前言

行政院在2005年所召开的产业科技策略会议中，开启了台湾在普及网络社群（Ubiquitous Network Society；UNS）与智能化居住空间技术平台的发展策略，并且进一步于2006年规划运用资通讯与无线感测网络WSN技术，营造出适合台湾亚热带环境发展的智能化居住空间建筑概念与平台设计。

智能化居住空间概述

目前全球智能化居住空间发展，多以仿生建筑学（Zoomorphic）的概念为核心，主要借镜自然界动植物对内外环境刺激感知后所衍生的直觉反应，使各式建筑物能因应温、湿、光、震等环境变化，适度调整建筑物本身内外环境，以期达到节能、舒适、便利等目的。

由于往后建筑物规划趋势以及持续开发的二次建筑技术，均以智能化居住空间概念为依归，但既有感测系统的规划与布建作业较为繁复，施工成本偏高，因此发展无线感测网络（Wireless Sensor Network；WSN），是未来智能化居住空间产业的必然趋势。

智能化居住空间应用领域可分为家庭／小区、办公室／企业大楼以及公众空间。如何在不同应用领域提供客制化的应用服务，成为未来智能化居住空间平台能否成功的主要因素之一。

《图一 智能化居住空间应用领域 》 - BigPic:664x469 数据源：作者自制

台湾政府推动的智能化居住空间发展脉络，由早期E-Taiwan所推动的数字服务、M-Taiwan的无线感知服务、到未来U-Taiwan无所不在网络服务。服务数字化提供用户光纤网络、宽带上网、随选视讯与远程监控系统。服务无线感知化则透过无线感知器群组，提供多元加值服务，例如运用WSN技术提供无线环境监控、特定人与物追踪及设备管控等等。无所不在服务则以架构普及网络社会（UNS）为目标，提供日常生活网络联系的服务平台。

《图二 智能化居住空间发展脉络 》 - BigPic:698x447 数据源：作者自制

智能化居住空间发展脉络

《图三 智能化居住空间应用技术发展策略 》 数据源：作者自制

智能化居住空间应用技术发展策略

由于短距离无线传输技术标准ZigBee具有低成本和低耗电的技术优点，已经成为智能化居住空间架构下无线感测网络的主要传输方式。ZigBee包含两种不同单位所制定的通讯规格，一个是由ZigBee Alliance所主导的ZigBee标准，定义了网络层（NWK）、安全层（Security）、应用层（APS）以及各种应用产品的Profile；另一个则是由IEEE所制定的IEEE 802.15.4标准，定义了物理层（PHY）以及媒体存取层（MAC）。

目前Zigbee Alliance主要的推广厂商会员成员，如(图四)所示，台湾厂商则有资策会、工研院、达盛电子等加入，进行相关硬件芯片与软件平台的研发作业。资策会目前是台湾通过ZigBee Alliance的ZCP认证数最多的单位，通过的认证平台分别为Chipcon CC2420、Jennic JN5121、Ubec UZ2400。资策会已经运用上述技术基础，协助台湾厂商开发相关技术与应用平台，并争取更多的国际合作机会。

《图四 ZigBee主要推广厂商示意图 》 数据源：ZigBee Alliance（http://www.zigbee.org/）；数据整理与绘制：作者自制

目前ZigBee的应用市场，依据ZigBee Alliance所公布的市场范围界定，如(图五)所示。以目前市场趋势来看，ZigBee在工业控制、建筑自动化两方面大有斩获，现在也有厂商使用ZigBee作为远距医疗居家端的传输媒介，甚至在消费电子产品领域也开始利用ZigBee制作通用遥控器。作为WSN架构重要传输媒介的ZigBee，对于讯息安全规范相当重视，目前在标准中已定义128bits AES作为其加／解密算法的设计，ZigBee可以取代目前传统有线的控制传输方式，例如本身必须连接建置电源线与讯号线的保全传感器。

《图五 ZigBee应用市场分析 》 数据源：ZigBee Alliance

(表一)为同属短距离无线传输技术802.11b、Bluetooth与ZigBee的比较示意图，图中显示，ZigBee在Power Profile、Complexity、Nodes／Master部分表现突出，不过在Data Rate部分，只有250Kbps，略显不足，因此不适用于多媒体大量数据传输，故ZigBee大多被应用在工业环境自动化、数字家庭与商业大楼自动化等控制应用领域。ZigBee标准带宽不大，再加上短距离传输特性，所以在许多应用上都必须搭配其他传输技术，以形成完整的解决方案，例如藉由Wi-Fi、WiMAX、GSM、GPRS、3G...等方式，以兼顾WSN客制化的需要。

《表一 ZigBee、Bluetooth与Wireless LAN之比较示意图 》 数据源：ZigBee Alliance

ZigBee、Bluetooth与Wireless LAN之比较示意图在网络层NWK中，ZigBee定义了三种角色，首先是短距WPAN网络的协调与建立，以及网络位置（Network Address）的分配；再来是路由器（Router），主要负责找寻、建立、以及转送并修复数据封包路由路径（Routing Path），同时也具有网络位置的分配能力；最后是末端装置（End Device），只能选择加入已经形成的WPAN，可以收送数据，但不能帮忙转送封包（Routing）。

《图六 ZigBee网络架构示意图 》 数据源：ZigBee Alliance

ZigBee网络架构示意图

无线感测网络技术加上无线通信技术、嵌入式设备及微机电系统技术逐渐成熟，无线感测网络WSN与服务无所不在的网络化社会UNS便得以具体落实，在环境中布建大量、微小、便宜、低耗电的计算及通讯装置，进而带动新兴应用服务的契机，使得多样化的微型计算机与感应装置普遍存在人们的生活周遭，提供「环境感知」（Context Aware)能力与「感应与侦测环境与相关用户状况」的功能，经由网络的串连，将收集到的信息传输到用户或相关的服务单位。因此无线感测网络WSN必须具有以下的特性：

目前资策会网多所在无线感测网络WSN的技术发展，主要选用802.15.4/ZigBee作为基础，除了提供ZigBee Stack解决方案之外，同时也提供平台移植（Porting）、布建工具（Deployment Tool）与应用程序开发技术。另外网多所更提供ZigBee SDK与ZigBee AT Command两种开发工具包，便利厂商开发解决方案与产品。(图八)为资策会在ZigBee Stack上的发展策略，除了MAC、NWK与APS的开发外，在Security上亦有显著的技术革新。

《图七 资策会在ZigBee Stack的发展策略 》 数据源：作者自制

资策会在ZigBee Stack的发展策略

无线感测网络WSN的应用多元丰富，需要在不同空间布建大量的感测装置，藉此搜集到精确的数据数据。资策会网多所无线感测网络团队运用过去布建自然科学博物馆的实际经验，便发展出布建过程中所需的系统工具平台，包括：Planning Platform、Site Survey Platform、Monitoring Platform三种工具。(图九)为资策会所研发的布建工具示意图：用户可利用工具绘制空间地图，输入各样感测点数量、空间长宽、隔间材质、墙面高度....等影响无线讯号的参数后，系统便依据输入参数自动产生布建感测点的建议位置。这将有利厂商布建感测点位置，节便繁琐规划与后续测试时间，进而有效降低人力成本。

《图八 无线感测网络布建工具示意图 》 数据源：作者自制

无线感测网络布建工具示意图

未来市场商机与布局方向一般预估ZigBee应用全球市场在2007年底至2008年会有明显成长，大中华区的发展是其关键，台湾则会在2008年至2009年达到高峰，确切时间点还须端赖芯片业者推出SoC芯片而定。目前无线感测网络WSN市场已经朝向提供完整解决方案（Total Solution）、或是一次购足（One Stop Shop）的概念发展，系统整合的需求与团队就应运而生，进而布建或维护感测网络，不过市场尚未完全成形。

主要因素在于国际大厂对投入时机点仍抱持观望态度，并且布建软件工具尚缺完整，使有心投入的厂商找不到合适的解决方案。因此资策会网多所除了开发辅助软件工具之外，亦积极寻求台湾系统整合业者的合作机会。

WSN无线感测技术发展至今，运用低成本、低耗电的技术优势，结合不同的传感器，针对多样化应用领域与需求提供不同的解决方案。其架构便是整合跨领域技术，以人的需求为核心，思索符合智能化居住空间应用的生活情境。台湾业界所掌握的ZigBee技术相当先进，若能结合政府与民间力量共同推动WSN产业链，相信对于未来的商机规划能达到事半功倍的效果。