深入探讨智能家居中Zigbee技术应用

　　Zigbee是一种低功耗低数据网络传输协议，非常适合诸如家庭自动化之类的应用，这些应用中的设备所传输的数据量和频率都非常小，而且设备相互之间距离非常短。

　　如今，物联网设备已经有许多不同的选择，并且也很多不同的方法将这些设备连接起来，例如WiFi，蓝牙，Z-Wave等。今天，我们将重点讨论Zigbee在智能家居中的优点，缺点和应用。

　　什么是Zigbee?

　　Zigbee是基于IEEE.802.15.4规范的网络协议，IEEE.802.15.4规范是低速率无线个人局域网(WPAN)的标准。Zigbee通过“增加网格网络和安全层以及一个应用层框架，成为一个完整的，可认证的，可互操作的解决方案”来扩展IEEE规范。

　　Zigbee设备通常具有四层架构-IEEE.802.15.4无线电，Zigbee Pro，Zigbee群集库和Zigbee认证(参见下图)。 Zigbee Pro是网络基础架构，其实现的功能范围从通信频段规范和配对机制到安全密钥生成和节能。Zigbee群集库是应用层，用于定义群集，该群集是消息/设备行为的标准集合，以允许Zigbee设备在设备之间以标准方式运行。这有助于实现互操作性，因此来自不同制造商的Zigbee设备可以相互配合使用。

图片来源：Zigbee Alliance

　　Zigbee设备通常在2.4GHz上进行通信，但也可以在特定于区域的sub-GHz频段((即频率为1GHz以下,27MHz~960MHz))中进行通信。Zigbee可以在2.4GHz下传输到10到100米范围内。也可以在sub-GHz频段上传输长达1公里的距离。由于WiFi也在使用2.4GHz，因此Zigbee设备通过具有16个独立的通信通道来处理2.4GHz以上的干扰问题。还可以自动重传数据以减少所发送的数据包，从而使传输失败的可能性很小，稳定性高。

　　Zigbee具备可互操作性，这意味着如果购买两种不同的Zigbee设备，它们就可以通过Zigbee网络相互通信。尽管由于多种应用配置文件(例如家庭自动化和智能能源)的互操作性受到限制，但是Zigbee的设备互操作性仍然是非常有用的功能。

　　Zigbee能够在其设备之间形成各种网络排列或网络拓扑。下面显示了最常见的网络拓扑-星型，群集树和网格。每个Zigbee网络可以由三种类型的设备组成：终端设备，路由器和协调器。协调器负责创建网络以及通过网络路由流量。一个网络只能有一个协调器。路由器负责路由流量，而终端设备不通过网络路由流量。 (更多详情，参考 Silicon Labs and Elprocus) 。

图片来源: Elprocus

　　最后，Zigbee相对于其他网络协议(如WiFi)的主要优势在于它的功耗非常低。这是因为它是IEEE.802.15.4标准以及Zigbee协议本身要求较低功率运行的结果。

　　虽然这的确也意味着Zigbee设备不能大范围传输或传输大量数据，但它们确实节省了功率，金钱和维护工作。Zigbee甚至具有Green Power功能，该功能允许无电池设备加入网络。根据Zigbee联盟的说法，“Green Power [可以]通过普通的能量收集技术利用用于翻转典型电灯开关的能量，该能量足以通过Zigbee PRO网络发送命令。”

图片来源：: Elprocus

　　家庭自动化

　　现在，我们已经了解了Zigbee的基本概念，下面让我们看一下Zigbee的家庭自动化应用。 Zigbee非常适合家庭环境，家里大多数设备之间的距离基本上应在10至100米之间。

　　目前，Zigbee联盟网站列出了约数百种可用于家庭自动化的设备。家庭自动化Zigbee设备包括所有常见的IoT家庭设备，例如智能灯泡，智能开关，智能锁，运动传感器和智能恒温器等等。

　　市场上已经推测Zigbee产品的主要公司包括三星，博世，霍尼韦尔，德州仪器和亚马逊。实际上，亚马逊的Echo Plus带有内置的Zigbee模块来控制Zigbee设备。三星的SmartThings设备也使用Zigbee进行通信(当然，它们还支持Z-wave)。因此，今天我们很高兴看到Zigbee得到了很多知名公司和各种设备的支持。

　　总结

　　总之，Zigbee是一种低功耗低数据传输网络协议，基于Zigbee协议的设备可以轻松添加到网络以相互通信。非常适用于家庭自动化之类的应用，这些应用中的设备之间不需要经常通信，并且彼此之间的距离很近，传输数据量也非常小。Zigbee的内置省电功能也是一项非常好的功能，使得设备的电池续航时间比其他网络协议更长。也因此，Zigbee也得到了越来越多家庭自动化企业的支持。(编译/蒙光伟)