资策会网多所

资策会网多所环境感知与控制技术中心组长洪志宏表示，以ZigBee技术为核心的无线感测网路（Wireless Sensor Network；WSN），提供无线环境监控、特定人与物追踪及设备管控等等多元化服务。

《图一 资策会网多所环境感知与控制技术中心组长洪志宏指出，目前网多所正在以ZigBee联盟认证的底层平台为基础，研发整合SoC与传感器的WSN万用模块。》

ZigBee包含两种不同单位所制定的通讯规格，一个是由IEEE所制定的IEEE 802.15.4标准，定义了实体层（PHY）以及媒体存取层（MAC）；另一个则是由ZigBee Alliance所主导的ZigBee标准，定义了网路层（NWK）、安全层（Security）、应用层（APS）以及各种应用产品的Profile。 ZigBee网路拓墣支援星状（Star）、树状（Cluster Tree）、任意型（Mesh）三种网路拓朴，能连接最高网路节点数，可依不同型态的WSN加以弹性灵活运用。其中Mesh网路具有面临阻断可自我找寻替代路径的功能，网多所是以设置两条路径和透过路由决定来传送资料，并与Cisco的VoIP系统相互结合，提供弹性化网路拓墣的设计架构。

洪志宏进一步说明，目前网多所正在以ZigBee联盟认证的底层平台为基础，研发整合SoC与感测器的WSN万用模组，其他还包括ZigBee Stack解决方案、平台移植（Porting）、布建工具（Deployment Tool）、安全认证、同步网路分时多工排程、资料串流压缩等，提供投入业者开放性的共通平台模组与客制化设计内容，借此带动追踪与定位系统应用的发展进程。其中布建工具可让使用者输入空间形状与隔间材质等参数设定，就能以3D空间建立无线讯号模型与空间模拟器，计算出感测器最佳化的布建空间地点位置，能有效降低90％的布建与测试时间。

网多所的ZigBee通讯协定韧体程式IZAP（III ZigBee Advanced Platform），已正式通过ZigBee Compliant Platform（ZCP）认证测试，是亚洲第一个、也是全球第五个通过认证的组织，通过的认证平台分别为Chipcon 2420DB、Jennic JN5121、Ubec UZ2400。目前网多所与Jennic与STG的合作正持续进行；和达盛电子（UBEC）合作的ZigBee Network Stack，已完成III ZigBee SDK & AT Command Profile；此外网多所也正与Crossbow及Renesas洽谈未来合作计画。

洪志宏表示，ZigBee在WSN应用可遍及各类领域，目前主要应用在工业控制以及家庭自动化领域，相关厂商也正在开发作为远距医疗居家端的传输媒介，以及在消费电子产品领域利用ZigBee制作通用遥控器。在应用合作上，网多所与世和数位科技合作，将WSN应用在集合住宅以及兴建中的第三期南港软体园区；网多所亦协助易京与台电合作，建立电力状态监测系统，已在嘉义新港完成系统测试，预计在2007年会计年度Q2装设150组电线杆电力监测系统。此外工研院创意中心、中科院与网多所共同执行的「智慧化居住空间科技整合应用计画」，则定位应用在节能环境控制、气体品质监控、访客位置追踪等领域。

禾伸堂（Holy Stone）

禾伸堂（Holy Stone）消费元件事业群经理江玖霖表示，ZigBee是一种强调将人们在家庭自动化领域（Home Automation；HA）连锁动作的讯息，藉由无线感测网路（WSN）架构传输而与环境产生互动的新兴技术。在应用上，ZigBee的基本特性必须满足价格便宜、电池寿命长、能够自我设定、低传输资料量、具弹性规模、可信赖安全保障、以及Protocol能够共通并可互连等功能。

《图二 禾伸堂（Holy Stone）消费组件事业群经理江玖霖表示，ZigBee的Cluster Library（ZCL）设计特性，可用类似链接库的呼叫讯息、以堆栈方式组织起来，ZCL定义Clusters内容的属性规范，藉此增加不同厂商设计方案的兼容性。》

从IEEE802.15.4延伸出来、属于开放性标准的ZigBee技术，当时有订出欧规868MHz、美规915MHz、以及全球可通用的2.4GHz三个频段，属于2.4GHz 的ZigBee06，是目前最广为普及应用的规范。江玖霖指出，ZigBee06的关键技术，在于AP Hub的自我设定机制，可使网状网路自行维护而无须人工维持。再者，网路可借布建路由跳跃方式（multi-hop routing）设定，弹性扩充几百个节点涵盖范围。加上ZigBee采用128bit AES加密演算法和中央金钥主动控管方式，可有效阻绝外在不明入侵，建立资安防护架构。此外，ZigBee Alliance有鉴于早期蓝牙标准互通性不足的教训，特别注重ZigBee开放性标准平台特性与产品的相容性（product interoperability），以此降低厂商的维修成本。

相容性是ZigBee Alliance特别强调的竞争优势，对此江玖霖进一步说明时表示，ZigBee晶片大厂已经完备了Stack的底层内容，第三方厂商只需针对应用层进行客制化设计即可。更重要的是，ZigBee在HA以及WSN应用的Cluster Library（ZCL）设计特性，便将类似程式库的呼叫讯息以堆叠方式组织起来，ZCL定义了Clusters内​​容的属性规范，以此增加不同厂商设计方案的相容性。除了可以定义基本以及特殊应用的Clusters外，ZCL也可针对复数装置群体化进行单一或多重指令的Cluster定义规范。藉由ZCL方式，增加ZigBee规范在不同产品不同应用之间的多元相容特性。

不过江玖霖认为，ZigBee网路应用还是会受到因传输封包资料过多、路由安全机制更严谨、因此ZigBee副节点负载子节点能力负担越重、记忆体因此要更大导致塞车的问题，间接会造成厂商布建WSN的成本压力。但相对于其他无线网路太贵太耗电的难题，ZigBee仍具明显的竞争优势。

江玖霖表示，从2007年下半年开始，ZigBee技术的商业化进程已有明显的突破。除既有家庭自动化、与生命相关的Security以​​及维护物品环境的Safety领域外，像是义大利与南韩电信已将ZigBee晶片模组以打带贴压IC方式贴在SIM卡中，应用于手机购票等行动商务领域；TI也正与Philips在ZigBee照明领域更密切进行合作。不过江玖霖特别提醒与会成员，暂缓将ZigBee技术应用于例如滑鼠或键盘设备等PC周边环境，等待条件成熟再行也不迟。

意法半导体（STMicroelectronics）

意法半导体（ST）技术行销工程师刘东鑫首先简单说明，ZigBee的系统资源负荷量只有32～64Kb，电池寿命可以维持100～1000天左右，传输距离可到100公尺，传输率在20～250kps左右。以ZigBee为核心的WSN应用，主要是以大楼自动控制、住家自动控制、家庭娱乐控制以及资产追踪为主。

《图三 意法半导体（STMicro）技术营销工程师刘东鑫指出，ST的收发器不需太多外挂组件，内嵌由硬件支持的网络可除错功能设计，并结合Ember的知识与IP智财权，开发包括硬件、软件与工具的完整ZigBee解决方案。》

接着刘东鑫详细介绍ST以IEEE 802.15.4规范为基础所推出的SN250及SN260RF收发器晶片产品，其工作电压在1.7V～1.9V之间，均拥有16个频道，在2.405～2.480GHz工作频段中以每5MHz间隔传输。 RX接收灵敏度可达-97dBm～-98dBm之间；TX发送灵敏度可达+3dBm～+5dBm之间。 ST的收发器不需太多外挂元件，内嵌16 bits的RISC CPU，包含AES 128bit加密韧体以及Flash以及随机存取记忆体等，除了可供程式执行以及存取以外，也能提供应用弹性并提升执行效率。此外，ST的收发器内嵌由硬体支援的网路可除错功能设计，包括对核心除错与更新的SIF（Serial Interface）、以及网路Packet Trace的PTI（Packet Trace Interface），可借此提升封包传输效能。

属于SoC的SN250与作为网路处理器的SN260，都相容于ZigBee Pro的网路堆叠层，均具备EmberZNet Stack的设计内容。 SN250不需太多被动元件，可与SPI、I2C、UART、ADC、GPIO 等介面相容。 SN260则多增了EZSP协定，可利用SPI或UART介面，连接其他的处理器以增加功能。使用SN260可直接改善ZigBee网路堆叠的传输效能，让应用层有其他空间执行设计，而不会另增负载。

刘东鑫进一步说明，ST与Ember 在去年便签署合作协议，合作开发包括硬体、软体与工具的完整ZigBee解决方案，结合Ember在IEEE802.15.4以及ZigBee无线软硬体上的知识与IP智财权，以及ST的微控制器技术、开发能力和制造与行销资源。 Ember所推出的ZNet Stack软体，适合应用于讲求延长电池寿命、减少外接零件、可靠、经过验证及符合工业标准的的环境中。在树状拓墣应用上，ZNet是符合ZigBee 1.0 堆叠协定（Stack Profile）规范；在Mesh拓墣应用中，ZNet则相适应于ZigBee Pro的规范。比较不同的是，在树状网路堆叠中，ZNet加上所谓确认讯息转换软体（Message transfer acknowledgement）以及Fragmentation的设计，能让讯息传递产生回馈反应，确保多节点的讯息传输品质。

刘东鑫特别强调，网路拓墣架构在进行无线传输时，常会因为封包传输效能不一、产生非对称性传输连结（Asymmetric Links）现象，间接造成网路传输效能下降与满载等问题。内嵌于ST收发器产品的ZNet软体，便可藉由路由连结方式，将非对称性连结自动调整趋近于对称性状态，并且运用动态表格管理技术（dynamic table management tech），维持网路连结的最佳化以及降低记忆体的负载量，便能整体强化传输品质。

达盛电子（Ubec）

达盛电子（Ubec）设计研发处副总经理简鸿程表示，目前达盛80％的资源都集中在ZigBee领域，预计今年底量产推出的UZ2410产品，会把SoC与先前的收发器模组更加完备地整合在一起。从IC成本和技术成熟度、应用领域等角度来看，ZigBee已经准备就绪，不过目前ZigBee Alliance在ZigBee Pro协定堆叠（Protocol Stack）定义上仍未明朗，布建软体工具尚缺完整，国际大厂对投入时机点仍抱持观望态度，因此ZigBee形成规模经济的条件仍尚待健全。

《图四 达盛电子（Ubec）设计研发处副总经理简鸿程认为，ZigBee进行点对点无线传输时，亦需考虑实际传输率、跳点与干扰等技术细节。同时厂商除了应拥有RF测试能力外，也该具备layout ZigBee芯片模块的解决方案，才能缩短进入ZigBee规模量产的时间。》

简鸿程说明时表示，以ZigBee为核心的WSN技术，节点本身架构须包含Coordinator、Router、End Device三大部分，而以Mesh拓朴架构为主的无线网路，须包含Sensor及介面、RF、MAC ／BB、以及网路应用连结等技术。当ZigBee进行点对点无线传输时，亦需考量实际传输率、跳点与干扰等技术细节，若是多重跳点传输，传输率会随着节点数增加而逐渐下降。

简鸿程表示，ZigBee与Bluetooth封包传输格式类似，以ZigBee无线封包传输格式中实际传输阶段落在Payload，封包也会加上PHY Header以及MAC Header、并以CSMACA方式传输。不过由于Bluetooth属于跳频性质，其间隔为1MHz，会出现79次跳频，这时5MHz间隔的ZigBee频道，就会有3次落在Bluetooth范围内，因此ZigBee与Bluetooth共存于2.4GHz，会受到干扰的机率为3.79％（亦即3／79），因此系统厂商可以在设计时考量上述实测数据，以强化ZigBee传输效能。

另一方面，ZigBee可与WLAN封包格式相互穿插，从实际测试数据中可知，虽然ZigBee和WLAN共用2.4GHz频段，ZigBee和WLAN仍可顺利传输，虽会使传输率下降，但没有干扰问题。因为在2.40到2.48GHz频段中，ZigBee共有16个频道可以选择，在与WLAN在其中可选择的3个频道比较后，ZigBee还有4个频道不会与WLAN重叠。不过在TX与RX slot之间仍有空隙，实际传输率并没有那么高，厂商在规划系统时需注意之。

简鸿程认为，WSN的传输速率与应用场景的节点数关系密切，测试验证程序对于厂商选择与设计晶片方案而言非常重要，应避免redesign而耗费成本。同时厂商考量避免功率消耗，应从整体电路板着手，包含CPU、射频收发器、低噪放大器以及功率放大器这四部分，并降低启动时间功耗在占空比范围的比例。至于会影响接收距离与超过频段的考量点，则包括室内外、天线、Normal Amplifier、天线、LNA以及PA等。一般而言每增加6~7个dBm，ZigBee无线收发IC接收距离与穿透能力就可增加1倍。

整体而言，简鸿程认为，厂商除了应拥有RF测试能力外，也该具备layout ZigBee晶片模组的解决方案，才能缩短进入ZigBee规模量产的时间。

德国莱因技术监护顾问(TUV Rheinland)

属于开放性标准的ZigBee技术，特别注重产品的相容性（product interoperability），因此ZigBee Alliance严格把关有关验证测试的程序。德国莱因技术监护顾问（TUVRheinland）电磁相容与通讯专案工程师Jan-Willem Vonk表示，只有成为ZigBee Alliance的会员，才有应用ZigBee技术制造或行销相关产品的权利，也只有经过ZigBee Alliance验证后的产品，才能标示ZigBee的标签，亦即藉由层层把关验证程序，以确保不同厂商不同ZigBee产品的相容性。

《图五 德国莱因技术监护顾问（TUVRheinland）电磁兼容与通讯项目工程师Jan-Willem Vonk表示，目前ZigBee产品的验证设备，不及Bluetooth的标准化与成熟化，但经过ZigBee Alliance层层把关验证程序，可确保不同厂商不同ZigBee产品的兼容性。》

Jan-Willem Vonk进一步说明，成为ZigBee Alliance会员有Adapter、Participant、以及Promoter三种方式，在年费、参与会议决策、获取资讯等权限也有所不同。在申请成为会员后，厂商会收到ZigBee ID（ZID），便可进行相关验证程序。

厂商的ZigBee晶片产品，除了须经ZigBee Compliant Platform（ZCP）验证测试IEEE 802.15.4 RF及MAC等是否相容外，ZCP还要验证测试协定堆叠（Protocol Stack）部分，包括网路层（NWK）及应用服务层（APP）；至于堆叠于上的应用类别层以及厂商指定的特殊应用层（Manufacturer Specific Application Profile；MSP）等部分，亦需经过产品验证程序以及给付认证登入费后，始可将标签附贴在产品上。上述验证程序可自行测试后交由联盟确认，或可委托ZigBee Alliance指定的两家实验室NTS以及TUVRheinland来办理。目前已经通过ZigBee Alliance测试认证程序的大厂，包括Freescale、Philips、Siemens、Samsung、TI、ST、Motorola、Honeywell、Huawei等等。

目前ZigBee产品的验证设备，不及Bluetooth的标准化与成熟化，不过加入ZigBee Alliance会员的台湾厂商，可以藉由TUVRheinland的协助，直接就地​​进行ZCP以及MSP的验证测试，也可在厂商要求下替其代办相关程序。 Jan-Willem Vonk建议，在进行最后的产品验证程序前，可以参与ZigFest活动，借此先行掌握软体除错的机会。

Jan-Willem Vonk同时表示，由于ZigBee Stack部分仍未底定，厂商应先上网熟悉相关验证讯息，掌握在验证后推出相关产品的时机，以避免重测的风险，像是ZigBee Alliance已经在今年5月31日宣布不再验证ZigBee 2004；ZigBee 2006的测试验证程序仍在进行。至于ZigBee Pro的验证程序，预估在今年9月便会展开，将会另增40多种的验证作业。值得注意的是，ZigBee Pro将包含下一阶段ZigBee 2007标准的几项规格在内。

正因为如此，目前Alliance共有18家厂商的42件申请通过ZCP测试，不过只有5家厂商完成终端产品验证程序，表示ZigBee规格尚未底定，间接影响到市场的接受度。 Jan-Willem Vonk建议台湾厂商不妨等待时机，再进一步适时进行相关验证程序。