曾被小米放弃？ZigBee设备终于能与手机直接通信了

　　作者：Levin
　　头图：由飞桨文心大模型生成
　　导读Zigbee Direct新标准功能发布，利用智能设备中无处不在的低功耗蓝牙简化了ZigBee设备的接入和控制。 近期，CSA连接标准联盟 (原Zigbee联盟)宣告其正在开发Zigbee标准新功能——Zigbee Direct，该功能结合了Zigbee和低功耗蓝牙 (BLE) 这两种经过市场验证的技术，可利用随处可见且操作方便的低功耗蓝牙设备，简化Zigbee新设备的入网和对已有设备的控制，带给用户更便捷的体验。目前，已有包括亚马逊、华为、OPPO、三星、施耐德、宜家、罗格朗、Silicon Labs等50多家成员公司参与了该功能的开发。
　　用Zigbee Direct提升物联网体验
　　据悉，当前Zigbee芯片平台的出货量已经超过10亿颗，有数百家公司持续构建和部署Zigbee产品。仅仅在2022年，就有超过400款Zigbee终端产品和芯片平台通过了认证，迄今为止，累计认证数量已经超过4700。早在2015年的极客公园创新大会上，小米就发布了支持ZigBee的新款产品——小米智能家庭套装，包括多功能网关、人体传感器、门窗传感器、无线开关等，可以把Zigbee设备连上米家和其他智能设备。自此以后，Zigbee产品便开始频繁出现在大众视野中。
　　ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术。尽管已经推出20多年，ZigBee的协议栈开发工作仍在持续推进，涉及的范围也在不断扩大。自问世以来，Zigbee致力于实现设备间低成本、低功耗的无线连接和物联网网络，帮助开发人员重新定义和构想物联网未来的样子。然而，ZigBee技术最大的劣势就在于它无法直接连接互联网，必须通过网关进行转换。这也是ZigBee在个人消费品领域一直难以普及的重要原因。同时，由于智能手机和PC等大多数平台设备都没有配备Zigbee模块，需要额外使用集线器设备来支持ZigBee，大大降低了用户体验，同时还增加了体验成本。
　　在50多家成员公司的支持下，Zigbee Direct通过在Zigbee和低功耗蓝牙设备之间建立新的通信渠道来解决这个问题。具体来说，Zigbee Direct通过利用低功耗蓝牙的通用属性配置文件（GATT）在Zigbee网格网络中传输和接收数据，将低功耗蓝牙用作Zigbee网络和其他智能生态系统之间的通信桥梁，使其与尽可能多的智能设备一起工作。其中，Zigbee虚拟设备（ZVD，如具有蓝牙功能的智能手机）使用GATT与附近的Zigbee直接设备（ZDD，如智能灯泡或摄像头）建立安全连接，一旦创建了连接，Zigbee虚拟设备便可以作为遥控器来控制关联网络中的Zigbee直接设备和其他Zigbee设备。
　　对于智能家居的消费者来说，Zigbee Direct的优势在于无需额外的硬件、网关或集线器即可提供简化的使用体验，用户不再需要坚持使用特定品牌的产品，新用户和喜欢折腾的发烧友都可以轻松地将新产品连接到他们的网络中去，从而节省时间和金钱；对于开发人员和制造商来说，可以通过统一标准来增强互操作性、通用性，不再需要花费额外的资源来设计专有解决方案或各种专有API和接口，缩短了产品的上市时间。此外，Zigbee Direct还使用了Zigbee 3.0 R23的最新版本，具有密码学支持的端到端加密和动态链接等关键功能，可增强设备的安全性。
　　全屋智能时代ZigBee的没落
　　在当前常见的无线通信技术中，蓝牙和Wi-Fi是当之无愧的主流。对于蓝牙来说，当前已经发展出BLE以降低耗电量，发展出蓝牙Mesh以提高其自组网的能力，但当承载量和吞吐量增加时，蓝牙的延迟时间会大幅变长，且稳定性较弱；Wi-Fi则对于300m左右的大范围的传输有着比其他传输方式要更好的效果，但缺点是能耗较大，不适用于智能门锁、红外以及各种传感器产品。
　　而ZigBee是基于IEEE802.15.4协议发展起来的一种短距离无线通信技术，具有功耗低、天然支持Mesh组网、网络容量大、相应速度快等特点，与Wi-Fi的IEEE802.11和蓝牙的IEEE802.15.1相比，都有各自的特色，相互之间无法完全取代。从上图可以看出，ZigBee也已经发展出了自己的生态，但ZigBee在创立之初，却已经给自身埋下了一个隐患的种子。
　　在ZigBee 1.2等协议的早期版本中，其为每个智能家居品类设计了独立且互不兼容的协议，导致不同品类的设备将无法通过Mesh组网，而随着智能家居的兴起，厂商需要对协议进行扩展以支持数十甚至上百种品类，但这样的私有扩展使得ZigBee协议的兼容性大大降低，不同厂商的ZigBee设备甚至需要配备自己品牌的网关才可以互联，进一步降低了使用体验。
　　在ZigBee 3.0版本中，虽然推出了完全开放跨品牌连接的ZigBee认证，从而让不同品牌的设备互联起来，但该认证只是检查设备是否用标准协议控制，以及是否能控制使用标准协议的设备，并不会测试或强制要求向消费者提供完整的跨品牌联动能力。
　　2021 年5月，ZigBee联盟改名为CSA ( Connectivity Standards Alliance 连接标准联盟 )，新名称的含义或许也意味着曾经寄希望于通过ZigBee建立全屋智能的计划几乎破产。之后，基于ZigBee基础组件改造的衍生协议——Thread，在传输层实现了 IPv6 支持，彻底解放了设备互联的限制，还允许低功耗设备直接接入互联网，可让家中所有设备都处于同一个局域网，并且只需要一个网关就能让Thread网络中的所有设备接入互联网，这种打破品牌壁垒的传输层协议改进了Zigbee 3.0中遗留的问题。
　　而在传输层协议Thread之上，工作在应用层的Matter近年来更是名声大噪，它不仅是一个互联协议，也是一个认证体系，经过Matter认证的设备，就能直接实现互联互通。
　　相比之下，要添加额外网关才能联网，且传输速率低的Zigbee，近年来逐渐被冷落，其市场也被日渐蚕食，就连小米也于去年在IoT开发者平台上明确说明，不再推广Zigbee的接入方案了，而是推荐使用BLE的接入方案。
　　ZigBee的未来在哪里？
　　虽然Zigbee的发展有所放慢，但其也一直处在不断地更新和迭代之中，相比其他无线通信技术也还是存在独特优势，从这些优势出发，也可以找到它的更多适用场景。
　　现阶段，物联网发展还处于物与网络的链接，通过手机终端或集成终端来控制所有物的工作。但是在未来的万物互联世界中，物与物之间应该是能够相互传输信息甚至自动决策的，以达到无人参与的更高级别的智能。
　　目前，Zigbee解决方案的家族已经包括Zigbee、Zigbee Direct、Zigbee Smart Energy和低能耗解决方案Green Power。以Green Power为例，如果未来Green Power的设想能够完全实现，Zigbee传输不用更换电池，可以实现无源物联网，那么Zigbee产品将会有更广阔的使用空间，如在化工烟囱、冶炼行业等危险作业场所，如果在这些场景中还要定期更换电池，会给整体效率带来很大的影响，如果Zigbee能成功实现无源，不仅可以减少更换电池的人工成本，减少了废弃垃圾的产生，也为Zigbee的发展带来了更多的可能性。
　　不仅如此， Zigbee的本地化部署也给应对各种特殊情况带来了良好的稳定性，无需外网也可执行设置的本地智能，即使遇到停电、断网以及部分硬件失灵，以Zigbee为基础的产品也能很好的完成工作。
　　最后，Zigbee虽然传输速率较低，但响应速度是很快的，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点接入网络只需30ms。未来的物联网设备对于响应速度也会有更高的要求，这也正是Zigbee的优势所在。
　　写在最后
　　众所周知，想要推进技术落地，提升用户体验是必不可少的步骤，而Zigbee Direct新功能和认证计划的推出，相信会在很大程度上推进Zigbee产品的市场应用，让其在经历二十多年的发展之后在此大放光彩。
　　参考资料： 1.《Zigbee Direct 新标准功能发布：智能手机 / 音箱等 BLE 设备可直接与 Zigbee 设备通信》，IT之家 2.《CSA联盟正开发Zigbee Direct：新功能融合Zigbee和蓝牙两种技术》，智能人居观察 3.《被小米智能家居抛弃之后，Zigbee的未来在哪里？》，AIoT星图
　　《中国消费电子制造数字化转型白皮书2023》