標準是物聯網發展的基本要素，特別是對于工業設備。這在位于網絡核心的無線連接及其與電池電源的使用中尤為明顯。雖然2.4 GHz頻段中存在一些全球標準，例如ZigBee和潛在的藍牙，但這些仍然存在無線節點功耗方面的挑戰，主要是因為所使用的協議更側重于數據連接。雖然這些已經為具有有線功率的系統帶來了吸引力，但是已經開始收集能量，特別是在工業應用中，并且這些協議可能過于耗電。

在擁有數千或數十個的工業網絡中數千個電池供電的無線節點，取代電池是一項主要的運營成本和網絡運營的風險。必須安排電池更換，以確保節點不會發生故障，并且不會遺漏重要數據。由于這些網絡連接到互聯網并且數據被饋送到云中進行分析和監控，因此這種可靠性更為重要。

因此，EnOcean等組織開發了自己的無線協議，通常基于在小型電報數據上，使用微量的電力，可以從室內照明，熱差異或設備本身的振動中清除。即使可用的能量不足以獲得恒定功率，使用能量收集來為電池充電也可以將無線節點的電池壽命大大延長到多年，從而提高了對該技術的接受度并使得能夠推出工業互聯網。物聯網（IIoT）。

圖1所示的EnOcean EDK350開發套件包括一個帶有USB 300 USB網關的編程器/演示板，用于連接PC以控制TCM 320收發器模塊和STM 300傳感器模塊。它還包括一個太陽能溫度傳感器，按鈕發射器，機械能發電機和發射器模塊，以演示自供電網絡的所有元素。

圖1：EDK350開發套件包含使用EnOcean的超低功耗協議構建自供電網絡所需的所有元素。

然而，ZigBee等全球標準與EnOcean的能源優化協議之間存在不匹配。雖然ZigBee擁有十多家芯片供應商，為系統設計人員提供無線節點和網關的選擇，但EnOcean聯盟仍然依賴于一家公司EnOcean作為底層收發器，即使協議是作為國際ISO/IEC 14543-的一部分開放的 - 3-1X標準。這限制了希望將能量收集用于工業無線網絡的設計人員的選擇。

最新版本的ZigBee 3.0版現在旨在結合兩種方法的優勢，創建一個開放的全球規范，將能量收集無線通信擴展到更廣泛的自供電IoT傳感器解決方案。

圖2：ZigBee 3.0旨在為可以使用能量收集的工業物聯網奠定可互操作協議的基礎。

ZigBee 3.0的目標是提供簡化的統一物聯網標準通過不僅在應用程序和協議層提供規范，而且現在在物理層提供規范，減少行業碎片，特別是工業網絡，從而減少產品開發（圖2）。與EnOcean聯盟達成的協議是沿著這條道路邁出的第一步，因為這兩個團隊將聯合開發ZigBee 3.0生態系統規范，以實現可互操作的自供電物聯網解決方案。

這將實現第一個單一的統一，開放和完整的無線物聯網產品開發解決方案，從物理層到應用網絡層一直延伸，并包括認證和品牌推廣，以提高不斷增長的互操作性zigBee 3.0定義的互操作性將允許來自不同供應商的自供電設備即插即用，大大增加了批量商機，從而降低了成本。底層組件，包括當前的ZigBee硅控制器和收發器（見圖3和圖4）。

面臨的挑戰是在全球可用的未經許可的2.4 GHz頻段中使用EnOcean電報方法，該頻段已用于Wi-Fi等大容量消費類應用，允許無電池設備安全地連接網絡各種能量收集應用。

這兩個小組將根據這一全球標準定義全球能量收集無線解決方案的技術規范，使EnOcean Alliance的1500名成員能夠訪問當前sub-GHz網絡之外的應用家庭和商業樓宇自動化。

來自ZigBee聯盟和EnOcean聯盟的技術任務組正在定義將標準化的EnOcean設備配置文件（EEP）與ZigBee 3.0協議結合在2.4 GHz IEEE 802.15中所需的技術規范。 4標準，并計劃在2016年第二季度完成規范的定義。

這對兩者之間的通用協議層的支持是這是簡化工業物聯網產品開發的幾個步驟中的第一步，可編程的靈活硅控制器是此舉的核心。能夠將超低功耗EnOcean協議與現有的2.4 GHz收發器配合使用，開辟了廣泛的現有控制器，進一步降低了功耗，使設備可以使用能量收集。

恩智浦的KW40Z是一款超低功耗，高度集成的單芯片設備，適用于802.15.4射頻連接。如圖3所示，它集成了工作在2.36 GHz至2.48 GHz范圍內的無線電收發器，支持一系列FSK/GFSK，可支持EnOcean協議以及802.15.4-2011中定義的O-QPSK調制。/p>

圖3：恩智浦的KW40Z是一款高度集成的ZigBee控制器和收發器，適用于超低功耗設計。

該設備可以是在應用程序中用作黑盒調制解調器，以將802.15.4連接添加到現有嵌入式控制器系統，或用作具有嵌入式應用程序的獨立智能無線傳感器，無需主機控制器。恩智浦提供完全認證的協議棧和應用程序配置文件以支持KW40Z，并且作為ZigBee合作伙伴正在開發ZigBee 3.0版本，該版本作為控制器上的固件實現。閃存和SRAM存儲器可用于使用恩智浦或第三方軟件開發工具的應用程序和通信協議。

通過Cortex M0 + CPU內核中的代碼執行效率和多個低電平，已經實現了長電池壽命設備的電源工作模式，這些允許內核快速喚醒以發送電報（1 ms）并再次關閉。這將進一步降低EnOcean能量收集模式的功率。

集成的DC-DC轉換器可實現0.9 V至4.2 V的寬工作范圍，允許設備使用單個紐扣電池工作在整個有效電壓范圍0.9 V至1.795 V范圍內，峰值Rx和Tx電流消耗顯著降低。此功能可用于能量收集操作。

Silicon Labs的Ember EM358x是另一個完全集成的系統ZigBee的芯片，采用符合802.15.4-2003標準的收發器和功能更強大的ARM Cortex-M3微處理器。

圖4：來自Silicon Labs的EM358x集成了一個Cortex-M3處理器內核來處理ZigBee協議。

如圖所示在上面的圖4中，收發器使用的有效架構超過了IEEE 802.15.4-2003標準規定的動態范圍要求超過15 dB，并且集成的接收信道濾波允許與其他通信標準的強大共存。 2.4 GHz頻譜。集成穩壓器，VCO，環路濾波器和功率放大器可將外部元件數量保持在較低水平。

為了保持ZigBee標準嚴格的時序要求，EM358x將許多MAC功能，AES128加密加速器和自動CRC處理集成到硬件中，所有這些功能都將用于融合的ZigBee 3.0實現。 MAC硬件處理自動ACK發送和接收，自動退避延遲以及用于傳輸的空閑信道評估，以及自動過濾接收的分組。高頻內部RC振蕩器允許處理器內核在喚醒時快速開始執行代碼，以最大限度地縮短喚醒時間，并提供各種深度睡眠模式，功耗低于2μA，同時保留RAM內容。

ZigBee的這種經驗，加上低功耗處理器，如32位EFM32JG Jade Gecko和Silicon Labs在能量收集設計中的8位控制器的專業知識，共同為ZigBee 3.0系統提供了強大的平臺。

結論

ZigBee與EnOcean聯盟的結合有望實現針對能量收集而優化的超低功耗設備的全球生態系統。利用ZigBee芯片合作伙伴的硅專業知識添加EnOcean低功耗協議意味著當技術規范達成一致時，現有硬件可以輕松升級為新的ZigBee 3.0標準。這將允許工業物聯網中的無線傳感器節點可以自供電或使用能量收集來顯著延長可充電電池的壽命，從而降低開發成本和網絡的運營成本。