Потребность в обслуживании низкоскоростных устройств, доступных, как правило, только через беспроводные радиосети, возникла еще в начале 1990-х годов. Многие компании вели собственные работы в направлении создания цифровых сетей радиосвязи (ad-hoc digital radio networks), которые, однако, не привели к глобальному успеху в силу довольно высокой сложности и неразвитости необходимых технологий. Индустрия двигалась в первую очередь в сторону высокой пропускной способности, что способствовало появлению стандарта WiFi, который, впрочем, оказался не самым удачным решением для устройств, работающих на батарейках и не имеющих высокопроизводительных процессоров. Первые попытки создания рабочей группы по разработке нового коммуникационного протокола высокого уровня, который должен был бы обеспечить взаимодействие множества простых устройств посредством беспроводных интерфейсов, имели место в 1998 году и были инициированы компанией Philips. Довольно скоро, однако, интерес Philips к этому предприятию угас и вплоть до 2001 года никакого финансирования на данное направление участниками не выделялось. Следующая попытка вдохнуть жизнь в этот проект состоялась в 2001 году. Была сформирована рабочая группа, по разработке протокола ZigBee, которая начала свою деятельность в рамках комитета, занимавшегося стандартом беспроводной связи IEEE 802.15.4. В эту первоначальную группу в 2001 году входило всего около 20 участников, но именно с нее принято отсчитывать историю ZigBee Alliance (формально альянс был создан в 2002 году). Дополнительное ускорение созданию данной группы придали публичные заявления разработчиков спецификации Z-Wave, которые выступили со своими оценками перспектив использования беспроводной связи на частотах 2,4 ГГц и более для целей построения внутридомовых сетей (HANs). По их мнению существовали серьезные препятствия в виде интерференции и малой проникающей способности таких сверхвысокочастотных сигналов для использования их в сложных условиях внутри помещений.
К 2003 году большая работа по разработке нового стандарта беспроводной связи IEEE 802.15.4 была в целом завершена и сам стандарт был утвержден и опубликован в 2004 году. Это привело к взрывному росту интереса и активности разработчиков нового протокола ZigBee, в число которых к 2005 году уже входило около 200 компаний. На рынке появились первые продукты, которые работали на основе проприетарных протоколов, являвшихся промежуточными версиями протокола ZigBee. Основной проблемой для производителей пока еще были недоработки базового транспортного протокола IEEE 802.15.4-2003, которые удалось устранить только в 2006 году с выходом новой уточненной спецификации IEEE 802.15.4-2006.
Тем не менее, 13 июня 2005 года ZigBee Alliance объявил о выходе первой (версия 1.0) спецификации протокола ZigBee, которая на рынке впоследствии получила распространение под названием ZigBee 2004 Specification. За последующие несколько месяцев количество членов альянса удвоилось и достигло 400 — таким долгожданным и востребованным оказался этот протокол. Первые продукты, выполненные в полном соответствии с этой спецификацией, вышли на рынок в 2006 году.
Как уже говорилось, первоначальная спецификация протокола IEEE 802.15.4-2003 не стала окончательной, а подвергалась доработкам. С учетом ведущихся доработок развивался и протокол ZigBee, а его новая версия ZigBee 2006 Specification была опубликована в сентябре того же 2006 года. В этой версии разработчики полностью отказались от определенной спецификацией ZigBee 2004 Specification структуры собщений в форме пары ключ-значение и ввели стандартные команды, организованные в группы (кластеры), получившие названия Smart Energy, Home Automation, Light и др. Для поддержки разработчиков и введения определенной стандартизации на уровне приложений, которые будут использовать новый протокол, ZigBee Alliance выпустил специальный фреймворк под названием ZigBee Cluster Library (ZCL), который описывал типовые функции, форматы данных и методы передачи команд в разных кластерах, расширяя таким образом понятие кластера и на определенные виды устройств, взаимодействующих по протоколу ZigBee.
В конце 2007 года было объявлено о выходе новой спецификации ZigBee-PRO, с которой связана и некоторая терминологическая путаница, существовавшая довольно долго. Дело в том, что ZigBee-PRO — это спецификация альтернативного стека протокола ZigBee, обладающего большими возможностями по сравнению со стеком, который определяла спецификация ZigBee 2006 Specification. Первоначально многие стали называть ZigBee-PRO по аналогии — ZigBee 2007. Но в то же время сама спецификация ZigBee 2006 была также существенно обновлена в 2007 году и распространялась именно под названием ZigBee 2007 Specification. То есть правильнее было вести речь не о двух стандартах, а о двух вариантах реализации стека протоколов, которые согласно документации и назывались ZigBee Stack Profile и ZigBee-PRO Stack Profile. При этом между двумя вариантами спецификации поддерживалась и ограниченная совместимость. Устройства ZigBee могли работать в сетях ZegBee-PRO и наоборот с некоторыми ограничениями (должны были стать немаршрутизирующими устройствами в сети). Такой дуализм многих запутал и внес неразбериху. Он продолжался до 2015 года. За это время спецификация прошла через серию доработок и расширений. Наиболее известные: ZigBee Smart Energy, ZigBee rf4ce, ZigBee Telecom Services, ZigBee Green Power, ZigBee Light Link и др.
В 2015 году с выходом очередной версии Zigbee PRO 2015 (R21) Specification вся совокупность разработанных к этому времени спецификаций в их последней редакции получила название ZigBee 3.0. Именно ZigBee 3.0 можно считать знаковым событием в истории протокола. Это позволило систематизировать все наработки и обеспечить понятный механизм сертификации новых продуктов на совместимость. Одновременно вышла уже 6-я версия фреймворка ZigBee Cluster Library (ZCL), формализующая создание приложений в новой спецификации. Результатом стал взрывной рост популярности ZigBee по всему миру. И если в 2014 году на рынке насчитывалось около 1000 сертифицированных продуктов с поддержкой протокола ZigBee, то к середине 2017 года их количество достигало уже 2200 и продолжало активно расти.
В новых реализациях стандарта ZigBee появилась возможность создавать устройства, способные обходиться без постоянного источника питания. Пример такого гаджета — пульт Philips Hue Tap, предназначенный для управления «умными» лампочками Philips Hue. В нем вообще отсутствует батарейка, а для передачи сигнала используется энергия, получаемая при нажатии на кнопку. Это стало возможно не только в силу крайне низкого энергопотребления современных ZigBee-модулей, но и в силу особенностей стандарта, который позволяет устройствам молниеносно подключаться к беспроводной сети.
В январе 2017 года ZigBee Alliance объявил о переименовании библиотеки ZigBee Cluster Library (ZCL) и анонсировал создание на ее базе нового языка (протокола) для организации взаимодействия любых устройств в сфере интернета вещей (IoT). Технология получила название dodot. К этому времени также была разработана спецификация ZigBee IP, которая позволяет использовать беспроводные сети ZeegBee для передачи любого IPv6-трафика, а в новый протокол dotdot также была заложена возможность работы и в IP-сетях, и поверх нового перспективного протокола интернета вещей Thread.
Важным нововведением, которое также появилось в спецификации Zigbee PRO 2017 (R22) Specification стала поддержка мульти-частотного режима связи в сетях Zigbee. Дело в том, что сигналы с частотой 2,4 ГГц, которую используют сети ZigBee по всему миру, обладают низкой проникающей способностью. Эта проблема вполне решаема, когда речь идет только о домашней автоматизации, но определенно вызывает сложности при использовании ZigBee в других сферах. Поэтому в дополнение к этой частоте теперь у устройств ZigBee появляется возможность работы и на субгигагерцевой частоте (915 ГГц в Америке и 868 ГГц в Европе). Строго говоря, субгигагерцевые частоты доступны для ZigBee уже давно, но практически использовались очень мало. Новизна спецификации 2017 года именно в том, что теперь устройства ZigBee могли использовать две частоты одновременно (2,4 ГГц и субгигагрецевая), что резко повышает устойчивость и надежность каналов связи в сложном окружении и снижает вероятность интерференции сигналов от разных устройств. То есть ZigBee Alliance таким образом по сути и подтвердил, и решил ту проблему, о которой многие годы публично заявлялось адептами спецификации Z-Wave, составлявшей основную конкуренцию ZigBee на рынке домашней автоматизации.
Созданный в 2002 году ZigBee Alliance прошел довольно длительный путь развития. К концу 2018 года альянс насчитывал уже более 400 членов, а количество сертифицированных устройств перевалило за 2500. Инициативу развития технологии ZigBee поддерживали многочисленные участники рынка, составляющие команду «промоутеров» ZigBee. Высший уровень членства этих компаний в альянсе позволял не только производить собственные устройства с логотипом ZigBee, но и влиять на формирование обновлений спецификации, участвуя в многочисленных круглых столах и голосованиях.
Распространение новых решений в области информационной безопасности затронуло и ZigBee. В предварительной версии стандарта Zigbee 3.0 (R23 0.5), которая создавалась и дорабатывалась в течение 2017–2020 годов было внесено несколько важных усовершенствований:
- Присоединение на основе динамических ключей (Dynamic Link Key (DLK) joining) — использует для первичного обмена ключами алгоритм Диффи—Хеллмана с целью аутентификации устройств перед включением их в сеть;
- Интервью устройств (Device interview) — с использованием DLK информация об устройстве запрашивается для его надежной идентификации перед включением устройства в сеть;
- Синхронизация счетчика фреймов (Frame counter synchronization) — обеспечивает дополнительную защиту от повторной отправки сообщений;
- Безопасность сетевых параметров с помощью PANID и управления каналами.
На старте 2020-го казалось, что ZigBee ждет самое светлое будущее, число участников ZigBee Alliance активно росло, и миллионы ZigBee-устойств все шире распространялись по миру. В самом конце 2019 года было объявлено об образовании новой совместной рабочей группы, образованной ZigBee Alliance и крупнейшими технологическими корпорациями Amazon, Apple, Google с целью создания нового открытого стандарта в рамках проекта Connected Home over IP (CHIP). Тем временем, довольно внезапно, развитие самого стандарта ZigBee практически остановилось, а в 2021 году альянс выступил сообщением о переименовании в Connectivity Standards Alliance (CSA). В этом же пресс-релизе также говорилось, что альянс намерен сосредоточиться на разработке протоколаMatter, который основывается на ранее известном в отрасли протоколе Connected Home over IP (CHIP), а новый торговый знак Matter, будет означать, что любое устройство с этим знаком будет работать в соответствии со стандартом и является надежным по умолчанию. На рынке стало складываться мнение, что огромные корпорации просто подмяли всю работу альянса под себя и поставили на службу своим интересам, а с развитием протокола ZigBee как простого открытого решения для широкого рынка можно распрощаться.
Но COVID-потрясение 2020-2021 годов здорово «взбодрило» мировой рынок домашней автоматизации. И на фоне интереса к модным игрушкам все сильнее стало заметно желание комфорта и удобства по доступной цене. И если на рынках США и Европы присутствовал целый набор конкурирующих решений, то в ЮВА «выстрелил» именно недорогой и открытый ZigBee, который оказался самым распространенным, легко внедряемым и наилучшим образом осваивался в производстве местными компаниями, специализирующимися на смарт-устройствах (популярнейшая в России ZigBee-платформа MiHome от китайской Xiaomi существенно выросла именно в эти годы).
В 2021 году Connectivity Standards Alliance объявил, что разрабатывает новую функцию ZigBee Direct, которая будет сочетать в себе два проверенных на рынке протокола — Zigbee и Bluetooth Low Energy (BLE), и должна будет заметно упростить взаимодействие с пользователем. Впоследствии ZigBee Direct вошел в финальную версию стандарта Zigbee 3.0 Revision 23 (R23). По факту оказалось, что эта новая версия протокола является довольно большим шагом вперед, предоставляя возможность для прямой передачи команд на устройства ZigBee с любого подключенного узла этой же сети без использования хаба. Это означает, что любой ZigBee-узел, если он одновременно доступен из IP-сети, можно использовать как шлюз для взаимодействия с устройствами ZigBee в сети этого узла. Для любых устройств домашней автоматизации, требующих взаимодействия с какими-либо облачными сервисами, существенно упростился порядок их настройки и использования, уменьшились требования к квалификации администратора сети. Параллельно были разработаны и стали доступны на рынке недорогие ZigBee-стики — USB-устройства для подключения к сети ZigBee и организации взаимодейтвия с ней (см. Сетевые коммуникации в умном доме).
И хотя в своих пресс-релизах многие последующие годы Connectivity Standards Alliance продолжал акцентировать свое внимание на протоколе Matter, а в 2025 году и выпустил уже версию 1.4 этого протокола, но продолжавшийся рост популярности ZigBee говорил сам за себя — массовая индустрия выбрала именно ZigBee как ключевую технологию коммуникации множества разнородных устройств (если говорить о беспроводных решениях) в рамках внутридомовой сети умного дома. В целом, если сравнивать ZigBee с технологиями WiFi и Bluetooth Low Energy (BLE), используемыми смарт-устройствами Matter, можно заметить, что для простых автономных устройств, таких как разнообразные датчики (температуры, света, присутствия, газа и т.п.) ZigBee предоставляет непревзойденные возможности по экономии энергии и долгосрочности функционирования на батарейках. Для Bluetooth, и тем более для WiFi, характерна высокая пропускная способность каналов связи и низкая латентность, что важно, например, для таких применений, как беспроводная мышь или наушники, но не несет никаких преимуществ в других случаях. Корпорации, конечно, прилагают определенные усилия для «замывания» этой разницы — банально вставляют в Matter-устройства больше батареек, что позволяет продлить срок их функционирования до 0,5-1 года (в сравнении с 1-5 годами для ZigBee-устройств аналогичной функциональности и энергооснащенности). Но и к 2025 году рынок по-прежнему опирался на ZigBee как на самую популярную, открытую и доступную технологию. А в сегменте DIY именно ZigBee стал беспроводным решением, практически не имеющим конкурентов.
Со временем заметно потеснить ZigBee, скорее всего, есть определенные шансы только у технологии Thread. Работая на той же частоте, и обеспечивая связь по сути на основе того же самого радиочастотного стандарта IEEE 802.15.4 протокол Thread позволяет передавать IPv6-пакеты и назначать IPv6-адреса узлам беспроводной сети. То есть непосредственная интеграция Thread-устройств с облачными сервисами не требует никаких мостов, хабов или шлюзов. Учитывая тот факт, что Thread поддерживается как коммуникационный подуровень в Matter можно сделать вывод. что эту интеграцию будут и дальше углублять и расширять. Тем более, являясь «любимым детищем» Samsung протокол Thread вряд ли может одномоментно исчезнуть и остаться совсем без поддержки.
Раз за разом я упоминаю возможность непосредственного взаимодействия с IP-сетями и Интернет как несомненное преимущество протокола. Следует, однако, понимать, что такое преимущество характерно для сложных многофункциональных устройств, которые в своей работе действительно должны опираться на взаимодействие с сервисами в Интернет. Кофеварки, телевизоры, холодильники, прочая бытовая техника — для них преимущества Thread и Matter более или менее очевидны. Здесь требуется и удобный интерфейс для управления и конфигурирования и получение внешних данных из Сети. А вот обычный температурный датчик или лампочка — простейшие устройства, и попытки корпораций управлять лампочками через свои облачные сервисы — не что иное как попытка взять под свой колнтроль вообще все в нашем доме. Предположу, что этому контролю рынок будет препятствовать именно через дальнейшее развитие ZigBee и рост популярности DIY-платформ. Так что у Connectivity Standards Alliance есть еще все шансы и для расширения числа участников, и для дальнейшего развития именно семейства технологий ZigBee.
Существует два низких уровня членства в Connectivity Standards Alliance: «участники» и «адепты», отличающиеся ежегодной стоимостью участия и предоставляемыми полномочиями. «Участники» имеют право вносить собственные правки в основополагающие документы, однако не имеют права за них голосовать (принимать решения на общих собраниях). Кроме того, «участники» получают доступ к ранним, еще не одобренным версиям стандарта, а также могут выдвигать собственных кандидатов в технические комитеты и высказывать свое мнение в рамках рабочих групп. «Адепты», по сути, имеют право только использовать составленную альянсом спецификацию и, при соблюдении всех норм и требований процедуры сертификации, снабжать свои продукты логотипом ZigBee.
В 2008 году альянс изменил подход к публикации своих спецификаций и теперь доступ к ним имеют не только участники альянса — спецификации публикуются открыто и воспользоваться ими может любой участник рынка (закрытыми остаются только самые новые версии спецификаций). Такая полная открытость технологии способствует ее распространению во всем мире. Совместимые устройства выпускают тысячи производителей, а созданная альянсом система сертификации позволяет обеспечивать возможность совместной работы устройств от разных производителей.
Все это вывело ZigBee в абсолютные лидеры рынка домашней автоматизации. Не менее трети из всех работающих в 2025 году домашних смарт-устройств поддерживают именно технологию ZigBee.