物聯(lián)網(wǎng)開第二春 ZigBee無線感測網(wǎng)路就定位

       無線感測網(wǎng)路（Wireless Sensor Network；WSN）主要以自然環(huán)境物與物之間的訊息聯(lián)系為基礎(chǔ)，可擴(kuò)及至多元化的周遭環(huán)境，是人與實(shí)體世界（physical world）互動溝通的最佳化媒介。WSN已成為目前物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)重要的內(nèi)容之一，其中ZigBee無線感測網(wǎng)路相關(guān)技術(shù)發(fā)展也漸趨成熟。

       WSN 主要以感測器節(jié)點(diǎn)（Sensor Node）、無線閘道器（Wireless Gateway）、PC／NB以及資料處理中心（Data Server）所構(gòu)成。WSN藉由具有通訊能力、布建于生活周遭環(huán)境的各種微小感測器，感測到目標(biāo)物的物理或化學(xué)變化后，利用隨意網(wǎng)路（Mesh／Ad- Hoc Network）將資訊傳給另一感測器，再將資訊傳輸?shù)絎ireless Gateway上，進(jìn)而將資料傳給附近的PC／NB，再把資料傳輸?shù)絀nternet，讓使用者可遠(yuǎn)端監(jiān)視控制目標(biāo)物的變化資訊，并做好相關(guān)因應(yīng)作為。

       由于WSN需要布建大量具有無線傳輸功能的感測元件，因此整體網(wǎng)路必須具備以下特性：低成本、低耗電、設(shè)計(jì)彈性高、可用度高、容易布建以及范圍廣、具有容錯(cuò)功能等。在感測元件上，要符合微細(xì)化制程、封裝體積小、可編程、可動態(tài)組成等特性。因?yàn)閃SN應(yīng)用范圍廣，需要針對不同情境設(shè)計(jì)出不同的WSN架構(gòu)，因此并沒有固定的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（infrastructure），加上目前傳輸標(biāo)準(zhǔn)并沒有被大廠壟斷，有志者均可加入相關(guān)開發(fā)行列。 
 
       WSN 感測硬體平臺負(fù)責(zé)感測器之間溝通的傳輸介質(zhì)，目前以ZigBee為主要骨干，并輔以搭配RFID以擴(kuò)展應(yīng)用范圍。按照IEEE 802.15.4定義的ZigBee，工作頻段可分為一般的2.4GHz、歐洲的868MHz以及美國的915MHz，傳輸距離不超過75公尺，傳輸速率介于20kbps～250kbps之間。ZigBee晶片在傳輸時(shí)消耗功率可控制在27 mA以下，待機(jī)可降到0.3μA以下，低耗電待機(jī)模式下使用2顆3號電池可驅(qū)動6個(gè)月之久。

       ZigBee 網(wǎng)路拓墣支援星狀（Star）、樹狀（Cluster Tree）、任意型（Mesh）三種網(wǎng)路拓樸，能連接最高網(wǎng)路節(jié)點(diǎn)數(shù)，可依不同型態(tài)的WSN加以彈性靈活運(yùn)用。另外ZigBee的安全性優(yōu)勢，在于標(biāo)準(zhǔn)定義以128bit AES作為加解密演算法的方式，目前尚未被破解過，加上標(biāo)準(zhǔn)目前仍未被大廠壟斷，因此ZigBee在WSN的應(yīng)用上更顯相得益彰。

       Zigbee 以其網(wǎng)路拓墣特性與成本優(yōu)勢，可以作為Wi-Fi以及RFID的中介。目前ZigBee SmartEnergy 2.0標(biāo)準(zhǔn)便已經(jīng)和Wi-Fi整合，進(jìn)一步應(yīng)用在家庭智慧電網(wǎng)（Smart Grid）領(lǐng)域，擴(kuò)大無線感測網(wǎng)路的整合范圍。ZigBee并可結(jié)合RFID的識別長處，以達(dá)到物品管理、追蹤及定位等目的。ZigBee＋RFID標(biāo)簽成本雖然較被動式高，但仍具較長的傳輸距離（hands-free）、可調(diào)整危險(xiǎn)區(qū)域的感應(yīng)距離、可傳輸溫度數(shù)據(jù)、可進(jìn)行人員與物品定位管理等等。最重要的是，RFID＋ZigBee可同時(shí)監(jiān)控龐大的標(biāo)簽數(shù)量。

       目前包括德州儀器（TI）、恩智浦（NXP）、飛思卡爾（Freescale）、愛特梅爾（Atmel）Digi和日本沖電氣（OKI）等晶片大廠，都已經(jīng)推出各類ZigBee晶片解決方案。