本文是IC咖啡學(xué)堂001｜物聯(lián)網(wǎng)群 微課堂第十四次分享內(nèi)容。

本次分享邀請到的是雍敏科技董事長張敏先生分享的Zigbee技術(shù)與智能家居。

Zigbee技術(shù)及特點(diǎn)

大家好，我首先與大家一起交流一下“Zigbee技術(shù)與智能家居”。Zigbee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向的無線通訊技術(shù)。它可以工作在2.4GHz的頻段，這個也是全球通用的頻段。歐洲有868MHz、美國有915MHz等三個頻道。Zigbee技術(shù)在2.4G工作的時候最高可以達(dá)到250KBps的傳輸速率。距離的話，根據(jù)廠商的芯片設(shè)計能力不同有差別，有百米左右的，也有幾百米的。Zigbee技術(shù)目前是物聯(lián)網(wǎng)和智能家居應(yīng)用中主要的實用技術(shù)之一，它和wifi、藍(lán)牙等一樣，組成了整個物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個豐富多彩的無線局域網(wǎng)的技術(shù)。

Zigbee技術(shù)的特點(diǎn)在低功耗、低成本、短時延、高容量、高安全、自組織、低速率、可達(dá)百米以上距離，還有就是使用免執(zhí)照頻段。Zigbee技術(shù)目前是局域網(wǎng)技術(shù)里面最安全的一種技術(shù)。Zigbee解決方案，在基于廣受贊譽(yù)的Zigbee Pro的mesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，具備多項針對當(dāng)今市場和不斷演化的風(fēng)險環(huán)境設(shè)計的安全新功能。比如包含了最初為zigbee Smart energy智慧能源標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的安全功能，該功能已經(jīng)在全球數(shù)以億計的電表中得到應(yīng)用，至今尚未發(fā)現(xiàn)存在安全漏洞。

由于Zigbee傳輸速率比較低，帶寬有限，其發(fā)射功率在的毫瓦級，而且采用睡眠、休眠模式，功耗比較低。因此Zigbee設(shè)備非常省電。

Zigbee的網(wǎng)絡(luò)容量非常大。它一級網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個從設(shè)備和1個主設(shè)備。單一網(wǎng)絡(luò)區(qū)域里可以同時存在100多個Zigbee網(wǎng)絡(luò)而且網(wǎng)絡(luò)組成靈活。網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)的Zigbee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)理論上可以有65000多個節(jié)點(diǎn)。

Zigbee技術(shù)里面采用了碰撞避免的策略，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙，避開發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突。它的Mac層使用了網(wǎng)點(diǎn)確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸發(fā)送模式，每一個發(fā)送數(shù)據(jù)包都必須等待對方確認(rèn)信息。如果傳輸過程中出現(xiàn)問題可以申請重發(fā)，所以它形成了高可靠性。

剛才講了高安全性，Zigbee提供基于循環(huán)冗余校驗的CRC的數(shù)據(jù)包完全檢查的功能，并支持鑒權(quán)和認(rèn)證，也才采用了AES-128加密的算法，各個應(yīng)用可靈活地確定其安全的屬性。

Zigbee的一大特點(diǎn)就是自組網(wǎng)mesh。他的自組網(wǎng)功能無需人工干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)既能夠感知其他節(jié)點(diǎn)的存在，并確定連接關(guān)系，組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)。Zigbee的自愈功能：增加或者刪除一個節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)發(fā)生變動、發(fā)生故障等等網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù)，并對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，無需人工干預(yù)，保證了整個系統(tǒng)仍能正常的工作。

我們講了那么多的就是Zigbee特點(diǎn)、優(yōu)勢、優(yōu)點(diǎn)，他的缺點(diǎn)在什么地方？我們要辯證客觀地看，它的缺點(diǎn)就是一個低速率，還有它不是一個同步的數(shù)據(jù)傳輸方式，而是異步通訊。所以說，在一些應(yīng)用場景里面，你要是想有快速同步的話，除非以廣播的方式外，其他的網(wǎng)狀網(wǎng)方式節(jié)點(diǎn)間會有一些時差。

zigbee在智能家居中應(yīng)用

Zigbee應(yīng)用在智能家居行業(yè)自于無線傳感器網(wǎng)與智能家具的基本屬性所決定的。因為智能家居的基本屬性包括：第一個全天候、第二個全區(qū)域、第三個全功能。Zigbee還有更強(qiáng)的整合能力，解決傳統(tǒng)需求，最終達(dá)到優(yōu)化生活方式的目的。智能家居的全天候工作都是要求我們整個系統(tǒng)，不受白天黑夜的限制，從喚醒用戶到送出門上班，從迎接客戶回家到陪伴用戶入睡，智能家居一直在工作著，甚至當(dāng)客戶入睡也要隨時聽候吩咐。如果用戶夜間起床，智能夜燈自動啟動。Zigbee技術(shù)用在智能家居最大的優(yōu)點(diǎn)就是全區(qū)域，Zigbee的節(jié)點(diǎn)數(shù)越多越多穩(wěn)定，用戶在家中任何區(qū)域都可以與智能家居進(jìn)行交互并享受相應(yīng)的功能，甚至不在家中的時候也可以進(jìn)行遠(yuǎn)程查看和控制，其廣泛的交互區(qū)域和互動能力也是一般傳統(tǒng)家居功能不能比擬的。

由于智能家居的很大一部分來自于傳感器節(jié)點(diǎn)，所以說對傳感器節(jié)點(diǎn)的低功耗要求是非常的高。一般就是用紐扣電池或者鋰電池，而且需要長期的工作，得益于睡眠功能，可以運(yùn)行一年、兩年而不用換電池的特性。

目前對智能家居和物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，其實有很多的一些誤解，比如說講得最多的丟包問題。其實經(jīng)典的TCP/IP協(xié)議，通過數(shù)據(jù)重發(fā)來應(yīng)對數(shù)據(jù)丟包和不穩(wěn)定連接問題。盡管單一的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通常相對很小，但針對整個一個物聯(lián)網(wǎng)流來講，其通訊量較大。對海量的非關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行重發(fā)會造成非常大的不必要的冗余。對于絕大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來說，一個數(shù)據(jù)丟包，就是一串的數(shù)據(jù)丟失，有時并不能說明任何問題。不可否認(rèn)。對于需要處理實時緊急任務(wù)的設(shè)備而言，傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議可能比目前的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用協(xié)議更為契合。

wifi、藍(lán)牙都是基于IP base協(xié)議，TCP/IP協(xié)議已經(jīng)廣泛運(yùn)用于大量設(shè)備，如智能手機(jī)設(shè)備。那我們會思考如此大規(guī)模部署成熟的協(xié)議，為什么移植到物聯(lián)網(wǎng)上面。只是因為類似協(xié)議并不合適物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的潛在應(yīng)用。其根本問題在于互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議都十分穩(wěn)健，主要為高效運(yùn)轉(zhuǎn)、大數(shù)據(jù)流和高可靠的設(shè)計的。但這些原本值得稱道的特性，對于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備并不合適。我們要樹立‘開銷’的意識，穩(wěn)健的協(xié)議并不是物聯(lián)網(wǎng)所必須需要的。主要的原因在于其對網(wǎng)絡(luò)開銷的要求，而且對那些簡易的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備而言，其處理能力、存儲容量和通信能力也是十分有限的。物聯(lián)網(wǎng)還需要從邊緣網(wǎng)絡(luò)的角度出發(fā)來考慮。為何不提供一種新的思路？既能與現(xiàn)有的TCP/IP的這個終端設(shè)備共存，又能高效的管理所有非IP設(shè)備產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)。所以說在智能家居中有一個核心就是智能家居的網(wǎng)關(guān)。

智能家具產(chǎn)品的技術(shù)結(jié)構(gòu)包括了很多部分能力，其中有產(chǎn)品本身部分、互聯(lián)的部分、云的部分、身份安全架構(gòu)部分還有第三方的部分，就是數(shù)據(jù)源服務(wù)，如天氣交通之類。智能家居的觸角是傳感器，傳感器在智能家居中起到非常重要的作用。如亞馬遜Alexa ，他現(xiàn)在作了我們?nèi)兄械膬筛小牶驼f，它已經(jīng)可以達(dá)到這么高的一個應(yīng)用程度。當(dāng)我們做到全感：有眼睛，有鼻子，有舌頭，有皮膚，有觸覺，有耳朵，各方面全部有的時候，那智能家居真的是落地了。

我們]經(jīng)常講的智能家居發(fā)展的一個瓶頸是傳感器太少，也就是神經(jīng)太少了，所以要大腦發(fā)達(dá)還是有點(diǎn)困難?？偠灾?，Zigbee和智能家居形成了一種“你中有我，我中有你”的態(tài)勢。從這個整個技術(shù)發(fā)展上講，Zigbee技術(shù)本身的特性，是基于IEEE802.15.4的RF平臺，目前現(xiàn)在就是往“dotdot”的方向發(fā)展，也就是說成為Iot language。我前陣子應(yīng)許老師之邀寫的就是關(guān)于“dotdot”的介紹，有興趣的朋友可以去看一下。

目前Zigbee 3.0等于是把原來之前Zigbee pro和其他一些Zigbee的特性全部綁在一塊兒，這樣就能更好地實現(xiàn)互操作。比如說你買了一個經(jīng)過Zigbee聯(lián)盟認(rèn)證的網(wǎng)關(guān)，是和飛利浦的Hue，和其他的一些產(chǎn)品對接就可以進(jìn)行互操作，進(jìn)行互相控制。

從Zigbee技術(shù)本身來講的話，來自于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSN)，這個可以用在像那個抄表系統(tǒng)啊，智能交通，電工照明，樓宇安全，樓宇油氣生產(chǎn)的這一課遙控、通訊系統(tǒng)。比如農(nóng)田、大棚、耕作環(huán)境監(jiān)測、水利水文的監(jiān)測的無線通信、工業(yè)制造、過程控制和遙測遙控，對醫(yī)學(xué)的病患設(shè)備設(shè)施進(jìn)行醫(yī)療和健康的監(jiān)控、家庭監(jiān)控、安防類的報警運(yùn)用，有源RFID的應(yīng)用，應(yīng)用于產(chǎn)品運(yùn)輸，產(chǎn)品跟蹤，產(chǎn)品管理，還有包括現(xiàn)在比較多的是軍事應(yīng)用，監(jiān)測和機(jī)器人控制全體智能，汽車應(yīng)用，比如車聯(lián)網(wǎng)。

這里再講幾個一般人們對Zigbee的幾個認(rèn)識誤區(qū)？第一個，Zigbee價格真的很低嗎？其實目前成本在30塊左右的模塊——這種市面上非常多的。像NB-iot都在70、80元，這個太貴了！第二個，通訊真的穩(wěn)定嗎？目前為止，Zigbee主要采用頻段2.4G，它受限于頻段的物理特性，所以說它的環(huán)境中可以網(wǎng)撞網(wǎng)的方式解決傳輸?shù)膯栴}。

Zigbee主要特點(diǎn)是自組網(wǎng)能力強(qiáng)，自恢復(fù)能力強(qiáng)，因此對于像地下、井下定位、停車場地位、室外的溫度采集、污染采集，非常有吸引力。在智能家居，我們就用最多的就像開關(guān)面板、插座窗簾、現(xiàn)在很火的智能門鎖。這些就非常有特點(diǎn)。

智能家居的一個發(fā)展趨勢，我們可以從幾個層面進(jìn)行分析推斷：首先是研發(fā)，從頻率生產(chǎn)廠商層面，過去有十多年不斷有這個廠商加入行業(yè)，經(jīng)過這些年了發(fā)展積累智能家居技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，而且像這個天使投資、風(fēng)險投資也紛紛進(jìn)入到這行業(yè)，在資金的推動下，在不久的將來會有成熟穩(wěn)定用戶體驗更好的智能家居系統(tǒng)推入市場。從智能家居的推廣層面來講，越來越多的個人與公司也愿意加入智能家居的推廣。這從一個側(cè)面反映大家推廣智能家居的熱清比較高漲，至于終端使用的層面，通過從事研發(fā)生產(chǎn)和市場推廣的共同努力智能家居的概念正在深入人心，另外隨著網(wǎng)絡(luò)智能設(shè)備的普及使得智能家居硬環(huán)境、大環(huán)境已經(jīng)成熟。再加上我們滿足普通消費(fèi)需求的智能家居產(chǎn)品推出。我們可以期待在不久的將來，三年之內(nèi)，智能家居行業(yè)必定進(jìn)入一個爆發(fā)式增長的階段。

Zigbee聯(lián)盟最近推出“dotdot”的應(yīng)用語言，目的也就是更好地為iot服務(wù)。將整個應(yīng)用子層拿出來，將針對整個品類的描述的ZCL的cluster變成為一個 “dotdot” 語言。未來的zigbee會越來越輕，會脫離對IEEE802.15.4的平臺的物理層與Mac層的依附性，未來Zigbee可以用在有線、無線、藍(lán)牙等等物理平臺上。

現(xiàn)在一個趨勢就是多協(xié)議網(wǎng)關(guān)，支持的就是將藍(lán)牙、Zigbee還有wifi等集中在一起。例如你買一個插座，用藍(lán)牙進(jìn)對它進(jìn)行配置，之后Zigbee會自動按藍(lán)牙配置的能力進(jìn)行入網(wǎng)。這就是多協(xié)議Multi-protocol的一些優(yōu)點(diǎn)，更方便地使用智能家居產(chǎn)品。

謝謝大家！

（本文是根據(jù)雍敏科技董事長 張敏先生分享由IC咖啡鄭東躍整理而成。）

IC咖啡學(xué)堂001｜物聯(lián)網(wǎng) 微課堂 第十五講 《nbiot標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展及其未來演進(jìn)》將于7月28日晚八點(diǎn)繼續(xù)！