ZigBee 3.0版标准发布，或成智慧家庭系统首选技术

ZigBee联盟最新发布的ZigBee 3.0版标准，强化低延迟与低功耗优势，并加入网际网路通讯协定(IP)支援能力，能大幅简化家中各种装置互连设计的复杂度，同时实现让用户以IP网路进行远端操控，因而成为打造智慧家庭的理想技术。

随着市场加速发展，物联网(IoT)概念变得更为普及，但也更加令人困惑。现在是时候面对现实情况，去鉴定现状并且评估事情走向。

卡位物联网　无线技术各显神通

两年前，产业界对可能有助于物联网的不同无线电技术掀起讨论热潮。一些公司主张，Wi-Fi和蓝牙的存在就已足够，而其他公司则开始推动IEEE 802.15.4(即ZigBee和Thread的底层无线电技术)。如今大多数联网技术决策者皆能坦然接受并完全明白，物联网会针对不同的应用使用全部三种技术。

为弥补Wi-Fi相对于ZigBee的劣势，市场开始推行使低功耗Wi-Fi(IEEE 802.11ah)标准化活动;虽然该领域活动仍在如火如荼地进行，且可能会由此制订出标准，但全球对此的接纳程度却难以预测。由于世界不同地区所用的规格和型号不同，该标准并非是放诸四海而皆准。

即便这全新的低功耗标准被称为Wi-Fi，但并不相容真正的Wi-Fi，而是一种完全不同的无线电和媒体存取控制(MAC)技术。既然如此，那为什么不采用IEEE 802.15.4呢?这已经是一个通用标准，且涵盖新的低功耗Wi-Fi开发商为之奋斗的所有特性，而新类型的Wi-Fi并没有多大意义。

而蓝牙作为物联网标准而言，存在致命性缺陷，因其设计理念是替代点对点有线传输技术而非联网技术。为解决该缺陷，一些公司开始针对蓝牙研究网路层--蓝牙网格(Bluetooth Mesh)，但面临着严峻挑战(图1)。以往许多业内联网工程师已经见证类似的Mesh联网所作出的努力均以失败告终。例如IEEE 802.11s几乎未曾使用，并只应用于单跳网格拓扑(中继器)中，其主要问题是，在支援多跳时无法控制延时。因此，网路技术工程师对新蓝牙Mesh情况持怀疑的态度也在意料中。

图1　Bluetooth Mesh概念图

现在全球无线市场已承认三大核心物联网无线电技术(图2)，也就是目前熟悉的IEEE 802.11/Wi-Fi，适用于内容传送;IEEE 802.15.4/ZigBee则适用于像智慧家居类的传控器(Sentroller，即具备控制功能的感测器)网路;而蓝牙，包括低功耗蓝牙，则适用于连接个人区域网路(围绕智慧手机)及可穿戴式设备。前两种用于将家居设备连接到互联网，最后一种主要使用智慧手机进行网路连接。

图2　目前已发布的短程物联网标准

许多供应商已经提供各式各样交叉无线电产品：Wi-Fi/蓝牙、ZigBee/蓝牙和Wi-Fi/ZigBee/蓝牙，目前这些产品的定价可能尚不太合理，却传达明确潜在资讯，也就是全球三大开放的统一无线电通讯标准奠定物联网基础，由此带来福音。

十多年前，相互竞争的无线电技术冲突随着Wi-Fi出现而结束，Wi-Fi是最后的赢家(而HomeRF和其他几种技术随之销声匿迹);之后围绕联网和应用层爆发新技术革命。现在，所有人都熟悉TCP/IP，即使未曾听闻该项技术，也会在通过网路和本地网路进行通讯时用到;然而为达到该阶段，多个网路标准进行过殊死搏斗，网路作业系统Novell Netware、Bayan Vines、Microsoft LanManager、IBM SNA等。

当时，几乎各大型电子公司都觉得必须透过自行定义网路层技术，在历史上留下个人专属印记。

这就是现在物联网和智慧家居领域正在经历的一切，许多公司再次重蹈覆辙，忘记标准战争会不利于且会减缓新技术采用，例如苹果(Apple)的HomeKit、Google的Brillo、高通(Qualcomm)的AllJoyn、英特尔(Intel)的IoTivity及华为(Huawei)从中国家居层面提出的LiteOS。这些新兴应用程式框架现在均在角逐获取其他行业的精神支持，努力成为物联网的佼佼者。

ZigBee成智慧家庭系统制造商首选技术

紧随应用程式框架层步伐，联网层面也是剑拔弩张之势，其中ZigBee 3.0的挑战者是Thread。然而，令人百思不得其解的是，Thread Group中几个主力角色，如飞思卡尔(Freescale)、安谋国际(ARM)及芯科实验室(Silicon Labs)等半导体公司，也在ZigBee Alliance占突出的领导地位。

就目前来看，Thread要发展成为ZigBee 3.0强而有力的竞争对手有些难度。这也在意料中，因为ZigBee 3.0已整合许多应用领域(照明控制、家庭自动化、楼宇自动化、零售等)有多年的经验。ZigBee的认证计画已稳健启动并开展，授权多家检测中心，对一千多个ZigBee产品进行认证。ZigBee显然已经成为世界上众多物联网和智慧家居系统制造商的首选技术。同时，ZigBee功能容易使用，支援强大安全协议。由于感测器和周边设备通常未设有键盘来输入安全码，因此其实现正面临着重大挑战，故强而有力的安全协议显得十分重要。

最重要的是，ZigBee 3.0支援经历过众多反覆运算形成的应用程式库。因此，Thread Group认真考虑采用ZigBee应用程式库运行Thread也就不足为奇。但不仅限于此，ZigBee 3.0和ZigBee RF4CE在消费电子世界稳占一席之地，且ZigBee 3.0同时包括ZigBee Green Power功能。

.ZigBee RF4CE

最初是在消费电子领域开发，用于替代基于无线电远端控制的红外线(IR)遥控，因此毋须再使用瞄准后按一下模式。随后其经历明显演变，最新版本ZRC(ZigBee Remote Control)2.0已完全整合ZigBee应用程式库。这代表着针对电视和机上盒设计的遥控器同样可控制家里的灯具、灯光、窗帘及遮阳罩等。随着时间推移，消费电子领域和智慧家居领域有望继续重叠及融合，而ZRC 2.0对此的定位恰到好处。

ZigBee RF4CE依然完全相容传统红外线技术，ZigBee远端控制可自动检测并下载需要红外线的传统设备所需代码集。由于具有以上所有功能及得到国际上认可，RF4CE使ZigBee成为智慧家居重要推动者也就不足为奇，而智慧家居又给有线电视运营商和电视运营商服务带来重大新商机。

除超低功耗需求外(可与低功耗蓝牙媲美，且覆盖范围更好)，ZigBee RF4CE关键增值特性就是低延时。用户周边设备能从低延时中受益，原因是这些周边设备使得产品制造商能向使用者提供即时回馈。

一般而言，网状网路(包括Thread)倾向具有高达几百毫秒或以上延时，造成用户不愉悦的体验，几乎所有人都经历过按下按钮后没有反应，然后再按下按钮，灯光终于亮起，却又立即关掉的情形。现在，采用有线照明开关不会产生类似情况，因此没人仅因“现在是用无线的”作为理由而接受这种窘况。能够在网路中新增低延时的人性化介面装置对ZigBee而言非常关键。

.ZigBee Green Power

ZigBee 3.0还包括ZigBee Green Power，其最初是制定为超低功耗的无线标准，用以支援能量收集设备。能量收集设备是指不使用电池也能从环境中撷取能量(如运动、光线、压电、帕尔贴效应等)的设备。最常见的应用是照明开关，其中，开关的拉动产生能量，然后向电灯传送无线通讯包。Green Power对于只偶尔存在于网路中的设备而言十分有效，如此使得这些设备能够安全进出网路，因此可在大部分时间处于关闭状态。

作为超低功耗的无线技术，Green Power对于使用电池供电的设备而言也是非常有效，这使得这些设备能用同一电池运行多年。Green Power同时还允许低成本端网点与网路中其他设备通讯，特别是在不需要Mesh情况下。

ZigBee完全相容Wi-Fi/IP

ZigBee 3.0完全相容IP。ZigBee设备与Wi-Fi设备类似，通常透过路由器、闸道或机上盒连接到互联网，让人可在世界其他地方利用连接互联网的个人电脑、平板或智慧手机应用程式等任何其他设备实现即时控制(图3)。由于ZigBee完全相容Wi-Fi和IP，因此没必要在手机本身插入ZigBee晶片，从而发现和控制ZigBee连接的智慧家居和物联网设备。只要通过任何联网中心均可让这一切实现，这意味着，透过Wi-Fi或蜂窝网进行联网的个人电脑和智慧手机可以作为指示板，并可毫不费力发现并与其他ZigBee设备进行通讯。

图3　智慧家庭联网应用概念

ZigBee 3.0具有开放性、普遍性和完整性，可与现有的互联网应用程式完全相容，此技术是智慧家居的最佳解决方案，应用范围可涵盖照明、安全、恒温器、遥控器等。而且ZigBee 3.0十分安全，支援不使用电池的设备、网状、低延时及能量收集。对于许多应用程式创造者而言，该技术是高于IEEE 802.15.4无线电技术的独一联网解决方案。将来许多物联网传感和控制网路及应用程式会把ZigBee 3.0视为低能耗的Wi-Fi。