【導(dǎo)讀】WiFi的應(yīng)用可以說(shuō)是無(wú)處不在，但是我們今天所要談?wù)摰氖荶igBee技術(shù)。在智能建筑、智能家庭以及無(wú)線感測(cè)網(wǎng)路等方面大多采用ZigBee技術(shù)。那么ZigBee技術(shù)有何優(yōu)勢(shì)能夠款速打入市場(chǎng)呢？短距離、低功耗、低成本。下面我們就來(lái)深入解析ZigBee技術(shù)的原理及應(yīng)用。
無(wú)線網(wǎng)路的規(guī)格種類繁多，像是最常見的Wi-Fi，則屬于高速的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，以無(wú)線區(qū)域網(wǎng)路（WLAN）讓行動(dòng)裝置無(wú)線化的連接，得以實(shí)現(xiàn)。至于在智慧家庭、智慧建筑、無(wú)線感測(cè)網(wǎng)路等領(lǐng)域，則大多不是采用Wi-Fi，而是采用ZigBee的技術(shù)來(lái)做傳輸。ZigBee以短距離、低功耗、低成本等特色，打入家庭控制與自動(dòng)化市場(chǎng)，亦獲得不少?gòu)S商的采用與導(dǎo)入。接著讓我們深入了解ZigBee的技術(shù)與應(yīng)用……
實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用 ZigBee應(yīng)用廣泛
ZigBee是一種短距低功耗的無(wú)線通訊協(xié)定標(biāo)準(zhǔn)，最早系由美國(guó)Honeywell公司所提出，于1998年開始構(gòu)思與發(fā)展，推出一種能夠自我組網(wǎng)（Self Organization）的無(wú)線點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（ad-hoc）網(wǎng)路標(biāo)準(zhǔn)，其所成立的ZigBee Alliance商業(yè)組織，于2001年向電機(jī)電子工程師學(xué)會(huì)（IEEE）提案納入IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范之中，并于2005年正式發(fā)布ZigBee 1.0（又稱ZigBee 2004）的工業(yè)規(guī)范，自此ZigBee漸漸成為各業(yè)界共通的低速短距無(wú)線通訊技術(shù)之一。
圖1 ZigBee感測(cè)網(wǎng)路的3種網(wǎng)路拓?fù)浣M合方式。
圖2 ZigBee的各種應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)與對(duì)應(yīng)的網(wǎng)路層。
ZigBee發(fā)展到1.2版，將應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)向外擴(kuò)及，延伸到家庭娛樂(lè)與控制、無(wú)線感測(cè)網(wǎng)路（WSN）、工業(yè)控制、嵌入式感測(cè)、醫(yī)療數(shù)據(jù)搜集、煙幕與擅闖警示，與建筑自動(dòng)化等領(lǐng)域，并有各式各樣的應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)（Profile Class），當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）時(shí)代來(lái)臨，ZigBee聯(lián)盟推出2.0版，主打智慧能源規(guī)范。更將于2015年正式推出3.0版，將過(guò)去各裝置的不同ZigBee標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，讓應(yīng)用之間具備高度互通性、傳輸安全，同時(shí)維持其低功耗的優(yōu)勢(shì)，為物聯(lián)網(wǎng)提供最到位的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
[page]
ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)述 低耗短距低成本、有多種網(wǎng)路拓樸
ZigBee基于WPAN（Wireless Personal Area Network；無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)路）的應(yīng)用，其底層采用IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的媒體存取控制層（Media Access Control Layer；MAC）與實(shí)體層（Physical Layer；PHY）。
主要特色有短距離（50公尺內(nèi)）、低速率（250Kbps）、低耗電、低成本、低復(fù)雜度、安裝快速、可靠、安全，可支援大量網(wǎng)路節(jié)點(diǎn)（高達(dá)65，000個(gè)），以及支援多種網(wǎng)路拓?fù)洌ㄈ鏢tar星狀、Cluster Tree 簇樹狀、Mesh網(wǎng)狀）。
由于ZigBee的網(wǎng)路拓樸跟網(wǎng)際網(wǎng)路那樣，具有多種傳輸途徑，每個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)本身可以擷取資料，或傳遞來(lái)自其他節(jié)點(diǎn)的資料。
因此當(dāng)一個(gè)ZigBee網(wǎng)路節(jié)點(diǎn)被移除或是斷訊，其周遭的ZigBee裝置能夠透過(guò)ZigZag（蜿蜒曲折）的傳輸方式、如同大黃蜂那樣的連接到其目的地（Zigzag like a Bee），這也就是ZigBee的名稱由來(lái)。更是被業(yè)界視為智慧建筑（Smart Building）、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）最廣泛的協(xié)定之一。
當(dāng)今的家電控制、物件辨識(shí)、醫(yī)療照護(hù)、建筑自動(dòng)化、WSN等IoT應(yīng)用，很多都不需要用到高耗電的Wi-Fi傳輸協(xié)定，而藍(lán)牙的成本又較高，因此業(yè)界大都選擇低耗電、使用一個(gè)鈕扣電池即可運(yùn)作長(zhǎng)達(dá)1年的ZigBee無(wú)線通訊標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)建構(gòu)該領(lǐng)域?qū)俚腤PAN網(wǎng)路。ZigBee的節(jié)點(diǎn)角色，可分為FFD（Full Function Device；全功能裝置）與RFD（Reduced Function Device；縮減功能裝置）兩種。
FFD可在星狀或網(wǎng)狀的網(wǎng)路拓樸中，與任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)溝通，可擔(dān)任整個(gè)ZigBee網(wǎng)路的控制中心（即Coordinator），或者負(fù)責(zé)擔(dān)任延展整個(gè)網(wǎng)路的中繼路由器（即Router），因此必須擁有IEEE 802.15.4 MAC層的全部功能。至于RFD則是屬于整個(gè)ZigBee網(wǎng)路中的末端裝置（即End Device），只能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)溝通，其可省略IEEE 802.15.4 的MAC層功能，因此耗費(fèi)的記憶體與電源更小。
ZigBee使用的頻段有3個(gè)：ISM的2.4GHz（全世界共通頻段標(biāo)準(zhǔn)，資料傳輸率250Kbps，16組頻道）、915MHz頻段（歐洲采用，資料傳輸率20Kbps，1組頻道）、868MHz頻段（美國(guó)采用，資料傳輸率40Kbps，10組頻道）。雖然不同頻段有不同的傳輸速率和距離，尤其后兩者都是Sub-GHz（低于1GHz）的頻寬，但藉由提升ZigBee的射頻功率，還是能將傳輸速率提高。
以ISM的2.4GHz頻段來(lái)說(shuō)，被切割成16 個(gè)頻道，其采用DSSP（Direct Sequence Spread Spectrum；直接序列展頻）的展頻方式，將要發(fā)送的基頻（Base Band）訊號(hào)，轉(zhuǎn)換成低能量、高頻寬的展頻訊號(hào)（Spreading Signal）之后，再傳送出去，因此可以提高抗環(huán)境干擾的能力。
ZigBee的各種通訊協(xié)定與應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)
ZigBee在2005年公布的1.0版（ZigBee 2004），主要制定了其Network、MAC、PHY等Layer標(biāo)準(zhǔn)，到2007年發(fā)布的1.1版（ZigBee 2006）做了一些修正，到了2008年發(fā)布的1.2版（ZigBee 2007），則加入了ZigBee PRO與RF4CE （Radio Frequency for Consumer Electronics）這兩個(gè)應(yīng)用協(xié)定層（Profile Class）。
ZigBee PRO主要涵蓋了各式家用或商用領(lǐng)域的協(xié)定，包括ZBA（建筑自動(dòng)化）、HC（醫(yī)療照護(hù)）、HA（家庭自動(dòng)化）、RS（零售服務(wù)）、TS（電信服務(wù)），以及 SEP（Smart Energy 1.x Protocol，SEP 1.x，智慧能源管理協(xié)定1.x）；而ZigBee RF4CE則是針對(duì)消費(fèi)性應(yīng)用，包括ZRC（ZigBee Remote Control，遙控）、ZID（ZigBee Input Device，輸入裝置）。
而ZigBee IP則涵蓋Smart Energy Protocol（SEP）2.0的智慧能源管理之設(shè)計(jì)規(guī)范，亦可稱之為ZigBee 2.0規(guī)范，該規(guī)范定義了智能電網(wǎng)（Smart Grid）應(yīng)用中的各種節(jié)能規(guī)范，也包括了LL（Light Link）的智慧照明規(guī)范，讓產(chǎn)業(yè)遵循該規(guī)范來(lái)設(shè)計(jì)出最符合能源效益的產(chǎn)品。
ZigBee規(guī)格再進(jìn)化 更貼近物聯(lián)網(wǎng)需求
有鑒于ZigBee 2.0與先前版本在各種領(lǐng)域，必須使用該專屬的應(yīng)用協(xié)定，造成其跨領(lǐng)域應(yīng)用的共通性受阻，加上廠商在推廣使用ZigBee技術(shù)的產(chǎn)品，大多會(huì)將ZigBee這個(gè)名詞淡化（例如XBee模組），使得推廣了10年的ZigBee標(biāo)準(zhǔn)，似乎不若藍(lán)牙、Wi-Fi那樣的聲名大噪。
此外，其他物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟的興起，如Qualcomm（高通）主導(dǎo)的AllSeen Alliance與Intel（英特爾）主導(dǎo)的Open Interconnect Consortium（OIC）聯(lián)盟，再加上Zensys領(lǐng)軍之Z-Wave聯(lián)盟的進(jìn)逼，都讓ZigBee聯(lián)盟備感壓力…
因此ZigBee聯(lián)盟正加緊制訂全新的ZigBee 3.0標(biāo)準(zhǔn)，目的是要將上述的各種應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，變成能夠互通，不需要因?yàn)椴煌膱?chǎng)域應(yīng)用，就必須運(yùn)用不同版本的標(biāo)準(zhǔn)，使用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，便可讓智慧連結(jié)一次到位。ZigBee的目標(biāo)也更明確，簡(jiǎn)化成四大領(lǐng)域：Smart Homes（智慧家庭）、Connected Lighting（互連照明）、Utility Industry（公共建設(shè)）、Retail Services（零售服務(wù)）。
ZigBee 3.0定義了超過(guò)130個(gè)設(shè)備和最廣泛的設(shè)備類型，包括家庭自動(dòng)化、照明、能源管理、智慧家電、安全、感測(cè)器和醫(yī)療保健監(jiān)控產(chǎn)品。將專業(yè)人士的應(yīng)用等級(jí)推向消費(fèi)者使用等級(jí)，達(dá)到輕易透過(guò)DIY來(lái)安裝；而ZigBee 3.0規(guī)格可以向下相容，支援ZigBee PRO所定義的種類、指令、功能，讓所有ZigBee裝置都能互通。
由于有先前ZigBee 2.0在業(yè)界的基礎(chǔ)，因此ZigBee 3.0的出現(xiàn)，可看出ZigBee聯(lián)盟成員亟欲力捧該標(biāo)準(zhǔn)，成為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的決心。ZigBee 3.0將于2015年CES展首度展示，其標(biāo)準(zhǔn)也將于2015年第4季正式公布。
相關(guān)閱讀：
十問(wèn)十答，通透了解ZigBee技術(shù)
20個(gè)問(wèn)答全面了解LED智能照明Zigbee技術(shù)
無(wú)線技術(shù)全解析：ZigBee/WiFi/藍(lán)牙對(duì)比
