ZigBee技术规格与测试方案之发展.doc

ZigBee技术规格与测试方案之发展 摘要本文首先介绍无线感测网路的特性与发展， 接着说明相关的ZigBee/IEEE 802.15.4通讯协定， 包含其硬体通讯晶片、软体协定堆叠、及开发辅助工具等。 之后，叙述并比较ZigBee规格标准的 进展， 包含ZigBee-2004、 ZigBee-2006、及ZigBee-Pro等， 同时也提供IEEE 802.15.4标准的现况。 接 下来，我们介绍ZigBee测试方案的内容，包括其平台相容性、产品认证、 以及互通性测试等，借此提供有意参与ZigBee元件产品开发的厂商一个参考的方向。 关键词(Key Words) ZigBee规格 (ZigBee Specificatio n)IEEE 802.15.4标准 (IEEE 802.15.4 Standard) ZigBee相容平台 (ZigBee Compliant Platforms) ZigBee 认证产品 (ZigBee Certified Products) 无线感测网路 (Wire less Sensor Networks) １． 前言 2003 年美国MIT 技术评论(Technology Review)[1]认为， 有十种新兴技术很快就可以 改变计算、医疗、制造、运输与我们的能源基 础设施。 其中位居榜首的， 即是无线感测器网 路(Wireless Sensor Networks；WSN)。 无线感测器网路是由一到数个无线资料收集器以及为数 众多的感测器(sensors)所 构成的网路系统而元件之间的沟通则是采用无线的通讯方式。 为了达到大量布建的目的， 无线感测网路必须具备低成本、低耗电、体积小、容易布建、 有感 应环境装置、可程式化、与可动态组成等特性。 在谈到无线感测网路的同时，其他常见的名词尚有遍布运算(Ubiquitous Computing)、 普及运算(Pervasive Computing) 、 环境智能 (Ambient Intelligence)、 以及情境感知(Context Awareness)等。遍布运算在于创造一个四通八达的电脑网络(如Wi-Fi/WiMAX网路、3G电话网路、无线数位视讯)，能让资讯能无所不在； 而普及运算在于让资讯可以随时随地被取用， 意指生活中利用这些网络的装置(如笔记型电 脑、PDA、手机等)。 环境智能、情境感知、与普及运算十分相似，三者的目标都在于应用智能产品于我们的环境中，并了解使用者应用的环境与状况，提供相对应的服务。无线感测网路在此扮演的角色，可藉由将 具有通讯能力的各种微小感测器布建于生活周遭环境中， 形成无所不在的网路， 提供遍布运算的能力； 并且随时感应、侦测环境与使用者 状况， 处理环境智能与情境感知的运作， 以及进一步将收集的资讯传递给使用者或相关控制中心， 达成普及运算的功能。 有关无线感测网路的通讯协定， 考虑到规 格相容性与市场接受度， 以IEEE 802.15.4[2-3] 低速率无线个人区域网路(Low-Rate Wi reless Personal Area Network ； LR-WPAN) ， 结合 ZigBee[4]无线标准为基础的通讯规范，是多数 研发厂商依循的方向。 虽然现今ZigBee是以家 庭自动化为切入点来设计， 不过其应用范畴如 图1-1所示， 包括智慧型大楼、居家安全与自动 化、工业与环境控制、以及个人医疗照护等。 可搭配之应用有家电产品、消费性电子、PC周边感测器等，提供住家环境监控、个人区域感 知、与家电无线遥控等功能。 另一方面，过去即专精在家庭自动化之控 制应用电子技术的Zensys 公司，主导成立 Z-Wave 联盟[5] ，并提出Z-Wave 无线通信技术，已获得包含Intel、Panasonic、ViewSonic、 与罗技Logitech等六十多家业者的力挺支持。 其中2006年4月， Intel的宣布加入Z-Wave联盟 并且策略性投资Zensys公司， 对Z-Wave标准是 一股莫大的推力。 此外，瑞典的Ericsson推出的 Bluetooth Lite， 是主张将既有的Bluetooth蓝芽 无线通信技术进行简化性的修订， 如此仍可以 适用于WPAN的应用领域。图 1-1 ZigBee无线通讯协定之应用领域[4] 相对于业者自行提出的Bluetooth Lite 与 Z-Wave 技术， ZigBee 协定是架构在IEEE 802.15.4上，有国际性的标准组织之支持， 所以 在无线感测网路上的遵循与使用者较广泛。 截 至2007年1月， Z-Wave联盟拥有65会员数， 而 ZigBee联盟已有207个会员。 ２． ZigBee/IEEE 802.15.4标准介绍ZigBee 的命名