ZigBee與ZigBee PRO:哪個功能集最適合?

Brian M.Blum

摘要：ZigBee從問世以來不斷改進，這種嶄新無線標準革新了家庭自動化市場。對于那些對ZigBee不熟悉，或是沒機會了解最新規格的人，本文介紹了ZigBee的現狀，概略說明ZigBee與ZigBeee PRO的功能集，并討論不同市場與應用環境下的ZigBee，包括ZigBee在醫療市場中的多方面應用。

關鍵詞：ZigBee；ZigBee PRO；功能集；無線通信

ZigBee與ZigBoo PRO功能集的差異

ZigBee已核準了ZigBee-2007規格、此規格定義了ZigBee與ZigBeePRO這兩套功能集。在ZigBee-2006的基礎之上，新的2007規格功能進一步強化，而且與某些網絡情境兼容。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 RRO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。

ZigBee的樹狀尋址是以階層方式指定地址，ZigBee PRO則采用隨機尋址方式，將地址隨機指定給裝置，并持續監測與響應“管理封包”的流量，以解決沖突。ZigBee采用唯一尋址，無須持續監測通訊，可避免產生額外負荷與地址沖突；然而PRO的優勢在比較大規模的網絡，例如通訊限制造成包含許多(5個以上)躍點的網絡，或網絡可能包含很多移動端裝置。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)均向單一連接報告(例如網絡網關裝置)。對于未經要求的雙向與對等式通訊(例如電燈開關及照明)，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，避免整個網絡大量傳送不必要的訊息。本功能有助于降低大型網絡中網絡通訊的額外負荷，但缺點是需要額外寶貴的程序代碼空間。

ZigBee與ZigBee PRO還有其他一些微差異，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制，讓對等式聯機之間建立連結機碼，并當網絡裝置在應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只有在少數情況下才能同時在同一個網絡中使用。如果已經建立的(由協調者建立)屬ZigBee網絡，則ZigBee PRO裝置僅能以端點裝置的身份加入該網絡。這表示該裝置與該網絡通訊時會透過(parent)(路由器或協調者)，而且不可作路由，也不可允許翼他裝置通過其加入網絡。同樣地，如果原先建立的為ZigBee PRO網絡、則ZigBee裝置也僅能以有限的端點裝置身份加入網絡。

許多使用ZigBee的產品實際上是專有的，或采用了專有協議(privateprofile)或應用規范。這意味著任何特定的網絡可能只包含南指定公司或集團所售出的裝置。這種情況在目前尚未定義及核準標準協議的醫療領域中尤為常見。因此，ZigBee會用于網格路屾通訊協議、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絡的方式運作以執行指定的服務或功能，則須通過指定標準協議(public profile)才能確保網絡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公司的產品(電燈開關)，能與B公司的產品(電燈鎮流器)通訊，無須事先合作就能確保裝置可搭配使用(圖1)。

ZigBee問世初期，這項技術主要著眼于家庭與商業建筑物自動化市場。如今接觸并了解ZigBee性能和細微差別的公司與專業人員越來越多，ZigBee日漸成熟，且針對更廣泛的市場設計發展、其中最突出的是，ZigBee已涉足“先進抄表基礎架構”(Advanced MeteringInfrastructure，AMI)，并與下列領域的產品整合：老年人照護、輔助生活、醫療、電信、資產追蹤、娛樂等更多領域。

Zigbee聯盟除了通過ZigBee-2007規格(ZigBee與ZigBee PRO功能集)，也決定并正式測試數個應用配置文件。這些配置文件定義了網絡支持的裝置類型，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，如今已臻成熟。鎖定AMI的“智能能源”(smartEnergy，sE)目前已獲核準，2008年5月完成了最終測試及黃金平臺(Golden Unit)認證。商業建筑物自動化(Commercial Building Automation，CBA)即將進行測試，而且有越來越多公司投入開發相關產品，為聯盟貢獻一己之力，因此日后會有更多公共配置文件問世。而醫療，特別是個人健康與醫院照護(Personal Health and Hospital Care，PHHC)正是其中之一。這個領域若利用ZigBee實現IEEE11073標準，未來勢必更受矚目。

個人健康與醫院護理應用

PHHC裝置尚屬開發初期，未來12至18個月內可能還無法上市，但這個市場的公司并未因此而不采用ZigBee技術的裝置。醫療市場，包括輔助生活與家庭護理，相關業者深知ZigBee網絡協議的用處，而且成本效益極高。ZigBee為可攜式醫療應用提供實惠的解決方案，例如監測與響應緊急事故項目、監測病患或年長者進行日常例行活動，以及提供實時數據，加速護理人員的響應速度，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；而組織機構人員也能擴大監測范圍，而且不會侵擾大家的日常生活(圖2)。

ZigBee網絡應用于輔助生活時，有助于以實時日不被察覺的方式收集可靠的數據，例如追蹤居民家中所在位置、監測飲食或沐浴習慣、確保定期而且準時服藥、收集體重、血壓或其他生物測定數據，并可提供自動照明或自動門以防意外。這項技術的應用范圍不勝枚舉，實際部署結果也是有目共睹。

ZigBee也可用于追蹤醫院與醫療機構內的資產。ZigBee采用的多躍點網格網絡廣泛，能在大型機構標示并追蹤昂貴的設備。由于醫療器材可用設備有限，而且必須由多個單位與樓層共享，因此掌握設備在特定時間的所在位置，不僅省錢，更能挽救生命。ZigBee的網絡安裝方式容易，以最少的成本即可部署。

結論

ZigBee還可應用于其他醫療用途，其中不少正處于開發中。截至目前，這些系統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，但往往也有其優點，因為產品可根據特定的系統需求自定義，無須考慮其他供貨商的產品。基于系統需求與部署規模，這個市場可以使用ZigBee也可以使用ZigBee PRO。