ZigBee 與 ZigBee PRO:哪個功能集最適合?
發布時間:2012-07-04 來源:德州儀器 (TI)
中心議題:
簡介
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。對於那些對 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 ZigBee PRO 的功能集,並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麵應用。
ZigBee 與 ZigBee PRO 功能集的差異
ZigBee 近日核準了 ZigBee-2007 規格,此規格定義了 ZigBee 與 ZigBee PRO 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 PRO 新增有限的廣播尋址,並可支持「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 (圖 1)。

圖 1:Zigbee 解決方案的多種途徑
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,並持續監測與響應「管理封包」的流量,以解決衝突。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衝突;然而 PRO 的優勢在比較大規模的網絡,例如通訊限製造成包含許多 (5 個以上) 躍點的網絡,或網絡可能包含很多行動端裝置,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衝突,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,但是隻有 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) 均向單一連結報告 (例如,網絡網關裝置)。對於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 haikezhichiyouxianguangboqunzuxunzhi,cigongnengkezaisuoyouqunzuchengyuanjiejinshi,bimianzhenggewangluodaliangchuansongbubiyaodexunxi。bengongnengyouzhuyujiangdidaxingwangluozhongwangluotongxundeewaifuhe,danquedianshixuyaoewaibaoguidechengxudaimakongjian。
ZigBee 與 ZigBee PRO 還(hai)有(you)其(qi)他(ta)些(xie)微(wei)差(cha)異(yi),不(bu)過(guo)最(zui)後(hou)的(de)功(gong)能(neng)差(cha)異(yi),是(shi)對(dui)高(gao)安(an)全(quan)性(xing)的(de)支(zhi)持(chi)。高(gao)安(an)全(quan)性(xing)所(suo)提(ti)供(gong)的(de)機(ji)製(zhi),讓(rang)對(dui)等(deng)式(shi)聯(lian)機(ji)之(zhi)間(jian)建(jian)立(li)連(lian)結(jie)機(ji)碼(ma),並(bing)當(dang)網(wang)絡(luo)裝(zhuang)置(zhi)在(zai)應(ying)用(yong)層(ceng)可(ke)能(neng)不(bu)受(shou)信(xin)任(ren)時(shi),提(ti)供(gong)額(e)外(wai)的(de)安(an)全(quan)。高(gao)安(an)全(quan)性(xing)和(he)許(xu)多(duo) 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。
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ZigBee 與 ZigBee PRO 的功能大多相同,但ZigBee 與 ZigBee PRO 隻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父節點 (路由器或協調者),而且不可作路由,也不可允許其他裝置透過其加入網絡。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(private profile)或huo應ying用yong規gui範fan。這zhe意yi味wei著zhe任ren何he特te定ding的de網wang絡luo可ke能neng隻zhi包bao含han由you指zhi定ding公gong司si或huo集ji團tuan所suo售shou出chu的de裝zhuang置zhi。這zhe種zhong情qing況kuang在zai目mu前qian尚shang未wei定ding義yi及ji核he準zhun標biao準zhun協xie議yi的de醫yi療liao領ling域yu中zhong尤you為wei常chang見jian。因yin此ci,ZigBee 會用於網格路由通訊協議、通tong訊xun備bei援yuan,以yi及ji低di功gong率lv操cao作zuo這zhe類lei用yong途tu。然ran而er,如ru果guo市shi場chang中zhong不bu同tong供gong貨huo商shang的de裝zhuang置zhi必bi須xu以yi單dan一yi合he作zuo網wang絡luo的de方fang式shi運yun作zuo以yi執zhi行xing指zhi定ding的de服fu務wu或huo功gong能neng,則ze須xu通tong過guo指zhi定ding標biao準zhun協xie議yi(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 (電燈安定器) 通訊,無須事先合作就能確保裝置可搭配使用 (圖 2)。

圖 2:適用於家庭自動化的 Zigbee 產品
ZigBee 問世初期,這項技術主要著眼於家庭與商業建築物自動化市場。如今接觸並了解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 已跨足「先進抄表基礎架構」(Advanced Metering Infrastructure;AMI),並與下列領域的產品整合:老年人照護、輔助生活、醫療、電訊、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),也決定並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「智慧能源」(Smart Energy;SE) 目前已獲核準,預計 2008 年 5 月完成最終測試及黃金平台 (Golden Unit) 認證。商業建築物自動化 (Commercial Building Automation;CBA) jijiangjinxingceshi,erqieyouyuelaiyueduogongsitourukaifaxiangguanchanpin,weilianmenggongxianyijizhili,yincirihouhuiyougengduogonggongpeizhiwenjianwenshi,eryiliao,tebieshigerenjiankangyuyiyuanzhaohu (Personal Health and Hospital Care;PHHC)正是其中之一。這個領域若利用 ZigBee 實現IEEE 11073 標準,未來勢必更受矚目。
個人健康與醫院照護應用
PHHC 裝置尚屬開發初期,未來 12 至 18 個月內可能還無法上市,但這個市場的公司並未因此而不采用 ZigBee 技術的裝置。醫療市場,包括輔助生活與家庭照護,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、jiancebinghuanhuonianchangzhejinxingrichanglixinghuodong,yijitigongshishishuju,jiasuzhaohurenyuandexiangyingsudu,bingwanjiushengming。fuzhushenghuozhongxindejuminyincikeyianxin,yinweisuishikeyihuodezhichi;而組織機構人員也能擴大監測範圍,而且不會侵擾大家的日常生活 (圖 3)。

圖 3:可攜式醫療監測應用範例
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ZigBee 網絡應用於輔助生活時,有助於以實時且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,並可提供自動照明或自動門以防意外。這項技術的應用範圍不勝枚舉,實際部署結果也是有目共睹。
ZigBee 也可用於追蹤醫院與醫療機構內的資產。ZigBee 采cai用yong的de多duo躍yue點dian網wang格ge網wang絡luo廣guang泛fan,能neng在zai大da型xing機ji構gou標biao示shi並bing追zhui蹤zong昂ang貴gui的de設she備bei。由you於yu醫yi療liao器qi材cai可ke用yong設she備bei有you限xian,而er且qie必bi須xu由you多duo個ge單dan位wei與yu樓lou層ceng共gong享xiang,因yin此ci掌zhang握wo設she備bei在zai特te定ding時shi間jian的de所suo在zai位wei置zhi,不bu僅jin省sheng錢qian,更geng能neng挽wan救jiu生sheng命ming。ZigBee 的網絡安裝方式容易,以最少的成本即可部署。
結論
ZigBee 還hai可ke應ying用yong於yu其qi他ta醫yi療liao用yong途tu,其qi中zhong不bu少shao正zheng處chu於yu開kai發fa中zhong。截jie至zhi目mu前qian,這zhe些xie係xi統tong因yin為wei缺que少shao公gong共gong配pei置zhi文wen件jian,因yin此ci仍reng屬shu於yu單dan一yi供gong貨huo商shang的de解jie決jue方fang案an,尚shang無wu法fa互hu通tong,但dan往wang往wang也ye有you其qi優you點dian,因yin為wei產chan品pin可ke根gen據ju特te定ding的de係xi統tong需xu求qiu自zi定ding義yi,無wu須xu考kao慮lv其qi他ta供gong貨huo商shang的de產chan品pin。基ji於yu係xi統tong需xu求qiu與yu部bu署shu規gui模mo,這zhe個ge市shi場chang可ke以yi使shi用yong ZigBee 也可以使用 ZigBee PRO。如果您的產品或係統需要使用 ZigBee,請將上述內容納入考慮,聯絡ZigBee 供貨商以獲得詳細信息。
- ZigBee 與 ZigBee PRO 功能集的差異
- 個人健康與醫院照護應用
簡介
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。對於那些對 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 ZigBee PRO 的功能集,並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麵應用。
ZigBee 與 ZigBee PRO 功能集的差異
ZigBee 近日核準了 ZigBee-2007 規格,此規格定義了 ZigBee 與 ZigBee PRO 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 PRO 新增有限的廣播尋址,並可支持「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 (圖 1)。

圖 1:Zigbee 解決方案的多種途徑
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,並持續監測與響應「管理封包」的流量,以解決衝突。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衝突;然而 PRO 的優勢在比較大規模的網絡,例如通訊限製造成包含許多 (5 個以上) 躍點的網絡,或網絡可能包含很多行動端裝置,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衝突,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,但是隻有 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) 均向單一連結報告 (例如,網絡網關裝置)。對於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 haikezhichiyouxianguangboqunzuxunzhi,cigongnengkezaisuoyouqunzuchengyuanjiejinshi,bimianzhenggewangluodaliangchuansongbubiyaodexunxi。bengongnengyouzhuyujiangdidaxingwangluozhongwangluotongxundeewaifuhe,danquedianshixuyaoewaibaoguidechengxudaimakongjian。
ZigBee 與 ZigBee PRO 還(hai)有(you)其(qi)他(ta)些(xie)微(wei)差(cha)異(yi),不(bu)過(guo)最(zui)後(hou)的(de)功(gong)能(neng)差(cha)異(yi),是(shi)對(dui)高(gao)安(an)全(quan)性(xing)的(de)支(zhi)持(chi)。高(gao)安(an)全(quan)性(xing)所(suo)提(ti)供(gong)的(de)機(ji)製(zhi),讓(rang)對(dui)等(deng)式(shi)聯(lian)機(ji)之(zhi)間(jian)建(jian)立(li)連(lian)結(jie)機(ji)碼(ma),並(bing)當(dang)網(wang)絡(luo)裝(zhuang)置(zhi)在(zai)應(ying)用(yong)層(ceng)可(ke)能(neng)不(bu)受(shou)信(xin)任(ren)時(shi),提(ti)供(gong)額(e)外(wai)的(de)安(an)全(quan)。高(gao)安(an)全(quan)性(xing)和(he)許(xu)多(duo) 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。
[page]
ZigBee 與 ZigBee PRO 的功能大多相同,但ZigBee 與 ZigBee PRO 隻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父節點 (路由器或協調者),而且不可作路由,也不可允許其他裝置透過其加入網絡。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(private profile)或huo應ying用yong規gui範fan。這zhe意yi味wei著zhe任ren何he特te定ding的de網wang絡luo可ke能neng隻zhi包bao含han由you指zhi定ding公gong司si或huo集ji團tuan所suo售shou出chu的de裝zhuang置zhi。這zhe種zhong情qing況kuang在zai目mu前qian尚shang未wei定ding義yi及ji核he準zhun標biao準zhun協xie議yi的de醫yi療liao領ling域yu中zhong尤you為wei常chang見jian。因yin此ci,ZigBee 會用於網格路由通訊協議、通tong訊xun備bei援yuan,以yi及ji低di功gong率lv操cao作zuo這zhe類lei用yong途tu。然ran而er,如ru果guo市shi場chang中zhong不bu同tong供gong貨huo商shang的de裝zhuang置zhi必bi須xu以yi單dan一yi合he作zuo網wang絡luo的de方fang式shi運yun作zuo以yi執zhi行xing指zhi定ding的de服fu務wu或huo功gong能neng,則ze須xu通tong過guo指zhi定ding標biao準zhun協xie議yi(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 (電燈安定器) 通訊,無須事先合作就能確保裝置可搭配使用 (圖 2)。

圖 2:適用於家庭自動化的 Zigbee 產品
ZigBee 問世初期,這項技術主要著眼於家庭與商業建築物自動化市場。如今接觸並了解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 已跨足「先進抄表基礎架構」(Advanced Metering Infrastructure;AMI),並與下列領域的產品整合:老年人照護、輔助生活、醫療、電訊、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),也決定並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「智慧能源」(Smart Energy;SE) 目前已獲核準,預計 2008 年 5 月完成最終測試及黃金平台 (Golden Unit) 認證。商業建築物自動化 (Commercial Building Automation;CBA) jijiangjinxingceshi,erqieyouyuelaiyueduogongsitourukaifaxiangguanchanpin,weilianmenggongxianyijizhili,yincirihouhuiyougengduogonggongpeizhiwenjianwenshi,eryiliao,tebieshigerenjiankangyuyiyuanzhaohu (Personal Health and Hospital Care;PHHC)正是其中之一。這個領域若利用 ZigBee 實現IEEE 11073 標準,未來勢必更受矚目。
個人健康與醫院照護應用
PHHC 裝置尚屬開發初期,未來 12 至 18 個月內可能還無法上市,但這個市場的公司並未因此而不采用 ZigBee 技術的裝置。醫療市場,包括輔助生活與家庭照護,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、jiancebinghuanhuonianchangzhejinxingrichanglixinghuodong,yijitigongshishishuju,jiasuzhaohurenyuandexiangyingsudu,bingwanjiushengming。fuzhushenghuozhongxindejuminyincikeyianxin,yinweisuishikeyihuodezhichi;而組織機構人員也能擴大監測範圍,而且不會侵擾大家的日常生活 (圖 3)。

圖 3:可攜式醫療監測應用範例
ZigBee 網絡應用於輔助生活時,有助於以實時且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,並可提供自動照明或自動門以防意外。這項技術的應用範圍不勝枚舉,實際部署結果也是有目共睹。
ZigBee 也可用於追蹤醫院與醫療機構內的資產。ZigBee 采cai用yong的de多duo躍yue點dian網wang格ge網wang絡luo廣guang泛fan,能neng在zai大da型xing機ji構gou標biao示shi並bing追zhui蹤zong昂ang貴gui的de設she備bei。由you於yu醫yi療liao器qi材cai可ke用yong設she備bei有you限xian,而er且qie必bi須xu由you多duo個ge單dan位wei與yu樓lou層ceng共gong享xiang,因yin此ci掌zhang握wo設she備bei在zai特te定ding時shi間jian的de所suo在zai位wei置zhi,不bu僅jin省sheng錢qian,更geng能neng挽wan救jiu生sheng命ming。ZigBee 的網絡安裝方式容易,以最少的成本即可部署。
結論
ZigBee 還hai可ke應ying用yong於yu其qi他ta醫yi療liao用yong途tu,其qi中zhong不bu少shao正zheng處chu於yu開kai發fa中zhong。截jie至zhi目mu前qian,這zhe些xie係xi統tong因yin為wei缺que少shao公gong共gong配pei置zhi文wen件jian,因yin此ci仍reng屬shu於yu單dan一yi供gong貨huo商shang的de解jie決jue方fang案an,尚shang無wu法fa互hu通tong,但dan往wang往wang也ye有you其qi優you點dian,因yin為wei產chan品pin可ke根gen據ju特te定ding的de係xi統tong需xu求qiu自zi定ding義yi,無wu須xu考kao慮lv其qi他ta供gong貨huo商shang的de產chan品pin。基ji於yu係xi統tong需xu求qiu與yu部bu署shu規gui模mo,這zhe個ge市shi場chang可ke以yi使shi用yong ZigBee 也可以使用 ZigBee PRO。如果您的產品或係統需要使用 ZigBee,請將上述內容納入考慮,聯絡ZigBee 供貨商以獲得詳細信息。
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