Silicon Labs 芯科科技

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国庆特辑-Zigbee 3.0 IoT网状网络设计应用指南

2019-10-03
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Silicon Labs(亦称“芯科科技”)拥有超过十年的Zigbee网状网络产品开发和技术支持的丰富经验,随著新一代Zigbee 3.0标准的问世,我们也特别制作了一篇应用指南,旨在帮助工程师将现行应用于IoT网状网络的Zigbee HA项目加速迁移到Zigbee 3.0。本文将讨论如何将配置更改为Zigbee 3.0的细节,然后讨论与现有的Zigbee设备和网络达成互操作所需的条件。
 
Zigbee3.0标准概要
Zigbee 3.0将大多数不同的应用程序概要文件(如HA(家庭自动化)和ZLL (Zigbee Light Link))统一为一个公共的应用程序层。此外,它还为产品认证引入了更大的测试覆盖率,以便确保Zigbee设备在物联网应用领域具有更好的互操作性。
 
Zigbee 3.0文档套件包含了对Zigbee应用程序的修订和全新的材料规范。有关更多信息,请参见UG103.02: Zigbee基础:https://www.silabs.com/documents/public/user-guides/ug103-02-fundamentals-zigbee.pdf。(备注:在撰写本文时,Zigbee智能能源配置文件还没有包含在Zigbee 3.0中)
 
本文档首先描述对AppBuilder配置的更改,以便将HA概要文件项目转换为Zigbee 3.0项目,然后具体讨论与现存的Zigbee设备互操作性所需的配置。
 
实现Zigbee HAZigbee 3.0的设计接轨
本节将回顾前一代Zigbee HA标准配置文件和Zigbee 3.0概要配置文件之间的差异。两版标准的差异可以在Silicon Labs的AppBuilder工具中显示出来,为了要迁移项目,您需要编辑如下所述的配置。

安全性设定

 
ZCL集群
尽管从HA设备和Zigbee 3.0设备迁移时集群名称和应用程序概要ID保持不变,但还是有一个新的Zigbee的Lighting& Occupancy (“LO”)工作组提供了一组ZCL设备类型,用于实现客户的选择以及符合Zigbee 3.0基本设备行为规范的服务器集群。这些在ZCL设备类型中是可选择的从“LO设备”部分选择AppBuilder列表,并替换“HA设备”部分中可用的遗留选择。HA路由器应用程序通常至少有一个称为Primary的端点,如下图所示。




相反地,Zigbee 3.0路由器应用程序总是有多个端点,当绿色电源组合基本设备(Green Power Combo Basic Device)配置为路由器或协调器节点类型的应用程序时需要符合Zigbee 3.0规范。最简单的实现方法是创建一个单独的端点作为ZCL设备类型' GP Combo Basic ',如下图所示,来自“Z3 Light”示例应用。


使用Zigbee Light Link (ZLL)调试集群支持的专用端点(如上图中的“Touchlink”端点),允许在Touchlink启动程序和目标之间进行“Touchlink”样式的调试,两者都可以出现在现存的ZLL或Zigbee 3.0网络中。Touchlink调试支持是Zigbee 3.0的一个可选特性,因此也不是所有网络或设备都必须支持它,但是将其纳入ZCL的配置中将可以提供最大的灵活性以进行Zigbee 3.0网络内的调试。
 
此外,一些照明设备可能希望利用ZLL特有的集群扩展,比如On/Off、Scene、Identify和颜色控制。为带有或不带有这些扩展功能的ZCL控制器或开关设备类型提供单独的端点,将会更好地达成混合设备之间的兼容性。例如,Z3 Light SoC示例应用程序提供了端点#1上的“LODimmable Light” (见上图)和端点#2上的“LO Extended Color Light”设备类型。
 
Zigbee 3.0互操作性
Zigbee 3.0的设计允许新版标准设备与现有的HA和ZLL设备之间的互操作性。通过适当的配置、ZLL和HA设备可以加入Zigbee 3.0网络,同样,Zigbee 3.0设备也具有加入并使用ZLL或HA网络运行的功能。
 
Zigbee 3.0设备运行于ZLLHA网络
Zigbee 3.0设备包含与HA和ZLL网络连接所需的概要文件。Zigbee 3.0网络原理与HA网络相同。要加入HA网络,可使用Zigbee默认链接键为Zigbee 3.0设备编写程序,它将以与任何HA设备相同的方式加入。
 
要加入ZLL网络,则需配置Zigbee 3.0设备以支持Touchlinks,这需要启用ZLL调试客户端以及至少一个端点的服务器集群,如上一节内容中描述的ZCL集群,然后启用ZLL调试启用链接启动器选项的插件,以及Zigbee Light链接库插件。用于Touchlink的目标设备调试而不是启动器,ZLL调试插件中的链接启动器选项应该保持未选中状态,并且应该启用ZLL实用服务器插件。注意,我们的软件版本中只包含认证测试密钥(不用于生产)。获得ZLL生产钥匙,请联系Zigbee联盟。
 
现有Zigbee设备运行于Zigbee 3.0网络
ZLL Touchlink是Zigbee 3.0中网络安全的一种可选模式。只要允许使用长ZLL触摸链接作为主要应用方针在Zigbee 3.0网络中,ZLL设备就可以加入它。若要允许HA设备加入Zigbee 3.0网络,可通过用于联网的HA配置文件和Zigbee默认链接密钥,HA设备可以使用标准HA样式的连接进行连接。
 
使用默认链接密钥可能会使Zigbee 3.0网络容易受到许多安全威胁。决定在Zigbee 3.0应用程序中采用什么方法之前,必须仔细研究和考虑这些安全问题。一些选择包括:
  • 使用默认链接密钥作为网络中的主链接密钥。这解决了任何HA互操作性问题,但需要引入了Zigbee 3.0的安全设计用来防止漏洞。
  • 使用默认链接密钥作为临时链接密钥(带有超时的链接密钥,超时后将不再工作)。这允许HA设备在一个小窗口中加入网络,最小化安全漏洞,但可能会产生问题。如果现有Zigbee设备关联使用默认链接键然后从网络中分离,它将不能重新连接。同时,现有Zigbee设备可能没有程序可更新他们的链接密钥。
 
阅读并下载完整的Zigbee 3.0应用指南:https://www.silabs.com/documents/public/application-notes/an1117-migrating-zigbee-profiles-to-z30.pdf
 
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