智能照明的出現(xiàn)伴隨著物聯(lián)網(wǎng)、LED照明,、無線通信等技術(shù)的發(fā)展，其典型特征是照明設(shè)備的單獨(dú)可控,、方便靈活的場景設(shè)定，并且可以與其他智能化信息系統(tǒng)進(jìn)行無縫對(duì)接（如智能傳感網(wǎng),、安全監(jiān)控網(wǎng),、智能能源網(wǎng)等），以新穎的呈現(xiàn)模式滿足不同的智能化照明需求,，因此,，智能照明系統(tǒng)需要提供方便易操作的系統(tǒng)升級(jí)改造方案，以適應(yīng)需求的不斷變化,，而低功耗無線通信控制系統(tǒng)是其中關(guān)鍵的一環(huán),。

　　智能照明作為智慧工程重要組成部分，也是物聯(lián)網(wǎng)體系中一個(gè)較好的應(yīng)用呈現(xiàn)形式,。以基于低功耗無線傳輸的智能照明解決方案將是未來發(fā)展趨勢,，目前市場環(huán)境日趨成熟，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建立將是推動(dòng)智能照明市場發(fā)展的助力,。

　　目前在低功耗無線傳輸領(lǐng)域所使用的協(xié)議有很多,，還未形成統(tǒng)一的傳輸規(guī)范。下面以兩個(gè)當(dāng)前主流低功耗無線傳輸協(xié)議Zigbee和Jennet-IP的比較為例,，對(duì)低功耗傳輸協(xié)議的特點(diǎn)和發(fā)展方向進(jìn)行分析,。

　　1、Zigbee協(xié)議

　　Zigbee協(xié)議具有體積小,、成本低,、功耗小以及傳輸速率低等特點(diǎn),，是由摩托羅拉（美國）、三菱（日本）,、飛利浦（荷蘭）,、英維斯（英國）等公司于2002年共同提出并研發(fā)的低功耗無線通信協(xié)議。

　　Zigbee協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)層和媒體接入層以IEEE802.15.4協(xié)議作為協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),，IEEE 802.15.4協(xié)議是由IEEE 802無線個(gè)域網(wǎng)（WPAN,，Wireless PersonalArea Network）小組（成立于2000年12月）于2003年12月正式發(fā)布的，包括其物理層和MAC層所采用的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),。Zigbee聯(lián)盟于2004年 12月在IEEE802. 15. 4定義的物理層（PHY）和媒體接入層（MAC）的基礎(chǔ)上定義了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層,，從而發(fā)布了Zigbee無線通信協(xié)議。

　?。?）Zigbee無線通信協(xié)議的主要應(yīng)用特征有以下幾點(diǎn)：

　?、俟牡停号c其他無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相比，Zigbee協(xié)議設(shè)備的功耗極低,，因此設(shè)備壽命延長很多,；

　　②可靠性強(qiáng)：Zigbee協(xié)議具有避免碰撞的機(jī)制,，通過采用時(shí)間間隙方法,，避免在發(fā)送數(shù)據(jù)過程中出現(xiàn)沖突；另外,，在傳輸中采用自動(dòng)路由的模式,，提高了傳輸可靠性；

　?、蹅鬏斅实停篫igbee協(xié)議支持的傳輸速率范圍為10kb/s～250kb/s,；

　　④傳輸時(shí)延?。篫igbee協(xié)議對(duì)時(shí)間延遲要求高的應(yīng)用做了優(yōu)化,，使得通信延時(shí)大大縮短，另外,，Zigbee協(xié)議設(shè)備從睡眠狀態(tài)下激活的時(shí)間也降低了很多,；

　　⑤支持節(jié)點(diǎn)數(shù)量多：理論上Zigbee協(xié)議網(wǎng)絡(luò)多可支持65000個(gè)節(jié)點(diǎn)的容量,；

　?、薨踩詮?qiáng)：Zigbee協(xié)議可以針對(duì)具體應(yīng)用的需求，提供相應(yīng)的安全機(jī)制,，在CCM模式下采用AES.128算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行安全保護(hù),。

　　（2）Zigbee協(xié)議整體的結(jié)構(gòu)主要包括物理層（PHY）,、媒體接入層（MAC）,、網(wǎng)絡(luò)/安全層以及應(yīng)用框架層,。

　　①PHY層主要負(fù)責(zé)控制無線收發(fā)器的開啟與關(guān)閉,、信道選擇,、能量檢測、鏈路質(zhì)量,、通過物理媒體發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包等,；

　　②MAC層主要負(fù)責(zé)信道接入,、發(fā)送確認(rèn)幀,、時(shí)隙管理、信標(biāo)管理,、發(fā)送連接及斷開連接請(qǐng)求等,，另外，還為合適的安全機(jī)制提供支撐,，比如,，免碰撞載波偵聽多址訪問（CSMA-CA）、時(shí)間同步信標(biāo)可選超幀結(jié)構(gòu),；

　?、郯踩珜又饕?fù)責(zé)密鑰管理、存取等功能,；

　?、芫W(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)LR-WPAN網(wǎng)的組網(wǎng)、數(shù)據(jù)等,；

　　⑤應(yīng)用框架層主要負(fù)責(zé)提供應(yīng)用軟件接口（API）,，以便在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理,，另外，應(yīng)用層還可為實(shí)際應(yīng)用提供應(yīng)用框架模型,，以便開發(fā)應(yīng)用,。

　　2、Jennet-IP協(xié)議

　　由恩智浦半導(dǎo)體開發(fā)的Jenne t-IP,，是一種增強(qiáng)型6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議,，特別針對(duì)以IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的超低功耗網(wǎng)絡(luò)所設(shè)計(jì)，適用于住宅和工業(yè)應(yīng)用,。 Jennet-IP已獲得IBM,、TCP等主要客戶采用，目前,，Jennet-IP廣泛應(yīng)用于智能家居,、A/V射頻遙控,、智能照明、家庭智能醫(yī)療,、安全消防,、門禁控制、智能能源等領(lǐng)域,。6LoWPAN,，即IPv6 over IEEE 802.15.4，原名為IPv6 over Lowpower Wireless Personal,，即低速無線個(gè)域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),。IPv6作為網(wǎng)絡(luò)層互聯(lián)方案，6LoWPAN技術(shù)引起了廣泛的關(guān)注,，眾多無線組網(wǎng)解決方案都集成了 6LoWPAN,。

　　由于Jennet-IP是以IP為基礎(chǔ)的解決方案，具備出色的擴(kuò)展能力,，可支援多達(dá)500臺(tái)設(shè)備的大型網(wǎng)絡(luò),，具有發(fā)展?jié)摿Γ辉谟袩o網(wǎng)關(guān)支持的情況下均可運(yùn)作,；Jennet-IP整合眾多特性于一身,，支持IPv4、Ipv6,、Zigbee多種協(xié)議,，兼容6LoWPAN，具有功耗低,、射頻范圍幅度大,、存儲(chǔ)空間占用小、成本低等特點(diǎn),。

　　Jennet-IP以恩智浦（NXP）的Jennet網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議棧為基礎(chǔ),，安全性能較高，能夠提供128位AES加密算法和設(shè)備加入功能,，于2011年以開源授權(quán)方式發(fā)布,。Jennet-IP的主要特性在于，其是以IP協(xié)議為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,，符合 IEEE,，IEFT發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，符合低功耗,、低成本的大規(guī)模節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)需求,，能夠與無線設(shè)備和公用網(wǎng)絡(luò)IP形成無縫鏈接，是目前2.4GHz較成熟解決方案的代表，能夠與Wi-Fi,、藍(lán)牙共存,，具備常用的API接口。

　　Jennet-IP的主要特性包括：

　?。?）支持網(wǎng)關(guān)或無網(wǎng)關(guān)運(yùn)行,，可連接到互聯(lián)網(wǎng)或進(jìn)行單機(jī)操作；

　?。?）超低待機(jī)功耗,，支持路由層優(yōu)化技術(shù)，低功耗無線鏈路,；

　?。?）高安全性128位AES加密，安全驗(yàn)證和設(shè)備加入,，可靠性,；

　　（4）內(nèi)核小巧,，低內(nèi)存占用,，不到128個(gè)字節(jié)，低成本,，開源授權(quán),；

　　（5）普及性：Jennet-IP在LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)中使用IPv6,，基于IP網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用,，作為下一代互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)的IPv6，更容易得到不同領(lǐng)域的融合,；

　?。?）適用性強(qiáng)：IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議架目前受到廣泛認(rèn)可，新一代互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)也是以IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為基礎(chǔ)的,，因此,，融合IPv6協(xié)議的LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)具有更強(qiáng)的適應(yīng)性，開發(fā)和應(yīng)用更為簡單,；

　　（7）更多地址空間：運(yùn)用IPv6的LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)可以提供龐大的地址空間,。這正是大規(guī)模,、高密度低功耗無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的需要；

　?。?）實(shí)現(xiàn)地址自動(dòng)匹配：節(jié)點(diǎn)處于激活狀態(tài)時(shí),，屬于IPv6網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)能夠自行讀取自身MAC地址，并根據(jù)既定的規(guī)則轉(zhuǎn)換成節(jié)點(diǎn)的IPv6地址，這個(gè)特性對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)非常重要,，因?yàn)樵谝话闱闆r下,，對(duì)于大規(guī)模的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不坑內(nèi)分別進(jìn)行界面配置，所以節(jié)點(diǎn)能夠自行進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置將從根本上提高實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值,；

　?。?）易接入：運(yùn)用IPv6的LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)，接入其他IP網(wǎng)絡(luò)的難度將大大降低,，隨著下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,，使不同的網(wǎng)絡(luò)都可充分利用IP網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有資源；

　?。?0）易開發(fā)性：隨著新一代IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)展,，基于IPv6的應(yīng)用技術(shù)逐漸成熟，運(yùn)用IPv6的LR-WPAN網(wǎng)絡(luò),，可以更為容易對(duì)成熟技術(shù)進(jìn)行整合,，大大簡化了協(xié)議發(fā)展過程。

　　3,、協(xié)議特性比較

　　針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的無線傳輸協(xié)議應(yīng)主要關(guān)注互操作性,、網(wǎng)絡(luò)傳輸性能、有效載荷數(shù)據(jù)與幀長度比,、安全性,、可用性和成本等幾個(gè)方面，下面從這幾個(gè)層面針對(duì) Zigbee（主要指目前使用廣泛的Zigbee協(xié)議,，不包括2013年初發(fā)布的Zigbee-IP協(xié)議）與Jennet-IP的主要區(qū)別進(jìn)行分析：

　?。?）互操作性

　　互操作性是選擇一個(gè)無線傳輸協(xié)議時(shí)的主導(dǎo)因素。從技術(shù)角度分析,，具有可互操作的裝置之間應(yīng)用程序不需要受到物理鏈路層數(shù)據(jù)包發(fā)送約束條件的限制,。 Zigbee協(xié)議在兩個(gè)802.15.4節(jié)點(diǎn)之間定義底層鏈接，之后再定義上層應(yīng)用,，也就是說,，Zigbee設(shè)備可以與跟它運(yùn)用相同配置環(huán)境（參照藍(lán)牙通信）的Zigbee設(shè)備進(jìn)行互操作。而Jennet-IP協(xié)議基于6LoWPAN,，支持通過一個(gè)簡單的橋接設(shè)備實(shí)現(xiàn)與其他無線802.15.4設(shè)備以及其他任何IP網(wǎng)絡(luò)鏈接設(shè)備進(jìn)行互操作,，但建立Zigbee與非Zigbee網(wǎng)絡(luò)之間則需要一個(gè)更加復(fù)雜的過程。

　　綜上所述,，基于IP協(xié)議的Jennet-IP允許建立與其他IP網(wǎng)絡(luò)鏈接的端到端傳輸,，而Zigbee協(xié)議需要特殊定制的網(wǎng)關(guān)協(xié)議才能實(shí)現(xiàn)與非Zigbee協(xié)議之間的網(wǎng)絡(luò)傳輸。

　?。?）網(wǎng)絡(luò)傳輸性能

　　IEEE 802.15.4網(wǎng)絡(luò)中的IPv6協(xié)議運(yùn)行,，主要需要解決兩個(gè)問題：

　　一方面，802.15.4協(xié)議物理層幀長度能夠支持多127個(gè)字節(jié)，然而IPv6協(xié)議的報(bào)頭長度就需要40個(gè)字節(jié),，另外再算上MAC層,、安全、傳輸層等報(bào)頭,，剩下的留給應(yīng)用層使用的報(bào)文長度將非常有限,；

　　另一方面，在IPv6協(xié)議中,，規(guī)定小的MTU值是1280個(gè)字節(jié),，也就是說IP層只能將數(shù)據(jù)包分到小1280個(gè)字節(jié)中。如果鏈路層所能支持的MTU 小于1280個(gè)字節(jié),，那么,，鏈路層就要自行完成報(bào)文分片以及重組。針對(duì)這一問題,，6LowPan工作組增加了一個(gè)適配層的設(shè)計(jì),，完成將IPv6數(shù)據(jù)包適配到規(guī)定的物理層以及鏈路層的工作，同時(shí)能夠完成報(bào)文分片以及重組,，解決了以上問題,。另外，在Jennet-IP協(xié)議中規(guī)定了如何對(duì)IPv6的報(bào)頭進(jìn)行無狀態(tài)壓縮,，從而減小IPv6協(xié)議的載荷量,。

　　而對(duì)于Zigbee協(xié)議，由于采用非IP傳輸,，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)亩x則比較簡單,，不存在以上問題。

　?。?）有效載荷數(shù)據(jù)與幀長度比

　　比較802.15.4 Zigbee和Jennet-IP時(shí)必須熟悉數(shù)據(jù)包格式和系統(tǒng)開銷,，因?yàn)檫@直接關(guān)系到的網(wǎng)絡(luò)縮放和有效載荷數(shù)據(jù)占數(shù)據(jù)幀的比例。雖然有多種其他的形式,，但典型的配置如圖1所示,。

　　Fctrl：幀控制位字段

　　Dep：目的端點(diǎn)

　　Clst：群標(biāo)識(shí)符

　　Prof：配置標(biāo)識(shí)符

　　Sep：源端點(diǎn)

　　APS：APT計(jì)數(shù)器（防止重復(fù)序列）

　　可見，通過6LoWPAN的鏈接的IP路由不一定需要額外的6LoWPAN層標(biāo)識(shí)信息,，有效減少了數(shù)據(jù)包開銷,，并釋放更多有效載荷數(shù)據(jù)空間。此外,，一個(gè)典型全功能Zigbee協(xié)議棧內(nèi)核有90Kb大小,，而Jennet-IP僅需30Kb。

　?。?）安全性

　　Zigbee和Jennet-IP均內(nèi)含AES128加密，這是IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的一部分。

　　AES有三種秘鑰長度,，128位,、192位、256位,，與DES數(shù)據(jù)加密算法比較,，具有安全性強(qiáng)、性能更優(yōu),、效率高,、更為易用和靈活等特點(diǎn)，相對(duì)而言,，AES的128位秘鑰比DES的56位秘鑰要強(qiáng)1021倍,，算法主要包括三個(gè)方面：輪變化、圈數(shù)和密鑰擴(kuò)展,，IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)將 AES128加密作為硬件加密標(biāo)準(zhǔn)算法,。另一方面，Zigbee和Jennet-IP也支持登錄申請(qǐng)驗(yàn)證,，可依托網(wǎng)關(guān)設(shè)備完成驗(yàn)證,、過濾、屏蔽等功能,，區(qū)別在于Jennet-IP較Zigbee更容易完成對(duì)網(wǎng)關(guān)設(shè)備的配置和管理,。

　　綜上所述，基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的無線傳輸協(xié)議本身擁有完善的硬件加密體系,，結(jié)合協(xié)議自身協(xié)議的特點(diǎn),，還能夠針對(duì)傳輸?shù)钠渌h(huán)節(jié)添加安全措施。區(qū)別在于基于IP協(xié)議的無線協(xié)議在操作和使用上更為便捷,。

　?。?）可用性和成本

　　目前芯片市場上大部分主流芯片廠商都發(fā)布有可集成Zigbee協(xié)議棧的產(chǎn)品，并提供基礎(chǔ)組網(wǎng)協(xié)議和例程代碼,。但由于Zigbee協(xié)議的公開性以及其自身并非對(duì)整體協(xié)議進(jìn)行強(qiáng)制性規(guī)范,，致使各個(gè)廠商所使用的協(xié)議都有所差別，不同廠商設(shè)備之間的通信存在障礙,，這在一定程度上也限制了協(xié)議的普遍推廣和發(fā)展,。

　　而Jennet-IP是由恩智浦半導(dǎo)體（NXP）主導(dǎo)的產(chǎn)品，對(duì)物理層和鏈路層協(xié)議進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化定義,，可以保證網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層能夠調(diào)用不同底層設(shè)備進(jìn)行通信,。同時(shí)，Jennet-IP特別致力于照明領(lǐng)域,，所以在照明應(yīng)用上較為成熟,。當(dāng)然,，如果在綜合應(yīng)用上說，其在推廣方面目前略遜于Zigbee,，目前還有諸如Archrock和Sensinode等幾家公司產(chǎn)品支持6LoWPAN協(xié)議,。

　　4、結(jié)論

　　綜上所述,，基于I P 協(xié)議的Jennet-IP更具吸引力,，源于其與當(dāng)前主流IP網(wǎng)絡(luò)以及新一代互聯(lián)網(wǎng)簡便的互操作性能以及底層協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化便于上層應(yīng)用的開發(fā)，未來發(fā)展?jié)摿薮?。然而?dāng)前Zigbee協(xié)議仍然占據(jù)著低功耗無限局域網(wǎng)的主導(dǎo)地位,，并已經(jīng)形成了很多工業(yè)化應(yīng)用，但如果不解決網(wǎng)絡(luò)互操作性和底層設(shè)備兼容性的問題,，Zigbee協(xié)議在物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化的過程中就無法立足,。

　　從物聯(lián)網(wǎng)低功耗傳輸協(xié)議發(fā)展來看， 雖然Zigbee協(xié)議發(fā)展較早,，但由于其早期建立的目的是解決無線個(gè)域網(wǎng)絡(luò)傳輸問題,，致使其著眼點(diǎn)主要集中在低功耗無限局域網(wǎng)絡(luò)的搭建，沒有考慮到與其他網(wǎng)絡(luò)的通信問題,，使其協(xié)議架構(gòu)并不十分符合當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)對(duì)傳輸協(xié)議的要求,，無法兼顧網(wǎng)絡(luò)間通信和底層設(shè)備的兼容性，而以Jennet-IP為代表兼容 6LoWPAN的協(xié)議則不存在這些問題,。另外,，Zigbee聯(lián)盟在2013年初基于其智能能源系統(tǒng)推出了兼容IP的Zigbee-IP協(xié)議，可見協(xié)議間的融合是低功耗無線局域網(wǎng)的整體發(fā)展趨勢,。

　　智能照明作為智慧工程一個(gè)重要組成部分也將以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ),，而物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展必定是以標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)，以應(yīng)用為核心,，多系統(tǒng)間傳輸協(xié)議的統(tǒng)一對(duì)物聯(lián)網(wǎng)整體推進(jìn)有著重大意義,。因此，越早對(duì)傳輸協(xié)議進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,，對(duì)智能照明和智慧工程的推廣越有利,，擁有從底層、傳輸協(xié)議到應(yīng)用完整解決方案的智能照明服務(wù)提供商在未來照明市場將會(huì)具有*的競爭力,。