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ZigBee IP概述

ZigBee IP协议栈为验证互操作性提供了测试和认证的方法，因为其他标准(例如802.15.4)包括了一些应用所需的可选功能，并且这些选项需要适应ZigBee IP标准和协议栈。这些测试和认证方法于2013年初发布，这使得开发人员能够在稳固平台上开发他们的产品。

据上海.羿歌所认识，ZigBee Smart Energy IP利用6LoWPAN报头压缩和分片技术。此外，RPL路由被用于非存储模式，以便网络发送到一个中心设备。这种方法使用源路由使信息能够被回传到网络中的始发设备。此外，标准服务搜寻采用多播域名服务(mDNS)协议。这使设备能够发现网络中其他设备的利益服务。

ZigBee IP也存在安全问题。MAC级安全性通过802.15.4来提供，而应用级的安全性采用消息负载加密实现。携带网络访问认证(PANA)的协议用于网络访问控制，应用安全使用TLS1.2和椭圆曲线加密协商机制。应用程序可采用UDP和TCP消息传输协议。

图1:Smart Energy 2和ZigBee IP协议栈

ZigBee Smart Energy IP协议栈是首个基于标准的发布，它结合来自IEEE和IETF的相关标准，形成一个被众多公司和硅芯片供应商支持的认可且可以互相协作的标准。

采用ZigBee IP

ZigBee IP目前正在多个应用中实施，开发工具包和系统都可以从多个制造商获得。这些系统中的MCU通常拥有256kB的Flash和32kB的RAM空间。通过使用来自半导体制造商的开发工具，可以很容易的创建基础的安装启动。设备制造商也能够通过为他们的设备添加自己的特定应用行为来定制这些实现过程。

当采用这种方法时，必须考虑许多不同的选择：

●设备支持的功能集(计量、需求响应、消息机制等等)

●用于功能设置的URI结构

●使用的安全级别

●使用XML数据还是EXI压缩型

●数据订阅行为

●事件或异常情况的处理

关于这些选择的最终决定将影响ZigBee Smart Energy IP协议栈在应用中使用的配置。一旦这个过程完成，数据和必要的行为必须被提供用来完成最终配置。一个为何需要这种能力的例子是半导体提供商的实现将为应用(例如电表消耗数据)提供信息和数据结构。终端设备开发者必须使用来自他们特有设备的实际电表数据填充必要的数据结构。每一个供应商的数据存储和管理技术可能不同，但是这两个元素必须匹配。图2展示了分别由开发者处理和由无线IC供应商提供的设计选择。

图2:由开发者控制和硅芯片供应商提供的设计元素

一旦所有的选择已做出，并且集合了相关数据，然后才能够完成代码并编译它。和任何项目一样，调试和测试是必须的，但是各种工具可用来协助开发阶段使其能够尽快地完成。这些工具提供了很多功能，甚至能够跟踪网络中的数据包，从而确保端到端的功能。

带有传感和控制网络的ZigBee IP的未来

ZigBee Smart Energy IP协议栈的开发面向相对较小的家庭智能电网网络，支持最多30个设备。在更大的网络中使用这种协议栈需要一些更新才能满足具有成百上千设备的网络。其他的改进技术将聚焦在提高电池寿命的技术。

在ZigBee IP中使用互联网协议面临着来自电池寿命的挑战。TCP和HTTP协议已经使用了很多年，但因为巨大的信息量和始终保持开放连接的状态，它们的用途目前面临功耗的挑战。

为了实现这些提升，有必要了解在传感器网络中的不同信息传递模式。通常，这些网络包括一个大的数据收集网络，其中RPL发送到一个中心点这种传递模式是合适的。此外，控制网络往往有大量的点对点消息传输，这就需要对路由选择算法进行优化。

分布式网络还需要非常高的可靠性，没有单点故障问题。例如包括单一安全服务器或RPL中心点的使用。为了克服可靠性问题，网络体系结构要求使用分布式系统，但是这些技术目前没有被这些协议普遍支持。

传感器网络中往往有许多远程的电池供电的传感器。对于这些节点，电池寿命是主要考虑因素，因此使功耗见到最小限度必然成为整个系统的关键需求。为了实现这种能源效率，信息频率必须尽可能的降低，并且尽可能多的使用新格式(例如CoAP)的压缩报头去提供一个更加节省电池电量的方法。采用UDP而不是TCP和HTTP也能通过缩短的消息格式而提供进一步改进。

通过使用更多优化措施，扩展现有ZigBee Smart Energy IP协议栈去支持更多更大的传感器网络是可能的。对于确保降低功耗和改善电池寿命的改进特别有益于传感器网络扩展性和稳定性。

伴随着ZigBee在多个领域的广泛认可，新的ZigBee IP标准为物联网应用的健康发展提供了又一关键元素。

作者： Skip Ashton

无线产品高级应用总监

Silicon Labs公司