ZigBee無線感測技術(shù)，應用於工控自動化領(lǐng)域，主要是借助其低功耗的無線網(wǎng)路溝通機制所構(gòu)築的網(wǎng)路系統(tǒng)，搭配各式感測器進行應用端點的環(huán)境資料擷取，從槽體計量、流量、溫度等資訊透過無線網(wǎng)絡(luò)快速回傳，建構(gòu)出自動化應用最基礎(chǔ)的通訊與端點資料擷取應用條件...

ZigBee無線技術(shù)，其實在工控應用領(lǐng)域中，主要是用其無線化的感測網(wǎng)路應用為主，一般以無線感測網(wǎng)路(Wireless Sensor Network；WSN)型態(tài)來整合無線資訊的蒐集或資料採集應用，基本上透過整合可令資料採集端點與無線網(wǎng)路在極小的空間與極低功耗下架構(gòu)完成，搭配各端點的彼此無線通信能力，來達到掌握工控環(huán)境運營資訊的重要手段。

除了ZigBee無線通訊外，其實無線通訊傳輸技術(shù)依傳輸距離，仍可分短、中、長距離通訊三大類。短距離無線通訊包括ZigBee、藍牙(Bluetooth)、RFID...等，短距離無線通訊傳輸技術(shù)用於商業(yè)領(lǐng)域，多鎖定在PAN(Personal Area Network)應用方面，以個人隨身資訊設(shè)備交互通信應用為主，例如手機、數(shù)位相機等，後來逐漸也延伸出如智慧家電與電子週邊設(shè)備的通信應用。

至於中距離無線傳輸技術(shù)，則為WLAN，目前泛指IEEE802.11a/b/g/n等，為延伸Lan環(huán)境無線化應用為主。而長距離無線通訊技術(shù)，則以WiMAX、Lte、GPRS與各式3G無線通訊標準為主。

ZigBee具工控應用條件

而WSN由於在應用時，端點數(shù)量越多，所能掌握的工廠實時生產(chǎn)狀態(tài)會更精密準確，因此，為了降低WSN的佈建成本，每個感測端點的製作成本必須壓低，而端點運行的功耗也必須壓低，達到縮小化、低成本化感測點的設(shè)計目的。

而各端點的測試項目部署，為了讓系統(tǒng)更具彈性，WSN的每個端點也必須滿足具可程式化、可動態(tài)組建的應用條件，來達到隨時因應工廠產(chǎn)線調(diào)整的設(shè)計目的。

觀察WSN應用環(huán)境，會發(fā)現(xiàn)採行ZigBee作為WSN底層的無線通訊技術(shù)，對於發(fā)展工業(yè)自動控制的資訊傳遞需求相當合適，尤其是發(fā)展自動化系統(tǒng)，通訊與感測系統(tǒng)若能對應用環(huán)境自動調(diào)適與架構(gòu)，可以更快速完成應用環(huán)境部署，同時滿足產(chǎn)線動態(tài)調(diào)整的應用條件。

藍牙技術(shù)雖成熟 感測端點支援數(shù)量相對有限

若就各種短距離無線通訊技術(shù)發(fā)展現(xiàn)況觀察，在行動電話、平板電腦的大量應用下，藍牙無線傳輸技術(shù)在成本與相關(guān)解決方案資源最為豐沛，應用也相當廣泛，因此藍牙無線通訊技術(shù)可說是目前短距無線傳輸應用中最為成熟的無線技術(shù)。

但實際上在工控自動化應用方面，藍牙因有其限制限制存在，ZigBee無線通訊技術(shù)雖傳送距離稍短，但卻在傳送的功耗相對較低，即便ZigBee在商用與個人應用領(lǐng)域無法與藍牙無線傳輸技術(shù)匹敵，加上網(wǎng)路的佈建型態(tài)與端點數(shù)量的支援，ZigBee反而能在發(fā)展工控與智慧家庭領(lǐng)域更具實用性。

ZigBee在工控領(lǐng)域主要是以無線感測網(wǎng)路應用為主，WSN為單個至數(shù)個無線資料收集器與數(shù)量眾多的感測器(Sensor)構(gòu)成的無線網(wǎng)路系統(tǒng)，WSN在元件端點間透過無線方式進行資訊交換，ZigBee的技術(shù)底層條件，相當適合發(fā)展此類應用。此外，Bluetooth SIG也積極要將藍牙無線通訊技術(shù)，導入熱門的工控自動化應用領(lǐng)域，例如把藍牙的可連接節(jié)點量，從早期的7個藍牙裝置持續(xù)進行數(shù)量擴展，藉由節(jié)點量的提升滿足WSN的端點數(shù)量需求，但可支援的數(shù)量受限技術(shù)底層設(shè)計，數(shù)量仍遠小於ZigBee。

競爭技術(shù)漸增 ZigBee仍具WSN應用條件

即便是現(xiàn)有的無線技術(shù)，如Wireless Ad hoc NETwork(WANET)也是相對接近WSN的應用架構(gòu)，WSN的終端節(jié)點動輒是WANET的十多倍甚至數(shù)百倍的數(shù)量，礙於成本前提，WANET架構(gòu)勢必造成成本暴增。另本文先前也提及，WSN每個終端節(jié)點的體積、耗能、運算效能與可用記憶體在成本前提下，能使用的硬體資源也相對有限，這也成為WANET發(fā)展WSN應用的限制。

此外，為了便於部署，WSN的每個終端節(jié)點的佈建密度較高，也必須搭配更高的容錯設(shè)計，加上WSN的網(wǎng)路拓樸(topology)也因為佈建需求有經(jīng)常性的變化，無線網(wǎng)絡(luò)必須具備自我重組、重建的應用彈性。

基本上大部份的WANET為利用點對點(point-to-point)的無線通訊需求，WSN則採行廣播(broadcast)或群播(multicast)的無線形態(tài)傳遞訊息，系統(tǒng)同時也必須支援跳躍代傳機制(multi-hop routing)，為了節(jié)省傳播資料量、達到簡省功耗的目的，WSN所使用的端點ID也必須進一步調(diào)整，而非用傳統(tǒng)的IEEE802的ID區(qū)隔形式。

這些發(fā)展WSN必備的功能點，也讓ZigBee發(fā)展WSN應用具更高優(yōu)勢，加上ZigBee傳輸功率相當?shù)?、整體運行功耗低，甚至ZigBee的網(wǎng)路節(jié)點(Node)還可以達到6萬組之譜，因此ZigBee無線通訊技術(shù)一直是被業(yè)界當做發(fā)展WSN的首選無線傳輸技術(shù)。

應用領(lǐng)域?qū)拸V的ZigBee無線傳輸技術(shù)

再觀察應用現(xiàn)況，採ZigBee作為無線傳輸技術(shù)基礎(chǔ)的WSN設(shè)計方案，仍有相當多應用限制待克服，例如，因為各端點的消耗功率極低，如果資料擷取的端點為室內(nèi)應用居多，點對點的廣播或群播，就很容易因為室內(nèi)阻隔物影響傳輸信號品質(zhì)，另外設(shè)備造成的電磁波、環(huán)境干擾等，都必須一併考慮。

至於WSN的戶外型應用，更能發(fā)揮WSN技術(shù)優(yōu)勢，因為若WSN用在土石流環(huán)境監(jiān)看、水文改變監(jiān)看等用途時，WSN就合適用來作為無線技術(shù)底層。此外，都會區(qū)的數(shù)位電錶的區(qū)域型資料擷取方案，也適合採ZigBee來進行技術(shù)整合發(fā)展，可將區(qū)域的電錶資訊先逐一彙整至中繼點進行蒐集後，再彙整資料一次性進行資料遠距發(fā)送。

即便ZigBee無線傳輸技術(shù)看似已站在發(fā)展WSN應用的最佳發(fā)展基礎(chǔ)，但實際上運用ZigBee開發(fā)的WSN應用，在發(fā)展上並非如此順遂。基本上，以ZigBee作為無線傳輸?shù)讓蛹夹g(shù)並非全然沒有任何缺點，因為ZigBee技術(shù)標準仍持續(xù)進行傳輸協(xié)定的完善化，版本變化會直接影響WSN的持續(xù)發(fā)展進程；此外，ZigBee無線通訊技術(shù)為採取堆疊於IEEE 802.15. 4技術(shù)標準之上，使得早期ZigBee的公開標準未見一致，造成相關(guān)業(yè)者採取觀望態(tài)度，這也會讓其技術(shù)或產(chǎn)品發(fā)展趨緩，影響ZigBee產(chǎn)品的端點生產(chǎn)成本與應用價值。