簡介
ZigBee? 從問世以來不斷改進(jìn)，這種嶄新無線標(biāo)準(zhǔn)革新了家庭自動化市場。對于那些對 ZigBee 不熟悉，或是沒機(jī)會了解最新規(guī)格的人，本文介紹了 ZigBee 的現(xiàn)狀，概略說明 ZigBee 與 ZigBee PRO 的功能集，并討論不同市場與應(yīng)用環(huán)境下的 ZigBee，包括ZigBee在醫(yī)療市場中的多方面應(yīng)用。
ZigBee 與 ZigBee PRO 功能集的差異
ZigBee 近日核準(zhǔn)了 ZigBee-2007 規(guī)格，此規(guī)格定義了 ZigBee 與 ZigBee PRO 這兩套功能集。在ZigBee-2006的基礎(chǔ)之上，新的 2007 規(guī)格功能進(jìn)一步強(qiáng)化，而且與某些網(wǎng)絡(luò)情境兼容。簡而言之，ZigBee 功能集提供樹狀尋址、AODV (特定隨選距離向量) 網(wǎng)格路由、單播、廣播與群組通訊、安全性等其他功能。ZigBee PRO 以隨機(jī)尋址取代樹狀尋址，包含 ZigBee (2006 與 2007) 所使用的 AODV，但是提供多對一來源路由為替代方案。另外，ZigBee PRO 新增有限的廣播尋址，并可支持「高」層級安全性。ZigBee 與 ZigBee PRO 功能集皆可支持選用的靈活性跳頻與片段化 (圖 1)。
圖 1：Zigbee 解決方案的多種途徑
ZigBee 的樹狀尋址是以階層方式指定地址，ZigBee PRO 則采用隨機(jī)尋址方式，將地址隨機(jī)指定給裝置，并持續(xù)監(jiān)測與響應(yīng)「管理封包」的流量，以解決沖突。ZigBee 采用唯一尋址，無須持續(xù)監(jiān)測通訊，可避免產(chǎn)生額外負(fù)荷與地址沖突；然而 PRO 的優(yōu)勢在比較大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，例如通訊限制造成包含許多 (5 個以上) 躍點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，或網(wǎng)絡(luò)可能包含很多行動端裝置，但是所付出的代價是啟動延遲時間較長，因為 ZigBee PRO 必須花時間來解決地址沖突，而樹狀尋址則不需要。
ZigBee 與 ZigBee PRO 路由均使用「特定隨選距離向量」(Ad-hoc On-demand Distance Vector；AODV) 路由，但是只有 PRO 支持多對一來源路由選項。在需要較大的通訊協(xié)議棧下，多對一來源路能快速建立路由，其中許多裝置 (例如，傳感器) 均向單一連結(jié)報告 (例如，網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)裝置)。對于未經(jīng)要求的雙向與對等式通訊 (例如，電燈開關(guān)及照明)，多對一功能的效能較差，有時甚至不適用。
ZigBee 與 ZigBee PRO 都支持群組尋址，但是 PRO 還可支持有限廣播群組尋址，此功能可在所有群組成員接近時，避免整個網(wǎng)絡(luò)大量傳送不必要的訊息。本功能有助于降低大型網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)通訊的額外負(fù)荷，但缺點(diǎn)是需要額外寶貴的程序代碼空間。
ZigBee 與 ZigBee PRO 還有其他些微差異，不過最后的功能差異，是對高安全性的支持。高安全性所提供的機(jī)制，讓對等式聯(lián)機(jī)之間建立連結(jié)機(jī)碼，并當(dāng)網(wǎng)絡(luò)裝置在應(yīng)用層可能不受信任時，提供額外的安全。高安全性和許多 PRO 功能相同，在特定的應(yīng)用程序中頗為實用，但是需要利用寶貴的程序代碼空間，占用了應(yīng)用程序可用的空間。
ZigBee 與 ZigBee PRO 的功能大多相同，但ZigBee 與 ZigBee PRO 只有在少數(shù)情況下才能同時在同一個網(wǎng)絡(luò)中使用。如果已經(jīng)建立的 (由協(xié)調(diào)者建立) 屬 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)，則 ZigBee PRO 裝置僅能以端點(diǎn)裝置的身份加入該網(wǎng)絡(luò)。這表示該裝置與該網(wǎng)絡(luò)通訊時會透過父節(jié)點(diǎn) (路由器或協(xié)調(diào)者)，而且不可作路由，也不可允許其他裝置透過其加入網(wǎng)絡(luò)。同樣地，如果原先建立的為 ZigBee PRO 網(wǎng)絡(luò)，則 ZigBee 裝置也僅能以有限的端點(diǎn)裝置身份加入網(wǎng)絡(luò)。
許多使用ZigBee的產(chǎn)品實際上是專有的，或采用了專有協(xié)議（private profile）或應(yīng)用規(guī)范。這意味著任何特定的網(wǎng)絡(luò)可能只包含由指定公司或集團(tuán)所售出的裝置。這種情況在目前尚未定義及核準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的醫(yī)療領(lǐng)域中尤為常見。因此，ZigBee 會用于網(wǎng)格路由通訊協(xié)議、通訊備援，以及低功率操作這類用途。然而，如果市場中不同供貨商的裝置必須以單一合作網(wǎng)絡(luò)的方式運(yùn)作以執(zhí)行指定的服務(wù)或功能，則須通過指定標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議（public profile）才能確保網(wǎng)絡(luò)所有裝置采用共通的語言，而且可互通，這類的互操作性是指 A 公司的產(chǎn)品 (電燈開關(guān))，能與 B 公司的產(chǎn)品 (電燈安定器) 通訊，無須事先合作就能確保裝置可搭配使用 (圖 2)。
圖 2：適用于家庭自動化的 Zigbee 產(chǎn)品
ZigBee 問世初期，這項技術(shù)主要著眼于家庭與商業(yè)建筑物自動化市場。如今接觸并了解ZigBee性能和細(xì)微差別的公司與專業(yè)人員越來越多，ZigBee 日漸成熟，且針對更廣泛的市場設(shè)計發(fā)展，其中最突出的是，ZigBee 已跨足「先進(jìn)抄表基礎(chǔ)架構(gòu)」(Advanced Metering Infrastructure；AMI)，并與下列領(lǐng)域的產(chǎn)品整合：老年人照護(hù)、輔助生活、醫(yī)療、電訊、資產(chǎn)追蹤、娛樂等更多領(lǐng)域。
Zigbee 聯(lián)盟除了通過 ZigBee-2007 規(guī)格 (ZigBee 與 ZigBee PRO 功能集)，也決定并正式測試數(shù)個應(yīng)用配置文件；這些配置文件定義了網(wǎng)絡(luò)支持的裝置類型，以及這些裝置共通的通訊語言。家庭自動化 (HA) 公共配置文件最早獲得核準(zhǔn)，如今已臻成熟。鎖定 AMI 的「智慧能源」(Smart Energy；SE) 目前已獲核準(zhǔn)，預(yù)計 2008 年 5 月完成最終測試及黃金平臺 (Golden Unit) 認(rèn)證。商業(yè)建筑物自動化 (Commercial Building Automation；CBA) 即將進(jìn)行測試，而且有越來越多公司投入開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品，為聯(lián)盟貢獻(xiàn)一己之力，因此日后會有更多公共配置文件問世，而醫(yī)療，特別是個人健康與醫(yī)院照護(hù) (Personal Health and Hospital Care；PHHC)正是其中之一。這個領(lǐng)域若利用 ZigBee 實現(xiàn)IEEE 11073 標(biāo)準(zhǔn)，未來勢必更受矚目。
個人健康與醫(yī)院照護(hù)應(yīng)用
PHHC 裝置尚屬開發(fā)初期，未來 12 至 18 個月內(nèi)可能還無法上市，但這個市場的公司并未因此而不采用 ZigBee 技術(shù)的裝置。醫(yī)療市場，包括輔助生活與家庭照護(hù)，相關(guān)業(yè)者深知 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的用處，而且成本效益極高。ZigBee 為可攜式醫(yī)療應(yīng)用提供實惠的解決方案，例如監(jiān)測與響應(yīng)緊急事故項目、監(jiān)測病患或年長者進(jìn)行日常例行活動，以及提供實時數(shù)據(jù)，加速照護(hù)人員的響應(yīng)速度，并挽救生命。輔助生活中心的居民因此可以安心，因為隨時可以獲得支持；而組織機(jī)構(gòu)人員也能擴(kuò)大監(jiān)測范圍，而且不會侵?jǐn)_大家的日常生活 (圖 3)。
圖 3：可攜式醫(yī)療監(jiān)測應(yīng)用范例
ZigBee 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于輔助生活時，有助于以實時且不被察覺的方式收集可靠的數(shù)據(jù)，例如追蹤居民家中所在位置、監(jiān)測飲食或沐浴習(xí)慣、確保定期而且準(zhǔn)時服藥、收集體重、血壓或其他生物測定數(shù)據(jù)，并可提供自動照明或自動門以防意外。這項技術(shù)的應(yīng)用范圍不勝枚舉，實際部署結(jié)果也是有目共睹。
ZigBee 也可用于追蹤醫(yī)院與醫(yī)療機(jī)構(gòu)內(nèi)的資產(chǎn)。ZigBee 采用的多躍點(diǎn)網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)廣泛，能在大型機(jī)構(gòu)標(biāo)示并追蹤昂貴的設(shè)備。由于醫(yī)療器材可用設(shè)備有限，而且必須由多個單位與樓層共享，因此掌握設(shè)備在特定時間的所在位置，不僅省錢，更能挽救生命。ZigBee 的網(wǎng)絡(luò)安裝方式容易，以最少的成本即可部署。
結(jié)論
ZigBee 還可應(yīng)用于其他醫(yī)療用途，其中不少正處于開發(fā)中。截至目前，這些系統(tǒng)因為缺少公共配置文件，因此仍屬于單一供貨商的解決方案，尚無法互通，但往往也有其優(yōu)點(diǎn)，因為產(chǎn)品可根據(jù)特定的系統(tǒng)需求自定義，無須考慮其他供貨商的產(chǎn)品。基于系統(tǒng)需求與部署規(guī)模，這個市場可以使用 ZigBee 也可以使用 ZigBee PRO。如果您的產(chǎn)品或系統(tǒng)需要使用 ZigBee，請將上述內(nèi)容納入考慮，聯(lián)絡(luò)ZigBee 供貨商以獲得詳細(xì)信息。
參考信息
若需 Zigbee 解決方案的詳細(xì)信息，請訪問 ：www.ti.com/zigbee。
關(guān)于作者
Brian M. Blum 是德州儀器 Zigbee 產(chǎn)品營銷工程師，負(fù)責(zé) 802.15.4 及 ZigBee LPRF 產(chǎn)品線。他獲得計算機(jī)技術(shù)（無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)）的碩士學(xué)位。