邁向Zigbee? 3.0：Green Power的力量Wi-Fi、Zigbee和Thread“去網格化”

作者 / Cees Links Qorvo無線連接業務部總經理，Green Peak Technologies創始人和原首席執行官

　　既然Green Power已經成為Zigbee 3.0的標準功能，我們現在能否期待Green Power傳感器變得無處不在?事實上，有了Green Power規范，我們可以使用能耗和成本極低的紐扣電池供電的傳感器，因為Green Power規范消除了與網格相關的所有復雜性。但網格何去何從?我們還需要網格嗎?當我們能夠構建“去網格化”的Zigbee網絡時，Wi-Fi“網格”似乎在市場上日益受到歡迎。到底發生了什么?下面我們就來研究一下這個問題。

　　在網絡技術領域，網格始終都是一個頗具吸引力的概念。它符合共享和互助的概念，這些價值在技術先驅者們的心目中倍受推崇。因此，網格網絡吸引了技術人員的極大關注，這一點不足為奇。它的優良特性通常被描述為“自管理、自配置、自修復”。誰不希望實現這些特性呢?

　　圖1 在完全網格化的家庭網絡中，所有節點都相互通信，僅有一個節點連接到云

　　1 網格通常是自配置的

　　事實上，在Zigbee和Thread推出網格技術之后，藍牙國際聯盟最近也宣布開發網格產品。

　　雖然網格技術成為非常熱門的話題，但Zigbee和Thread網格卻尚未得到廣泛使用，當今市場上最成功的Zigbee應用不需要網格。雖然Wi-Fi也支持網格，甚至有了標準化網格(在IEEE 802.11s中)，但網格卻很少使用。

　　我們來詳細了解一下Wi-Fi網格。當今的基本家庭Wi-Fi設置是一個有線路由器或DSL路由器，無線連接至平板電腦和智能手機。如果效果不是太好，我們安裝中繼器作為中介。現在，有一些路由器設備經過了預配置，無論是迂回曲折的大廈還是整齊的單幢住宅，甚至車庫后面的玩電子游戲的房間，這些設備都能配合工作以提供無線覆蓋。這樣就能實現可靠高速的覆蓋。

　　那么網格的作用何在?其實很簡單。如果我在房子的某個角落，拿著智能手機，我距離便攜式電腦比距離路由器更近，那么我便可以通過便攜式電腦上網，只要它已經開機就行。網格通常是自配置的：網絡上的任何設備可以幫助其他設備到達路由器，再通過路由器訪問互聯網。如果作為中介的便攜式電腦處于關機狀態，那么智能手機將會尋找其他設備。網格還可以是自修復的，如果通往路由器的一條鏈路斷開，也不會有問題，因為網絡很可能找到另一個鏈路。

　　那么網格的不足之處是什么呢?當今的消費者變得日益苛刻，他們希望連接始終可靠，在使用高級技術解決方案時，不會被間斷性網絡故障所困擾，而網格這種開創性技術并不符合他們的這種期望。這正是不會遇到問題的好網絡與能夠自行解決問題但又不算是太好的網絡之間的差異。

　　無論是Wi-Fi還是Zigbee(或Thread)，在使用網格時都可能遇到以下三個常見問題。第一個問題是間斷性故障，第二個問題是電池續航時間，第三個問題是成本。下面我們具體討論每個問題，并了解Green Power如何為Zigbee 3.0解決這些問題。

　　間斷性故障，也就是網絡時好時壞，是一種令人惱火的問題。沒有人知道確切原因，因此也沒有人能夠真正修復。在上面的網格Wi-Fi示例中，你的智能手機能否上網也許取決于您兒子的游戲機是否開機，需要有一點運氣才能連上網。

　　圖2 在網格網絡中，所有節點都相互通信，但旁邊的一個節點只能到達附近的一個節點，這會讓網絡出現問題

　　接著是電池續航時間問題。在網格Wi-Fi網絡中，您的便攜式電腦可能成為中間節點。突然間，這臺便攜式電腦的電池電量變低，因為另一個家庭成員(也許不知道究竟是誰)使用這臺便攜式電腦作為跳躍點(網格節點)，在他的平板電腦上觀看YouTube視頻。對于原本沒有問題的設備，網格網絡實際上造成了電池問題。

　　最后還有成本問題。網絡中的每個節點不僅是邊緣節點(“運行一定功能的節點”)，還必須能夠作為網絡節點工作，必須擁有足夠高的配置才能做到這一點。實際上，這意味著在搭載更大存儲器的更大處理器上運行更多軟件。網格節點還必須始終處于“打開”狀態，這需要更大的電量、更昂貴的電池，而邊緣節點只需在觸發時打開。

　　雖然網格聽上去很美，但它的缺憾是無法提供可靠的、可預測的連接，而且價格更高。具有Green Power功能的Zigbee 3.0可以彌補這些不足。Zigbee支持網格，但網格卻不是必需的。邊緣節點可以輕松進行Green Power聯網，如果要覆蓋的區域超過了單臺路由器的范圍，多臺路由器可以共同工作，建立骨干網絡，所有邊緣路由器都能夠連接到該網絡，而不是自行承擔開銷，作為網格節點。

　　圖3星型結構解決網格問題

　　2網格成為邊緣解決方案

　　這引發了另一個話題。在家庭環境中，對于范圍受限、功能低下的無線電系統而言，網格是一種雪中送炭的解決方案。但是，對于功能足夠強大的無線電系統，網格就不是必需的，這些系統采用紐扣電池供電，讓設備能夠到達路由器(即便設備并非位于最有利的房屋中心位置)。這些無線電系統在10年前可能還不存在，但現在已經問世。這使得網格成為一種邊緣解決方案，僅用于解決異常的無線電覆蓋問題。目前，我們通常更多地實施多射頻Wi-Fi通道，而不是網格。Zigbee也可以這樣做。

　　網格的自修復“優勢”，也只是網絡設備不像現今這樣可靠的時代的一點殘留。單點故障是非常危險的，而提供多條路徑的網格網絡被視為一種很大的優勢，它能在出現故障時，通過其他連接實現重新路由。但是，有了當今的可靠網絡設備，對避免單點故障的需求或多或少有所減少。

　　作為Zigbee 3.0的標準功能，Green Power的簡單網絡協議實質上將所有復雜網絡功能都集中到代理服務器上(通常是路由器)，而Green Power節點的重點是確保重要信號可靠地到達路由器，這些信號可能是溫度測量、打開電燈的命令、報告門窗是打開還是關閉。正如上文所述，Zigbee Green Power實現了超長的電池續航時間，對于能夠產生能量的照明開關，甚至根本不需要電池。Zigbee Green Power與Zigbee 3.0完全集成，并且完全兼容Zigbee 3.0提供的所有服務，包括安裝、安全檢測、簡易操作和維護。

　　3 Zigbee Green的力量

　　使用具有Green Power功能的Zigbee有何優勢?首先，您能以低成本便捷地實施標準獨立解決方案。其中涵蓋了當今市場上的大多數Zigbee應用。例如，如果您有幾個燈、一個調光開關和一個網關，要將燈連接到互聯網，您只需使用Green Power。就是這樣簡單，不需要網格功能。

　　如果需要更大型的解決方案，Green Power讓您能夠在家里構建簡單的Zigbee星型網絡。而對于更大規模的樓內安裝，可從單個骨干網連接多個星型結構。無論是哪種方式，Green Power都能消除網格的弱點，比如難以診斷的間斷性連接、傳感器節點的電池電量突然耗盡等意外情況。

　　Green Power還讓Zigbee基礎設施能夠與樓內的Wi-Fi基礎設施保持完全一致。要注意，Zigbee無線電的覆蓋范圍可與Wi-Fi無線電相媲美，甚至更勝一籌。Zigbee (IEEE 802.15.4)實質上是低功耗的Wi-Fi (IEEE 802.11)，但出于某些政治原因，即便規模最大的公司通常也會否認這一點。

　　圖4 分層的星型結構解決網格問題

　　事實上，Zigbee 3.0(具有Green Power功能)和Wi-Fi都集成在單個路由器設備中，從而為消費者或企業客戶簡化了整個網絡基礎架構，降低了成本，并為作為物聯網一部分的智能家居鋪平了道路。但只有Zigbee 3.0網絡可在真正需要時使用網格功能，這才是Green Power的真正力量。

　　4 Wi-Fi網格

　　我們對Wi-Fi網格究竟了解多少呢?真相是，這根本不是網格。出于這個原因，有一個新詞問世，叫做“分布式Wi-Fi”。實際上，這種描述更為準確。

　　分布式Wi-Fi是星型網絡。它由幾個(3個或4個)預配置路由器(接入點)組成。其中一個主路由器負責與互聯網進行連接。其他路由器則使用一個Wi-Fi通道連接到主路由器，使用另一個Wi-Fi通道為相鄰設備服務。如果設備從一個服務區域進入另一個服務區域，“交接”將會無縫發生。

　　圖5 分布式Wi-Fi是星型網絡

　　5消費者尋找的簡單產品

　　所有這些目的都是在家庭中提供更好的網絡覆蓋(包括在所有地板上，從閣樓到地下室，再到露臺和車庫)，并且使用盡可能多的通道，從而最大程度地提升性能。

　　分布式Wi-Fi的網絡結構形成了Zigbee Green Power的完美“骨干”，實質上是圖4和圖5的重合。換言之，當每臺路由器也支持Zigbee(或Thread)時，就沒有必要實現Zigbee、Thread或未來藍牙的網格化。這一點頗具諷刺意義!Wi-Fi網格消除了對其他任何網格技術的需求，但本身卻并非真正的網格。

　　6結論

　　家庭網絡架構的標準化仍處于發展階段。要記住，消費者可能對技術并不是特別感興趣，對技術架構更是漠不關心。消費者尋找的是能夠執行功能的簡單產品，可以簡易安裝，并且提供所承諾的功能。易于安裝的“開箱即用型”無線網絡是他們關注的重點。最后，只有網絡發燒友才關心這究竟是網格，還是僅僅被稱為網格。