解讀標(biāo)準(zhǔn)——短距離無(wú)線應(yīng)用的新主角

ZigBee標(biāo)準(zhǔn)早在2004年底就已經(jīng)通過(guò)，主要是取代目前的遙控器或狀態(tài)感測(cè)等低流量無(wú)線控制方式。在架構(gòu)方面，主要是利用IEEE802.15.4作為傳輸?shù)牡讓訁f(xié)定，ZigBee本身是做為平臺(tái)軟體的堆疊。

ZigBee的應(yīng)用范圍

以目前日常生活來(lái)說(shuō)，我們所接觸到的遙控器越來(lái)越多，包含了電視、音響、電動(dòng)鐵門、燈光、掌上型裝置甚至汽機(jī)車等，由於這些具備遙控機(jī)制的設(shè)備大多採(cǎi)用不能互通的協(xié)定，也因此我們沒有辦法使用統(tǒng)一的控制單元來(lái)進(jìn)行控制，當(dāng)需要控制的設(shè)備越來(lái)越多，我們手上的遙控器也就跟著變多，不僅在使用上有時(shí)會(huì)搞混而造成不方便，在空間的安置方面，更讓消費(fèi)者大傷腦筋。

雖然目前也有一些較先進(jìn)的遙控器可以支援較多的設(shè)備控制，甚至也具備有基礎(chǔ)的智慧型學(xué)習(xí)功能，但是對(duì)於消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，這些設(shè)備仍有相當(dāng)?shù)膫I限性，除了基於IR架構(gòu)的指向性問(wèn)題以外，遙控不同設(shè)備時(shí)所必須的切換動(dòng)作，也都讓實(shí)際應(yīng)用上顯得綁手綁腳。

至於在狀態(tài)感測(cè)的應(yīng)用上，除了可以做為冷氣機(jī)、冰箱、煙霧偵測(cè)器等狀態(tài)回饋顯示之用，甚至也可以作為防盜器等保全系統(tǒng)的應(yīng)用，由於ZigBee的省電與架構(gòu)單純，在這方面的應(yīng)用可靠性相當(dāng)高，加上成本低廉，導(dǎo)入產(chǎn)品的難度也較低。不過(guò)由於頻寬限制問(wèn)題，即時(shí)影像的回傳較具難度，需要有效率較高的編碼機(jī)制輔助。

除了應(yīng)用於遙控裝置方面，ZigBee也相當(dāng)適合做為家中無(wú)線電話主機(jī)與副機(jī)之間的通訊，甚至也可以做為短距離無(wú)線對(duì)講機(jī)的通訊應(yīng)用，雖然ZigBee在傳輸速度最高僅有250kbps，但是作為語(yǔ)音傳輸，仍然相當(dāng)足夠，配合適當(dāng)?shù)木幋a技術(shù)，也可獲得品質(zhì)相當(dāng)優(yōu)秀的聲音品質(zhì)，并不會(huì)遜於傳統(tǒng)電話甚至手機(jī)音質(zhì)。

至於在汽車電子中，ZigBee也可以佔(zhàn)有一席之地，由於藍(lán)芽技術(shù)在汽車應(yīng)用方面，容易受到電磁波影響，ZigBee的頻段使用較不易受到干擾，因此也成為汽車電子的新歡。在汽車上，ZigBee主要是作為通用傳送感應(yīng)器，可以內(nèi)嵌在車胎中偵測(cè)胎壓，或是隨時(shí)監(jiān)測(cè)水箱溫度、電瓶電壓，以及作為碰撞時(shí)，安全氣囊系統(tǒng)的及時(shí)反應(yīng)偵測(cè)等。

ZigBee的技術(shù)特性

低耗電：在休眠狀態(tài)之下的耗電量只有1μW，而一般短距離通訊工作耗電量則是30mW，在待機(jī)模式之下，普通鹼性電池可維持6個(gè)月到2年以上的使用時(shí)間。這也是 ZigBee最引以為傲的優(yōu)勢(shì)之一。

低成本：ZigBee傳輸速度低，架構(gòu)單純，且ZigBee通道化的規(guī)則較簡(jiǎn)單、不跳頻、使用單一收發(fā)頻率，在協(xié)議堆疊方面僅有26個(gè)協(xié)定元（Protocol Primitives），相較之下，藍(lán)芽則有131個(gè)，因此在軟硬體設(shè)計(jì)上的成本得以降低。

網(wǎng)路容量大：而在無(wú)線傳輸感測(cè)網(wǎng)路中，可以有將近6萬(wàn)5000多個(gè)ZigBee設(shè)備存在，比起B(yǎng)lueTooth的8個(gè)，或是BlueTooth Lite的256個(gè)，在擴(kuò)展性上可以說(shuō)是高了不少。

工作頻段靈活：ZigBee所使用的頻段依照國(guó)家開放的情況的不同，分別為2.4GHz、868MHz（歐洲）以及915MHz（美國(guó)），這些頻段皆屬於免執(zhí)照頻段，不過(guò)依照頻段的不同，在傳輸速度以及距離上也有所差異，在868MHz頻段的傳輸速率為20kbit/s，距離可達(dá)300公尺，而在 915MHz頻段時(shí)，傳輸速率為40kbit/s，傳輸距離為30∼75公尺，至於在全球通用的2.4GHz頻段方面，傳輸速率 250kbit/s時(shí)，傳輸距離約10公尺，如果將速度降到28kbit/s，則可達(dá)到約134公尺的傳輸距離。

安全性：ZigBee提供了資料完整性檢查和權(quán)限區(qū)分功能，硬體本身支援CRC和　AES-128編碼。因此可以應(yīng)用在具有高規(guī)格安全性需求的環(huán)境中。

機(jī)動(dòng)網(wǎng)路組態(tài)：ZigBee所架構(gòu)的WSN網(wǎng)路是能夠隨狀況變化的，節(jié)點(diǎn)在取得授權(quán)之后才能進(jìn)入網(wǎng)路，相對(duì)的，系統(tǒng)管理者也可以隨時(shí)將某個(gè)節(jié)點(diǎn)切離網(wǎng)路，在管理方面具備了相當(dāng)強(qiáng)大的功能。

ZigBee的堆疊架構(gòu)

由於ZigBee是在IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上所建立的，其定義包含了MAC層與PHY層。而IEEE802.15.4定義了兩個(gè)實(shí)體層標(biāo)準(zhǔn)，分別是2.4GHz實(shí)體層和868/915MHz實(shí)體層。這些實(shí)體層都是基於DSSS (Direct?Sequence?Spread?Spectrum，直接序列展頻)，使用相同的實(shí)體層數(shù)據(jù)包格式，區(qū)別在於工作頻率、調(diào)變技術(shù)、展頻編碼片段長(zhǎng)度和傳輸速率。2.4GHz頻段為全球統(tǒng)一的，且無(wú)需另外申請(qǐng)的ISM頻段，有助於ZigBee設(shè)備的推廣和生產(chǎn)成本的降低。2.4GHz的實(shí)體層通過(guò)採(cǎi)用高階調(diào)變技術(shù)，能夠提供250kbps的傳輸速率，有助於獲得更高的資料吞吐量、更小的通訊延遲以及更短的工作週期，進(jìn)而達(dá)到更加省電的目的。至於868MHz是歐洲的ISM頻段，915MHz是美國(guó)的ISM頻段，支援這2個(gè)頻段的目的，是為了避免附近有同樣利用2.4GHz頻段的設(shè)備會(huì)造成干擾，且這2個(gè)頻段的無(wú)線訊號(hào)耗損較小，可以提供較長(zhǎng)的傳輸距離。






不過(guò)IEEE層僅處理低階MAC層和實(shí)體層協(xié)議，ZigBee聯(lián)盟則是對(duì)其網(wǎng)路層協(xié)議和API進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。每個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器可連接多達(dá)255個(gè)節(jié)點(diǎn),而數(shù)個(gè)協(xié)調(diào)器結(jié)合則可形成一個(gè)完整的網(wǎng)路，至於對(duì)路由傳輸?shù)臄?shù)目則沒有限制。 ZigBee聯(lián)盟也另行開發(fā)了安全層，以確保這類型的行動(dòng)設(shè)備不會(huì)因?yàn)橐馔馐鹿识鴽┢渥R(shí)別訊號(hào)，并且也保障此遠(yuǎn)距離網(wǎng)路傳輸內(nèi)容不會(huì)被其它意圖不良的節(jié)點(diǎn)所獲得。

ZigBee從此穩(wěn)坐王位？　還有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手虎視眈眈

或許ZigBee架構(gòu)已經(jīng)夠簡(jiǎn)單了，但是更極端簡(jiǎn)化的Z-Wave還要更為簡(jiǎn)單，成本也更為精省，而且Z-Wave的主要產(chǎn)品線正好踩在ZigBee的痛腳上，也就是家庭3C控制、自動(dòng)化應(yīng)用及監(jiān)測(cè)。而由BlueTooth所延伸出來(lái)的BlueTooth Lite架構(gòu)在經(jīng)過(guò)大幅加強(qiáng)簡(jiǎn)化之后，也有著與ZigBee一較高下的實(shí)力，未來(lái)決定其市場(chǎng)優(yōu)勝劣敗的關(guān)鍵，就是三大規(guī)格的成本縮減速度以及應(yīng)用的推廣，畢竟一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)制訂得再完備，也要有計(jì)畫的推動(dòng)與執(zhí)行，才能真正的成為市場(chǎng)上的贏家。