了解Dotdot的基礎知識與設計應用

Dotdot：IoT語(yǔ)言

作者：Silicon Labs軟件系統工程經(jīng)理兼Zigbee聯(lián)盟MeshIP技術(shù)小組委員會(huì )主席EzraHale先生

Silicon Labs（芯科科技）做為Zigbee聯(lián)盟和ThreadGroup的重要成員，近年不遺馀力研發(fā)并優(yōu)化動(dòng)態(tài)多協(xié)議無(wú)線(xiàn)技術(shù)，期能早日促進(jìn)各種無(wú)線(xiàn)技術(shù)能溝通無(wú)阻。隨著(zhù)Zigbee聯(lián)盟和ThreadGroup正式發(fā)布基于Thread IP網(wǎng)絡(luò )全新的Dotdot規范，做為智能設備在任意網(wǎng)絡(luò )上進(jìn)行通信的通用標準應用語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)人員首次可以放心地在IP網(wǎng)絡(luò )上使用成熟、開(kāi)放、且可互操作的物聯(lián)網(wǎng)語(yǔ)言，將有助于整合碎片化的智能連接設備行業(yè)，開(kāi)拓新市場(chǎng)。

為了幫助工程師更容易了解Dotdot的基礎知識與設計應用，Silicon Labs軟件系統工程經(jīng)理兼Zigbee聯(lián)盟Mesh IP技術(shù)小組委員會(huì )主席Ezra Hale先生撰寫(xiě)了一篇技術(shù)文章－“Dotdot：IoT語(yǔ)言”，以宏觀(guān)的角度介紹了Dotdot規范和應用層面，以及為IoT設備開(kāi)發(fā)帶來(lái)的諸多優(yōu)勢，歡迎點(diǎn)擊“閱讀原文”觀(guān)看完整文章。

Silicon Labs軟件系統工程經(jīng)理兼Zigbee聯(lián)盟MeshIP技術(shù)小組委員會(huì )主席Ezra Hale先生

2013年三名工程師（分別來(lái)自一家協(xié)議棧供應商和兩家彼此競爭的門(mén)鎖制造商）坐在波士頓一間沒(méi)有窗戶(hù)的會(huì )議室里，在那里就構建他們的IoT設備達成協(xié)議。兩家制造商的門(mén)鎖設計各具特色，都希望能融入Zigbee生態(tài)系統，并且以相同的方式進(jìn)行產(chǎn)品通信。這次思想的碰撞產(chǎn)生一些有爭議的地方，但是幾天后這些工程師就達成了協(xié)議，它成為了Zigbee簇庫（ZigbeeCluster Library，ZCL）中的門(mén)鎖簇（Door Lock Cluster）。

在應用層，Zigbee通過(guò)稱(chēng)為“簇(Cluster)”的實(shí)體提供標準化的通信協(xié)議。簇定義了設備能發(fā)送或接收什么命令以及設備注意哪些數據或屬性。門(mén)鎖簇定義了包括依照預計時(shí)間表的上鎖及解鎖時(shí)間以及密碼鎖等所有功能。因此在Zigbee協(xié)議棧的絕對頂層，門(mén)鎖有非常明確和標準化的方式，可以用來(lái)與Zigbee網(wǎng)絡(luò )的其余設備和外部世界進(jìn)行通信。

這聽(tīng)起來(lái)平淡無(wú)奇，但是重要的是這些工程師進(jìn)行的工作已經(jīng)在Zigbee中重現了數百次。在過(guò)去的十年中，Zigbee成員公司已經(jīng)構建了Zigbee簇庫（ZCL），涵蓋范圍從照明到窗戶(hù)傳感器，從恒溫器到智能電表等各種應用功能。這是ZCL的核心，當被移植到其他網(wǎng)絡(luò )傳輸上時(shí)，它是Zigbee帶來(lái)的真正價(jià)值。

在物聯(lián)網(wǎng)中，每個(gè)智能設備都必須在應用層中理解和使用相同語(yǔ)言。人們期望智能集中器知道如何與現成的門(mén)鎖或恒溫器進(jìn)行通信和控制。沒(méi)有通用應用層，網(wǎng)絡(luò )層性能如何其實(shí)不重要。通用應用層是IoT網(wǎng)絡(luò )標準需求的一個(gè)關(guān)鍵要素，是將Zigbee簇庫移植為通用、獨立應用語(yǔ)言的核心價(jià)值，也是Zigbee已經(jīng)命名為Dotdot所取得的成就。

采用Thread的理由：IP友好的網(wǎng)絡(luò )層

Thread網(wǎng)絡(luò )協(xié)議使用6LoWPAN，一種IPv6的精簡(jiǎn)形式。這使得Thread設備能夠直接與其他IP設備進(jìn)行交互，從而無(wú)需像在Zigbee3.0中那樣通過(guò)網(wǎng)關(guān)。Thread網(wǎng)絡(luò )上的邊界路由器充當了從IPv6數據到云端的通道，反之亦然。因此，Thread網(wǎng)絡(luò )上的設備可以直接與其他IP設備進(jìn)行交互。

采用Dotdot的原因：IP友好的應用層

Dotdot使用互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）定義的通用、IP友好的協(xié)議規范，例如受限制的應用層協(xié)議（CoAP）和簡(jiǎn)明二進(jìn)制對象表示（CBOR）。因此，開(kāi)放式庫可用于開(kāi)發(fā)應用，大大加快了設備開(kāi)發(fā)進(jìn)程。

Dotdot over Thread（詳見(jiàn)圖1）需要使用數據報傳輸層安全性或DTLS。這使得Thread網(wǎng)絡(luò )上的設備能夠確保它們不僅與受信任的設備通信，還確保它們的通信安全。除了使用DTLS之外，Dotdot還需要在約束環(huán)境（ACE）上使用的認證和授權，通常稱(chēng)為訪(fǎng)問(wèn)控制。訪(fǎng)問(wèn)控制允許部署設備準確的指定一個(gè)設備上哪些資源是可用的，甚至即使恒溫器與門(mén)鎖共享DTLS連接，它也不能直接控制鎖，除非它具有適當的訪(fǎng)問(wèn)權限。

迄今為止，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員不得不在以下技術(shù)中進(jìn)行選擇：a）支持可靠的、本地的、設備到設備的互操作性，但通常其產(chǎn)品（和他們的數據）在第三方網(wǎng)關(guān)上遇到困難，或b）將這些產(chǎn)品直接連接到互聯(lián)網(wǎng)，但是為了采用有效的方式連接設備在一起，不得不面對可靠性、互操作性和用戶(hù)體驗帶來(lái)的挑戰。

Dotdot over Thread提供了兩全其美的解決方案。

Zigbee簇庫是針對低功耗和有損網(wǎng)絡(luò )上設備到設備通信以及電池供電設備而構建和優(yōu)化的。這意味著(zhù)信息被壓縮成緊湊的、最適合于單個(gè)127字節802.15.4數據包之內。另外，消息模式是基于最小化設備之間的通信,減少不必要的‘交流’。并且電池供電的設備發(fā)起它們通信的大部分，這是因為它們在睡眠時(shí)不能可靠的接收。Dotdot的開(kāi)發(fā)保持了ZCL中的這些基本原則和經(jīng)驗，以確保它也適用于這些低功耗和有損網(wǎng)絡(luò )的同時(shí)，切換到大眾所知的IP友好協(xié)議。

使用Thread可以消除在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )上通常所需的網(wǎng)關(guān)，它直接了解如何與每個(gè)設備通信。通過(guò)使用通用Thread邊界路由器，去創(chuàng )建一個(gè)DTLS連接是有可能的，從Internet上的任何位置到本地網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )上的一個(gè)設備，并且與該設備進(jìn)行安全通信。這允許IoT系統“大腦”處于云端，并直接與網(wǎng)絡(luò )上的設備進(jìn)行通信，而無(wú)需擔心網(wǎng)關(guān)上的固件版本。Thread邊界路由器充當一個(gè)通道，因此當網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )的組成會(huì )發(fā)生變化并且新設備將被添加或升級時(shí)，它不需要固件升級。這意味著(zhù)可以做一些復雜的事情，例如在安全通信通道上從云端直接更新網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )上設備的固件，大大簡(jiǎn)化了網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )設備的管理。

由于Dotdot是從ZCL派生出來(lái)的，因此使用網(wǎng)關(guān)在兩者之間進(jìn)行轉換很簡(jiǎn)單。這是至關(guān)重要的，因為這意味著(zhù)新的Dotdot設備可以無(wú)縫橋接到現有的Zigbee設備，確保順暢的用戶(hù)體驗和互操作性。這也意味著(zhù)現有的Zigbee設備可以使用Dotdot和IP友好的協(xié)議橋接到云端，簡(jiǎn)化遠程設備控制和管理。

Zigbee已經(jīng)認證了近十年的應用層功能（Zigbee簇庫）。Zigbee聯(lián)盟也在為Dotdot開(kāi)發(fā)一個(gè)自動(dòng)測試環(huán)境。該測試環(huán)境確保Zigbee及其成員能夠認證Dotdot設備及其他們的應用層功能，并確保來(lái)自不同供應商的設備能夠在同一網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )上進(jìn)行互操作。當您選擇Dotdot作為你的IoT設備的應用層時(shí)，你就擁有了可靠的、通過(guò)認證項目所帶來(lái)的益處。

雖然最初的焦點(diǎn)是Dotdot over Thread，但是擴展到其他IP網(wǎng)絡(luò )也相對簡(jiǎn)單。Dotdot基于IP友好協(xié)議和IPv6，因此用法可以很容易的將其擴展到Wi-Fi或Ethernet。對于本質(zhì)上不支持IPv6或IP協(xié)議的藍牙傳輸技術(shù)等，需要一些適配。