兩種協(xié)議特性對比 - 干貨！智能照明無線傳輸2種協(xié)議深度對比分析

　　3、協(xié)議特性比較

　　針對物聯(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最多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)定最小的MTU值是1280個(gè)字節(jié)，也就是說IP層只能將數(shù)據(jù)包分到最小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)識符

　　Prof：配置標(biāo)識符

　　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)用上較為領(lǐng)先。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)一對物聯(lián)網(wǎng)整體推進(jìn)有著重大意義。因此，越早對傳輸協(xié)議進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，對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具有極強(qiáng)的競爭力。