嘉宾简介
潘永华先生，德州仪器无线连接产品现场应用工程师，精通无线产品开发及设计，10年无线连接技术支持经验。
编者按
近年来，Zigbee协议在智能家居行业广受欢迎，如何开发与应用是很多厂家关注的问题。潘永华老师带来的分享主要围绕Zigbee 3.0软件开发与协议栈几大方面展开，高度概述了什么是Zigbee及Zigbee在应用中的软件解决方案。同时对Zigbee与不同设备类型的连接和相关应用升级也作了较为详尽的解读，最后对Zigbee 3.0最新标准与如何使用Zigbee协议栈也作了相关的分享。
什么是Zigbee？
Zigbee是低功耗、基于2.4G的网状网无线技术，兼容性与互操作性较强，不同的Zigbee技术产品，只需要通过Zigbee统一认证，就可以互相操作。Zigbee通过ZCL可以将应用层标准化，能够自组网，支持短距离通信。
从技术上看Zigbee3.0的架构，底层是IEEE 802.15.4物理层，物理层定义了物理无线信道和MAC子层之间的接口，提供物理层数据服务和物理层管理服务。物理层频率范围：868/915 MHz和2.4 GHz。2.4 GHz波段射频可以提供250kbps的数据速率和16个不同的信道。中间为MAC子层，通过CSMA/CA机制控制无线电信道，其职责还可以包括发送信标帧、同步和提供可靠的传输机制，MAC层负责相邻设备间的单跳数据通信。第三层为网络层NWK，网络层提供相应的功能以确保MAC子层的正确操作并为应用层提供合适的服务接口。
为了给应用层提供接口，网络层在概念上包括两个提供必要功能的服务实体——NWK层数据实体（NLDE）和NWK层管理实体（NLME）。NLDE-SAP提供数据传输服务，NLME-SAP提供管理服务。NLME利用NLDE来实现其一些管理任务，并且还维护一个称为网络信息库（NIB）的托管对象数据库。APS子层介于网络层和应用层之间，指定了应用层提供服务规范和接口的部分，该规范定义了允许应用对象传输数据的数据服务，以及提供绑定的管理服务。应用层为体系结构的顶层，包括应用支持子层APS、Zigbee设备对象ZDO和制造商所定义的应用对象（在应用框架层）。
Zigbee3.0的特性
Zigbee 3.0包括Zigbee Green Power。Zigbee Green Power最初是制定为超低功耗的无线标准，用以支持能量收集设备。能量收集设备是指不使用电池也能从环境中提取能量需求（如运动、光线、压电、帕尔贴效应等）的设备。最常见的应用是照明开关，其中，开关的拉动产生了能量，然后向电灯传送无线通信包（开、关等）。Green Power对于只偶尔存在于网络中的设备而言十分有效（设备通电时）。Green Power使得这些设备能够安全地进出网络，因此可在大部分时间处于关闭状态。
Zigbee 3.0也完全兼容IP。Zigbee设备与Wi-Fi设备类似，通常通过路由器、网关或机顶盒连接到互联网，让人可在世界其他地方利用连接了互联网的个人计算机、平板电脑或智能手机应用程序等任何其他设备实现即时控制。由于Zigbee 完全兼容Wi-Fi和IP，因此没有必要在手机本身插入Zigbee芯片，从而发现和控制Zigbee连接的智能家居和物联网设备。只要通过任何联网中心（如路由器、机顶盒、网关）均可让这一切实现，这意味着，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指示板，并其可以毫不费力地发现并与其他Zigbee设备进行通信。
Zigbee 3.0具有开放性、普遍性和完整性，可与现有的互联网应用程序完全互相操作。现在，相关设备已经可以批量供货，预计可从每周生产一百万台至每天生产一百万台不等，可能已经有五亿台Zigbee设备面世。Zigbee3.0是智能家居的最佳解决方案，应用范围广泛：照明、安全、恒温器、遥控器等。Zigbee 3.0十分安全，支持不使用电池的设备、网状、低延时以及能量收集，更是无与伦比，甚至未受到过挑战，即使Thread想方设法地想对其提出挑战。对于许多应用程序创造者而言，它是高于IEEE 802.15.4无线电技术的独一联网解决方案。
TI软件开发解决方案
TI目前有超过100种通过Zigbee认证的产品，以提供芯片和解决方案为主，加入Zigbee联盟已超过十年。TI的SimpleLink平台能够帮助用户在物联网开发的过程中，针对内部发展的资源相对匮乏，如功耗等技术限制等，更加轻松满足随时改变的设计或应用需求，甚至通过同样的产品基础进入一个全新的市场。
CC2652R是TI的典型Zigbee芯片，发射功率为5dBm，内置集成传感器控制器sensor controller，可降频到2M运行。外设数据采集的时候，只有超过一个阈值后，才需要唤醒CM4。支持2.GHZ，可运行多协议，即可支持Zigbee和蓝牙同时运行。同时，若想覆盖更远的距离，可内置CC2592，发射功率可实现高达22dBm。CC1352P发射功率可达20dBm，功耗仅需要79mA，支持2.4GHZ和Sub-1GHZ两个频段，相比CC2652R可覆盖更远的距离。
TI有非常多工具提供给开发者。如E2E论坛，分为国外版和国内版，是工程师的重要参考资源，可在设计过程中的各个阶段获取帮助。TI工程师能回答技术问题并分享他们的技术经验，以帮助开发者快速解决设计问题。同时，TI 推出SimpleLink在线学院，用户可以下载中文学习资料，快速上手。除此之外，还有Range Calculators，Sense Controller Studio，Reference Designs和SmartRF Studio等工具。
TI为Zigbee+蓝牙的多协议应用，也推出了相应的解决方案。常用的终端设备是智能锁，通常使用三个芯片：蓝牙芯片、Zigbee芯片和PA芯片。无论从成本和设计复杂度上看，都比较高。而如果使用TI的CC2652P一个芯片即可完成三个芯片的工作，同时支持Zigbee3.0和蓝牙。在物理层，只有一种协议能运行。但TI做了一个非常好的共存机制，使用DMM组件，即可共同运行。
本文整理自CSHIA智能家居微课堂
《Zigbee3.0软件开发与协议》课程
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