前言

行政院在2005年所召開的產業科技策略會議中，開啟了台灣在普及網路社群（Ubiquitous Network Society；UNS）與智慧化居住空間技術平台的發展策略，並且進一步於2006年規劃運用資通訊與無線感測網路WSN技術，營造出適合台灣亞熱帶環境發展的智慧化居住空間建築概念與平台設計。

智慧化居住空間概述

目前全球智慧化居住空間發展，多以仿生建築學（Zoomorphic）的概念為核心，主要借鏡自然界動植物對內外環境刺激感知後所衍生的直覺反應，使各式建築物能因應溫、溼、光、震等環境變化，適度調整建築物本身內外環境，以期達到節能、舒適、便利等目的。

由於往後建築物規劃趨勢以及持續開發的二次建築技術，均以智慧化居住空間概念為依歸，但既有感測系統的規劃與佈建作業較為繁複，施工成本偏高，因此發展無線感測網路（Wireless Sensor Network；WSN），是未來智慧化居住空間產業的必然趨勢。

智慧化居住空間應用領域可分為家庭／社區、辦公室／企業大樓以及公眾空間。如何在不同應用領域提供客製化的應用服務，成為未來智慧化居住空間平台能否成功的主要因素之一。

《圖一　智慧化居住空間應用領域 》 - BigPic:664x469 資料來源：作者自製

台灣政府推動的智慧化居住空間發展脈絡，由早期E-Taiwan所推動的數位服務、M-Taiwan的無線感知服務、到未來U-Taiwan無所不在網路服務。服務數位化提供用戶光纖網路、寬頻上網、隨選視訊與遠端監控系統。服務無線感知化則透過無線感知器群組，提供多元加值服務，例如運用WSN技術提供無線環境監控、特定人與物追蹤及設備管控等等。無所不在服務則以架構普及網路社會（UNS）為目標，提供日常生活網路聯繫的服務平台。

《圖二　智慧化居住空間發展脈絡 》 - BigPic:698x447 資料來源：作者自製

台灣在智慧化居住空間技術的規劃藍圖大致如下：2006～2007年以「安全應用、智慧節能」為主軸，包含國土公共空間、辦公環境與社區安全等；2007～2008年則以「省電節能、綠色環保」為主軸，除運用各種感測技術達到省能效益外，再生能源應用也是重要課題；2008~2009年的智慧化居住空間，將朝向「健康生活、舒適情境」，以因應高齡化生活環境的來臨。

《圖三　智慧化居住空間應用技術發展策略 》 資料來源：作者自製

ZigBee技術發展現況

由於短距離無線傳輸技術標準ZigBee具有低成本和低耗電的技術優點，已經成為智慧化居住空間架構下無線感測網路的主要傳輸方式。ZigBee包含兩種不同單位所制定的通訊規格，一個是由ZigBee Alliance所主導的ZigBee標準，定義了網路層（NWK）、安全層（Security）、應用層（APS）以及各種應用產品的Profile；另一個則是由IEEE所制定的IEEE 802.15.4標準，定義了實體層（PHY）以及媒體存取層（MAC）。

目前Zigbee Alliance主要的推廣廠商會員成員，如(圖四)所示，台灣廠商則有資策會、工研院、達盛電子等加入，進行相關硬體晶片與軟體平台的研發作業。資策會目前是台灣通過ZigBee Alliance的ZCP認證數最多的單位，通過的認證平台分別為Chipcon CC2420、Jennic JN5121、Ubec UZ2400。資策會已經運用上述技術基礎，協助台灣廠商開發相關技術與應用平台，並爭取更多的國際合作機會。

《圖四　ZigBee主要推廣廠商示意圖 》 資料來源：ZigBee Alliance（http://www.zigbee.org/）；資料整理與繪製：作者自製

目前ZigBee的應用市場，依據ZigBee Alliance所公布的市場範圍界定，如(圖五)所示。以目前市場趨勢來看，ZigBee在工業控制、建築自動化兩方面大有斬獲，現在也有廠商使用ZigBee作為遠距醫療居家端的傳輸媒介，甚至在消費電子產品領域也開始利用ZigBee製作通用遙控器。作為WSN架構重要傳輸媒介的ZigBee，對於訊息安全規範相當重視，目前在標準中已定義128bits AES作為其加／解密演算法的設計，ZigBee可以取代目前傳統有線的控制傳輸方式，例如本身必須連接建置電源線與訊號線的保全感測器。

《圖五　ZigBee應用市場分析 》 資料來源：ZigBee Alliance

(表一)為同屬短距離無線傳輸技術802.11b、Bluetooth與ZigBee的比較示意圖，圖中顯示，ZigBee在Power Profile、Complexity、Nodes／Master部分表現突出，不過在Data Rate部分，只有250Kbps，略顯不足，因此不適用於多媒體大量資料傳輸，故ZigBee大多被應用在工業環境自動化、數位家庭與商業大樓自動化等控制應用領域。ZigBee標準頻寬不大，再加上短距離傳輸特性，所以在許多應用上都必須搭配其他傳輸技術，以形成完整的解決方案，例如藉由Wi-Fi、WiMAX、GSM、GPRS、3G…等方式，以兼顧WSN客製化的需要。

《表一　ZigBee、Bluetooth與Wireless LAN之比較示意圖 》 資料來源：ZigBee Alliance

(圖六)為ZigBee網路的架構示意圖。基於IEEE 802.15.4的規格，ZigBee Alliance定義網路層、應用層與安全層規格。在網路層NWK中，ZigBee定義了三種角色，首先是短距WPAN網路的協調與建立，以及網路位置（Network Address）的分配；再來是路由器（Router），主要負責找尋、建立、以及轉送並修復資料封包路由路徑（Routing Path），同時也具有網路位置的分配能力；最後是末端裝置（End Device），只能選擇加入已經形成的WPAN，可以收送資料，但不能幫忙轉送封包（Routing）。

《圖六　ZigBee網路架構示意圖 》 資料來源：ZigBee Alliance

無線感測網路技術

在上述條件完備的環境下，加上無線通訊技術、嵌入式設備及微機電系統技術逐漸成熟，無線感測網路WSN與服務無所不在的網路化社會UNS便得以具體落實，在環境中佈建大量、微小、便宜、低耗電的計算及通訊裝置，進而帶動新興應用服務的契機，使得多樣化的微型電腦與感應裝置普遍存在人們的生活週遭，提供「環境感知」（Context Aware)能力與「感應與偵測環境與相關使用者狀況」的功能，經由網路的串連，將收集到的資訊傳輸到使用者或相關的服務單位。因此無線感測網路WSN必須具有以下的特性：

目前資策會網多所在無線感測網路WSN的技術發展，主要選用802.15.4/ZigBee作為基礎，除了提供ZigBee Stack解決方案之外，同時也提供平台移植（Porting）、佈建工具（Deployment Tool）與應用程式開發技術。另外網多所更提供ZigBee SDK與ZigBee AT Command兩種開發套件，便利廠商開發解決方案與產品。(圖八)為資策會在ZigBee Stack上的發展策略，除了MAC、NWK與APS的開發外，在Security上亦有顯著的技術革新。

《圖七　資策會在ZigBee Stack的發展策略 》 資料來源：作者自製

無線感測網路WSN的應用多元豐富，需要在不同空間佈建大量的感測裝置，藉此蒐集到精確的數據資料。資策會網多所無線感測網路團隊運用過去佈建自然科學博物館的實際經驗，便發展出佈建過程中所需的系統工具平台，包括：Planning Platform、Site Survey Platform、Monitoring Platform三種工具。

Planning Platform功能為建立無線訊號模型與空間模擬器，可有效降低90％的佈建與測試時間；Site Survey Platform的主要目的，在於提供無線網路檢視平台，搭配 Planning Platform 以利於進行佈建後的測試；Monitoring Platform則用於網路監控與故障回報，可有效縮短故障回報時間。(圖九)為資策會所研發的佈建工具示意圖：使用者可利用工具繪製空間地圖，輸入各樣感測點數量、空間長寬、隔間材質、牆面高度….等影響無線訊號的參數後，系統便依據輸入參數自動產生佈建感測點的建議位置。這將有利廠商佈建感測點位置，節便繁瑣規劃與後續測試時間，進而有效降低人力成本。

《圖八　無線感測網路佈建工具示意圖 》 資料來源：作者自製

未來市場商機與佈局方向

一般預估ZigBee應用全球市場在2007年底至2008年會有明顯成長，大中華區的發展是其關鍵，台灣則會在2008年至2009年達到高峰，確切時間點還須端賴晶片業者推出SoC晶片而定。目前無線感測網路WSN市場已經朝向提供完整解決方案（Total Solution）、或是一次購足（One Stop Shop）的概念發展，系統整合的需求與團隊就應運而生，進而佈建或維護感測網路，不過市場尚未完全成形。主要因素在於國際大廠對投入時機點仍抱持觀望態度，並且佈建軟體工具尚缺完整，使有心投入的廠商找不到合適的解決方案。因此資策會網多所除了開發輔助軟體工具之外，亦積極尋求台灣系統整合業者的合作機會。

WSN無線感測技術發展至今，運用低成本、低耗電的技術優勢，結合不同的感測器，針對多樣化應用領域與需求提供不同的解決方案。其架構便是整合跨領域技術，以人的需求為核心，思索符合智慧化居住空間應用的生活情境。台灣業界所掌握的ZigBee技術相當先進，若能結合政府與民間力量共同推動WSN產業鏈，相信對於未來的商機規劃能達到事半功倍的效果。

（作者為財團法人資訊工業策進會網路多媒體研究所組長）