Zigbee green power完整技術(shù)

Zigbee聯(lián)盟近期發(fā)布了一篇白皮書，主要探討Zigbee綠色能源（Green Power）標(biāo)準(zhǔn)的特色與其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。多年來，世界各地的技術(shù)創(chuàng)新人士聚集在Zigbee聯(lián)盟等組織下，一直嘗試解決阻礙物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的電源問題?，F(xiàn)在有了一項(xiàng)開放的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)使得智能設(shè)備不用再更換電池，它被稱為“Zigbee green power”，并且已經(jīng)被應(yīng)用于成百萬的智能設(shè)備中。

這一創(chuàng)新無線設(shè)備平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)并不僅止于安裝簡(jiǎn)便，節(jié)約能量和降低成本。Zigbee green power產(chǎn)品可以被安置在任何地方，包括那些難于布線的場(chǎng)所。在一個(gè)可控場(chǎng)景中，加入更多傳感器就可以獲得更多回饋信息，提升控制體驗(yàn)。

Zigbee green power產(chǎn)品比完全意義的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備簡(jiǎn)單許多。通常零部件成本和開發(fā)成本都比較低。一旦安置好Zigbee green power產(chǎn)品，你就可以高枕無憂了。網(wǎng)絡(luò)會(huì)處理復(fù)雜的路由信息，保證Zigbee green power設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接。

Zigbee green power完整技術(shù)

完整的技術(shù)意味著由多項(xiàng)技術(shù)整合成一整套全球標(biāo)準(zhǔn)

能量捕獲技術(shù)

超低功耗芯片，所需能量較一般在網(wǎng)或休眠設(shè)備低幾個(gè)數(shù)量級(jí)

開放標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，針對(duì)可能離網(wǎng)時(shí)間較長(zhǎng)的設(shè)備優(yōu)化數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度，回傳路徑，連接恢復(fù)和在網(wǎng)時(shí)間等等來節(jié)約更多能源。

應(yīng)用層協(xié)議，能夠支持經(jīng)過壓縮的信息和有限的傳輸次數(shù)。

能量捕獲

一枚落地的細(xì)針，一滴冷卻的汗珠或者一閃即逝的燈光，它們所蘊(yùn)含的微小能量就足以傳輸若干無線信號(hào)。同樣，指甲蓋大小的太陽能電池在無法進(jìn)行閱讀的微弱室內(nèi)光線的照射下，產(chǎn)生的能源也足以每分鐘發(fā)射一次信號(hào)。直接從現(xiàn)場(chǎng)獲取能量，比如熱能、動(dòng)能或光能可以讓自動(dòng)化系統(tǒng)中的傳感器和執(zhí)行器被安置在需要的任何地方，而不用受到布線，電池或昂貴安裝的限制。

超低功耗芯片

能量捕獲技術(shù)不是什么新事物，真正新的，而且發(fā)展日新月異的是來自不同芯片商的功耗經(jīng)過極大優(yōu)化，僅靠微安級(jí)能量就能運(yùn)行的芯片。節(jié)約的能源多數(shù)來自于這些芯片能夠自動(dòng)關(guān)閉不使用的組件，并且優(yōu)化其冷啟動(dòng)時(shí)所消耗的能量。進(jìn)一步的功耗節(jié)約來自于減少每次傳輸信息所消耗的能量。

這些芯片基于成熟的802.15.4協(xié)議，供應(yīng)商眾多，迄今銷售量已超過10億。802.15.4協(xié)議專為超低功耗和功耗受限產(chǎn)品所開發(fā)，其他技術(shù)，如Wi-Fi和藍(lán)牙都不是為自動(dòng)系統(tǒng)或者低功耗系統(tǒng)所開發(fā)的。

網(wǎng)絡(luò)整合

Zigbee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)基于IEEE802.15.4，而green power作為Zigbee協(xié)議的一部分已經(jīng)超過10年。Zigbee green power協(xié)議為超低功耗設(shè)備定義了壓縮，安全和高度優(yōu)化的信息傳輸方式，使這些設(shè)備能夠以可靠的方式將信息傳送給距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其自身傳播范圍的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的目標(biāo)設(shè)備。Zigbee網(wǎng)絡(luò)一直處于運(yùn)行狀態(tài)，能夠隨時(shí)接收并轉(zhuǎn)發(fā)Zigbee green power的信息。

總線供電的設(shè)備，比如智能燈泡、智能插座、窗簾電機(jī)和家電等都具備雙重功能，除了本身的照明或供電控制等功能外，它們同時(shí)也能作為路由器為網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)包。這樣就不必受網(wǎng)絡(luò)中需要同步運(yùn)行的路由器數(shù)量的限制而能覆蓋更為大型的建筑。本地通信并不影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。相對(duì)于提高傳輸功率，兩個(gè)不在直接通信范圍內(nèi)的設(shè)備在需要通信時(shí)可以通過路由器作為媒介來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)除了擴(kuò)展由鏈路預(yù)算決定的傳輸距離外還有許多其他優(yōu)勢(shì)。不同于僅提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的星狀網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)能夠更加靈活地應(yīng)對(duì)室內(nèi)無線信號(hào)傳播條件，比如多徑衰減和本地干擾等，因?yàn)樵谀骋贿B接不能使用時(shí)，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)總有多條冗余路徑可用。

Zigbee網(wǎng)絡(luò)，包括其中的green power設(shè)備，能夠自組網(wǎng)，自修復(fù)，快速適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，有效避免單點(diǎn)原因的網(wǎng)絡(luò)故障。而網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)經(jīng)常處于變化中，有人經(jīng)過，家具重新排放和門戶的開關(guān)都能帶來變化。多虧zigbee網(wǎng)絡(luò)的自行組網(wǎng)功能，對(duì)于設(shè)備的安放位置就不必過多考慮，節(jié)省規(guī)劃成本。

一旦一個(gè)Zigbee green power設(shè)備安全調(diào)試完畢，Zigbee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)上的任何設(shè)備都能幫助將green power信息傳送到目標(biāo)設(shè)備上，這些簡(jiǎn)單設(shè)備的功率和效用都因此得到放大，并且提供了堅(jiān)如磐石的解決方案來應(yīng)對(duì)室內(nèi)無線傳輸所面臨的種種不利因素，比如潛在的瓶頸效應(yīng)，或者是某個(gè)路由設(shè)備暫時(shí)離線（比如用傳統(tǒng)開關(guān)將總線上的一個(gè)智能燈泡的電源斷開）。

zigbee設(shè)備不依賴因特網(wǎng)的連接，即使你的互聯(lián)網(wǎng)連接暫不可用，本地控制依然可以實(shí)現(xiàn)。在家中互聯(lián)網(wǎng)斷網(wǎng)或者網(wǎng)關(guān)因某種原因處于離線狀態(tài)的情況下，你的green power開關(guān)仍舊可以控制你的窗簾和照明。

應(yīng)用層

Zigbee green power 使用智能產(chǎn)品的通用語言Dotdot，與Zigbee標(biāo)準(zhǔn)相同的應(yīng)用層語言，但信息結(jié)構(gòu)進(jìn)行了壓縮和優(yōu)化。

調(diào)試和配對(duì)過程也與Zigbee相同。通過簡(jiǎn)單的按鍵式調(diào)試，或者在按鍵不存在時(shí)通過自動(dòng)調(diào)試，就能輕而易舉地將開關(guān)與電燈、或者空調(diào)與調(diào)溫器和溫度傳感器互相連接。當(dāng)然也支持較為復(fù)雜的使用智能手機(jī)或者遙控器進(jìn)行調(diào)試配對(duì)的方式。

Dotdot應(yīng)用層能夠通過開發(fā)連接基礎(chǔ)平臺(tái)（The Open Connectivity Foundation）和其他新興的使用網(wǎng)關(guān)或者網(wǎng)橋的方式與更高層次的IoT和智能家居平臺(tái)進(jìn)行對(duì)接，比如Apple HomeKit， Amazon Smart Home Skills和 IoTivity等等。

成熟穩(wěn)定

市面上存在許多私有解決方案，比如在IEEE 802.15.4上使用私有協(xié)議，有時(shí)甚至在更底層的部分也使用私有協(xié)議。這些單一公司的解決方案往往針對(duì)的也是單一市場(chǎng)。然而我們行業(yè)真正需要的是全球傳感控制市場(chǎng)上各種自供電產(chǎn)品能夠使用統(tǒng)一的通用標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的無窮潛力。

作為由來自全球的400多家成員企業(yè)組成行業(yè)組織，Zigbee聯(lián)盟聚集了多個(gè)創(chuàng)新機(jī)構(gòu)共同協(xié)作創(chuàng)建開放的無線標(biāo)準(zhǔn)。已經(jīng)認(rèn)證并部署的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品中，使用了Zigbee標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品數(shù)以億計(jì)，占據(jù)了最大的市場(chǎng)份額。15年以來，Zigbee聯(lián)盟中的產(chǎn)品制造商和各領(lǐng)域?qū)＜易裱瓏?yán)格的標(biāo)準(zhǔn)制定程序，花費(fèi)超過10萬小時(shí)，解決矛盾，達(dá)成一致，不斷地開發(fā)和完善我們的網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，以保證互操作性和向后兼容性。有許多設(shè)備和模型已經(jīng)過許多次迭代和升級(jí)，Zigbee green power也出自這一耗時(shí)巨大的工程，涉及測(cè)試工具，認(rèn)證測(cè)試實(shí)驗(yàn)室和許多芯片和協(xié)議棧供應(yīng)商。而這一廣泛而深入的市場(chǎng)參與也保證了這些芯片和協(xié)議棧供應(yīng)商會(huì)不斷為你的解決方案提供升級(jí)。

Zigbee聯(lián)盟秉持保證互操作性和向后兼容的原則，這就意味著你今天部署的Zigbeegreen power 產(chǎn)品在未來的20年里還能繼續(xù)使用。

簡(jiǎn)單安全

無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)一般配備至少256KB的程序空間和16KB的數(shù)據(jù)空間。而Zigbee green power設(shè)備一般只需32KB的程序和1KB的數(shù)據(jù)。由于Zigbee green power設(shè)備一般不直接連接互聯(lián)網(wǎng)，天生就對(duì)一些比較麻煩的互聯(lián)網(wǎng)安全問題免疫，包括常見的分布式拒絕服務(wù)（DDoS）攻擊。單向通信的簡(jiǎn)單設(shè)備會(huì)采用隨機(jī)工廠安全密鑰保證其安全，而雙向通信的設(shè)備還能夠儲(chǔ)存由網(wǎng)絡(luò)生成的密匙（不同于網(wǎng)絡(luò)密匙）實(shí)現(xiàn)更高層次的安全。

節(jié)能詳述

傳輸信息所消耗的能源也是整體能源消耗的一個(gè)很重要的組成部分，直接影響到電池的使用壽命，進(jìn)而影響用戶體驗(yàn)。

Zigbee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中單次的信息傳輸僅需耗費(fèi)500微焦的能量，而Zigbee green power技術(shù)在標(biāo)準(zhǔn)使用場(chǎng)景中能將能耗減少5倍或者更多。傳輸一次green power信息，像確認(rèn)電燈開關(guān)的狀態(tài)只需少至50微焦的能量。這一杰出的能源利用效率可以實(shí)現(xiàn)僅僅通過按鍵所捕獲的動(dòng)能來驅(qū)動(dòng)無線信號(hào)的傳輸，令利用能量捕獲的無線開關(guān)產(chǎn)品成為現(xiàn)實(shí)。此類產(chǎn)品真正做到了免于維護(hù)，因而可以在任何環(huán)境中部署。

方便的無線體驗(yàn)

Zigbee green power是監(jiān)控各項(xiàng)應(yīng)用的設(shè)備平臺(tái)，為我們親愛的家人確保舒適安全的居家環(huán)境，因?yàn)橹挥屑抑芯邆淇煽客暾膫鞲泻涂刂凭W(wǎng)絡(luò)，才能實(shí)現(xiàn)高層次的控制和創(chuàng)新的應(yīng)用場(chǎng)景。而Zigbee green power能幫助您以較低的成本搭建這樣的網(wǎng)絡(luò)，不會(huì)造成電費(fèi)賬單上的額外費(fèi)用，甚至可以通過控制家中設(shè)備更為高效地運(yùn)作而節(jié)省電費(fèi)。此外，它有助于保護(hù)我們的環(huán)境，引領(lǐng)我們進(jìn)入越來越方便的無線無源世界。

應(yīng)用案例

下述應(yīng)用案例和設(shè)備均出自應(yīng)用Zigbee green power的真實(shí)產(chǎn)品。

利用自身獲得能量：開關(guān)可以當(dāng)做一個(gè)傳感器，能夠報(bào)告哪個(gè)按鍵被按壓，這樣可以在很大程度上簡(jiǎn)化開關(guān)并使其應(yīng)用更為靈活?；趧?dòng)能的開關(guān)傳感器可以與許多產(chǎn)品整合，比如照明開關(guān)、門窗和門窗把手把手，抽屜等等。它們能利用使用者摁壓按鈕、開關(guān)門窗或轉(zhuǎn)動(dòng)把手的日常手部動(dòng)作產(chǎn)生能量，并且在產(chǎn)品的整個(gè)使用壽命周期內(nèi)始終有效。這些傳感器便能自動(dòng)控制燈光、排風(fēng)或者對(duì)意外情況作出警示，例如有人闖入或窗戶把手異常開啟。由使用者操作的機(jī)械裝置的此類應(yīng)用可謂無窮無盡。

智能斷路器：斷路器的外形規(guī)格有很多限制，使用交流電源的智能斷路器往往因?yàn)榭臻g有限而無法實(shí)現(xiàn)。通過對(duì)流經(jīng)電流進(jìn)行能源捕獲的智能斷路器，可以做到與斷路功能相隔離，減少空間占用，同時(shí)制造成本也較為低廉。智能斷路器可以監(jiān)控能源消耗并檢測(cè)有可能導(dǎo)致設(shè)備故障的非正常情況。

工業(yè)連接：在大量使用機(jī)器流水線的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景下，持續(xù)的振動(dòng)和作業(yè)使得布線既困難又昂貴。能夠在方便機(jī)器操作員操作的位置安裝無線按鈕相當(dāng)重要，尤其在涉及安全的情況下。而能安置在任何地方、無需任何電線甚至電池的動(dòng)電（electro-kinetic）開關(guān)最為適宜。

協(xié)助獨(dú)立生活：令人安心是智能家居的一大優(yōu)勢(shì)，特別是對(duì)上了年紀(jì)在日常生活中需要多方照顧的老人而言。上述設(shè)備，特別是專門的傳感器可以給老年人和照顧他們的人帶來許多便利。這些傳感器可以安置在床墊上（監(jiān)測(cè)人們是否起床），地板上（監(jiān)測(cè)活動(dòng)和提供向?qū)В?，或者直接穿戴在身上。有了它們，人們可以在家中多待?-10年。數(shù)據(jù)連接上云端并進(jìn)行分析后會(huì)在出現(xiàn)某種特定模式和情況時(shí)給看護(hù)人員發(fā)送警示。絕對(duì)的可靠性以及無需更換電池是這類應(yīng)用場(chǎng)景的關(guān)鍵需求，穩(wěn)定的zigbee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)合超低功耗的Zigbee green power能為滿足這些需求奠定基礎(chǔ)。