今天，我们聚焦无线低功耗网络的未来。

IoT时代，万物互联的基础是物与物间统一的语言，智能家居的行业人，都在畅想某一无线技术的一统江湖的愿景，Zigbee 提供的Mesh网络因其短距离、低功耗、低成本、低复杂度等优势，但从目前物联网市场的局域组网业态来看，也仅有1/3一席之地，但是能否像蓝牙、Wi-Fi一样一统无线领域江湖，成为家庭无线网络覆盖绝对的霸主，都是行业人的期待。

Zigbee3.0在新时代下极富生态性与趋势性，正在以全球视野展开互联互通生态。新版本的Zigbee3.0能否为低功耗的IoT世界带来革命性的改变，我们一直非常期待！2019年是国内智能家居市场Zigbee3.0产品，开始大规模落地应用的一年，为全面梳理当下国内的Zigbee3.0应用生态。

《智能家居》杂志&数智网&智能头条APP编辑部，特别邀请Zigbee3.0实践的先锋企业与产业链行业大咖共同探讨，分享给智能家居产业链上下游企业生态圈与智能家居&智能影音集成圈的读者们，并用白皮书的方式呈现给大家。

背 景

无线协议领域的互通互通，目前还尚未形成集群效应。因为无线的易用性，无论是配网还是互操作性，都极具潜力，所以我们一直在甄别全球视野对待产品互联互通性问题的底端协议。

放眼全球，Zigbee显然已经成为世界上众多物联网和智能家居系统制造商的首选技术。但无规矩不成方圆，无标准不成规模。对于智能家居市场而言，不仅仅是国内市场也包含全球市场范围内，纷繁复杂的无线通信协议，以及彼此间沟通对话的困难，让几乎所有的终端设备和节点都成为网络极其分散的一部分。

其中，以Zigbee为代表的主流无线协议，占据目前智能家居无线产品绝对的主力。Zigbee通信协议标准化意义重大，如果按以往企业各自为战，每家公司都有一套自己的技术和标准，但是相互之间的无线通信模块却没有建立良好的连接，导致互联互通成为一句空话，Zigbee3.0诞生的使命是在同一个网络下，打破节点之间互通限制。

在Zigbee标准体系内，不同企业、不同品牌产品五花八门，很难实现设备兼容，不利于Zigbee技术进一步落地和推广，久之，也不利于整个智能家居产业的快速发展。所以，如何让基于Zigbee这一标准的所有设备互联互通，成为Zigbee联盟急需解决的问题。Zigbee3.0到来，迈出标准完善的重要一步，Zigbee3.0内在的变化是，更加标准化。

智能家居无线通信技术

物联网的无线通信技术有：短距离的无线局域网通信技术和长距离的无线广域网通信技术。

短距离局域网通信技术有Zigbee、Wi-Fi Mesh、Bluetooth Mesh、Z-Wave、6LoWPAN、Thread等。

长距离广域网通信技术有非授权频段的LoRa、Sigfox，授权频段的GSM、CDMA、WCDMA等较成熟的2G/3G蜂窝通信技术，4G/5G、NB-IoT窄带蜂窝通信技术等。

其中最主要的三大核心本地无线技术协议奠定了智能家居的通信基础，Wi-Fi主要适用于内容的分发，蓝牙与低功耗蓝牙适合围绕手机的局域网络及可穿戴设备，Zigbee更加适合智能家居的网络控制。

Zigbee协议优势

Zigbee是唯一完整、可互操作的物联网解决方案，涵盖网状网络层到通用语言层，使智能产品能够协同工作。

Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低成本、低速率、短距离、短延时、高容量、高安全传输的低功耗局域网无线自组网通信技术协议。Zigbee的传输距离50-300M，速率250kbps，功耗仅5mA，最大特点是可自组网，网络节点数最大可达65000个。

基于Zigbee技术的无线智能家居由于采用碰撞避免机制，当主人用手持设备发送控制命令后，接受方就会立即回复确认的信息，如果没有收到回复的确认信息，就意味着发生了碰撞，就会再次发出控制命令，直到接受方回复确认信息为止，使得系统的传输非常可靠。

从传输距离来说，是Wi-Fi>Zigbee>蓝牙;从功耗来说，是Wi-Fi>蓝牙>Zigbee，后两者仅靠电池供电即可; 从传输速率来讲，是Wi-Fi>蓝牙>Zigbee。

Zigbee联盟为何曾经不做Zigbee3.0？

在过去，Zigbee联盟基于硬件的限制，包括处理器速度和内存大小等，以及特定市场的专门需求，Zigbee联盟一直致力于为特定市场开发最优化的标准，所以将应用层细化为不同的协议。

而最新的硬件解决方案中，例如高速低成本的SOC，以及将多个市场各种设备互相连接的不断增长的需求，促使是Zigbee 联盟和 Zigbee3.0 工作组的成员，为 Zigbee3.0 标准的制定做出了贡献，新标准帮助开发人员更容易地创建出与最广泛的日常设备无缝互操作的产品和服务。

Zigbee3.0为何要实现互联互通？

上一版本的Zigbee准协议分为物理层、MAC层、网络层和应用层几个层级，问题就出在应用层上。在Zigbee发展的初期，为了更好地适应不同应用场景的需求，Zigbee联盟将应用层细化为Zigbee HA、LL、BA、RS、HC、TS等不同的协议，分别对应家庭自动化、照明、建筑、零售、健康和通信等细分市场，采用不同应用协议的Zigbee产品之间是无法互联互通的。

例如在智能家居的细分应用协议中，Zigbee的标准化做的也不尽完善，给了智能家居厂商过大的自由度，厂商通常会在各自的产品协议中“加入”自己的东西，这就造成了即使是遵循同一应用协议的Zigbee产品，依然是各说各话，无法互通。早期小范围、特定的智能家居应用中似乎问题不大，但是随着物联的网越“织”越大，同一标准下产品的隔阂，带给用户诸多困扰，不仅增加用户网络部署的成本与易用度，也增加了产品设计与开发的复杂度。

Zigbee通信协议标准化意义重大，如果按以往企业各自为战，每家公司都有一套自己的技术和标准，但是相互之间的无线通信模块却没有建立良好的连接，导致互联互通永久成为一句空话。Zigbee标准化的积极意义正在于此，通过互相通信连接，使万物互联，推动物联网的快速健康发展，让全世界用户的工作、生活更加智能及便捷。

Zigbee3.0的优势

Zigbee3.0将Zigbee联盟处于市场领先地位的多个无线标准统一为单一标准，能实现众多智能设备之间的无缝互操作，使消费者和企业享受到创新产品和服务无缝协作所带来的新变革。推出Zigbee3.0主要的任务就是为了统一Zigbee HA, Zigbee LL, Zigbee BA, Zigbee RS, Zigbee HC, Zigbee TS等应用层协议，Zigbee3.0的初始版本整合了包括Zigbee智能家居(ZHA)，Zigbee连接照明(ZLL)，Zigbee楼宇自动化(ZBA)，Zigbee零售服务(Zigbee Retail)，Zigbee医疗保健(ZHC)和Zigbee电信服务，解决了不同应用层协议之间的互联互通问题。比如采用不同商家的智能开关和智能灯泡互联互通，用户只要购买任意一个经过Zigbee3.0的网关就可以控制不同厂家基于Zigbee3.0的智能设备。同时，Zigbee具有向前兼容能力， ZLL 1.0和ZHA 1.2已经支持Zigbee3.0，已经通过ZHA 1.2和ZLL 1.0认证的终端设备将向前兼容Zigbee3.0标准。

应用层统一、IP兼容与超低功耗补充

Zigbee3.0版本除了加入Zigbee RF4CE和Zigbee GreenPower技术，分别强化低延迟性和低功耗之外，互联互通是最大的亮点，Zigbee3.0具有开放性、普遍性和完整性，以下是最大的三点优势：

一是应用层的统一：Zigbee联盟一直认为真正的互操作性必须立足于网络各个层面的标准化，特别是最接近用户的应用层，从加入网络到设备操作（例如打开和关闭）的一切都要被明确定义，以此保证不同厂商的设备可以无缝协作。Zigbee3.0统一采用不同应用层协议的Zigbee设备的发现、加入和组网方式，使得Zigbee设备的组网更便捷、更统一，这将使开发者的产品开发更容易，带来更大范围的互操作性。

二是完全兼容IP：加入支持IPv6的能力，用户可以IP网络方式进行远程操控，Zigbee设备可以与Wi-Fi设备类似，通过路由器、机顶盒或网关等连接到网络，控制设备本身无需插入Zigbee芯片模组就可以发现和控制连接的Zigbee设备。Zigbee3.0 网络可以连接到 IP 域，将允许智能手机、平板电脑和计算机等设备通过互联网进行远程的直接控制，将低功耗无线网络快速纳入到物联网 IoT的全系架构中。简单来说，通过Wi-Fi或蜂窝网进行联网的个人计算机和智能手机可以作为操控设备，并其可以毫不费力地发现并与其他Zigbee设备进行通信。

密钥和安全性

Zigbee3.0增强了网络的安全特性，有两种安全的方法来生成网络：集中式安全入网:这种方法采用协调器/信任中心来生成网络，管理网络资源和连接密钥；分布式安全入网：这种方法没有协调器/信任中心，它通过路由节点为其它节点提供入网密钥。

Zigbee的安全规范中，分别使用Network Key和Link Key在网络层和APS层加密数据。APS层安全允许信任中心（Trust Center)来安全传输Network Key给加入节点或拒绝节点加入，并且它允许应用来增加可选的安全加密消息。网络层安全用来保证所有的Zigbee网络中发送消息的安全性。Zigbee定义了这些不同类型的密钥,所有的Keys都是用128位对称密钥（AES-128）来解密和加密数据包。

Network Key

Network Key用来保证网络层的安全传输。所有Zigbee网络中的设备都会对Network Key进行备份。Trust Center可以周期性的更新Network Key。

Trust Center Link Key

Trust Center Link Key用于两个节点（其中有一个节点是Trust center）之间的端到端的安全通信。在以下情况下使用Trust Center Link Key：

当节点初次加入网络时，需加密传输Network Key到加入节点。

当Network Key更新时，有些节点因未接收到新的Network Key，因此需要Rejoin。此时，Trust Center使用Trust Center Link Key加密 Network Key发送给该重新入网节路由器向发送给Trust Center，或从Trust Center接收APS安全消息时，需要使用Trust Center Link Key。比如路由器发送节点加入或Rejoin的更新给Trust Center时，或由Trust Center发送到路由器以执行一些安全功能的命令时， 需要使用Trust Center Link Key。

启用APS加密的应用程序单播消息，其中发送或接收设备是Trust Center。

由Trust Center决定如何管理Trust Center Link Key的选项。它可以为每个设备选择唯一的密钥 (从设备的IEEE地址导出的密钥)，或者对于所有的设备采用相同的全局密钥。

Installation Code Keys

Zigbee3.0支持Installation Code Key，在之前只用于Smart Energy Network（智能能源网络），Smart Energy Network必须使用install code。现在所有Zigbee3.0认证设备都需要支持install code，但是由Trust center决定是否在网络中使用。

Install code用来预配置Trust Center Link Key，其用于加入Zigbee网络时对Network Key的传输进行加密。在进入网络时，加入设备和Trust Center都必须知道这个唯一的密钥，所以install code用于在两端导出密钥。Install code可以是6,8,12或16字节的任意值，再末尾加上这些字节的16位CRC（最低有效字节优先）。Install code用作Matyas-Meyer-Oseas（MMO）Hash散列函数的输入，其散列长度等于128位。该AES-MMO哈希函数的128位（16字节）结果就是用作该设备的预配置Trust Center Link Key的值，并且Trust Center可以安装密钥表条目（该密钥和加入设备的EUI64），其然后允许在加入网络期间成功地进行认证，加入设备可以成功地接收和解密Network Key。作为此过程的一部分，Install code和加入设备的EUI64必须在带外传送（目标Zigbee之外网络，因为新节点尚未加入）到网络的Trust Center，以允许创建正确的Link key表条目。

开放与包容性

在Zigbee3.0的新版本中，Zigbee表现出更加开放与包容的态度，为整个物联网生态链的扩展，尤其是智能家居的新体验起到巨大的积极推动作用，以下是两大开放与包容的举动：

跨标准合作：和EnOcean联盟合作，结合EnOcean提供的能量捕获技术，实现Zigbee设备的无源无线功能。同时，Zigbee还与技术相似度最高的竞争者——Thread达成合作协议，提供兼容的API 接口。

Zigbee结合NFC技术，把原来需要通过无线网络交换的一些配置数据，可以通过NFC近场直接传输过去，实现Zigbee芯片上电启动后，从NFC标签的EEPROM中可以将相关配置数据读出来，正在促进入网操作流程更加简化，市面上已经有相关产品，体验极佳。

Zigbee3.0并没有统一Zigbee Smart Energy 应用层协议。Zigbee应用层协议用于读取电表的电量数据，比如应用了Zigbee Smart Energy的智能家庭可以知道每个家庭每月、每个星期、甚至每天的电量数据，物业管理公司和电力公司可以实时知道每个家庭的电量消耗以便收取电费。

Zigbee3.0向实现统一物联网的愿景迈出了重要一步，加上通用应用库的完成，推动着物联网从幼年期迈向成年的新天地。总的来说，Zigbee3.0对于智能家居市场的整体需求来说，更像个Man！而不是曾经那个散漫的孩子！

Zigbee3.0协议栈体系结构是由一些模块组成的，我们叫“层”。

Zigbee3.0软件栈集成了一个“基础设备”，它为配置节点加入到网络提供一致的行为。它提供了一套通用的配置方法，包括Touchlink，一种通过邻近节点的配置入网的方法。

Zigbee3.0 OSI模型

Zigbee3.0的原有基础优势

Zigbee3.0基于IEEE 802.15.4标准，全球均可使用的2.4 GHz频段，并且使用Zigbee PRO标准网络层协议，即使最小、功耗最低的设备也能实现可靠的通信。

•Zigbee稳定可靠，使用多跳网状网络消除单点故障和扩大网络覆盖范围。

•Zigbee功耗低，使得电池供电的设备，如门窗传感器，可以连续使用七年，而带有绿色能量Green Power属性的设备，甚至不需要电池。

•Zigbee可扩展，能够为智能家居或智能城市提供支持数千个节点的网络。

•Zigbee非常安全，使用各种安全机制，如AES-128加密标准，设备网络密钥以及帧计数器。

•Zigbee全球通用，基于2.4 GHz频段，世界任何地方的用户无需许可就能使用。这意味着产品开发商可以在地球上任何地方销售相同的产品。

为何选择Zigbee3.0

Zigbee3.0定义了超过130个设备，涵盖最广泛的设备类型，包括家居自动化，照明，能源管理，智能家电，安全装置，传感器和医疗保健监控产品等等。它既支持易上手的DIY安装，也支持需专业安装的系统。现存基于Zigbee PRO的各项标准中定义的所有设备类型，命令和功能，Zigbee3.0都已囊括。

Zigbee3.0简化了开发人员创建物联网产品和服务的选择过程，具备了市场上应用Zigbee标准的数千万台设备的所有特征，支持智能家居、联网照明和其他领域的设备之间的通信和互操作性，因此产品开发人员和服务提供商能够提供更为多样化和能够完全互操作的解决方案。

Zigbee3.0 在现有Zigbee 标准的基础上构建，旨在帮助终端用户更加轻松地选择、设置和操作产品，可以让消费者提升不同的制造商产品之间的选择自由度、配置的灵活度、互操作体验。同时低功耗的优势巨大，何为低功耗？我们称之为不超过250kbit/s，例如暖通空调中的加热、通风、冷气发送给控制器的简单温度测试数据，每隔几分钟的温度数据变化。又例如温度传感器往往在没有电源的地方，所以寿命往往以年计算，用户需要尽量减少电池的更换，所以低功耗的需求成为关键需求。

Zigbee3.0全栈的标准化涵盖了来自多家芯片供应商的芯片、Zigbee Pro网络协议栈、和应用层的Zigbee Cluster Library，可以实现产品和服务的协同工作，Zigbee3.0全套解决方案包括测试、认证、品牌和营销支持，让产品互操作和解决方案的开发和销售更容易，针对不同行业，可以使用统一的方案。

Zigbee3.0场景应用

企业支持

芯片上游对Zigbee3.0新标准的支持力度非常大，Atmel、飞思卡尔、克罗格、罗格朗、恩智浦、飞利浦、施耐德、芯科、德州仪器、Wincor Nixdorf和V-Mark都积极参与了Zigbee的开发和测试。

2019年上半年推进Zigbee3.0建设的企业有：亚马逊、BEGA、Gatenbrink-LeuchtenKG、Chameleon Technology、Green Energy Options、杭州巨星、克罗格公司、兰吉尔，立达信、Leviton ManufacturingCompany、NEXELEC、高通、三星、施耐德电子、Secure Meters、生迪、深圳飞比、深圳海曼、深圳开发、深圳晟瑞、芯科科技、 SmartThings、尚飞、System LevelSolutions、Stelpro、德州仪器、The Home Depot、东芝、涂鸦、Xylem和云丁等。

展 望

简单的理解下，我们可以将Zigbee3.0视为低能耗的Wi-Fi。现在已经有超过3,000款的Zigbee认证产品和兼容平台可供市场选择。这一重要里程碑凸显了智能家居和智能建筑互联产品的市场正快速增长。

在音视频领域，蓝牙和Wi-Fi都完成了全球化的标准使命，但是对于低功耗、低速率的家庭控制需求领域，目前拥有众多的开放协议，Zigbee 已经成为低功耗、低数据传输率无线网络的领先标准之一，尤其在国内智能家居的无线生态中，一直占据榜首地位，所以低功耗无线局域网络的全球统一化，将是Zigbee的终生使命。

Zigbee作为全球性的标准适用于灵活的智能家居和商业场所的产品中，如：照明、空调和安全设备。Zigbee 可以将创新的功能融入整栋建筑，通过无线开关、传感器和遥控单元实现全面的组网。未来随着Zigbee认证体系的不断完善，基于Zigbee3.0标准的设备不久的将真正实现互联互通。

虽然Zigbee3.0普遍被认为姗姗来迟，但目前的Zigbee3.0智能家居生态圈中呈现繁荣景象，既有行业大鳄，老牌企业，也有初创公司和新生力量。目前国内市场越来越多的智能家居企业，开始逐步优先选择应用Zigbee3.0标准，将实现与更多设备的无缝互操作，以便在多个市场增加产品的销量。

由国家互联网信息办公室和浙江省人民政府主办的第六届世界互联网大会将于2019年10月20日在浙江省桐乡市乌镇举行。届时，来自全球的政府、国际组织、企业、研究机构等代表将齐聚乌镇，交流共促互联网发展。

大会期间，智能家居将再度以论坛的形式进入世界互联网大会。中国智能家居产业联盟CSHIA将在乌镇峰会互联网应用体验中心举办2019智能家居创新发展峰会，届时将力邀行业重量级平台方、运营商、设备商及地产、家装、资本领域嘉宾代表与业界专业观众，共同探讨5G+AIoT趋势下，智能家居创新发展方向，以及平台、产品、技术创新趋势。返回搜狐，查看更多