新年新氣象!從今天起，Dr.Bee將少談些概念，多講點(diǎn)技術(shù)。智能家居技術(shù)、解決方案也是魔蜂的看家本領(lǐng)。

 

　　每一篇我們都嘗試就一個(gè)問(wèn)題展開(kāi)討論，希望對(duì)技術(shù)感興趣的朋友們可以固定每周一進(jìn)來(lái)逛逛，并有所收獲。

 

　　在開(kāi)始聊技術(shù)前，我們暫且做個(gè)假設(shè)——我們未來(lái)所使用的智能家居系統(tǒng)是由很多傳感器、開(kāi)關(guān)裝置和中央監(jiān)控系統(tǒng)組成的，這些器件互相之間協(xié)作完成對(duì)家居“智能化”的支持。

 

 

　　在現(xiàn)階段，我們所開(kāi)發(fā)和使用的echo系統(tǒng)已經(jīng)加入了IFTTT的一些做法，但是應(yīng)該說(shuō)，我們還處在“家居自動(dòng)化”發(fā)展階段。我們目前所努力做的一個(gè)重要方面，還是在不斷完善人機(jī)交互的控制與反饋以及build-up connection。當(dāng)越來(lái)越多connected home系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，智能化的實(shí)現(xiàn)才會(huì)真正到來(lái)。

 

　　言歸正傳，今天我們就先來(lái)談一下connection的問(wèn)題。

 

　　connection是一個(gè)比較偏通信方面的問(wèn)題，不過(guò)這個(gè)問(wèn)題在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和謀劃未來(lái)市場(chǎng)時(shí)都應(yīng)該被考慮到。目前用于家居系統(tǒng)的通信協(xié)議很多，ZigBee、Z-Wave、WiFi、Bluetooth、6LoWPAN，當(dāng)然也有很多其他自有協(xié)議。毋庸置疑，這些協(xié)議都有其各自的生存空間和適合其的應(yīng)用場(chǎng)景。相關(guān)詳盡的介紹或針對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行比較的文章，網(wǎng)上比比皆是，在這里我們就不一一贅述了。按照目前的發(fā)展，Dr.Bee認(rèn)為，ZigBee技術(shù)會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)占據(jù)比較大的優(yōu)勢(shì)，并在家居自動(dòng)化領(lǐng)域得到較廣泛的應(yīng)用。

 

　　ZigBee的低功耗和支持多節(jié)點(diǎn)等性質(zhì)使其成為目前傳感器網(wǎng)絡(luò)中的佼佼者，雖然它所支持的數(shù)據(jù)率不高，傳輸距離上也有限，但是被用作以數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控為目的的傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)足夠了。當(dāng)然使用ISM2.4G有利有弊，不過(guò)就目前發(fā)展看，人們暫時(shí)還沒(méi)有把它的“弊”放在首要考慮位置，同時(shí)ZigBee也支持gigahertz。

 

　　要形成一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，我們必須有一個(gè)Coordinator(協(xié)調(diào)器)。它的主要功能是形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)并且允許其他ZigBee節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)、分配網(wǎng)絡(luò)地址、調(diào)節(jié)地址沖突、協(xié)助其他加入設(shè)備進(jìn)行cluster進(jìn)配對(duì)等。在目前的家居系統(tǒng)中，這個(gè)協(xié)調(diào)器通常被放在Gateway(或者Universal Hub)中，這樣用戶或者Gateway的控制者可以遠(yuǎn)程通過(guò)web api或者本地方式(使用按鈕)形成網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等。我們之前提到過(guò)德國(guó)電信Qivicon Hub就是這種形式，用戶可以通過(guò)登陸web應(yīng)用形成家居系統(tǒng)并控制和使用系統(tǒng)內(nèi)的各種傳感設(shè)備、報(bào)警設(shè)備和開(kāi)關(guān)設(shè)備等。

 

　　在形成網(wǎng)絡(luò)前，Coordinator通常會(huì)先掃描信道(2.4G channel11-26)，目前為減少和WiFi之間的信道干擾，ZigBee推薦的家居自動(dòng)化使用信道為(11，14，15，19，20，24，25)。在掃描時(shí)，Coordinator會(huì)記錄下被掃信道的噪聲情況并選擇掃描時(shí)噪聲最小的信道，并在上面形成網(wǎng)絡(luò)。

 

　　在網(wǎng)絡(luò)形成時(shí)，Coordinator會(huì)進(jìn)行一系列的本地操作，比如確定PANID、Extended PANID等，其中很重要的是security設(shè)定，也就是我們通常所說(shuō)的網(wǎng)絡(luò)密鑰。在ZigBee家居自動(dòng)化協(xié)議中規(guī)定了固定密碼，這也就意味著所有經(jīng)過(guò)認(rèn)證的產(chǎn)品都應(yīng)該可以使用這一密碼加入一個(gè)ZigBee Home Automation(ZHA)網(wǎng)絡(luò)。這一密碼在1.0-1.2.1 協(xié)議中未曾變過(guò)。當(dāng)然由于很多原因，一些未經(jīng)過(guò)認(rèn)證的產(chǎn)品也通過(guò)某種渠道獲得這一密碼，那么其產(chǎn)品也可以加入到ZHA網(wǎng)絡(luò)中。

 

　　在網(wǎng)絡(luò)形成后，Coordinator通常需要打開(kāi)網(wǎng)絡(luò)，在早期的ZigBee家居自動(dòng)化中，Coordinator不可以永久性打開(kāi)網(wǎng)絡(luò)，一般只可以開(kāi)網(wǎng)60秒;而在修訂后的現(xiàn)行規(guī)范中，Coordinator在形成網(wǎng)絡(luò)后可以發(fā)送可加網(wǎng)命令廣播并打開(kāi)網(wǎng)絡(luò)至少3分鐘。網(wǎng)絡(luò)打開(kāi)后，用戶便可以嘗試把新的部件加入到網(wǎng)絡(luò)中了。

 

　　目前我們比較常見(jiàn)的ZigBee based傳感器在加網(wǎng)時(shí)也是通過(guò)發(fā)送beacon request對(duì)信道進(jìn)行掃描，收集beacon，比較link cost，然后嘗試加入link cost在接受范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)(PAN)。這里就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題：如果在一棟大廈里，剛好兩個(gè)Coordinator同時(shí)開(kāi)啟了允許入網(wǎng)模式，如何能確保要加入的傳感器能夠準(zhǔn)確加入自己的網(wǎng)絡(luò)?

 

　　在這個(gè)問(wèn)題上，很多傳感器的設(shè)計(jì)者會(huì)選擇加入收到beacon能量比較強(qiáng)的的網(wǎng)絡(luò)，但如果一家用的是強(qiáng)功率天線，另外一家用的是一般天線，那豈不是兩個(gè)傳感器都會(huì)加入強(qiáng)功率天線的網(wǎng)絡(luò)?

 

　　Dr.Bee曾經(jīng)考慮過(guò)ZigBee Light Link的做法，感覺(jué)touch link雖好，但實(shí)際上應(yīng)用場(chǎng)景也有限，不適于較大規(guī)模的組網(wǎng)，更何況，如果考慮sleep end device 和child node的管理問(wèn)題(之后我們會(huì)討論這個(gè)問(wèn)題)情況會(huì)更復(fù)雜。

 

　　目前Dr.Bee認(rèn)為，我們能做的還是在Coordinator端下功夫，當(dāng)然使用非公共密鑰會(huì)是一種解決方案，但是未必最佳，因?yàn)闀?huì)影響設(shè)備的通用性，目前協(xié)議HA1.3版本中有能看到使用install code的想法，但是終究這會(huì)不會(huì)是解決方案，尚是未知數(shù)，因?yàn)槿绻雐nstall code的使用，ZHA有助于提高安全性和加網(wǎng)時(shí)的異網(wǎng)識(shí)別率，但是這將改變一直以來(lái)，ZHA簡(jiǎn)單的密鑰交換方式。如果想保證向后兼容，實(shí)施難度暫且不談，成本肯定會(huì)提高，不利于ZHA發(fā)展，當(dāng)然，目前再說(shuō)ZHA有點(diǎn)落伍，ZigBee3.0才是其真名。

 

　　不考慮密鑰使用，那么只能在Coordinator段的應(yīng)用層加入一定的判定機(jī)制，通過(guò)Coordinator本地屬性和加網(wǎng)設(shè)備屬性判定是否可以允許加入設(shè)備繼續(xù)停留在網(wǎng)上，否則應(yīng)該使用網(wǎng)絡(luò)leave request強(qiáng)行驅(qū)逐加入設(shè)備。至于哪些屬性我們可以用來(lái)比較，Dr.Bee曾參與設(shè)計(jì)過(guò)幾種適合不同系統(tǒng)的機(jī)制，這些機(jī)制根據(jù)系統(tǒng)安全級(jí)別、網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)構(gòu)成、各節(jié)點(diǎn)間通信頻繁程度會(huì)略有不同，但是宗旨都是：使Coordinator能夠起到網(wǎng)絡(luò)管理員作用，時(shí)時(shí)監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)。