嘉宾简介
张翔宇先生，深圳市飞比电子科技有限公司产品经理，Stars星河架构平台市场运营负责人，国内Zigbee开发者社区的推动者。六年电子消费供应链管理，产品运维，终端渠道经验，深悉智能家居领域客户与市场需求。
编者按
飞比成立于2010年，在物联网无线传感网领域已经摸爬滚打了近十个年头，一直将Zigbee技术作为核心，不断输出符合国际标准的解决方案，并提供网关等产品OEM/ODM一站式交付服务。张翔宇先生主要围绕Zigbee网关技术架构、Zigbee网关研发难点、飞比网关研发经验分享、如何使用中间件四大方面展开。
Zigbee3.0网关软件架构
智能家居Zigbee网关软件架构包含Zigbee网络应用管理、Zigbee设备连接管理、设备OTA服务、协调器固件更新、网关运行日志、Zigbee网络管理、Zigbee网络诊断和数据库等标准化接口层。网关作为智能家居网络核心控制和管理设备，需要连接云平台和节点设备，在整个网络中起到非常核心的作用。一个成熟的网关，在研发之前就应该制定标准的接口层架构，使得在后期的改造过程中，有针对性。这些标准化接口层与云和APP进行控制。
网关技术架构主要由应用管理、连接管理、网络管理与诊断、数据库功能、OTA服务、固件更新、运行日志七部分构成。应用管理帮助用户实现应用场景功能建立和联动，设备分组设定，设备控制，任务功能和防区功能。连接管理主要维护网络设备信息列表，数据上报周期配置，在线离线判定，数据分析保存。网络管理与诊断是网关设计的一个难点，主要负责监控设备状态，通信链路优化，故障信息上报，通信故障诊断。数据库功能主要是为了精简设备信息，包括场景、分组和网络等信息。OTA服务负责网络内升级服务。固件更新负责网关自身版本和协调器固件更新。网关运行日志便于开发人员对问题进行追踪和分析处理。
Zigbee3.0网关硬件架构
硬件部分主要由主控模块，Internet，Power，Connectivity，MCU/CPU等构成。网关在设计定位的时候，不同的产品功能要求计算的能力不一样，对MCU的选择也不一样。若想要处理能力强，扩展性好，安全防护性强，在主控的选择上比较多样化。如果是以MCU为主控网关，轻量级，在功能上相对简单。MCU相对MPU，处理能力有限，不需要外挂flash。如果选择MPU方案，需要加RAM和ROM，扩展性较强，可实现多样性功能。从目前智能家居行业来说，大多数网关都是使用的MPU方案。网关作为整个智能家居系统中的边缘设备，需要具有一定的边缘计算能力。
Internet部分主要负责将网关数据和云服务器对接，比较常见的是Wi-Fi和以太网接入方式。场景可能还会遇到2G/3G/4G技术和NB-IoT等模块。Adapter在设计的时候需要用5V或3.3V直流稳压电源。Power部分是整个硬件架构中比较重要的一部分，主要负责启动、复位电路。根据网关的协议选择，很多时候Zigbee网关往往和BLE网关搭配。
Zigbee3.0网关研发难点
在Zigbee3.0网关研发过程中，很多时候会遇到需求多样化、架构定义难、资金投入多、时间跨度长、测试难专业、硬件等难点。
架构定义难
为满足市场与客户的多样性，网关架构需要从最初的“混为一体”进化到“模块化”设计，且为了立足长远，同样需要考虑到BLE，Wi-Fi，Zigbee等设备的兼容性，实现不同协议间的设备管理、设备联动。
需求复杂
网关作为Zigbee核心，需要接入的设备数量多，种类杂，功能全，要确保全数产品正常运行，兼容联动，才能说家庭Zigbee网络成功建立。
测试难专业
测试，作为网关研发验收环节的守门员，如果无法制定标准化测试用例，执行标准化测试方案，就无法确保网关的正常运行，有一些严重的bug甚至无法通过升级修复，将留下无穷的交付隐患。针对目前行业标准，很少有测试环节是真实家庭环境模拟，导致很多时候都是闭门造车。另外，个别隐性问题是需要大量时间挂测的，如3-6个月不等，这也间接加长了网关研发周期。
时间跨度长
业内网关研发平均从立项到量产，时间在24个月以上，就拿项目周期最长的地产行业来说，也等不及如此久的时间。很多网关研发立项，最后无法赶上项目交付时间，而损失巨大；还有部分企业为了尽快交付项目，功能稳定性都未达到标准，造成大量的用户投诉与返工成本。
资金投入大
网关研发相对其他设备，需要数名具备多年开发经验的Zigbee工程师，同样还要组建硬件，测试等人员。又因产品的多样性，升级维护管理，产品迭代等，网关研发费用支出基本在500万元以上。
除软件设计有诸多难点，Zigbee硬件研发也存在很多困难：专业的射频电路设计及调校；复杂的元器件品牌与种类；无法拿到大批量的优势价格；大量的认证，专业设备测试工作。
Zigbee网关研发经验分享
为了改变研发模式，前几年，飞比推出网关中间件概念，利用成熟的网关研发经验，完美解决软硬件研发难点。同时将交付时间缩短到3-6个月，为大批的企业项目提供靠谱的技术支持和保障。
网关中间件的实现无法脱离“软件”与“硬件”单独存在，它是一个整体概念。“软件”为Zigbee网关程序，相当于在用户产品中增加了一个专职管家，多才多艺，尽心尽责，保障网关各项功能的运行。“硬件”为Zigbee模块，负责设备与网关间的数据收发处理，并上报“管家”完成互动。
使用中间件开发网关，无需专业的人员，人员费用大大降低。Zigbee3.0标准协议，解决了私有协议难互联互通的问题，企业在设备选择上不受约束。
目前，中间件已经应用到网关产品、智能路由器、电子相框、AI音箱和智能电视等产品中。为方便用户将Zigbee网关集成进不同的中控系统，飞比WinG+星河网关中间件已实现多平台商用。
本文整理自CSHIA智能家居微课堂
《Zigbee3.0网关软硬件设计》课程
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