利用可互操作的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無(wú)線照明控制設(shè)計(jì)

通過(guò)在EmberZNet PRO平臺(tái)上使用ZigBee Light Link(ZLL)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施照明控制解決方案，設(shè)計(jì)人員可以利用強(qiáng)大且可互操作的網(wǎng)絡(luò)解決方案來(lái)解鎖新的，令人興奮的以消費(fèi)者為中心的照明應(yīng)用。

消費(fèi)者在控制其設(shè)備時(shí)非常重視便利性，并且隨著彩色LED技術(shù)的最新進(jìn)展，選擇和修改家庭環(huán)境照明的可能性比以往任何時(shí)候都大。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步為照明控制提供了新的可能性，通過(guò)使現(xiàn)代照明系統(tǒng)改造更容易和更具成本效益，同時(shí)還使照明系統(tǒng)的控制器在建筑物內(nèi)或周圍的任何地方使用更方便。

這個(gè)新興的無(wú)線照明控制市場(chǎng)到目前為止已經(jīng)有一系列解決方案，每個(gè)解決方案都有自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。一個(gè)特別的問(wèn)題是消費(fèi)者沒(méi)有簡(jiǎn)單的方法來(lái)確保任何單個(gè)產(chǎn)品將與另一個(gè)產(chǎn)品一起工作，因此用戶極其難以隨時(shí)間遞增地?cái)U(kuò)展其家庭照明系統(tǒng)。此外，此類網(wǎng)絡(luò)所需的一些復(fù)雜的調(diào)試過(guò)程通常意味著用戶難以添加新設(shè)備，即使使用來(lái)自同一制造商的產(chǎn)品也是如此。其他解決方案可能需要高成本的專業(yè)安裝人員。

通過(guò)定義所有產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員可用的通用標(biāo)準(zhǔn)，ZigBee聯(lián)盟的新照明配置文件解決了這兩個(gè)問(wèn)題。 ZigBee Light Link(ZLL)與主要的全球照明制造商合作開(kāi)發(fā)，不僅描述了用于高級(jí)照明控制的應(yīng)用程序消息傳遞協(xié)議，而且還包括一種機(jī)制，使開(kāi)箱即用的調(diào)試對(duì)于消費(fèi)者而言就像推動(dòng)一樣簡(jiǎn)單。一個(gè)按鈕。除了這些新功能外，ZigBee Light Link配置文件還利用了所有ZigBee配置文件通用的關(guān)鍵特性 - 基于低功耗，低成本IEEE 802.15.4無(wú)線電技術(shù)的強(qiáng)大而安全的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。

簡(jiǎn)單的設(shè)備調(diào)試

與任何新的消費(fèi)者技術(shù)一樣，復(fù)雜性(真實(shí)或感知)是增長(zhǎng)的重要障礙。 ZLL配置文件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵原則是系統(tǒng)的操作非常直觀，當(dāng)然也不比傳統(tǒng)的有線照明系統(tǒng)復(fù)雜。下面的圖1顯示了一些可能的調(diào)試用例，以演示ZigBee Light Link產(chǎn)品的易用性。

圖1：ZigBee燈鏈調(diào)試。

在(A)中，用戶有一個(gè)工廠新鮮的入門套件或類似產(chǎn)品。使用這些設(shè)備形成網(wǎng)絡(luò)只需要打開(kāi)燈泡電源，向遙控器添加電池并按下按鈕。關(guān)閉燈泡或從遙控器上取下電池不會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)期影響，因此重新上電后，網(wǎng)絡(luò)可以像以前一樣繼續(xù)運(yùn)行。

在情況(B)中，可以再次將第二盞燈添加到網(wǎng)絡(luò)中，只需打開(kāi)電源并按下遙控器上的按鈕即可。新燈可以來(lái)自同一制造商，也可以來(lái)自不同的。每個(gè)燈可以由遙控器獨(dú)立尋址，或者兩者都可以使用多播消息同時(shí)控制，具體取決于用戶的輸入。

情況(C)顯示了如何將其他設(shè)備添加到同一網(wǎng)絡(luò)，即使一個(gè)或多個(gè)原始燈暫時(shí)未通電(或超出RF范圍)。 ZLL網(wǎng)絡(luò)不依賴于單個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，因此路由消息或加入其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時(shí)沒(méi)有單點(diǎn)故障。

最終圖像(D)首先顯示如果燈1和2重新通電，則所有四個(gè)設(shè)備將自動(dòng)形成單個(gè)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，而無(wú)需任何額外的用戶干預(yù)。該圖還旨在演示系統(tǒng)如何允許在同一網(wǎng)絡(luò)上的其他遠(yuǎn)程設(shè)備以及多個(gè)燈。

高級(jí)照明控制功能

與家庭自動(dòng)化(HA)等其他ZigBee配置文件不同，ZigBee Light Link 100%專為照明應(yīng)用而設(shè)計(jì)。這使得ZLL產(chǎn)品可以輕松實(shí)現(xiàn)不同的顏色設(shè)置，調(diào)光水平和亮度;商店氛圍設(shè)置;或自動(dòng)化照明控制，以實(shí)現(xiàn)最大的便利性和能源效率。這些功能的實(shí)現(xiàn)程度完全取決于產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員，系統(tǒng)可以像單個(gè)開(kāi)/關(guān)燈和開(kāi)關(guān)一樣簡(jiǎn)單，也可以像全功能家居照明解決方案一樣復(fù)雜。

這些功能都基于ZigBee集群庫(kù)概念，該概念提供了一套應(yīng)用程序級(jí)的無(wú)線消息傳遞協(xié)議。 ZLL整合并擴(kuò)展了最適合家庭照明應(yīng)用的集群，并使用它們來(lái)定義一系列標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，設(shè)計(jì)人員可以在這些設(shè)備上建立真實(shí)世界的產(chǎn)品。通過(guò)這種方式，新的ZigBee Light Link產(chǎn)品可以快速，輕松地實(shí)現(xiàn)色彩控制，色彩循環(huán)和場(chǎng)景存儲(chǔ)/設(shè)置等高級(jí)功能，并以與市場(chǎng)上現(xiàn)有設(shè)備無(wú)縫運(yùn)行的方式實(shí)現(xiàn)。

確保互操作性

由于整個(gè)系統(tǒng)基于開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員和消費(fèi)者可以確信經(jīng)過(guò)認(rèn)證的ZigBee Light Link設(shè)備可以毫無(wú)問(wèn)題地協(xié)同工作。確保設(shè)備互操作性的第一步是通過(guò)ZigBee聯(lián)盟對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行認(rèn)證。無(wú)故障ZigBee認(rèn)證的最佳途徑是選擇符合ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的平臺(tái)作為產(chǎn)品的基礎(chǔ)。每個(gè)EmberZNet PRO堆棧版本都經(jīng)過(guò)獨(dú)立認(rèn)證，以確保網(wǎng)絡(luò)級(jí)別的互操作性，并且可以在ZigBee聯(lián)盟網(wǎng)站上找到所有供應(yīng)商的認(rèn)證堆棧平臺(tái)的完整列表。

一旦選擇了合適的平臺(tái)，下一階段就是確保應(yīng)用程序級(jí)功能符合ZLL規(guī)范。在此，Ember還提供了ZigBee Light Link集群規(guī)范的現(xiàn)成可認(rèn)證軟件實(shí)現(xiàn)，使設(shè)計(jì)人員能夠快速，輕松地部署照明解決方案。使用Ember提供的Application Builder工具，可以配置任何標(biāo)準(zhǔn)ZLL設(shè)備，并可以生成準(zhǔn)備編譯的軟件項(xiàng)目。剩下的唯一任務(wù)是配置代碼以與特定產(chǎn)品硬件交互，例如在接收到適當(dāng)?shù)南r(shí)物理地打開(kāi)和關(guān)閉燈。

使用ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的另一個(gè)好處是，ZLL設(shè)備還可以在網(wǎng)絡(luò)級(jí)別與基于其他應(yīng)用程序配置文件(如HA)的設(shè)備互操作。這允許最終用戶在家中集成不同的設(shè)備，從而在互聯(lián)家庭中提供更大且更健壯的無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施。

圖2：網(wǎng)絡(luò)互操作性。

圖2演示了將不同配置文件中的設(shè)備添加到單個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的靈活性。 (A)中所示的一個(gè)可能的用例是照明網(wǎng)絡(luò)為網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)提供主干，因?yàn)楣饪赡芊植荚谡麄€(gè)家庭中。這將允許來(lái)自其他配置文件的設(shè)備利用該網(wǎng)絡(luò)，從而擴(kuò)展兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的可用范圍。相反的情況也是可能的，其中現(xiàn)有的家庭自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)可以代表ZigBee Light Link設(shè)備路由消息 - 這在(B)中示出。另一個(gè)有趣的可能性是組合遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)兩個(gè)配置文件這樣的控制器不僅能夠共享相同的網(wǎng)絡(luò)，而且還能夠向/從不同的設(shè)備類型發(fā)送和接收應(yīng)用消息。圖(C)顯示了遙控器作為手持設(shè)備，但這同樣可以在支持互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)上實(shí)現(xiàn)，允許最終用戶通過(guò)PC或智能手機(jī)控制其照明和家庭自動(dòng)化設(shè)備。

從硬件角度來(lái)看，芯片供應(yīng)商市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致低成本芯片的可用性非常適合照明控制應(yīng)用的需求。低睡眠電流是電池驅(qū)動(dòng)器件的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，但片上RF功率放大器和先進(jìn)的32位CPU等功能也意味著具有成本效益的片上系統(tǒng)解決方案現(xiàn)在已成為大眾消費(fèi)市場(chǎng)的可能性。由于該標(biāo)準(zhǔn)基于全球可用的2.4 GHz ISM頻段，因此制造商能夠向最廣泛的受眾推銷ZigBee Light Link產(chǎn)品。 Ember的EM357 ZigBee片上系統(tǒng)(SoC)是ZLL產(chǎn)品的一個(gè)很好的例子，適用于許多無(wú)線照明應(yīng)用。

圖3：Ember ZigBee光鏈接平臺(tái)。

除了前面提到的那些之外，現(xiàn)有的ZigBee PRO網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)還為無(wú)線照明控制應(yīng)用提供了幾個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。為M2M應(yīng)用設(shè)計(jì)的現(xiàn)有AES加密機(jī)制非常適合消費(fèi)者照明，因?yàn)樗鼈兛梢苑乐瓜噜従W(wǎng)絡(luò)流量和惡意入侵，而不會(huì)增加最終用戶的復(fù)雜性。此外，由于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展到數(shù)千個(gè)節(jié)點(diǎn)，因此擴(kuò)展解決方案以將大量燈，控制器和傳感器集成到單個(gè)集成系統(tǒng)中幾乎是無(wú)限的范圍。最后，許多無(wú)線系統(tǒng)遭受鏈路可靠性問(wèn)題。 ZigBee Light Link利用ZigBee堆棧中設(shè)計(jì)的分層確認(rèn)和重試機(jī)制，確?？煽康亟邮諔?yīng)用程序消息，并具有可接受的延遲。