隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)的飛速發(fā)展，Zigbee作為一種成熟的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，已經(jīng)在照明、智能家居、訪問控制、商業(yè)建筑和能源管理等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。Zigbee模組在智能家居領(lǐng)域中扮演著核心引擎的角色，為各種智能設(shè)備提供無線通信能力，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的互聯(lián)互通。對于那些想要涉足Zigbee設(shè)備市場的企業(yè)來說，了解Zigbee是什么以及如何進(jìn)行Zigbee產(chǎn)品開發(fā)是至關(guān)重要的。

首先，我們來了解一下什么是Zigbee 。Zigbee是一種基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗、低傳輸速率的無線通信技術(shù)。它具有近距離的特點(diǎn)，相鄰節(jié)點(diǎn)之間的有效傳輸范圍一般在10米左右。此外，Zigbee協(xié)議還具有強(qiáng)大的可靠性和穩(wěn)定性，采用了無線Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以自動(dòng)進(jìn)行路由和跳頻，避免了無線信道上的干擾和沖突。同時(shí)，Zigbee 協(xié)議還提供了完善的網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制，確保數(shù)據(jù)的安全性和隱私性。

Zigbee可以說是最流行的家庭自動(dòng)化協(xié)議之一。它廣泛應(yīng)用于各種智能家居產(chǎn)品，包括但不限于Zigbee網(wǎng)關(guān)、家庭自動(dòng)化恒溫器、PIR運(yùn)動(dòng)傳感器、警報(bào)器、漏水傳感器、電表、智能照明系統(tǒng)、煙霧傳感器等等。

Zigbee協(xié)議的歷史

Zigbee協(xié)議經(jīng)歷了多次迭代，其演進(jìn)路徑和不同版本的更新，展示了該協(xié)議的不斷改進(jìn)和適應(yīng)性。對于企業(yè)和開發(fā)人員來說，熟悉這些版本可能有助于他們理解Zigbee兼容性問題。

Zigbee1.0是Zigbee規(guī)范的第一個(gè)版本，由Zigbee聯(lián)盟于2005年6月13日推出，但它顯示出一些缺陷。為了解決和修正這些問題，Zigbee 1.1應(yīng)運(yùn)而生。不過值得注意的是，這個(gè)新協(xié)議與Zigbee 1.0不兼容。

因此，2007年，Zigbee規(guī)范進(jìn)行了另一次修訂，使其與以前的版本兼容，并添加了Zigbee Pro，允許Zigbee Pro設(shè)備連接到傳統(tǒng)Zigbee網(wǎng)絡(luò)并在其上運(yùn)行，反之亦然。Zigbee Pro在2.4 GHz ISM頻段運(yùn)行，還增加了對sub-GHz頻段的支持，在頻率使用方面提供了更大的靈活性。

當(dāng)然，除此之外還有更多Zigbee版本，包括Zigbee3.0、Zigbee Pro、Zigbee Green Power、Zigbee Smart Energy等。

隨著越來越多的智能應(yīng)用采用Zigbee協(xié)議，并受到CPU速度、內(nèi)存容量等硬件限制，為了更好地適應(yīng)不同場景的需求，Zigbee 聯(lián)盟將應(yīng)用層細(xì)分為各種協(xié)議，旨在提供優(yōu)化的非常適合特定行業(yè)的解決方案。這些協(xié)議包括但不限于：

ZHA（Zigbee家庭自動(dòng)化）：ZHA是2007年發(fā)布的第一個(gè)專門的Zigbee應(yīng)用配置文件。在此之后，其他應(yīng)用程序配置文件也已發(fā)布。專為家庭自動(dòng)化應(yīng)用而設(shè)計(jì)，涵蓋住宅環(huán)境中的照明控制、HVAC、安全系統(tǒng)和能源管理等領(lǐng)域。

ZLL (Zigbee Light Link)： 專注于照明應(yīng)用，為照明應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)化命令和屬性控制和管理燈泡、開關(guān)和調(diào)光器等照明設(shè)備。

ZBA (Zigbee樓宇自動(dòng)化)： 針對商業(yè)和工業(yè)樓宇自動(dòng)化應(yīng)用，它可以集成和控制各種系統(tǒng)，包括照明商業(yè)建筑內(nèi)的HVAC、訪問控制和能源管理。

ZHC(Zigbee醫(yī)療保健)：滿足醫(yī)療保健相關(guān)應(yīng)用的特定需求，包括醫(yī)療設(shè)備監(jiān)控、患者跟蹤和遠(yuǎn)程醫(yī)療保健服務(wù)。

隨著硬件解決方案的不斷發(fā)展，不同設(shè)備品類不同設(shè)備制作商之間互聯(lián)互通的需求日益凸顯。為此，Zigbee聯(lián)盟推出了Zigbee3.0。Zigbee3.0統(tǒng)一了前面提到的ZHA、ZLL、ZBA、ZHC等應(yīng)用層協(xié)議。為了使來自不同制造商的設(shè)備能夠協(xié)同工作，從加入網(wǎng)絡(luò)到設(shè)備操作（例如打開和關(guān)閉）的一切都需要精確指定。Zigbee 3.0還標(biāo)準(zhǔn)化了使用不同應(yīng)用層協(xié)議的設(shè)備的設(shè)備發(fā)現(xiàn)和聯(lián)網(wǎng)程序，這使得Zigbee設(shè)備聯(lián)網(wǎng)更加容易，開發(fā)人員也可以更輕松地創(chuàng)建產(chǎn)品。例如，用戶可以通過Zigbee3.0網(wǎng)關(guān)輕松連接和控制來自不同制造商的智能開關(guān)和智能燈泡。

Zigbee技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

Zigbee是一種全面的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，其在互操作性方面的關(guān)鍵優(yōu)勢使得Zigbee設(shè)備能夠無縫地相互協(xié)作，而不受制造商的影響。這使得開發(fā)人員和制造商能夠以更少的開發(fā)工作來構(gòu)建產(chǎn)品，加快上市時(shí)間，并使產(chǎn)品快速進(jìn)入并集成到主要物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中，并確保最終用戶的易用性。Zigbee技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)如下：

低功耗：Zigbee網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)工作周期短，發(fā)送/接收效率低，并且采用休眠模式來節(jié)省能源。

傳輸可靠，抗干擾能力強(qiáng)：Zigbee采用擴(kuò)頻DSSS技術(shù)，增強(qiáng)無線傳輸?shù)目煽啃裕煌瑫r(shí)，MAC層包含數(shù)據(jù)確認(rèn)機(jī)制，進(jìn)一步提高了可靠性。

簡化的協(xié)議：與藍(lán)牙相比，Zigbee顯著簡化了其協(xié)議（不到藍(lán)牙的十分之一），以降低對通信控制器的要求并使實(shí)施更容易。

高安全性：Zigbee在加入網(wǎng)絡(luò)的過程中利用AES-128/64/32等加密算法以及安裝代碼機(jī)制，以增強(qiáng)安全性。

低數(shù)據(jù)速率：Zigbee技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速率較低，通常只有20-250kbps。這使得Zigbee設(shè)備在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)不會(huì)占用太多的帶寬資源。

強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)能力：Zigbee技術(shù)具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)能力，可以支持大量的設(shè)備同時(shí)連接。此外，Zigbee設(shè)備可以通過多跳通信方式擴(kuò)展通信距離，提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。

Zigbee應(yīng)用示例

智能照明控制系統(tǒng)：Zigbee可用于創(chuàng)建智能照明系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無線控制燈光、調(diào)光選項(xiàng)和自動(dòng)化功能。

環(huán)境監(jiān)測和控制系統(tǒng)： 支持Zigbee的傳感器可用于監(jiān)測和控制各種環(huán)境中的溫度、濕度、空氣質(zhì)量和能源消耗等參數(shù)。

自動(dòng)抄表系統(tǒng)：Zigbee可以實(shí)現(xiàn)公用事業(yè)儀表和數(shù)據(jù)采集器之間的無線通信，促進(jìn)自動(dòng)抄表和高效的能源管理。

窗簾控制系統(tǒng)：Zigbee技術(shù)可用于無線控制電動(dòng)窗簾或百葉窗，提供便捷的自動(dòng)化控制選項(xiàng)。

煙霧傳感器警報(bào)系統(tǒng)：支持Zigbee的煙霧傳感器可以集成到家庭或建筑安全系統(tǒng)中，提供實(shí)時(shí)警報(bào)并增強(qiáng)安全措施。

醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)：Zigbee可用于醫(yī)療保健應(yīng)用中進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，從而收集和傳輸生命體征和健康數(shù)據(jù)。

物聯(lián)網(wǎng)HVAC系統(tǒng)：支持Zigbee的恒溫器和HVAC控制器可用于提高能源效率并可遠(yuǎn)程控制供暖、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)。

內(nèi)置家庭自動(dòng)化系統(tǒng)的家庭機(jī)頂盒和遙控器：Zigbee技術(shù)可集成到機(jī)頂盒和遙控器中，實(shí)現(xiàn)對家庭自動(dòng)化系統(tǒng)的無縫控制和自動(dòng)化家庭娛樂系統(tǒng)和智能設(shè)備。

家庭安全系統(tǒng)：Zigbee可用于家庭安全系統(tǒng)，連接傳感器、警報(bào)器和訪問控制設(shè)備，增強(qiáng)整體安全性并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

樓宇自動(dòng)化：Zigbee技術(shù)可以部署在商業(yè)建筑中，用于各種系統(tǒng)的集中控制和自動(dòng)化，包括照明、HVAC、安全和能源管理。

如何開發(fā)Zigbee 產(chǎn)品？

接下來，我們將探討如何進(jìn)行Zigbee 產(chǎn)品開發(fā)。

由于 Zigbee允許設(shè)備使用相同的物聯(lián)網(wǎng)語言相互連接和通信、低功耗運(yùn)行、強(qiáng)大的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)功能等，目前數(shù)以百萬計(jì)的Zigbee項(xiàng)目安裝在住宅自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)化和零售等各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。

Zigbee市場的增長潛力從市場預(yù)測中顯而易見。根據(jù) Mordor Intelligence的數(shù)據(jù)，Zigbee 市場規(guī)模預(yù)計(jì)將從2023年的45.9億美元增長到2028年的61.4億美元，預(yù)測期內(nèi)（2023-2028年）復(fù)合年增長率為6.01%。該預(yù)測強(qiáng)調(diào)了Zigbee技術(shù)在實(shí)現(xiàn)智能互聯(lián)環(huán)境中所發(fā)揮的重要作用。那么，您是否打算開發(fā)自己的Zigbee產(chǎn)品并合作共同擴(kuò)大市場份額？

Zigbee 產(chǎn)業(yè)鏈

Zigbee 產(chǎn)業(yè)鏈通常包括四個(gè)主要部分：芯片提供商、解決方案提供商、平臺(tái)服務(wù)提供商和終端設(shè)備。

Zigbee IC：芯片是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的“大腦”，低功耗、高可靠性的半導(dǎo)體芯片是物聯(lián)網(wǎng)幾乎各個(gè)方面的重要組件。海外Silicon Labs推出了多個(gè)具有PSA Level 3 Secure Vault保護(hù)功能的超低功耗Zigbee SoC 系列，使其成為Zigbee芯片領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。國內(nèi)Telink、PHYPLUS等芯片廠商也先后布局推出了國產(chǎn)Zigbee芯片。

Zigbee解決方案：解決方案提供商利用上述 Zigbee芯片開發(fā)各種基于Zigbee的解決方案，以滿足許多行業(yè)的需求。這個(gè)過程離不開專門的Zigbee設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造。根據(jù)應(yīng)用場景和具體要求，Zigbee設(shè)備包括但不限于Zigbee傳感器和Zigbee設(shè)備。控制器、Zigbee模塊和Zigbee控制面板。Zigbee設(shè)備的開發(fā)需要一定水平的專業(yè)知識(shí)和嵌入式系統(tǒng)、電源管理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、外殼、連接技術(shù)等方面的專業(yè)知識(shí)。例如瑞瀛物聯(lián)，就是專注于Zigbee 技術(shù)的解決方案提供商等。

Zigbee平臺(tái)：平臺(tái)服務(wù)提供商通過提供一系列平臺(tái)和服務(wù)，促進(jìn)終端設(shè)備和解決方案之間的數(shù)據(jù)交換和通信。物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)作為設(shè)備聚合、應(yīng)用服務(wù)和數(shù)據(jù)分析的重要組成部分，需要提供設(shè)備層面的設(shè)備管理和控制能力，以及應(yīng)用開發(fā)、服務(wù)和系統(tǒng)集成的PaaS服務(wù)。這些類型的服務(wù)提供商包括但不限于亞馬遜、谷歌、涂鴉等。

Zigbee產(chǎn)品：Zigbee終端產(chǎn)品是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的最終輸出。它們可以是智能家居設(shè)備、工業(yè)傳感器、智能照明模塊等。這些產(chǎn)品通過集成Zigbee技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通，提供智能便捷的服務(wù)。此外，Zigbee產(chǎn)品充當(dāng)用戶和Zigbee技術(shù)之間的直接接口，讓用戶享受其優(yōu)勢和便利。只有Zigbee終端產(chǎn)品在市場上得到廣泛應(yīng)用，Zigbee技術(shù)的價(jià)值才能得到充分體現(xiàn)。

Zigbee 產(chǎn)品開發(fā)流程

需求分析：明確產(chǎn)品的功能需求和非功能需求，如數(shù)據(jù)傳輸速率、功耗、通信距離等。

硬件選擇：選擇適合的Zigbee芯片和開發(fā)板，并連接所需的外圍設(shè)備。

協(xié)議棧選擇：選擇適合項(xiàng)目需求的Zigbee協(xié)議棧，如Z-Stack、EmberZNet等。

芯片配置：通過編程方式配置Zigbee芯片的參數(shù)，如信道、功率、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置等。

應(yīng)用開發(fā)：基于選擇的Zigbee協(xié)議棧開發(fā)應(yīng)用層代碼，實(shí)現(xiàn)Zigbee功能和應(yīng)用邏輯。

調(diào)試和測試：對開發(fā)的代碼進(jìn)行調(diào)試和測試，確保Zigbee功能正常運(yùn)行。

優(yōu)化和迭代：根據(jù)測試結(jié)果對代碼進(jìn)行優(yōu)化和迭代，以提高產(chǎn)品的性能和穩(wěn)定性。

文檔編寫：編寫產(chǎn)品開發(fā)文檔，記錄開發(fā)過程、配置參數(shù)和應(yīng)用實(shí)例等信息。

發(fā)布和維護(hù)：發(fā)布產(chǎn)品并保持對產(chǎn)品的維護(hù)和更新，解決可能出現(xiàn)的問題。

需要注意的是，以上步驟僅為Zigbee產(chǎn)品開發(fā)的一般流程，具體實(shí)現(xiàn)過程可能因項(xiàng)目需求和團(tuán)隊(duì)情況而有所不同。在開發(fā)過程中，建議參考Zigbee相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)，以確保產(chǎn)品的兼容性和穩(wěn)定性。

審核編輯 黃宇