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ZigBee的发展也有“碎片化”

jordum
 jordum
发布于 2014/02/13 16:14
字数 3566
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ZigBee的发展也有“碎片化”

——看ZigBee在各个领域的发展

关键字:ZigBee,Profile,应用标准,物联网,碎片化

 

引言

2002ZigBee 联盟成立,符合ZigBee标准的产品在之后的两年里陆续面世,刚诞生的ZigBee被广泛看好并得到了诸多溢美之词。能组成一个自组织,低功耗,自修复的巨大无线网络,传感网络一直是一个客观需求,凭借当时已经提出并广泛知悉的BluetoothWiFi却不太现实,Bluetooth弱在不能组网,发展到现今的Bluetooth也还是一样,而WiFi的劣势是功耗和成本。而传感网络需要大量的节点和灵活的布设,有线的方式则最后的退路,无线才是王者。当时IEEE 802.15的标准已经相续制定,ZigBee 联盟不再从头制定协议,而是在IEEE802.15.4的基础增加支持更多网络节点的网络协议以达到最初的目的。 ZigBee出生时的背景大致如此,之后的发展则与愿景可谓大相径庭。在中国热火的物联网大潮背后,ZigBee的机会在哪里? 

图一 ZigBee愿景之一是让你掌控家中一切

 

ZigBee的发展

ZigBee的发展里程中已经经过的4个重要的里程,对应的成果大致是4个ZigBee协议版本,分别是ZigBee v1.0(2004), ZigBee2006ZigBee2007/pro到如今ZigBee2012,最初也是想做一个大而全的无线网络,仅仅有通信协议,而没有“应用”协议。初生的技术想包罗万象却没有包罗万象的能力,如同年轻气盛的少年一般,ZigBee难免遇到挫折,虽然从后面的技术演进来看,在ZigBee2006时,这个叫ZigBee的通信网络已经较为稳定和完整。 在联盟的努力和偿试下,经过了这4次比较重要的更新,在通信的兼容性,网络的鲁棒性已经有了长足的进步,同时更为重要的是意识到“专”比“全”更加接近技术现实,这一转变给了ZigBee发展全新的气象,在内部进行分化,同时也让这些不同的分支可以“求同存异”,这些衍生的成果就是应用标准,自此ZigBee在不同的应用领域出现了不同的实施细则,按照各协议的通行做法,把这部分实施细则命名为“Profile”。

 

不同的ZigBee联盟成员厂商在生产不同的商品,因此他们追逐不同的Profile,各自在自己的领域推广ZigBee的技术,也不断通过市场需要来完善Profile,进而推动ZigBee技术的推广和发展。自分化的开始,ZigBee 联盟前后共提出了10Standard Profile(见表一),部分尚在制定之中,按规定,某些Profile可以共存于一个设备。联盟还曾提出对ZigBee协议进行简化而成的RF4CE,目前仍然在推广之中。

 

表一 ZigBee Profile列表(截至201311)

编号

简称

全称

应用

1

ZBA

 

ZigBee Building Automation

楼宇自动化,可以对空调与通风监控系统,给排水监控系统,照明系统,电力供应,综合安保等提供通信支持。

2

ZHC

 

ZigBee Health Care

卫生保健,将反映身体状况的体征采集,可靠而且保密地传输给医生或护士,以利于疾病的诊断。

3

ZHA

 

ZigBee Home Automation

智能家居,在家里的任何地方均可以有效控制到灯光、空调等家用电器,同时将家用电器组织为网络,可以进行自动控制。

4

ZID

 

ZigBee Input Device

输入设备,为计算机外设提供一个低功耗无线连接的统一标准,可用于键盘、鼠标、控制演讲笔等消费电子。

5

ZLL

 

ZigBee Light Link

智能灯光,让人们可以使用手机、平板电脑、遥控控制家里的光源,并提供良好的互操作性。

6

ZND

 

ZigBee Network Device

网络设备,ZigBee网络与其他网络进行桥接的标准。

7

ZRC

 

ZigBee Remote Control

遥控,为所有需要遥控的消费电子提供统一的无线通信接口。

8

ZRS

 

 

 

ZigBee Retail Service

零售服务,为零售商的货物管理及消费者的货物挑选及支付提供更好的体验。

9

ZTS

 

ZigBee Telecom Service

电信服务,电信运营商提供的增值服务,比如使用电信网络进行家电控制,手机支持等。

10

ZSE

 

ZigBee Smart Energy

智慧能源,可以对家庭的能源消耗进行统一管理,以节约能源消耗和生活开销。

 

这些Profile的提出让ZigBee的发展如沐春风,同时也出现了参差不齐状况。ZHA/ZBA的提出相对较早,也是市场上需求最明显的领域之一,不过这两个Profile依然是过于全面,它的应用愿景仍然让人感觉是无所不能。按照ZHA的设想,家里凡是用电或者需要控制的设备和物件都能接入ZigBee网络,虽然理论上完全可以做,技术也能做得到,但是商业上还差一点,我想没有几户人家愿意把刚买1年的冰箱换成一个带无线控制功能的冰箱,窗帘和电视也是一样。所以阻碍ZigBee快速普及的也许不是技术的不成熟,而是那些已经到了百姓手上的产品,它们还没有到更新换代的时候。新楼新房是比较容易考虑这些新技术,据笔者了解,在深圳有多家地产公司投资智能家居行业,他们可以把产品直接集成到自己的楼盘里,提升附加值。目前也鲜有成功典范可以拿到这里评论,因为他们仍然无法提供完整的,理想的ZHA体验,作为一家公司,往往只能提供某些特定的产品,这些产品的组合甚至还无法让人联想起来它就是运用了某种无线技术的智能设备。结果是集成了智能家居的房也未见得好卖,ZHA这个配角也未能走俏。诚然,这当中还有许多别的原因,但ZHA涉及的产品过泛,企业很难跟上标准的步伐也应是导致ZHA未能走进百姓家的原因之一。

 

彼时ZHA未能如愿成为市场宠儿,但ZigBee 联盟的努力却是值得肯定的,并且可以说为以后的ZigBee发展确定一个极为正确的方向,那就是——细化标准,保证兼容。201210月,Philips Hue Apple Store开卖。Hue提供了1600万色供用户自行选择,可以使用苹果和安桌设备无线控制,大约8.5W的功耗,简单时尚的外观设计,价格高于市场同类产品,新颖的功能还是让它大受欢迎,根据核心供应商提供的数据表明,在短短的1年内其销量已经超过2.3Million。它内部使用的无线协议是ZLL, 它让ZigBee与时常生活连接起来,是生活照明控制标准上的一个重大创新,这盏灯不仅照亮了生活,也照亮了ZigBee设备在生活中的空白。ZLLZHA之后更具针对性地一套应用标准,它是ZigBee之上专门用于照明控制的应用标准,连设备的类型也规定了,只有2类!非常简单!至今还有关于ZLL是否能带好良好体验的争论,但Hue的故事证明已无须再辨。ZLL开发者知道,这个协议是支持ZHA的,而ZLL中的灯也是Router,可以作为将来家里其他设备的低速无线网络基础设施,因此ZLL敲开的一角也许已经打开ZigBee进入百姓生活的那扇门。 

图二 ZLL应用场景示意

 

ZigBee的热与冷

目前已经有应用标准的领域除了ZLL以外,ZSE产品也已经大量出货,在英国和法国均有大规模的安装。而且ZSE还发展了下一版的标准,以适应能源管理的需要。综观目前有较大出货的ZigBee设备,它通常对应了一个简单的应用标准。往往单个公司提供的产品就能够组成完整的工作网络,能解决用户的某一类应用需求。复杂的应用标准的发展较为缓慢,它更重要的意义是指明了发展方向。总的来说,前文提到的Profile都有其对应主导的公司,主导者也往往是行业里的巨擘,发展的快慢不尽一致。

在工业领域,比如矿井井下人员定位,油田数据采集等应用上ZigBee也有相当的发展,这些应用则没有相应的标准,一般以企业自定应用标准开发完成,各家公司的产品虽然都是应用了ZigBee协议,但相互间并不能实现应用上的兼容,工业上的需求总量可能会小于商业需求,并没有得到足够的重视,目前也还没有看到相关的Profile发布。目前工业上的测量和监控也对无线传感网络不是没有需求,部分由433MHz的无线模块填补,还有的仍然在使用有线连接,缺乏良好的可扩展,可灵活布置的,且数据安全的无线传感节点仍然是个亟待解决的问题。由于工业传感数据采集设备和传输设备通常由不同的供应商提供,目前也有公司供应ZigBee数传模块来适应这个需要,不过每家公司提供的ZigBee数传模块却有着不同私有标准,实际上也尽不兼容。

在全球范围来看,美国的Digi International生产的XBee ZB系列的模块是比较完整的,它提供了多款模块可供选择,而且模块的硬件和软件接口是统一的,它自定了一个名叫“Drop-in networking profile”的应用规范,没有向联盟提交为标准,它支持透明传输和AT指令模式,是最规范的ZigBee数传模块。

 

 

 

ZigBee在国内的发展

国内在标准应用方面,ZLLZHA等都有企业在做,ZLL是一个简单而实用的标准,目前国内也有企业跟进,这部分企业紧随潮流,也是中国产业升级转型的一个写照。ZLL的现状是火热的,中小型照明企业可以直接利用这一现成的标准快步进入或参与这个生态系统的建设,由于标准已经非常完善,加之此类产品已经渗入生活,市场已经有了先驱,需求是明显的,所以风险可能会小一些。开发ZLL产品在国内可以找方案公司,在开发上采取外包的方式会降低入门的难度。多家芯片厂商都有在华推广ZigBee的解决方案,比如Atmel, Texas Instrument, NXP, Marvell等,国内以TI的方案多见。RF-StarTI公司在国内的Design House,提供完整的ZLL方案和开发支持,同时也提供兼容“Drop-in networking profile”的RBee系列模块。从事ZHA产品开发的代表是南京物联,目前已经积累多款产品,并在一线城市开设了体验店。

 

10ProfileRF4CE是目前ZigBee应用上最重要的分支,但国内的企业不够重视,部分企业仍然把ZigBee当作一种“2.4G无线通信”技术来使用,而未采用标准,这样的产品不易维护和维修,同时长期来看开发成本也是高于标准产品的,其市场也被限制在国内,希望从业者能注意到这一点。

 

特别要提出的是:产品的认证是一个重要的问题,产品的认证需要加入ZigBee 联盟成为会员,再将产品送4大实验室之一进行认证测试,否则产品不可标识为支持ZigBee的设备。中国大陆地区已经有至少40家公司或组织加入了ZigBee联盟,其中华为和CESI是高级别的会员。今年10月,中国电子标准化研究院CESI成立ZigBee测试实验室,现时它支持ZLL的认证,后续将会增加对其他Profile的认证。支持多项Profile测试的Trac公司也已经在深圳建立实验室,也会极大地方便华南的ZigBee产品企业。

 

结语

作为一门诞生了10余年的技术,ZigBee的标准化之路也是展示了技术的演进路线,在某些领域已经逐步得到认可和应用,并且制定了应用标准(Profile),经过多年的磨砺后真正融入了产品和生活,并仍然有提高的空间。ZigBee作为一个无线传感网络还有更宽的应用领域,可谓是当下蓬勃发展物联网的支柱。如果说技术标准化是趋势,那么这些还没有出现应用标准的领域就是ZigBee更大的未来。

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