绍过的Wi-Fi、蓝牙、Z-wave,还有就是广泛应用于智能家居领域的ZigBee。

    看到ZigBee这个名字,我们大概能猜到它的由来离不开“蜜蜂”。蜜蜂(bee)是用“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀“翩翩起舞”来进行通讯,因此,这个形象的名字由此产生。

    可是已经有了WiFi、蓝牙,为何还需要ZigBee?

    虽然蓝牙技术许多优点,但对工业、家庭自动化控制和工业遥测遥控领域而言,它显得太复杂,功耗大,距离近,组网规模太小等。

    特别是在工业自动化领域,对无线数据通信的需求越来越强烈。对于工业现场,这种无线数据传输必需有很高的可靠性,并能抵抗工业现场的各种电磁干扰。

    因此,ZigBee协议在2003年正式问世。

    ZigBee的Mac层、PHY层基于 IEEE802.15.4协议。根据这个协议规定的技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术,可以嵌入各种设备中,同时支持地理定位功能。

    ZigBee有何魅力?

    1、低功耗

    在低耗电待机模式下,2节5号干电池可支持1个节点工作6-24个月,甚至更长。这是ZigBee的突出优势。相比之下蓝牙可以工作数周、WiFi可以工作数小时;

    2、低成本

    通过大幅简化协议是成本很低(不足蓝牙的1/10),降低了对通信控制器的要求,按预测分析,以8051的8位微控制器测算,全功能的主节点需要32KB代码,子功能节点少至4KB代码,而且ZigBee的协议专利免费;

    3、短时延

    ZigBee的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需15ms,节点连接进入网络只需30ms,进一步节省了电能。相比较,蓝牙需要3-10s、WiFi需要3s;

    4、高容量

    ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构,由一个主节点管理若干子节点,最多一个主节点可管理254个子节点;同时主节点还可由上一层网络节点管理,最多可组成65000个节点的大网;

    5、高安全

    ZigBee提供了三级安全模式,包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES128)的对称密码,以灵活确定其安全属性。

    发展 最新ZigBee3.0推出

    ZigBee协议的诞生源于对工业物联网的需求,之后,为了满足不同的应用背景,ZigBee联盟先后颁布了一系列协议。

    智能家居

    ZigBee Home Automation (ZigBee HA)

    智能照明

    ZigBee Light Link(ZigBee LL)

    智能建筑

    ZigBee Building Automation(ZigBee BA)

    智能零售

    ZigBee Retail Services(ZigBee RS)

    智能健康

    ZigBee Health Care(ZigBee HC)

    智能通信服务

    ZigBee Telecommunication services(ZigBee TS)

    ......

    然而,这些应用层协议独立并不互通。

    早期ZigBee版本由于标准化较差,给了厂商太多选择,很多厂商虽然采用了ZigBee HA的协议,但是终端的智能家居厂商根据自家的需求定制化了ZigBee HA,而非标准ZigBee协议,导致不同厂家产品并不能互联互通。

    2016年5月,ZigBee联盟推出了ZigBee3.0标准,其主要的任务就是为了统一上述众多应用层协议,解决了不同应用层协议之间的互联互通问题。用户只要购买任意一个经过ZigBee3.0的网关就可以控制不同厂家基于ZigBee3.0的智能设备。

    产业 联盟不断扩大

    2001年8月,Zigbee联盟成立,成员包括国际著名半导体生产商、技术提供者、技术集成商以及最终使用者。

    1.恩智浦半导体(NXP)

    恩智浦是一家领先的半导体公司,由飞利浦公司创立。恩智浦提供ZigBee无线网络解决方案的强大产品组合,包括基于低功耗无线微控制器的兼容ZigBee的平台,以及开发ZigBee应用的全面支持软件。

    例如,JN5179器件是超低功耗、高性能无线微控制器,可优化为智能家居和智能照明网络中Thread和ZigBee 3.0应用的平台。

    ZigBee相关产品:

    2.芯科澳门威尼斯人娱乐城(SiliconLabs)

    芯科澳门威尼斯人娱乐城成立于1996年,在各种混合信号产品领域居于领先地位。芯科澳门威尼斯人娱乐城的Zigbee 解决方案,基于 Arm Cortex处理器和 2.4 GHz 收发器的无线 SoC 系列。

    芯科澳门威尼斯人娱乐城发布了旗舰级Wireless Gecko多波段、多协议无线SoC系列产品,其中一款Mighty Gecko SoC不仅支持了最新的ZigBee标准,还可以兼容各种运行于2.4GHz波段的Thread和低功耗蓝牙连接,以及可用于2.4GHz波段和Sub-GHz波段的专有协议。为开发者提供了极简化的物联网设计解决方案。

    ZigBee相关产品:

    3.德州仪器(TI)

    德州仪器是全球领先的半导体跨国公司,以开发、制造、销售半导体和计算机技术而闻名。

    TI SimpleLink产品组合所涉及的标准和技术超过了14项,其中包括WiFi、Bluetooth低功耗、ZigBee等,能够帮助用户为任何设备、设计及用户增添无线连接能力,同时也解决了IoT应用连接标准持续演变和复杂性的顾虑。

    例如,最新的CC1352R 器件是CC26xx 和 CC13xx 系列中具有成本效益和超低功耗的 2.4GHz 和低于 1GHz 射频器件。极低的有源射频和微控制器 (MCU) 电流以及低于 1μA 的睡眠电流和最高 80KB RAM 保持能力可确保卓越的电池寿命,并支持依靠小型纽扣电池在能量采集 应用中长时间的工作。

    ZigBee相关产品:

    4.泰凌微电子(上海)有限公司

    泰凌微成立于2010年,是一家致力于研发高性能低功耗无线物联网SOC的中美合资公司。主要销售的芯片包括蓝牙低功耗,Zigbee,以及高性能低功耗电容屏触控芯片。

    去年,泰凌微基于最新版ZigBee协议栈标准的ZigBee射频芯片,已经通过了ZigBee兼容平台测试。其提供的ZigBee解决方案包括TLSR8646,TLSR8269等。

    5.物联传感(Wulian)

    物联传感作为ZigBee联盟亚洲首个董事会成员,采用主流IEEE802.15.4 ZigBee技术,在智能家居应用上有先天优势,并在ZigBee协议的基础上优化产生具有自主知识产权的新一代无线通讯技术规范SmartRoom。

    6.美国微芯半导体(Microchip)

    2016年,Microchip正式收购了Atmel。Atmel是全球领先的半导体企业,致力于设计和制造各类微控制器、电容式触摸解决方案和射频 (RF) 元件等。同时Atmel也是Zigbee联盟发起成员。

    7.三星(Samsung)

    SmartThings在2015年被三星收购。2016年,Z-Wave联盟高调宣布,SmartThings成为联盟董事会成员。然而,也就过了半年时间,SmartThings又成功加入了ZigBee联盟董事会。

    此外,ZigBee联盟成员还有康卡斯特有线(ComcastCable)、艾创(ItronInc.)、克罗格(TheKroger Co.)、兰吉尔(Landis+Gyr)、罗格朗(Legrand Group)、美的集团(Midea Group)、飞利浦(Philips)、施耐德(Schneider Electric)、尚飞(SOMFY)、华为(HUAWEI)、立达信(LEEDARSON)等等,分为发起人、参与者和采用者三个级别。

    今年,Zigbee联盟推出“认证转让计划”,简单来说就是联盟推进者、参与者成员按照Zigbee的规定可提供白标认证产品对客户提供贴牌服务,同时保留该产品认证资格。

    这样的措施能够让一些非成员公司进入快速发展的物联网市场,无需自己投入专业资源开发设计相关产品。

    未来 是挑战 也是机遇

    应用

    ZigBee应用范围非常广泛,除了上文提到的工业自动化、家庭自动化、遥测遥控等,它还用于汽车自动化、农业自动化和医疗护理、油田、电力、矿山和物流管理等领域。

    具体来说,ZigBee应用于照明控制、环境控制、自动读表系统、各类窗帘控制、烟雾传感器、医疗监控系统、大型空调系统、内置家居控制的机顶盒及万能遥控器、暖气控制和楼宇自动化等。

    而近年来,关于智能家居的无线联网标准一直争议不断,常常拿来比较的就是ZigBee与WiFi,两者对比有哪些优劣?见下图。

    此外,ZigBee技术在智能家居中的应用,具有以下优点:

    抗干扰力强

    ZigBee收发模块使用的是2.4G直序扩频技术,比起一般FSK,ASK和跳频的数传电台来,具有更好的抗干扰能力。

    保密性好

    ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能,加密算法采用通用的AES-128,长达128位的密码给ZigBee信号传输的保密性提供了保障。

    可扩展性强

    ZigBee组网容易,自恢复能力强,因此,便于在智能家居中进行扩展,增加新设备。

    挑战

    ZigBee技术在智能家居中,固然有着加密高,安全性好等优点。然而,我们不得不认识到,成本高,自组网和巨大的网络容量成了摆设等问题,也制约着ZigBee技术在智能家居产品中的应用和推广。灵活运用ZigBee技术的优点,并且克服其缺点,才能够更好地提供高性价比、高可靠性的智能家居产品。

    结语:

    虽然,我国基于ZigBee技术的无线网络仍然处于探索阶段,它的技术、应用还未成熟。国内企业在此时加大投入力度,或许可以抓住商机,推动整个行业的发展,进而引爆智能家居市场!

    全球物联网观察出品

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