Zigbee技術
技術簡介
由於蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位和遠近信息的，也就是所蜜蜂依靠著這樣的方式構成了群體中的通信“網絡”，因此Zigbee的發明者們形象地利用蜜蜂的這種行為來形象地描述這種無線信息傳輸技術。
它是基於IEEE802.15.4協議發展起來的一種短距離無線通信技術，功耗低，被業界認為是最有可能應用在工控場合的無線方式。Zigbee是一個由可多到65000個無線數傳模塊組成的一個無線數傳網絡平臺，在整個網絡範圍內，每一個Zigbee網絡數傳模塊之間可以相互通信，每個網絡節點間的距離可以從標準的75m無限擴展。其它Zigbee認證設備或系統進行無縫互聯或互操作，並且無需進行對接開發。
Zigbee聯盟
始建於2002年的Zigbee聯盟是一家開放型的非盈利組織，其成員構成了一個生機勃勃的完整生態圈。來自全球的公司、大學和政府機構都可以加入，成為聯盟的成員。而成員們為了應對這個飛速發展的世界和不斷變化的需求所作出的種種應對也決定了聯盟的主要活動和發展方向。這個聯盟正不斷創建著一系列創新、可靠、且易於使用的Zigbee標準。
該聯盟大約已有百餘家成員企業，並在迅速發展壯大。其中涵蓋了半導體生產商、IP 服務提供商、消費類電子廠商及OEM 商等。
Zigbee聯盟的董事會包括來自以下成員企業的高層管理人員：康卡斯特有線、華為、克羅格公司、蘭吉爾、立達信、羅格朗、MMB Networks、恩智浦半導體、施耐德電子、昕諾飛 (原名飛利浦照明)、芯科科技、三星SmartThings、尚飛、德州儀器和物聯傳感等。
Zigbee3.0
Zigbee協議的誕生源於對工業物聯網的需求。Zigbee聯盟推出Zigbee3.0主要的任務就是為了統一各種Zigbee 應用層協議，解決了不同應用層協議之間的互聯互通問題，用戶只要購買任意一個經過Zigbee3.0的網關就可以控制不同廠家基於Zigbee3.0的智能設備。
Zigbee協議介紹
2012年4月，國際Zigbee聯盟推出了Zigbee Light Link，設定了共同標準，通過全球主要照明設備製造商的共同開發，ZLL不僅定義了一種先進的燈控應用信息傳遞協議，而且還納入了簡單的配置機制。Zigbee Light Link具有所有Zigbee網絡的固有技術優勢，實現了基於IEEE 802.15.4的低功率、低成本、健壯、安全的無線網絡。
芯片
多家芯片廠商都有在華推廣Zigbee的解決方案，比如Atmel, Texas Instrument, NXP, Marvell等。
ZLL標準和ZHA
Zigbee Light Link是基於照明推出的協議，而Zigbee HA是基於智能家居推出來的協議，Zigbee 3.0將ZLL與ZHA都囊括其中。ZLL是ZLL是Zigbee Light Link的簡稱。
Zigbee Light Link的總體特點
家庭領域的低成本無線燈控解決方案。
·安裝簡單直觀、無需額外工具和專業知識
·系統易於擴展，產品具有互操作性
·可靠、穩健的網絡技術，且與其它Zigbee標準與設備兼容
·主要照明設備製造商構建全球生態系統，為終端用戶創造價值
·遍佈全球的成熟產業鏈——低成本、高性能的SoC解決方案
·經認證的貨架軟件解決方案
芯片數
Zigbee芯片的銷量截止目前已達到5億個。該公司分析師還預測，到2023年，802.15.4網狀網絡芯片的銷量將猛增至45億，而其中大部分芯片將基於Zigbee聯盟的技術標準。
Zigbee 的技術特點和性能
Zigbee具有如下特點:
低功耗
由於Zigbee的傳輸速率低,發射功率僅為1mW,而且採用了休眠模式,功耗低,因此Zigbee設備非常省電。據估算,Zigbee設備僅靠兩節5號電池就可以維持長達6個月到2年左右的使用時間,這是其它無線設備望塵莫及的。
成本低
Zigbee模塊的初始成本在6美元左右,估計很快就能降到1.5—2.5美元, 並且Zigbee協議是免專利費的。低成本對於Zigbee也是一個關鍵的因素。
低複雜性
Zigbee協議的大小一般在4-32KB，而藍牙和Wi-Fi一般都超過100KB。
時延短
通信時延和從休眠狀態激活的時延都非常短,典型的搜索設備時延30ms,休眠激活的時延是15ms, 活動設備信道接入的時延為15ms。因此Zigbee技術適用於對時延要求苛刻的無線控制(如工業控制場合等)應用。
網絡容量大
一個星型結構的Zigbee網絡最多可以容納254個從設備和一個主設備, 一個區域內可以同時存在最多100個Zigbee網絡, 而且網絡組成靈活。 並且在一個網絡中最多可以有65000個節點連接。
網絡建立
Zigbee能夠自動建立其所想要的網絡。
可靠
採取了碰撞避免策略,同時為需要固定帶寬的通信業務預留了專用時隙,避開了發送數據的競爭和衝突。MAC層採用了完全確認的數據傳輸模式, 每個發送的數據包都必須等待接收方的確認信息，如果傳輸過程中出現問題可以進行重發。
安全
Zigbee提供了基於循環沉餘校驗(CRC)的數據包完整性檢查功能,支持鑑權和認證, 採用了AES-128的加密算法,各個應用可以靈活確定其安全屬性。
Zigbee技術的安全性
因為完全瞭解安全環境的不斷變化，所以Zigbee為成員提供了整套的安全工具應用於其產品。隨著Zigbee 3.0標準（現簡稱Zigbee）在2016年初發布，Zigbee為產品開發者和IoT生態系統中的不同廠商提供了增強版的安全工具，以便構建更為牢固的網絡，及在網絡安全和部署便捷之間做適當的權衡取捨。Zigbee聯盟密切關注行業安全趨勢，並與研究人員和 “白客”們一起不斷作出更新，以確保領先於那些新興的威脅。
Zigbee技術應用場景
Zigbee技術的目標就是針對工業，家庭自動化，遙測遙控，例如燈光自動化控制，傳感器的無線數據採集和監控，油田，電力，礦山和物流管理等應用領域。
實際應用舉例如下：照明控制、環境控制、自動讀表系統、各類窗簾控制、煙霧傳感器、醫療監控系統、大型空調系統、內置家居控制的機頂盒及萬能遙控器、暖氣控制、家 庭安防、工業和樓宇自動化。另外它還可以對局部區域內移動目標例如城市中的車輛進行定位。
智能交通控制系統應用
醫療監控系統應用
智能家居場景應用
儘管國內不少人已經開始關注Zigbee這項新技術，而且也有不少企業開始涉足Zigbee技術的開發，然而，考慮到Zigbee本身是一種新的系統集成技術，應用軟件的開發必須用網絡傳輸，射頻技術和底層軟硬件控制技術結合在一起，所以對於初期開發的企業來說具有一定的技術難度。由於各方面的制約，Zigbee技術的大規模商業應用還有待時日。
Zigbee3.0升級的互操作牆事件
40個產品中絕大多數是Zigbee 3.0的認證（或認證中）ZHA和ZLL的產品，來自飛利浦Hue、美的、宜家和海曼等產品都接入了順舟的3.0(待認證)網關和APP，以智能家居系統為例，能夠實現燈光控制、無線環境監控、智能安防和電機控制等場景。
BLE Mesh
技術簡介
藍牙一直以來被作為一種無線通信技術，藍牙技術是全世界應用最為普遍的無線通信技術之一。從2000年到現在，藍牙技術已經廣泛應用於數十億臺設備。就2016年而言，製造商的藍牙設備出貨量更是超過30億臺，
集成到幾乎每一部手機以及個人電腦裡。作為一種較早的通信技術，一經出臺就引起了全世界的關注，曾被美國《網絡計算》雜誌評為“十年來十大熱門技術”之一。藍牙從最開始推出的的一對一傳播機制，到推出低功耗藍牙，再到推出一對多的廣播（beacon）機制，一直都在完善自身技術以便滿足日益豐富的應用場景，適應市場的需求，而去年推出的藍牙Mesh正在進一步豐富其使用場景，大規模應用可能在明年。
Mesh的誕生
藍牙 Mesh脫胎於CSR倡導的私有協議-CSR Mesh，該技術誕生於2014年。
藍牙技術聯盟於去年7月19日正式宣佈，藍牙（Bluetooth）技術開始全面支持Mesh網狀網絡。全新的Mesh功能提供設備間多對多傳輸，並特別提高構建大範圍網絡覆蓋的通信能力，適用於樓宇自動化、無線傳感器網絡等需要讓數以萬計個設備在可靠、安全的環境下傳輸的物聯網解決方案。
在2015年，高通收購了藍牙Mesh協議的擁有者CSR，小米MIX2S包括有小愛同學喚醒的功能，此功能的實現需要一顆低功耗的協處理器來進行長時間的麥克風待機，而這個協處理器，內置的高通845芯片是自帶此功能，高通一直都在智能家居方面有佈局和推動。
BLE Mesh網絡是用於建立多對多（many：many）設備通信的低能耗BLE（Bluetooth Low Energy，也稱為Bluetooth LE）新的網絡拓撲。允許創建基於多個設備的大型網絡，網絡可以包含數十臺，數百甚至數千臺BLE Mesh設備，這些設備之間可以相互進行信息的傳遞。
目前，科大訊飛魔飛智能麥克風已實現了BLE Mesh功能，開發者可以通過魔飛，快速接入BLE Mesh設備，將新技術快速落地智能家居、智慧酒店等應用場景。
藍牙技術聯盟
藍牙技術聯盟是一個以制定藍牙規範，以推動藍牙技術為宗旨的跨國組織。它擁有藍牙的商標，負責認證製造廠商，授權他們使用藍牙技術與藍牙標誌，但是它本身不負責藍牙裝置的設計、生產及販售。
2017年7月19日, 藍牙技術聯盟正式宣佈，藍牙（Bluetooth）技術開始全面支持Mesh網狀網絡。全新的Mesh功能提供多對多設備傳輸，並特別提高構建大範圍網絡覆蓋的通信效能，適用於樓宇自動化、無線傳感器網絡等需要讓數以萬計個設備在可靠、安全的環境下傳輸的物聯網解決方案。
藍牙Mesh的兼容性
藍牙Mesh網絡運行於低功耗藍牙之上並且與藍牙4.0及以上版本前向兼容， 因此市面上現有的低功耗藍牙產品都可能通過固件升級（尤其以OTA為主）的方式升級為具有藍牙Mesh功能的產品，但是否具有升級的可能性，還需要考量多個因素，例如程序存儲器（ROM）的容量，內存（RAM）的容量，是否具有OTA升級的功能，MCU的處理能力是否滿足Provisioning對於非對稱加密的運算需求等。
藍牙Mesh規範
與藍牙核心規範一樣，藍牙Mesh也有自己的規範文檔，其作用和藍牙核心規範類似，詳細定義了藍牙Mesh相關的技術細節。
藍牙Mesh術語表
由於Mesh的概念對於藍牙技術來說是一個非常新的領域，因此在藍牙Mesh規範中有很多新的技術術語，關於這些新的術語，藍牙技術聯盟早有所準備，我們開闢了專門的網頁為大家進行解釋。藍牙Mesh詞彙表中所述可以達到32,767個節點。
藍牙Mesh技術特點
藍牙Mesh基於核心標準（core spec）4.0，從設計之初就嚴格遵循工業級的可靠性、可擴展性和安全性的要求，彙集了低功耗、支持手機/平板直連、互操作性等特點。
藍牙Mesh可在單一網絡中支持多達上萬個節點，其採用可控的flooding（網絡泛洪）的方式進行信息轉發，將信息從網絡當中的某一個節點轉發至目的節點，不需要創建和管理複雜的路由表，由於其廣播的特性，因此網絡中任何一個單點出現故障，消息都可通過其他路徑傳遞到目的節點，保證了網絡的健壯性。
低功耗
低功耗是藍牙技術的一大優點，這一優點在藍牙Mesh技術當中也得以繼承。在藍牙Mesh網絡中有一類節點支持低功耗特性（Low Power Feature），也可以稱為低功耗節點。這一類節點可以通過減少射頻收發機（RF transceiver）開啟的佔空比來達到低功耗的目的，也就是說這一類節點只有在需要進行消息收發的時候才會打開射頻收發器，其他時間都處於休眠狀態。
Friendship
在藍牙Mesh網絡中還有一類節點是專門為低功耗節點服務的，其具有Friend特性，也可以稱為Friend節點。Friend節點與低功耗節點可以建立Friendship關係。建立此種關係之後，Friend節點可以暫存發往低功耗節點的信息，待低功耗節點退出休眠模式之後，再從Friend節點取回相關信息。
在實際應用中，Friend節點可以是燈泡、機頂盒、路由器，這些設備都是通過市電供電的，對於功耗不是很敏感；低功耗節點可以是由電池供電的設備，如傳感器、門鎖等。
關於安全性
藍牙Mesh網絡是一種真正的工業級解決方案，用經過驗證的安全算法對添加到網絡的設備進行配置（Provisioning）;所有通信信息都需要使用128-bit AES-CCM進行加密和認證，藍牙Mesh網絡中的所有消息都需要進行加密和認證；加密和認證應用於網絡層（Network layer）和應用層(Application layer)兩層，分別有兩組密鑰等等。
藍牙Mesh產品認證
截止目前，已有65款經認證具有Mesh網絡功能的藍牙產品，而且新產品數量在持續以驚人的速度增長。
首批獲得認證的產品是較低級別的賦能技術產品，比如帶有Mesh網絡功能的藍牙軟件堆棧和模塊。它們來自主流藍牙堆棧和模塊供應商，包括笙科電子、賽普拉斯、晶訊、中易騰達、美滿、MindTree、北歐半導體、芯科科技、Silvair、泰凌微電子、東芝、小米和高通等。
在過去的六個月中，你可以發現來自絡達科技、阿里巴巴、Danlers、臺達電子、朗德萬斯和村田製作所等公司的最終產品也開始獲得認證。
藍牙Mesh相比其他網狀網絡的四大優勢
①能夠提供全球多品牌的互通性，不同品牌的產品都能順利互相搭配運作。
②支持智能手機直連，部署藍牙Mesh網絡需要有一個把設備變為節點的過程，也就是配置（provisioning）。這個過程只需要用智能手機作為管理者的角色，授權設備即可連入Mesh網絡，非常簡便靈活，同時又確保了藍牙Mesh網絡的安全性。
③較低的功耗。藍牙Mesh繼承了低功耗藍牙的功率很低的特點，在藍牙Mesh當中有兩種設備的特性：一個是Friend，一個是Low power node，可以保證節點的低功耗性能，比Zigbee等協議的功耗都要低。
④藍牙模組成本較低。雖然當前種種協議模塊成本都在下降，如Zigbee模塊、Wi-Fi模塊等，但相比較而言，藍牙模塊平均成本相對較低。
藍牙Mesh的發展困境
現在公佈的協議是1.0，還是不完善的，比如還是在3個通道上去廣播，接點數量多了通信就容易打架。協議裡面有規定LPN和Friend，也能滿足一部分低功耗的需求，芯片廠商 release 出來的sdk版本中，都沒有這部分功能。如新版1.1協議一更改，芯片廠商又要投入人力去改sdk。
藍牙Mesh剛推出不久，公眾接受還需要一段時間，就像低功耗藍牙，也是經歷了2年的潛伏期然後才爆發的。所以說藍牙Mesh應該會在2019年才會爆發，其次，藍牙Mesh畢竟是一門新的技術，當前的1.0版規格書還有很多需要完善的地方，比如基於藍牙Mesh的固件升級（DFU）如何實現，遠程配網如何實現等。
目前藍牙Mesh開發還是比較難，開發難首先體現在市場上的藍牙Mesh協議棧功能還不完善，比如藍牙Mesh中的低功耗節點和朋友節點，絕大部分廠商都沒有做好。另外藍牙Mesh有一個非常好的特性：通過手機完成Mesh配網和部署，但大部分廠商目前都沒有推出相應的配網app及對應的庫。當藍牙Mesh框架技術都沒有準備好的情況下，讓應用開發者去開發藍牙Mesh應用無異於“無米之炊”，因此目前藍牙Mesh還沒有大規模商用案例。
國內熟悉藍牙協議棧的開發人員為數不多，對於他們而言，熟悉藍牙SDK工具，是需要時間的，毫無疑問，這嚴重減緩了產品上市時間，從而讓企業喪失佔據市場的最佳有利時機。同時支持藍牙5和藍牙Mesh的產品，使設計人員更有信心地構建具有藍牙5認證協議棧的產品。
BLE Mesh應用場景
藍牙Mesh主要應用於樓宇自動化、無線傳感器網絡和物資追蹤等方面。自藍牙Mesh技術發佈之後，Mesh技術已在車聯網、照明、教育領域的智能解決方案中進行測試和應用。
燈光照明應用
目前，燈泡就可能成為未來家庭中最主要的Mesh網絡設備之一，因為在每個家庭或建築裡幾乎任何角落都需要被光線覆蓋，燈泡一般都會按照一定的距離連續安裝，由此用戶就能控制全家設備。而且藍牙Mesh網絡具備工業級安全防護，以及全球互通性，不論是藍牙4.0、4.1還是4.2設備通過安裝藍牙Mesh都能直接獲得“多對多”連接功能。
在2018年的國際消費電子展（CES）上，阿里巴巴與聯發科宣佈攜手推動藍牙Mesh技術，簽署合作協議，打造首款支持藍牙Mesh技術的Smartmesh無線連接方案。
無獨有偶，全球照明行業的領導者LEDVANCE近期也宣佈將採用賽普拉斯獲得藍牙技術聯盟（SIG）認證的藍牙Mesh 連接技術，領先業內發佈首款認證藍牙Mesh產品：SYLVANIA SMART+藍牙照明設備。
智能家居應用
阿里人工智能實驗室在今年1月的美國CES上，發佈了基於藍牙mesh的IoTConnect協議，阿里+MTK的藍牙Mesh方案已經應用在智能音箱天貓精靈上。
其他領域應用
目前，已有相關的藍牙Mesh解決方案正在車聯網上進行測試。在車聯網上，一輛汽車上面有上千種傳感器，需要用一個網關對這些傳感器的數據進行收集。另外，車與車之間的通信，以前主要是通過通信網絡，如3G/4G等方式來實現。
在教育領域的應用上，Mesh技術除了多點連接，還可以覆蓋邊角位置。藍牙Mesh智慧校園解決方案已在全國幾十所學校應用，實現全校的藍牙無縫連接。今後，這種方案還可以應用到養老院、醫療、運動健康、工業自動化等多個領域。
藍牙Mesh是一個軟件級的解決方案，運行於低功耗藍牙之上並且與藍牙4.0及以上版本前向兼容，因此市面上現有的低功耗藍牙產品都可能通過固件升級（尤其以OTA為主）的方式升級為具有藍牙Mesh功能的產品，所以它的產品化的速度相對藍牙5會更快一些。
藍牙Mesh及其應用的三個重點領域
目前市場上還是存在不少基於私有藍牙Mesh協議的產品，但大多還是集中在照明以及智能樓宇領域。
藍牙Mesh網絡的主要目標市場是樓宇自動化、無線傳感器網絡和資產追蹤領域。為什麼會預期在這三個領域呢？有相關專業人士分析，這三個領域大概都是室內空間，避開了需要在室外建立基站可進行遠距離傳輸的低功耗廣域網絡，如NB-IoT、LoRa、Sigfox等，並且因為可以部署上千個節點，解決了傳統無線網絡傳輸距離不夠的問題，所以可以部署在大型室內空間如樓宇大廈、工廠、醫院、球場等。
藍牙Mesh網絡可跨越辦公室和停車場
根據ABI Research預測，到2022年，藍牙在智能樓宇市場的設備年出貨量將達到11億。
總而言之，藍牙Mesh技術或許不會顛覆智能家居，但是在應用層面上，目前藍牙的普及率最高，標準化水平也最高，足以打開物聯網互聯互通新局面，並帶動藍牙耳機、藍牙音箱、可穿戴、智能家居等應用市場的再次爆發，推動IoT場景多樣化。
本文刊載於《智能家居》雜誌2018年8月刊第141期，點擊即可獲得詳細訂購信息！
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