物联网风光无限 Zigbee将面临巨大挑战

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物联网市场的产品种类越来越多,技术也越来越成熟,Zigbee作为一种已经有15年历史的低功耗技术最早应用在自动化照明、工业控制领域,其稳定性强、高保密性、低功耗、低成本的优势成为国内市场一种呼声很高的技术。但是纵观国际市场物联网技术和产业的发展趋势,Zigbee技术要想在物联网大潮中领先一步还需要进一步突破三大瓶颈和障碍。

设计网络底层通讯协议方面的专家Mohan指出,物联网需要一系列与不同实体层网路搭配的开放性应用程式介面(API)以及通讯协定。Mohan是Enlighted的共同创办人,曾任职于Cisco、Novell以及Novell等网通设备大厂,并曾在 Hughes开发多通讯协定路由器。

他认为Zigbee没有从网路产业学到经验,目前的发展需要太多人工支援,而且一直没有脱离初期采用阶段:“目前Zigbee的主要采用者都是照明控制方案供应商,他们不了解他们需要的网路安全性,这种通讯协定会永远处于落后的状态;如果是让Aruba、Cisco等系统厂商来主导Zigbee,他们会想办法跑在前面。”

1.首先是无可回避的2.4G频段干扰问题

事实上根据cisco内部文献,由于2.4G频段是全球免费频段,使用2.4G频段的设备增长迅猛而实际使用数量过于庞大,2.4G频段的16个通讯信道中在过去的20年中已经变得太过于拥挤,设备间相互网络干扰而导致无法正常工作的情况经常发生。这不难理解,同一台电脑上无线鼠标和网卡互相干扰,同一栋楼宇里不同的wifi互相干扰,这类事情每天都在身边发生。这已经对需要高可靠的使用环境比如商业楼宇、校园网等带来了现实的困扰。

由于2.4G频段的干扰如此严重以至于所有新一代无线路由器从设计之初就开始全面考虑必须同时兼容老的2.4G频段和新采用的5G频段。而Zigbee似乎还完全没有意识到这一点所带来的巨大风险。

Zigbee属于低功耗射频设备,在布满大功率2.4GIT设备网络设备的环境下Zigbee的较低发射功率会被其他2.4G设备尤其是wifi干扰和压制。Zigbee网络会出现控制指令延迟、丢失甚至网络瘫痪。

Mohan举例指出,如果有人正在使用Wi-Fi网传输流媒体,以Zigbee控制的大门就可能开不了,使用者必须确认每一层楼都是采用不同的2.4g无线通道以避免网络碰撞和干扰,“你无法对现在的电气技师销售这样的解决方案”。

欧洲一家行业巨头Danfoss曾对数家供应商的芯片组进行了测试,发现除一次例外的其它所有情况下,ZigBee 无线信号均受到了无线局域网(WLAN)信号的阻隔。

在2.4G频段至少充斥着以下几大类设备:

Wifi – 2.401~2.4835GHz(路由器, 无线视像头。)

Bluetooth – 蓝牙 2.4015~2.4805GHz

电脑键盘,鼠标,Sony PlayStation 3和Nintendo Wii的无线游戏控制器,Baby monitor。

Cordless Phone – 2.4G室内无线电话

Microwave Oven – 微波炉

无线USB

Zigbee – 2.4~2.4835GHz

Zigbee RF4CE

Zigbee与WiFi频率的干扰:

Zigbee所拥有的16条频道中,在美国只有频道15,20,25,26可以使用

Zigbee所拥有的16条频道中,在欧洲只有频道15,16,21,22可以使用

2.接下来是兼容性问题

欧盟的大型物联网专案的研究员Levent Gurgen指出:“物联网涵盖了许多应用领域──如智能建筑、家庭自动化、智慧城市以及工业自动化系统──其中每个环境都有许多不同的通讯协议,并没有一个共同的沟通方法,这造成一个个不互通的应用系统垂直井,也是物联网的主要障碍。”

我们知道协议标准是设备互通的前提,而Zigbee自身就拥有众多彼此互不兼容的不同版本:

2004/2006/2007/Zigbee/Zigbee Pro/RF4CE

ZigBee2006协议栈不兼容原来的ZigBee1.0(ZigBee2004)技术规范,对于已经投入ZigBee2004的厂商而言,这是一个大悲剧。例如Jennic公司是采用将ZigBee2004协议栈固化在ROM中(JN5121-Z01-AIR)。将无法和ZigBee2006以后的协议栈兼容。由于Zigbee应用层完全开放,不同的开发者有自己的定义而不能统一。Zigbee只提供有限度PHY与MAC接口网络管理给用户使用,客户需要自己定不同应用,同时Zigbee产品不需要强制做互联互通性和认证测试。所以会出现这样一种情况,最终用户在最初购买时以为自己购买了“开放、广泛兼容”的Zigbee产品,但是在使用中和后续的维护中却发现,同样是Zigbee的产品由于Zigbee内部的协议众多几乎无法相互兼容相互操作,而且即使是使用100%相同Zigbee内部协议的产品也无法完全兼容,只有使用与之前完全同品牌甚至同模块的产品才能完全满足相互兼容的要求。

3.产业联盟

在一个产业中产业联盟的成员至关重要,一个强大的产业联盟可以决定整个产业的走向和未来。Zigbee联盟核心成员主要包括艾姆波(EmberCorporation)艾默生、飞思卡尔半导体(FreescaleSemiconductor,Inc)、因创(Itron)克罗格(Kroger)兰、吉尔(Landis+Gyr)罗格朗、飞利浦、信心能源(ReliantEnergy,Inc)、施耐德电气 (SchneiderElectric)、藤萝(Tendril)、德州仪器、晶控电子(KinCony)等。这些多数都是传统照明领域和电器领域的传统厂商。而Zigbee联盟的主要精力也依旧是围绕在这些传统领域,2012年4月,国际ZigBee联盟推出了最新的ZigBeeLightLink标准仍然是着力于为传统的照明灯具厂商提供一揽子的智能照明解决方案。

反观经常被拿来与Zigbee做对比的另一个物联网协议联盟Z-wave,由于协议先进、可靠性好、产品相互兼容,越来越受到业界追捧,数据显示在新一代物联网智能安防领域Z-wave在美国市场一举拿下90%的市场份额。法国电信运营商Orange公司更是在2014年推出了基于Z-Wave技术的Homelive智能家居解决方案。韩国领先的电信运营商LG Plus也于2014年宣布加入Z-wave联盟并进入联盟董事会。IT产业巨头思科(Cisco)与英特尔(Intel)和消费电子三星电子、LG等巨头纷纷加入,使得Z-wave后来居上在消费领域不断攻城掠地大放异彩。 事实上,Z-Wave联盟一直致力于打造最大的无线控制产品和服务的产业生态系统。

Z-Wave技术是一个开放的国际公认的ITU标准(G.9559),是今天市场上领先的无线控制技术。Z-Wave无线技术是物联网的核心技术之一,其优势在于它的可靠性,强大的组网能力,互联互通性及兼容性,易于安装,操作便捷。使其应用涵盖了智能生活的方方面面,如智能安防,能源,酒店,办公和商业应用。

综上所述,作为在传统照明自动化领域、工业控制领域有着10多年积累的Zigbee技术在这一轮物联网大潮中如果不能解决这三大挑战,势必会拖慢进一步发展的步伐错失物联网大潮的先机。

来源:IT专家网

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