ZigBee為目前市場上相當受到重視的無線通訊技術(shù)之一，而這項技術(shù)的特點及優(yōu)勢也便于實現(xiàn)智能家居中的各項應用，本文特別從其技術(shù)面為您細細分析，讓您了解ZigBee技術(shù)如何實現(xiàn)智能家居的遠景！
智能家居的概念至今已十余年，但目前在全球依舊無法普及的原因主要在于：解決方案價格昂貴、缺乏相關(guān)產(chǎn)品設備、基礎設施布建困難，與無明確共通標準遵循，以上幾點原因，大約可涵蓋智能家居至今無法成功的八成因素。傳統(tǒng)的智能家居大約可分為幾個應用領(lǐng)域：個人電腦、家庭影音娛樂、自動化控制、家庭安全、語音應用、網(wǎng)路通訊等。想像在一個未來的世界，你是一個獨居在外的單身貴族，在公司下班之前你撥了通電話，連線至家中的家庭網(wǎng)路伺服器，透過家庭網(wǎng)路伺服器下命令給連結(jié)在家庭網(wǎng)路中的各式設備，利用語音訊息傳達各種命令指揮每一種設備。于是，在你回到家后，家里的電燈已經(jīng)點亮，冷氣、微波爐、烤箱等家用電器也已經(jīng)依照指令正確運作，這就是數(shù)位網(wǎng)路家庭運作模式的寫照。
智慧化居住空間的領(lǐng)域
未來智慧化居住空間的發(fā)展策略方向，最終目的是讓在此環(huán)境居住的人們，享有安全、健康、便利及舒適的生活品質(zhì)，并配合資訊電子與通訊產(chǎn)業(yè)技術(shù)與平臺開發(fā)使得普及運算概念于智慧化居住空間或環(huán)境中實現(xiàn)?？萍忌罨母拍?，其范疇包括智慧家庭、智慧建筑、智慧社區(qū)與智慧都市。在應用上短期將以安全監(jiān)控、能源管理、健康照護為優(yōu)先。簡單來說，智慧化居住空間可簡單分為三個領(lǐng)域：家庭與社區(qū)空間、辦公室與大樓空間及公眾環(huán)境空間。家庭與社區(qū)空間包含一般住宅，公寓、集合式大樓、獨棟住宅等；辦公室與大樓空間包含辦公室、辦公大樓等；公眾環(huán)境空間包含博物館、展覽館、購物中心、醫(yī)院、政府機關(guān)等。建筑物導入電子、電機、資訊、通訊及自動化等相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)，建構(gòu)主動感知及滿足使用者需求之生活空間，以創(chuàng)造安全、健康、便利、舒適、節(jié)能與永續(xù)的生活環(huán)境，這就是目前一般普遍對于智慧化居住空間的解釋。
無線感測技術(shù)（WSN）的優(yōu)勢
目前有部分智能家居應用技術(shù)除了使用WLAN或是PLC來當作資料與控制訊號傳輸?shù)臉蛄骸Ｒ话鉝LAN的使用問題包括涵蓋范圍限制、電磁波都是眾人關(guān)心的議題；而PLC最大的問題在于臺灣地區(qū)老舊建筑過多，電力線的品質(zhì)不易掌握，因此在傳輸品質(zhì)與傳輸率無法獲得保證，因此目前在臺灣地區(qū)使用PLC控制方式的家庭應用并不算成功﹔加上消費者一向有裝潢的習慣，因此除非在裝潢之初就將未來會安裝的設備全部考量，一旦裝潢完成后要再加裝任何設備幾乎是不可能的。因為不管電源線或訊號線皆會影響原有裝潢的美觀，所以唯一的解決之道只有使用短距離無線傳輸網(wǎng)路技術(shù)或無線感測網(wǎng)路才能獲得解決。而ZigBee為目前市場上最受到重視的通訊技術(shù)之一，至于其它較熱門之短距離無線通訊技術(shù)之比較，其中性質(zhì)最相近、且較常被并列而提的為ZigBee、主動式RFID技術(shù)與藍牙（Bluetooth）三種技術(shù)，這三種技術(shù)皆適合拿來進行無線感測網(wǎng)路的開發(fā)與應用。
ZigBee技術(shù)介紹
ZigBee一般翻譯為群蜂技術(shù)，ZigBee一詞源自于蜜蜂（Bee），系因蜜蜂看似隨意在跳著字形舞，但實際上卻是將有花和蜂蜜所在地的訊息正確的傳達給其他蜜蜂。而ZigBee也具備相似的通訊能力，可以將訊息透過ZigBee網(wǎng)路傳遞給其他ZigBee裝置。ZigBee包含了兩種不同單位所制定的通訊規(guī)格，一個是由ZigBeeAlliance所主導的標準，定義了網(wǎng)路層、安全層、應用層以及各種應用產(chǎn)品的Profile；另外一個則是由IEEE所制定的.4標準，定義了實體層以及媒體存取層。
ZigBee的應用市場依據(jù)ZigBeeAlliance所公布的應用市場范圍界定，以目前的市場趨勢來看，ZigBee在工業(yè)控制、建筑自動化兩方面大有斬獲，不論臺灣、大陸甚至于國外皆有部分案例發(fā)生；目前亦開始有廠商使用ZigBee來當作遠距醫(yī)療居家端的傳輸媒介，甚至于消費性電子亦開始有使用ZigBee來制作通用遙控器的趨勢，以目前的發(fā)展狀況來說，ZigBee已經(jīng)漸漸上了軌道并趨勢穩(wěn)定。
以安全的課題來看，ZigBee在標準中定義了以128bitsAES作為其加∕解密的演算法，以基本安全考量而言，ZigBee已經(jīng)提供了最安全的傳輸環(huán)境。針對無線傳輸方面的優(yōu)勢，ZigBee可以取代目前傳統(tǒng)的控制傳輸方式，如傳統(tǒng)保全感測器大多以有線方式建置，感測器本身必須連接電源線與訊號線，而ZigBee本身具備無線傳輸、低成本、低耗電特性，因此可以完全取代電源線與訊號線，這也是廠商愿意投入ZigBee應用市場的原因之一。
基于.4的規(guī)格，ZigBeeAlliance定義網(wǎng)路層（NWK）、應用層（APS）與安全層（Security）規(guī)格。NWK最重要的工作，在于負責網(wǎng)路機制的建立與管理，并具有自我組態(tài)路由路徑（SelfConfigure），以及自我修復路由路徑（SelfHealing）的功能。在NWK中，ZigBee定義了三種角色，第一個是網(wǎng)路協(xié)調(diào)者（WPANCoordinator），負責網(wǎng)路的建立（WPANFormation），以及網(wǎng)路位置（NetworkAddress）的分配；第二個是路由器（Router），主要負責找尋、建立以及修復資料封包路由路徑（RoutingPath），并負責轉(zhuǎn)送資料封包，同時也具有網(wǎng)路位置的分配的能力；最后一個是末端裝置（EndDevice），只能選擇加入別人已經(jīng)形成的網(wǎng)路（WPAN），可以收送資料，但不能幫忙轉(zhuǎn)送封包（Routing）。
主動式RFID技術(shù)（ActiveRadioFrequencyIdentification）是一種以電池作為電力的來源，使辨識標簽能主動發(fā)射無線電波，并透過主動式讀取器讀取標簽內(nèi)資訊，依據(jù)不同資訊進行不同應用。由于感應距離較長，比被動式RFID可靠度高，但是價格較為昂貴，且有電力上的考量，因此在實用上并沒有被動式RFID好。主動式RFID主要使用的頻率是433MHz及，而其讀取器的讀取距離最遠可達到100公尺以上，可依據(jù)不同的條件，如考量便于人員攜帶、物品附著等因素，針對體積大小、材質(zhì)與外形設計皆有不同考量，因此目前在市面上有許多不同的外形設計可供選擇。藍牙則是一種小范圍的無線通訊網(wǎng)路，由Intel、Nokia、Ericsson、IBM及Toshiba國際大廠組成了SIG小組，并由Ericsson主導，共同發(fā)起藍牙技術(shù)。在網(wǎng)路拓樸上，藍牙設備可以組成「點對點」和「點對多點」的無線連接，其工作頻段為，可提供電子元件在小范圍網(wǎng)路中，以無線的方式相互連結(jié)傳輸，每個元件最多一次可同時連接另外七個元件。目前在家庭中的應用大多為藍牙的天下，不過由于藍牙價格還是偏高，加上電力消耗問題一直無法獲得解決，因此目前已經(jīng)有許多廠商改以ZigBee取代藍牙裝置的趨勢出現(xiàn)。
ZigBee的實際安全應用
在無線感測網(wǎng)路應用中，發(fā)展最快也最容易被民眾接受的是安全應用。依據(jù)經(jīng)濟部技術(shù)處「智慧化居住空間科技整合應用計畫」調(diào)查分析，一般家庭對于智慧化設施與應用面的需求依序分別為：安全、健康、舒適便利，最后才是娛樂、環(huán)保與節(jié)能。其中的安全包含人身安全以及財物安全，民眾目前普遍以住宅的社區(qū)管理、保全系統(tǒng)或監(jiān)視系統(tǒng)來防范竊盜。
安全監(jiān)控為眾多需求中最重要也是最切身相關(guān)的一個問題。由于目前治安逐漸惡化，如何運用資通訊技術(shù)來協(xié)助安全管理成為一個重要議題。安全監(jiān)控范圍相當廣，從人員進出控制、設備管理、環(huán)境監(jiān)測、門禁管理等都包含在這個領(lǐng)域中。目前一般保全公司主要工作為協(xié)助住戶、商店、大樓等進行安全管理，并防止歹徒的入侵，或是透過數(shù)種感測器，如煙霧偵測器、門窗磁簧開關(guān)、窗戶破碎偵測裝置等設備，來達到安全監(jiān)控的目的。在安全應用中，除了傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)與監(jiān)測設備外，目前詢問度最高的應用即為定位應用服務（LocationBasedService,LBS）。
為一個運用ZigBee網(wǎng)路技術(shù)發(fā)展的定位系統(tǒng)架構(gòu)圖，透過身上配戴的ZigBee識別徽章，可運用定位系統(tǒng)掌握行蹤，對于需要高安全性的場所，如高科技工廠、醫(yī)院等皆適用，再搭配其他如攝影機、麥克風等設備，更可達到完整的安全監(jiān)控系統(tǒng)運作等級。定位服務不僅可用于人員定位上，另外也可以針對高單價物品進行應用，如一些可攜帶的貴重儀器、古董等，透過物品定位系統(tǒng)可以到防竊、搜尋的功能；針對目前容易發(fā)生的老人、小孩、寵物迷失的狀況，亦可設定一個虛擬圍墻，一旦目標物件離開事先劃定的區(qū)域，即可立刻發(fā)出警訊，并透過通訊系統(tǒng)通知相關(guān)人等與單位處理。定位應用服務除了傳統(tǒng)的GPS定位外，在室內(nèi)定位部分一直沒有一個好的方式來使用。而運用ZigBee網(wǎng)路技術(shù)的定位方式在這一兩年來經(jīng)過博物館、社區(qū)、醫(yī)院與晶圓廠等地的實地驗證后，已證實是可行的方案之一。
由于配戴于人員身上的定位裝置可被取下，因此容易造成安全上的管理漏洞與盲點，若是使用在安全要求度高的場所則會有風險。所以理想的安全定位系統(tǒng)還必需再搭配其他的設備，如攝影機、麥克風等裝置一同使用。簡單來講，當人員配戴定位裝置時，由于定位系統(tǒng)會偵測到此區(qū)域的人員是誰，所以這時攝影機拍攝到的結(jié)果不會有任何問題；反之，若攝影機拍攝到人影，而定位系統(tǒng)沒有偵測到任何定位訊息，則可推斷此人應為入侵者，并立即做出警告反應。另一方面，若一個定位裝置在同一地點停留過久，亦有可能是被取下丟棄，也可以用不正常的狀況來判斷。經(jīng)由多種感測裝置交叉判斷，可以達到最佳安全保證的應用。
結(jié)語目前無線感測網(wǎng)路技術(shù)在全球皆為一個剛起步的境界，以ZigBee來說，擁有晶片研發(fā)廠商、模組生產(chǎn)廠商與ZigBeeStack開發(fā)廠商，就整體產(chǎn)業(yè)環(huán)境來講，目前正是進入此領(lǐng)域市場的大好機會，相信一定可以在不久的將來開花結(jié)果。
