ZigBee為目前市場上相當受到重視的無線通訊技術之一，而這項技術的特點及優(yōu)勢也便于實現智能家居中的各項應用，本文特別從其技術面為您細細分析，讓您了解ZigBee技術如何實現智能家居的遠景！
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、缺乏相關產品設備、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。傳統的智能家居大約可分為幾個應用領域：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路伺服器，透過家庭網路伺服器下命令給連結在家庭網路中的各式設備，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，家里的電燈已經點亮，冷氣、微波爐、烤箱等家用電器也已經依照指令正確運作，這就是數位網路家庭運作模式的寫照。
智慧化居住空間的領域
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，并配合資訊電子與通訊產業(yè)技術與平臺開發(fā)使得普及運算概念于智慧化居住空間或環(huán)境中實現。科技生活化的概念，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、政府機關等。建筑物導入電子、電機、資訊、通訊及自動化等相關產業(yè)技術，建構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（WSN）的優(yōu)勢
目前有部分智能家居應用技術除了使用WLAN或是PLC來當作資料與控制訊號傳輸的橋梁。一般WLAN的使用問題包括涵蓋范圍限制、電磁波都是眾人關心的議題；而PLC最大的問題在于臺灣地區(qū)老舊建筑過多，電力線的品質不易掌握，因此在傳輸品質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路技術或無線感測網路才能獲得解決。而ZigBee為目前市場上最受到重視的通訊技術之一，至于其它較熱門之短距離無線通訊技術之比較，其中性質最相近、且較常被并列而提的為ZigBee、主動式RFID技術與藍牙（Bluetooth）三種技術，這三種技術皆適合拿來進行無線感測網路的開發(fā)與應用。
ZigBee技術介紹
ZigBee一般翻譯為群蜂技術，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，定義了網路層、安全層、應用層以及各種應用產品的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可以取代目前傳統的控制傳輸方式，如傳統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，第一個是網路協調者（WPANCoordinator），負責網路的建立（WPANFormation），以及網路位置（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），并負責轉送資料封包，同時也具有網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形成的網路（WPAN），可以收送資料，但不能幫忙轉送封包（Routing）。
主動式RFID技術（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資訊，依據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。在網路拓樸上，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路中，以無線的方式相互連結傳輸，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，因此目前已經有許多廠商改以ZigBee取代藍牙裝置的趨勢出現。
ZigBee的實際安全應用
在無線感測網路應用中，發(fā)展最快也最容易被民眾接受的是安全應用。依據經濟部技術處「智慧化居住空間科技整合應用計畫」調查分析，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、保全系統或監(jiān)視系統來防范竊盜。
安全監(jiān)控為眾多需求中最重要也是最切身相關的一個問題。由于目前治安逐漸惡化，如何運用資通訊技術來協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域中。目前一般保全公司主要工作為協助住戶、商店、大樓等進行安全管理，并防止歹徒的入侵，或是透過數種感測器，如煙霧偵測器、門窗磁簧開關、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，除了傳統的監(jiān)控系統與監(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網路技術發(fā)展的定位系統架構圖，透過身上配戴的ZigBee識別徽章，可運用定位系統掌握行蹤，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，并透過通訊系統通知相關人等與單位處理。定位應用服務除了傳統的GPS定位外，在室內定位部分一直沒有一個好的方式來使用。而運用ZigBee網路技術的定位方式在這一兩年來經過博物館、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果不會有任何問題；反之，若攝影機拍攝到人影，而定位系統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。
結語目前無線感測網路技術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、模組生產廠商與ZigBeeStack開發(fā)廠商，就整體產業(yè)環(huán)境來講，目前正是進入此領域市場的大好機會，相信一定可以在不久的將來開花結果。
