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(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ZigBeee 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。

關(guān)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(zhǔn)了ZigBee-2007規(guī)格、此規(guī)格定義了ZigBee與ZigBeePRO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(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)躍點的網(wǎng)絡(luò)，或網(wǎng)絡(luò)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(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)均向單一連接報告(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(lián)機之間建立連結(jié)機碼，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(parent)(路由器或協(xié)調(diào)者)，而且不可作路由，也不可允許翼他裝置通過其加入網(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(privateprofile)或應(yīng)用規(guī)范。這意味著任何特定的網(wǎng)絡(luò)可能只包含南指定公司或集團(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)格路屾通訊協(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(電燈鎮(zhèn)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(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已涉足“先進(jìn)抄表基礎(chǔ)架構(gòu)”(Advanced MeteringInfrastructure，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、電信、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“智能能源”(smartEnergy，sE)目前已獲核準(zhǔn)，2008年5月完成了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)IEEE11073標(biāo)準(zhǔn)，未來勢必更受矚目。

個人健康與醫(yī)院護(hù)理應(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護(hù)理，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)，加速護(hù)理人員的響應(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；而組織機構(gòu)人員也能擴大監(jiān)測范圍，而且不會侵?jǐn)_大家的日常生活(圖2)。

ZigBee網(wǎng)絡(luò)應(yīng)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(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)療機構(gòu)內(nèi)的資產(chǎn)。ZigBee采用的多躍點網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)廣泛，能在大型機構(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，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?；谙到y(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。