《電子技術(shù)應(yīng)用》
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ZigBee 與 ZigBee PRO:哪個功能集最適合,?
摘要: 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ZigBeePRO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,。ZigBee與ZigBeePRO功能集的差異ZigBee近日核準了ZigBee-2007規(guī)格,此規(guī)格定義了ZigBee與ZigBeePRO這兩套功能集,。
Abstract:
Key words :

   

 

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 ZigBee 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。

ZigBee 與 ZigBee PRO 功能集的差異

 

ZigBee 近日核準了 ZigBee-2007 規(guī)格,,此規(guī)格定義了 ZigBee 與 ZigBee PRO 這兩套功能集,。在ZigBee-2006的基礎(chǔ)之上,新的 2007 規(guī)格功能進一步強化,,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 PRO 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 (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,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) 均向單一連結(jié)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)通訊時會透過父節(jié)點 (路由器或協(xié)調(diào)者),,而且不可作路由,也不可允許其他裝置透過其加入網(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(private profile)或應(yīng)用規(guī)范。這意味著任何特定的網(wǎng)絡(luò)可能只包含由指定公司或集團所售出的裝置,。這種情況在目前尚未定義及核準標準協(xié)議的醫(yī)療領(lǐng)域中尤為常見,。因此,ZigBee 會用于網(wǎng)格路由通訊協(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,,則須通過指定標準協(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:適用于家庭自動化的 Zigbee 產(chǎn)品

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 已跨足「先進抄表基礎(chǔ)架構(gòu)」(Advanced Metering Infrastructure,;AMI),,并與下列領(lǐng)域的產(chǎn)品整合:老年人照護、輔助生活,、醫(yī)療,、電訊、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,,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臺 (Golden Unit) 認證。商業(yè)建筑物自動化 (Commercial Building Automation,;CBA) 即將進行測試,,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 (Personal Health and Hospital Care,;PHHC)正是其中之一,。這個領(lǐng)域若利用 ZigBee 實現(xiàn)IEEE 11073 標準,未來勢必更受矚目,。

個人健康與醫(yī)院照護應(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照護,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)測病患或年長者進行日常例行活動,,以及提供實時數(shù)據(jù),,加速照護人員的響應(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,,而且不會侵擾大家的日常生活 (圖 3),。

圖 3:可攜式醫(yī)療監(jiān)測應(yīng)用范例

ZigBee 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于輔助生活時,有助于以實時且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(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。如果您的產(chǎn)品或系統(tǒng)需要使用 ZigBee,,請將上述內(nèi)容納入考慮,,聯(lián)絡(luò)ZigBee 供貨商以獲得詳細信息。

參考信息

 

若需 Zigbee 解決方案的詳細信息,,請訪問 :www.ti.com/zigbee,。

關(guān)于作者

 

Brian M. Blum 是德州儀器 Zigbee 產(chǎn)品營銷工程師,負責 802.15.4 及 ZigBee LPRF 產(chǎn)品線,。他獲得計算機技術(shù)(無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò))的碩士學位,。

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