通過切換到家庭中的LED照明可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能是眾所周知的。眾所周知，與傳統(tǒng)光源（如鹵素?zé)艉桶谉霟簦┫啾龋凸β剩咝蔐ED燈具可將功耗降低80％以上。不太了解的事實(shí)是，智能照明控制可以顯著減少電費(fèi)。通過傳感器和無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的智能控制功能包括自動(dòng)調(diào)光和關(guān)閉未占用房間的燈光。

智能照明控制市場(chǎng)越來越多地作為家庭自動(dòng)化系統(tǒng)的一部分進(jìn)行安裝，被認(rèn)為是更廣泛的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）運(yùn)動(dòng)中的巨大機(jī)遇。然而，市場(chǎng)增長的關(guān)鍵是簡(jiǎn)單靈活的配置和安裝，以及低成本和快速投資回報(bào)。

本文將考慮適用于國內(nèi)應(yīng)用的一些控制策略和無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，重點(diǎn)關(guān)注已建立的ZigBee Light Link的新替代方案。這些包括專有協(xié)議，如Thread和CSRmesh技術(shù)。

圖1：使用Wi-Fi和ZigBee技術(shù)的典型智能家居照明系統(tǒng)，可改裝使用無線技術(shù)，可通過智能手機(jī)或平板電腦控制。 （來源：ChipSip）

ZigBee的好處

多年來，ZigBee Light Link一直被認(rèn)為是家庭智能照明的首選協(xié)議，并已開始積累相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)安裝基地。與家庭自動(dòng)化的替代網(wǎng)絡(luò)策略相比，ZigBee具有許多優(yōu)勢(shì)。它經(jīng)過驗(yàn)證，得到了很好的支持，專門用于需要低延遲的低功耗傳感和控制應(yīng)用。重要的是，它旨在支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌试S控制器和節(jié)點(diǎn)之間的備用路由。這對(duì)于靈活且可擴(kuò)展的系統(tǒng)（如家用照明）至關(guān)重要，該系統(tǒng)需要集中式，自動(dòng)化和可編程控制，以及遠(yuǎn)程和手動(dòng)“點(diǎn)”控制。

然而，隨著物聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃取得進(jìn)展，基線正在發(fā)生變化。挑戰(zhàn)集中在需要在物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)連接的設(shè)備及其電源的多樣性。一個(gè)關(guān)鍵因素是幾乎無處不在地使用智能手機(jī)和平板電腦作為控制設(shè)備，以及需要通過Wi-Fi，IPv6或藍(lán)牙進(jìn)行連接。在這種情況下，ZigBee Light Link被認(rèn)為不太能夠利用3G和4G等高級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)。

因此，替代協(xié)議以及ZigBee 3.0的新版本正在出現(xiàn)。據(jù)稱，這些新一代協(xié)議中的一些可以在物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)動(dòng)不斷增長的需求中為照明控制提供更好的匹配，無論是對(duì)于家用還是工業(yè)/商業(yè)照明應(yīng)用。

強(qiáng)線程

家庭網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域強(qiáng)大的新競(jìng)爭(zhēng)者是Thread，現(xiàn)在有超過160家公司支持，并由ARM，飛思卡爾，三星，谷歌（Nest）等巨頭領(lǐng)導(dǎo)，最近，高通公司。該協(xié)議于7月正式啟動(dòng)，認(rèn)證產(chǎn)品剛剛開始出現(xiàn)。

這種基于IEEE 802.15.4的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧支持多種基于IP的應(yīng)用協(xié)議，包括6LowPAN或IPv6。 Thread的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是可以安全連接到低功耗網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，并為每臺(tái)設(shè)備提供直接互聯(lián)網(wǎng)和云端訪問。

Thread是一個(gè)自我修復(fù)的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，可擴(kuò)展到250多個(gè)設(shè)備，通過加密提供安全性;通過智能手機(jī)，平板電腦或電腦輕松連接;低功耗，包括對(duì)電池供電設(shè)備的支持。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是線程支持移動(dòng)性，例如，如果物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)在房屋周圍移動(dòng)或移動(dòng)，則內(nèi)部網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)路徑會(huì)自動(dòng)且不斷更新。

Thread不僅基于與ZigBee相同的協(xié)議，而且Thread Group還宣布與ZigBee聯(lián)盟合作，使ZigBee Cluster Library能夠在Thread網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行。雖然這兩個(gè)組保持獨(dú)立，但他們都認(rèn)為提供應(yīng)用程序級(jí)標(biāo)準(zhǔn)化的重要性。但是，Thread旨在支持許多不同的應(yīng)用程序?qū)訁f(xié)議。

現(xiàn)在想要了解更多有關(guān)Thread功能的開發(fā)人員可以投資Silicon Labs的EM35X網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)開發(fā)套件。 Digi-Key提供30天許可證，EM35X-DEV或用于ARM的IAR嵌入式工作臺(tái)EM35X-IAR的完整獨(dú)立Cortex-M3許可證版本。在Silicon Labs在線注冊(cè)該套件后，用戶可以下載并安裝Thread Networking Software Stack。 Silicon Labs網(wǎng)站上提供了大量在線培訓(xùn)模塊。

Bluetooth Smart Mesh

顯示出一些早期的承諾，但卻對(duì)已建立的（網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)）播放器產(chǎn)生了一些批評(píng)是CSRmesh，基于藍(lán)牙，但添加了網(wǎng)狀拓?fù)洹?CSR推出，被視為Thread的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。然而，CSR最近被高通收購，這清楚地說明了有多少主要參與者支持多種明顯競(jìng)爭(zhēng)的協(xié)議。

CSR深入?yún)⑴c藍(lán)牙智能網(wǎng)狀工作組，該工作組預(yù)計(jì)將于今年晚些時(shí)候宣布其規(guī)范，以便在2016年正式采用原型設(shè)計(jì)。盡管當(dāng)前的CSRmesh協(xié)議不太可能批量采用，可能需要稍后調(diào)整一些軟件，CSR已經(jīng)提供了一系列產(chǎn)品，包括RF收發(fā)器，接收器，子系統(tǒng)，天線和附件，以及評(píng)估和開發(fā)套件。生態(tài)系統(tǒng)也在增長，其他產(chǎn)品也來自許多第三方供應(yīng)商。

藍(lán)牙雖然是連接智能設(shè)備（包括可穿戴設(shè)備）的理想（和流行），但一般認(rèn)為它不適用于照明控制或家庭自動(dòng)化。它不僅主要設(shè)計(jì)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電纜而非多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)連接，而且還存在高開銷和高延遲，缺乏范圍和持久控制連接不良的問題。

然而，通過添加藍(lán)牙智能網(wǎng)狀連接，CSRmesh聲稱可以克服許多障礙，擴(kuò)展藍(lán)牙范圍并實(shí)現(xiàn)與幾乎無限數(shù)量設(shè)備的連接。值得注意的是，它主要針對(duì)照明應(yīng)用以及家庭和樓宇自動(dòng)化。

據(jù)稱它易于安裝，無需配對(duì)，并且不需要集線器或訪問設(shè)備（如路由器）在本地運(yùn)行。可以使用現(xiàn)有平板電腦或智能手機(jī)配置和控制節(jié)點(diǎn)。通過加密的網(wǎng)絡(luò)密鑰確保安全性，并且可以實(shí)施其他安全措施以防止竊聽和攻擊。

此外，CSRmesh旨在實(shí)現(xiàn)極低的功耗，使用短消息并準(zhǔn)備在最低功耗的微控制器和無線網(wǎng)絡(luò)芯片組上運(yùn)行。它為“困”節(jié)點(diǎn)提供支持：電池供電和能量收集供電的設(shè)備可以與主電源代理設(shè)備組合在一起，以在不喚醒傳感器的情況下中繼信息。相同的技術(shù)還可以確保在沒有中繼的情況下RF無法到達(dá)的區(qū)域中的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

該技術(shù)有望吸引那些關(guān)注以照明為中心但范圍更廣的家庭自動(dòng)化解決方案的開發(fā)人員。照明控制是主要目標(biāo)，因?yàn)樗粡V泛認(rèn)為是更廣泛的家庭自動(dòng)化系統(tǒng)的催化劑應(yīng)用。出于這個(gè)原因，無線網(wǎng)絡(luò)需要可擴(kuò)展以覆蓋其他應(yīng)用，例如加熱，空調(diào)，門鎖和窗戶傳感器，具有不同的性能和功率要求。

分析CSRmesh的潛力以及它如何與Bluetooth Smart配合使用的一個(gè)很好的起點(diǎn)是開發(fā)板和套件。這些套件提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的開發(fā)平臺(tái)和快速原型設(shè)計(jì)解決方案。例如，DK-CSR1010-10184-1A CSRmesh開發(fā)套件包含三個(gè)目標(biāo)板，USB-SPI編程器，連接電纜，電池和設(shè)置指南。可以使用支持Google Android和Apple iOS的智能手機(jī)示例主機(jī)應(yīng)用程序和源代碼。

圖2：CSRmesh開發(fā)套件為使用藍(lán)牙智能網(wǎng)格技術(shù)的照明控制提供了簡(jiǎn)單的介紹和快速原型設(shè)計(jì)解決方案。

開發(fā)板（DB-CSR1010-10185-1A）可以單獨(dú)購買。該板基于CSR1010 IC，包含板天線，LED，按鈕和滑動(dòng)開關(guān)，電源開關(guān)，SPI編程連接器，電池座和將I/O連接到外部設(shè)備的焊盤。

ZigBee繼續(xù)前進(jìn)

與此同時(shí)，ZigBee正在向前發(fā)展，以應(yīng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)動(dòng)以及互連各種智能設(shè)備的需求，這些智能設(shè)備可以無縫互操作。預(yù)計(jì)即將批準(zhǔn)的最新標(biāo)準(zhǔn)ZigBee 3.0基于ZigBee PRO。它統(tǒng)一了ZigBee家庭自動(dòng)化，ZigBee Light Link，ZigBee樓宇自動(dòng)化等。通過ZigBee Home Automation 1.2和ZigBee Light Link 1.0認(rèn)證的終端設(shè)備將與ZigBee 3.0向前兼容。

ZigBee 3.0和Thread之間的差異化因素在于基于IP的消息傳遞。據(jù)說線程為IP提供本機(jī)支持，而ZigBee 3.0是“完全I(xiàn)P兼容”的，通過路由器，網(wǎng)關(guān)或機(jī)頂盒連接到互聯(lián)網(wǎng)。線程網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備都具有IPv6地址，可以由本地設(shè)備直接訪問，并通過支持線程的IP路由器（稱為邊界路由器）進(jìn)行外部連接。

互操作性是關(guān)鍵

總之，大多數(shù)權(quán)威人士都認(rèn)為，單一網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不太可能適合復(fù)雜IoT應(yīng)用中所有類型智能設(shè)備的互連。目前的想法是，同時(shí)需要Wi-Fi，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)和藍(lán)牙技術(shù)。單個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不太可能發(fā)展，這將充分支持所有應(yīng)用程序，同時(shí)保持效率，即使它確實(shí)如此，也將普遍采用。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員將在未來許多年內(nèi)繼續(xù)根據(jù)各個(gè)項(xiàng)目的約束和目標(biāo)，評(píng)估各種選項(xiàng)和協(xié)議組合的優(yōu)缺點(diǎn)。例如，節(jié)能照明可能需要支持能量收集節(jié)點(diǎn)的最低功率網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，但為了便于使用，需要通過智能手機(jī)或類似設(shè)備進(jìn)行控制。

互操作性是關(guān)鍵。許多供應(yīng)商現(xiàn)在正在為多種網(wǎng)絡(luò)和通信協(xié)議提供支持這一事實(shí)有望確保不同技術(shù)之間的更大兼容性，確保開發(fā)人員的選擇，而不會(huì)因標(biāo)準(zhǔn)的不確定性而對(duì)市場(chǎng)增長造成制約。