無線網路的規格種類繁多，像是最常見的Wi-Fi，則屬於高速的傳
輸標準，以無線區域網路(WLAN)讓行動裝置無線化的連接，得
以實現。至於在智慧家庭、智慧建築、無線感測網路等領域，則
大多不是採用Wi-Fi，而是採用ZigBee的技術來做傳輸。ZigBee
以短距離、低功耗、低成本等特色，打入家庭控制與自動化市場
，亦獲得不少廠商的採用與導入。接著讓我們深入了解ZigBee的
技術與應用…
實現物聯網應用 ZigBee應用廣泛
ZigBee是一種短距低功耗的無線通訊協定標準，最早係由美國
Honeywell公司所提出，於1998年開始構思與發展，推出一種
能夠自我組網(Self Organization)的無線點對點(ad-hoc)網路
標準，其所成立的ZigBee Alliance商業組織，於2001年向電
機電子工程師學會(IEEE)提案納入IEEE 802.15.4標準規範之
中，並於2005年正式發布ZigBee 1.0(又稱ZigBee 2004)的工
業規範，自此ZigBee漸漸成為各業界共通的低速短距無線通訊
技術之一。
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ZigBee感測網路的3種網路拓撲組合方式。引用來源：embedded.com
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ZigBee的各種應用標準與對應的網路層。圖 GreenTech Advocates
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ZigBee發展到1.2版，將應
用標準向外擴及，延伸到家
庭娛樂與控制、無線感測
網路(WSN)、工業控制、嵌
入式感測、醫療數據蒐集、
煙幕與擅闖警示，與建築自
動化等領域，並有各式各樣
的應用層標準(Profile Class)
，當物聯網(IoT)時代來臨，
ZigBee聯盟推出2.0版，主
打智慧能源規範。
更將於2015年正式推出3.0版
，將過去各裝置的不同ZigBee
標準統一，讓應用之間具備
高度互通性、傳輸安全，同
時維持其低功耗的優勢，為物聯網提供最到位的產業標準。
ZigBee技術簡述 低耗短距低成本、有多種網路拓樸
ZigBee基於WPAN(Wireless Personal Area Network；無線個
人區域網路)的應用，其底層採用IEEE 802.15.4標準規範的媒體
存取控制層(Media Access Control Layer；MAC)與實體層
(Physical Layer；PHY)。
主要特色有短距離(50公尺內)、低速率(250Kbps)、低耗電、低
成本、低複雜度、安裝快速、可靠、安全，可支援大量網路節點
(高達65,000個)，以及支援多種網路拓撲(如Star星狀、Cluster
Tree 簇樹狀、Mesh網狀)。
由於ZigBee的網路拓樸跟網際網路那樣，具有多種傳輸途徑，
每個ZigBee節點本身可以擷取資料，或傳遞來自其他節點的資
料。
因此當一個ZigBee網路節點被移除或是斷訊，其周遭的ZigBee
裝置能夠透過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。更是被業界視為智慧建築(Smart Building)、物聯網
(IoT)最廣泛的協定之一。
當今的家電控制、物件辨識、醫療照護、建築自動化、WSN等
IoT應用，很多都不需要用到高耗電的Wi-Fi傳輸協定，而藍牙
的成本又較高，因此業界大都選擇低耗電、使用一個鈕扣電池
即可運作長達1年的ZigBee無線通訊標準，來建構該領域專屬
的WPAN網路。ZigBee的節點角色，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可在星狀或網狀的網路拓樸中，與任何一個節點溝通，可
擔任整個ZigBee網路的控制中心(即Coordinator)，或者負責擔
任延展整個網路的中繼路由器(即Router)，因此必須擁有IEEE
802.15.4 MAC層的全部功能。至於RFD則是屬於整個ZigBee
網路中的末端裝置(即End Device)，只能點對點溝通，其可省
略IEEE 802.15.4 的MAC層功能，因此耗費的記憶體與電源更
小。
ZigBee使用的頻段有3個：ISM的2.4GHz(全世界共通頻段標準
，資料傳輸率250Kbps，16組頻道)、915MHz頻段(歐洲採用，
資料傳輸率20Kbps，1組頻道)、868MHz頻段(美國採用，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，尤其後兩者都是Sub-GHz(低於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頻段來說，被切割成16 個頻道，其採用DSSP
(Direct Sequence Spread Spectrum；直接序列展頻)的展頻方
式，將要發送的基頻(Base Band)訊號，轉換成低能量、高頻寬
的展頻訊號(Spreading Signal)之後，再傳送出去，因此可以提
高抗環境干擾的能力。
ZigBee的各種通訊協定與應用標準
ZigBee在2005年公布的1.0版(ZigBee 2004)，主要制定了其Net
work、MAC、PHY等Layer標準，到2007年發布的1.1版(ZigBee
2006)做了一些修正，到了2008年發布的1.2版(ZigBee 2007)，
則加入了ZigBee PRO與RF4CE (Radio Frequency for
Consumer Electronics)這兩個應用協定層(Profile Class)。
ZigBee PRO主要涵蓋了各式家用或商用領域的協定，包括ZBA
(建築自動化)、HC(醫療照護)、HA(家庭自動化)、RS(零售服務)
、TS(電信服務)，以及 SEP(Smart Energy 1.x Protocol，SEP
1.x，智慧能源管理協定1.x)；而ZigBee RF4CE則是針對消費性
應用，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
管理之設計規範，亦可稱之為ZigBee 2.0規範，該規範定義了智
能電網(Smart Grid)應用中的各種節能規範，也包括了LL(Light
Link)的智慧照明規範，讓產業遵循該規範來設計出最符合能源
效益的產品。
ZigBee規格再進化 更貼近物聯網需求
有鑑於ZigBee 2.0與先前版本在各種領域，必須使用該專屬的應
用協定，造成其跨領域應用的共通性受阻，加上廠商在推廣使用
ZigBee技術的產品，大多會將ZigBee這個名詞淡化(例如XBee
模組)，使得推廣了10年的ZigBee標準，似乎不若藍牙、Wi-Fi那
樣的聲名大噪。
此外，其他物聯網標準聯盟的興起，如Qualcomm(高通)主導的
AllSeen Alliance與Intel(英特爾)主導的Open Interconnect
Consortium(OIC)聯盟，再加上Zensys領軍之Z-Wave聯盟的進逼
，都讓ZigBee聯盟備感壓力…
因此ZigBee聯盟正加緊制訂全新的ZigBee 3.0標準，目的是要
將上述的各種應用標準，變成能夠互通，不需要因為不同的場
域應用，就必須運用不同版本的標準，使用統一標準，便可讓
智慧連結一次到位。ZigBee的目標也更明確，簡化成四大領域：
Smart Homes(智慧家庭)、Connected Lighting(互連照明)、
Utility Industry(公共建設)、Retail Services(零售服務)。
ZigBee 3.0定義了超過130個設備和最廣泛的設備類型，包括家庭
自動化、照明、能源管理、智慧家電、安全、感測器和醫療保健
監控產品。將專業人士的應用等級推向消費者使用等級，達到輕
易透過DIY來安裝；而ZigBee 3.0規格可以向下相容，支援ZigBee
PRO所定義的種類、指令、功能，讓所有ZigBee裝置都能互通。
由於有先前ZigBee 2.0在業界的基礎，因此ZigBee 3.0的出現，
可看出ZigBee聯盟成員亟欲力捧該標準，成為物聯網產業標準的
決心。ZigBee 3.0將於2015年CES展首度展示，其標準也將於2015
年第4季正式公布。
各種ZigBee 產品問世 實現物聯網應用
ZigBee聯盟的成員包含家電大廠、IT大廠、照明大廠等，其中
台灣的部分，目前有III (資策會)、UBEC (達盛電子)、D-Link
(友訊)、Lite-On (光寶)、Moxa等廠商。
在認證實驗室部分，有NTS-AT、TÜV Rheinland(德國萊因)等。
在產品部分，台灣暫無自主研發的ZigBee晶片，大多廠商是推出
ZigBee相關應用模組(如節點模組、路由器)、擴充模組(例如USB
Dongle、miniSD/microSD SDIO卡)、開發工具(例如Debugger)。
至於各大廠所推出ZigBee的傳輸晶片／模組，有：Atmel(愛特
梅爾)的ATZB系列、Digi的XBee(XBP24)系列、Freescale(飛
思卡爾)的MC1323x、Marvell(美滿電子)的88MZ100、Microchip
的MRF24系列、NXP(恩智浦)的JN-516x、Panasonic(松下)的
ENW-C9A系列、Silicon Labs(芯科實驗室)的EM25x和EM35x、
ST(意法半導體)的SPZB32W系列、Telink(大陸泰淩微電子)的
TLSR8636、TI(德儀)的CC2531等。
此外也有廠商推多模(Combo)產品，像是Redpine Signals的
M2MCombo RS9113(ZigBee+藍牙4.0模組)、Securifi的
Almond+(ZigBee+ Z-Wave+Wi-Fi路由器)。
DIGITIMES中文網 原文網址: 智慧家庭的物聯網連接：論ZigBee技術與應用 http://www.digitimes.com.tw/tw/iot/shwnws.asp?cnlid=15&id=0000404545_GT441V4R5OQLKZ4RU2UI0&ct=1#ixzz3LkVCeOnR
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