短距離無線通信技術有我們熟知的Wi-Fi、ZigBee、藍牙以及Z-Wave，之前的文章中小編介紹了Wi-Fi和藍牙，今天我們一起來認識ZigBee技術。

短距離無線通信技術

第三期：ZigBee

ZigBee問世已將近20年，技術上已經很成熟，和藍牙、Wi-Fi在短距離通信領域幾乎三分天下。

年初，CSA連接標準聯盟 (原ZigBee聯盟)宣告其正在開發ZigBee標準新功能——ZigBee Direct，該功能結合了ZigBee和低功耗藍牙 (BLE) 兩種技術，可利用操作簡單的BLE設備，簡化ZigBee新設備的入網和對已有設備的控制，帶給用戶更便捷的體驗。

ZigBee的特點優勢

01

Mesh組網應用

首先，ZigBee基于IEEE802.15.4技術標準，與Wi-Fi的IEEE802.11，藍牙的802.15.1都有各自獨有的特點，它們之間的關系只有互補，無法相互取代。

在以上的IEEE技術標準中，IEEE802.15.4和IEEE802.11的物理特性都比較相似，采用了基于CCA載波偵聽的CSMA/CA通信方式，非常適合設備多對多通信，因此在多設備通信的Mesh網絡中，有極高的通信效率。

而IEEE802.15.1采用HFSS跳頻原理，不容易實現類似的信道檢測功能，只能按照主從機模型的時隙進行工作，在BLE Mesh應用中是以廣播的方式通信，而且在BLE Mesh應用中會盡量避免多個設備同時與同一個設備通信的情況出現。因此在Mesh網絡的應用中，ZigBee的兼容性和可靠性遠勝于BLE Mesh。

02

互聯互通性

ZigBee從誕生開始就制訂了一套設備控制標準，叫ZCL（ZigBee Cluster Library）。在早期版本的ZigBee協議中，ZCL很不完善，被起步較早的智能家居廠商和其它應用方案商棄用。導致不同的設備廠商的產品互不兼容，甚至這些產品從一開始就要故意設計得互不兼容。

但是隨著ZigBee 3.0的推出將ZCL作為必選項，而且芯片廠商也在芯片中強制使用ZCL，導致設備廠商需要額外花費研發成本將自己產品做得和其它廠商不兼容，這就導致很多設備廠商為了圖方便被迫讓自己的產品與別人的產品互聯互通。

另外，ZCL還衍生出一種叫“物模型”的概念，這種概念被諸多智能云服務商借用，而且還在此基礎上衍生了可用于IPv6（包括同樣基于IEEE802.15.4的谷歌Thread）的Matter協議。物模型讓通信協議中枯燥冰冷的一串串數據變成了更形象化的設備實體，如這個設備上有幾個開關幾個燈掛載了哪些傳感器？溫度多少亮度多少有沒有報警？對設備端開發人員來說可以在設備增加某個功能或者增加某個功能的數量時，不用去考慮通信協議兼容性問題，對于遠端開發人員來說新增設備也就是在原有設備功能上的復制粘貼。

對比其它主流的物聯網協議，目前只有BLE Mesh推出了一個SIG Mesh標準，但是該標準為在BLE芯片中強制使用，很多廠商都可以選擇不支持，導致BLE Mesh的設備是數據通得了，但是設備和設備之間是“雞同鴨講”。好在智能手機支持BLE Mesh接入，讓智能手機來充當控制器，一個廠商一個APP，這種方式也加快了智能手機的報廢淘汰速度。

03

低功耗

和ZigBee一樣，支持低功耗的物聯網協議也不計其數。但任何物聯網通信協議，低功耗的下限都逃不過兩樣東西的制約：芯片制程和射頻功耗。因此一些新出來的物聯網協議的芯片工藝比一些老舊的ZigBee芯片工藝有技術代差，看上去ZigBee的低功耗優勢就不明顯。但是ZigBee芯片的工藝也在進步，以TI的芯片為例，經典的CC2530的CPU工作電機就高達8mA，RX電流就高達20mA，而最新的CC2651的這兩個電流分別就只有3mA和6.4mA。

射頻功耗是物聯網芯片的用電大戶。而ZigBee的低功耗設備如果只發消息不收消息，功耗可以做到更低，因為ZigBee的物理連接更自由，不需要維持常連接，即使沒有持續不斷的握手信號也不會導致設備斷開。因此在設計ZigBee低功耗設備時可以采取只在有需要的情況下才通信，把有限的電能資源全部花費在刀刃上。

04

可維護性

ZigBee組網是一種靜態常連接的方式。設備一旦組好網后不會輕易斷開，即使設備關機了下次開機還在網絡中，不需要重新設置。如果組好網的設備需要改變組網狀態，要么需要進行退網操作，要么強制恢復出廠，而且前者的行為會被網關記錄下來。

另外ZigBee是Mesh網絡，設備和設備之間可以繞開網關直接通信，比如ZigBee遙控器直接控制窗簾，ZigBee開關直接控制燈，都不需要經過網關轉發，而且這種連接關系也可以一直維持。因此ZigBee很適合一些無人值守或者禁止使用智能手機的場所，例如機房的溫控系統，中小學的智慧教室系統，工廠流水線的智能管理設備。

ZigBee面臨的挑戰

ZigBee技術最大的劣勢就是控制端無法集成在智能手機上，需要通過網關來進行控制。這也是它一直難以在個人消費品領域普及的重要原因。當然也有通過ZigBee Dongle或者ZigBee遙控器作為控制端，但也必須有網關授權，不像BLE Mesh這樣“想來就來想走就走”式的接入，總之就是BLE Mesh接入更方便但ZigBee的接入更安全。

由于ZigBee網絡的穩定性，也導致了ZigBee網關的設計復雜。理論上協調器可以檢測到整個ZigBee網絡內的任何風吹草動，因此網關在設計上需要考慮更廣泛更全面，接收到的各種消息和檢測到的各種異常要主動處理不能忽略。網關接收到的任何消息都是有用的，很多網關設計的不穩定的廠商都是因為沒有處理網關收到的全部消息導致的。

目前，ZigBee解決方案的家族已經有ZigBee、ZigBee Direct、ZigBee Smart Energy和低能耗解決方案Green Power。就ZigBee Direct而言，已有包括亞馬遜、華為、OPPO、三星、施耐德、宜家、羅格朗、Silicon Labs等50多家成員公司參與了該功能的開發。

隨著ZigBee Direct新功能和認證計劃的推出，用戶體驗提升，相信會在很大程度上推進ZigBee產品的市場應用。