解密ZigBee IP规范：智能能源传感网络更可靠

转换，但是任何时候当一个新的设备或者标准被开发出来，这些智慧闸道就必须升级。

　　满足感测器网路应用需求　IETF发布6LoWPAN标准

　　在ZigBee联盟发展的同时，网际网路工程任务组（IETF）成立若干工作组，以评估这些感测和控制网路。随着网际网路通讯协定第四版（IPv4）位址的快速耗尽，IPv6定址结合其他现有IP协定对于低功耗感测和控制网路来说似乎是一个自然的合理选择。然而，现有IP协定通常基于更长的封包大小和更高数据速率网路，这促使人们开始关注如何在15.4网路上运行标准IP协定。许多公司注意到这个问题并要求IETF开始调整IETF协定，以使它们适合低功耗感测和控制网路。

　　对于IPv6，首要任务是解决封包大小问题。IPv6设备必须支援最低为1，280位元组的封包，但是15.4网路只能提供最多127个位元组的封包。此外，使用较大的封包对那些电池供电的设备有直接的影响。因此IETF成立了一个工作组，并于2007年发布6LoWPAN标准（RFC 4944）。该标准为实现在15.4网路上传输IP封包提供一些重要服务。最重要的是，它压缩IP封包头部以避免在15.4子网上发送不需要的重复资讯。它也为不适合在单个15.4封包中传输的IP封包提供了非常高效的分段和重组机制。该标准并未解决网路可靠性和应用协定的需求，但是它实现在15.4设备上成功传输IP封包的重要一步。

　　IETF也启动一个工作组为低功耗和损耗网路（Lossy Network）评估合适的路由式通讯协定，使之能够用于感测器和控制网路。评估结果是现有IETF协定不适合这些网路，须要开发新的协定（见Draft-ietf-roll-protocols-survey-07）。基于这个结论，IETF ROLL工作组在2012年初以RFC6550形式发布RPL。RPL为这些低功耗网路提供基本的路由服务。其他标准IP协定（例如使用者资料元协定（UDP）和传输控制协定（TCP））资料能够在802.15.4网路上运行而毋须任何修改。使用传输层安全性（TLS）或资料包传输层安全性（DTLS）的安全机制也已经被发布。IETF现在已经拥有用于感测和控制网路的基本协定，但是应用协定也是必要的，以便允许设备之间进行通讯。

　　在开发Smart Energy 2协定过程中，ZigBee联盟与Wi-Fi和HomePlug联盟进行合作，该协定设计主要在支援多种实体层，包括802.15.4、Wi-Fi和电力线通讯（PLC），它使用6LoWPAN和RPL做为标准应用协定，可用于能源计量、消费、定价、分散式生成与控制。Smart Energy 2标准于2013年发布，已经为低功耗感测和控制网路运行制订一整套包括应用层在内的基于IP的协定。

　　ZigBee IP用以验证互通性

　　在IETF为15.4网路开发标准协定的同时，属于ZigBee联盟成员的公司认为须要开发一套基于ZigBee的IP协定堆叠，以配合IETF的努力，并开发出更详细和明确的标准。另外，ZigBee IP协定堆叠将能够提供一种测试和认证机制以验证设备之间的互通性。IEEE或IETF开发的标准通常包括许多可选的行为和功能。这些选项提供可扩展性，并可能会在某些标准用途上使用到。

　　然而，所有选项的施行将带来更大的代码量和复杂度，最终可能导致设备之间的互通性问题。ZigBee IP标准使用和参考IEEE和IETF的标准，但是明确定义使用到的特定选项。行为和安全项目也更加明确详细，因此设备的最小行为功能能够确定。

　　ZigBee联盟在2008年开始基于IP的Smart Energy协定堆叠的开发，进行一系列测试活动以验证规范、测试实现，并确保实现初始堆叠的互通性。2013年初发布ZigBee Smart Energy IP协定堆叠，现在可以从包括Silicon Labs（Ember ZigBee硬体和软体解决方案提供商）在内的多个公司获得。

　　ZigBee Smart Energy IP协定堆叠规定须要对6LoWPAN封包头进行压缩和分段。RPL路由采用非储存模式，网路路由到一个集中器，集中器使用源路由资讯发送封包到网路中的设备。标准服务发现采用mDNS协定实现，因此设备能够发现网路中其他设备上相应的服务。MAC级的安全来自15.4，应用级的安全能被用于加密封包负载。网路存取身分验证（PANA）协定用于网路的存取控制，应用安全使用TLS1.2和椭圆曲线加密。应用中可使用UDP和TCP封包协定。

　　ZigBee Smart Energy IP协定堆叠，是第一个基于标准发布的，它结合IEEE和IETF的相关标准构成一套由众多公司和晶片供应商支援的可认证和可交互操作的标准。在标准发布后，已经有五家公司完成协定堆叠认证。

　　使用ZigBee IP的设备基础

ZigBee Smart Energy IP和ZigBee Smart Energy 2应用规范现在已经可以用于低成本和低功耗15.4无线设备，这些设备通常具备整合的微控制器（MCU）、256KB Fl