Dotdot：IoT語言

作者：Silicon Labs軟件系統(tǒng)工程經(jīng)理兼Zigbee聯(lián)盟MeshIP技術(shù)小組委員會(huì)主席EzraHale先生

Silicon Labs（芯科科技）做為Zigbee聯(lián)盟和ThreadGroup的重要成員，近年不遺馀力研發(fā)并優(yōu)化動(dòng)態(tài)多協(xié)議無線技術(shù)，期能早日促進(jìn)各種無線技術(shù)能溝通無阻。隨著Zigbee聯(lián)盟和ThreadGroup正式發(fā)布基于Thread IP網(wǎng)絡(luò)全新的Dotdot規(guī)范，做為智能設(shè)備在任意網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行通信的通用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用語言，開發(fā)人員首次可以放心地在IP網(wǎng)絡(luò)上使用成熟、開放、且可互操作的物聯(lián)網(wǎng)語言，將有助于整合碎片化的智能連接設(shè)備行業(yè)，開拓新市場。

為了幫助工程師更容易了解Dotdot的基礎(chǔ)知識(shí)與設(shè)計(jì)應(yīng)用，Silicon Labs軟件系統(tǒng)工程經(jīng)理兼Zigbee聯(lián)盟Mesh IP技術(shù)小組委員會(huì)主席Ezra Hale先生撰寫了一篇技術(shù)文章－“Dotdot：IoT語言”，以宏觀的角度介紹了Dotdot規(guī)范和應(yīng)用層面，以及為IoT設(shè)備開發(fā)帶來的諸多優(yōu)勢，歡迎點(diǎn)擊“閱讀原文”觀看完整文章。

Silicon Labs軟件系統(tǒng)工程經(jīng)理兼Zigbee聯(lián)盟MeshIP技術(shù)小組委員會(huì)主席Ezra Hale先生

2013年三名工程師（分別來自一家協(xié)議棧供應(yīng)商和兩家彼此競爭的門鎖制造商）坐在波士頓一間沒有窗戶的會(huì)議室里，在那里就構(gòu)建他們的IoT設(shè)備達(dá)成協(xié)議。兩家制造商的門鎖設(shè)計(jì)各具特色，都希望能融入Zigbee生態(tài)系統(tǒng)，并且以相同的方式進(jìn)行產(chǎn)品通信。這次思想的碰撞產(chǎn)生一些有爭議的地方，但是幾天后這些工程師就達(dá)成了協(xié)議，它成為了Zigbee簇庫（ZigbeeCluster Library，ZCL）中的門鎖簇（Door Lock Cluster）。

在應(yīng)用層，Zigbee通過稱為“簇(Cluster)”的實(shí)體提供標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議。簇定義了設(shè)備能發(fā)送或接收什么命令以及設(shè)備注意哪些數(shù)據(jù)或?qū)傩浴ｉT鎖簇定義了包括依照預(yù)計(jì)時(shí)間表的上鎖及解鎖時(shí)間以及密碼鎖等所有功能。因此在Zigbee協(xié)議棧的絕對頂層，門鎖有非常明確和標(biāo)準(zhǔn)化的方式，可以用來與Zigbee網(wǎng)絡(luò)的其余設(shè)備和外部世界進(jìn)行通信。

這聽起來平淡無奇，但是重要的是這些工程師進(jìn)行的工作已經(jīng)在Zigbee中重現(xiàn)了數(shù)百次。在過去的十年中，Zigbee成員公司已經(jīng)構(gòu)建了Zigbee簇庫（ZCL），涵蓋范圍從照明到窗戶傳感器，從恒溫器到智能電表等各種應(yīng)用功能。這是ZCL的核心，當(dāng)被移植到其他網(wǎng)絡(luò)傳輸上時(shí)，它是Zigbee帶來的真正價(jià)值。

在物聯(lián)網(wǎng)中，每個(gè)智能設(shè)備都必須在應(yīng)用層中理解和使用相同語言。人們期望智能集中器知道如何與現(xiàn)成的門鎖或恒溫器進(jìn)行通信和控制。沒有通用應(yīng)用層，網(wǎng)絡(luò)層性能如何其實(shí)不重要。通用應(yīng)用層是IoT網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)需求的一個(gè)關(guān)鍵要素，是將Zigbee簇庫移植為通用、獨(dú)立應(yīng)用語言的核心價(jià)值，也是Zigbee已經(jīng)命名為Dotdot所取得的成就。

采用Thread的理由：IP友好的網(wǎng)絡(luò)層

Thread網(wǎng)絡(luò)協(xié)議使用6LoWPAN，一種IPv6的精簡形式。這使得Thread設(shè)備能夠直接與其他IP設(shè)備進(jìn)行交互，從而無需像在Zigbee3.0中那樣通過網(wǎng)關(guān)。Thread網(wǎng)絡(luò)上的邊界路由器充當(dāng)了從IPv6數(shù)據(jù)到云端的通道，反之亦然。因此，Thread網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備可以直接與其他IP設(shè)備進(jìn)行交互。

采用Dotdot的原因：IP友好的應(yīng)用層

Dotdot使用互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）定義的通用、IP友好的協(xié)議規(guī)范，例如受限制的應(yīng)用層協(xié)議（CoAP）和簡明二進(jìn)制對象表示（CBOR）。因此，開放式庫可用于開發(fā)應(yīng)用，大大加快了設(shè)備開發(fā)進(jìn)程。

Dotdot over Thread（詳見圖1）需要使用數(shù)據(jù)報(bào)傳輸層安全性或DTLS。這使得Thread網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備能夠確保它們不僅與受信任的設(shè)備通信，還確保它們的通信安全。除了使用DTLS之外，Dotdot還需要在約束環(huán)境（ACE）上使用的認(rèn)證和授權(quán)，通常稱為訪問控制。訪問控制允許部署設(shè)備準(zhǔn)確的指定一個(gè)設(shè)備上哪些資源是可用的，甚至即使恒溫器與門鎖共享DTLS連接，它也不能直接控制鎖，除非它具有適當(dāng)?shù)脑L問權(quán)限。

迄今為止，產(chǎn)品開發(fā)人員不得不在以下技術(shù)中進(jìn)行選擇：a）支持可靠的、本地的、設(shè)備到設(shè)備的互操作性，但通常其產(chǎn)品（和他們的數(shù)據(jù)）在第三方網(wǎng)關(guān)上遇到困難，或b）將這些產(chǎn)品直接連接到互聯(lián)網(wǎng)，但是為了采用有效的方式連接設(shè)備在一起，不得不面對可靠性、互操作性和用戶體驗(yàn)帶來的挑戰(zhàn)。

Dotdot over Thread提供了兩全其美的解決方案。

Zigbee簇庫是針對低功耗和有損網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備到設(shè)備通信以及電池供電設(shè)備而構(gòu)建和優(yōu)化的。這意味著信息被壓縮成緊湊的、最適合于單個(gè)127字節(jié)802.15.4數(shù)據(jù)包之內(nèi)。另外，消息模式是基于最小化設(shè)備之間的通信,減少不必要的‘交流’。并且電池供電的設(shè)備發(fā)起它們通信的大部分，這是因?yàn)樗鼈冊谒邥r(shí)不能可靠的接收。Dotdot的開發(fā)保持了ZCL中的這些基本原則和經(jīng)驗(yàn)，以確保它也適用于這些低功耗和有損網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，切換到大眾所知的IP友好協(xié)議。

使用Thread可以消除在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)上通常所需的網(wǎng)關(guān)，它直接了解如何與每個(gè)設(shè)備通信。通過使用通用Thread邊界路由器，去創(chuàng)建一個(gè)DTLS連接是有可能的，從Internet上的任何位置到本地網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)設(shè)備，并且與該設(shè)備進(jìn)行安全通信。這允許IoT系統(tǒng)“大腦”處于云端，并直接與網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備進(jìn)行通信，而無需擔(dān)心網(wǎng)關(guān)上的固件版本。Thread邊界路由器充當(dāng)一個(gè)通道，因此當(dāng)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的組成會(huì)發(fā)生變化并且新設(shè)備將被添加或升級時(shí)，它不需要固件升級。這意味著可以做一些復(fù)雜的事情，例如在安全通信通道上從云端直接更新網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備的固件，大大簡化了網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理。

由于Dotdot是從ZCL派生出來的，因此使用網(wǎng)關(guān)在兩者之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換很簡單。這是至關(guān)重要的，因?yàn)檫@意味著新的Dotdot設(shè)備可以無縫橋接到現(xiàn)有的Zigbee設(shè)備，確保順暢的用戶體驗(yàn)和互操作性。這也意味著現(xiàn)有的Zigbee設(shè)備可以使用Dotdot和IP友好的協(xié)議橋接到云端，簡化遠(yuǎn)程設(shè)備控制和管理。

Zigbee已經(jīng)認(rèn)證了近十年的應(yīng)用層功能（Zigbee簇庫）。Zigbee聯(lián)盟也在為Dotdot開發(fā)一個(gè)自動(dòng)測試環(huán)境。該測試環(huán)境確保Zigbee及其成員能夠認(rèn)證Dotdot設(shè)備及其他們的應(yīng)用層功能，并確保來自不同供應(yīng)商的設(shè)備能夠在同一網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行互操作。當(dāng)您選擇Dotdot作為你的IoT設(shè)備的應(yīng)用層時(shí)，你就擁有了可靠的、通過認(rèn)證項(xiàng)目所帶來的益處。

雖然最初的焦點(diǎn)是Dotdot over Thread，但是擴(kuò)展到其他IP網(wǎng)絡(luò)也相對簡單。Dotdot基于IP友好協(xié)議和IPv6，因此用法可以很容易的將其擴(kuò)展到Wi-Fi或Ethernet。對于本質(zhì)上不支持IPv6或IP協(xié)議的藍(lán)牙傳輸技術(shù)等，需要一些適配。