ZigBee无线传感网络技术自动控制应用环境

针对工控自动化需求开发的ZigBee无线传感节点，使用者可采无线方式扩充数据撷取节点功能与数量，弹性相当大。Sinpro

ZigBee无线传感技术，应用于工控自动化领域，主要是借助其低功耗的无线网络沟通机制所构筑的网络系统，搭配各式传感器进行应用端点的环境数据撷取，从槽体计量、流量、温度等信息透过无线网络快速回传，建构出自动化应用最基础的通讯与端点数据撷取应用条件...

ZigBee无线技术，其实在工控应用领域中，主要是用其无线化的传感网络应用为主，一般以无线传感网络(Wireless Sensor Network；WSN)型态来整合无线信息的蒐集或数据采集应用，基本上透过整合可令数据采集端点与无线网络在极小的空间与极低功耗下架构完成，搭配各端点的彼此无线通信能力，来达到掌握工控环境运营信息的重要手段。

除了ZigBee无线通讯外，其实无线通讯传输技术依传输距离，仍可分短、中、长距离通讯三大类。短距离无线通讯包括ZigBee、蓝牙(Bluetooth)、RFID...等，短距离无线通讯传输技术用于商业领域，多锁定在PAN(Personal Area Network)应用方面，以个人随身信息设备交互通信应用为主，例如手机、数码镜头等，后来逐渐也延伸出如智能家电与电子周边设备的通信应用。

至于中距离无线传输技术，则为WLAN，目前泛指IEEE802.11a/b/g/n等，为延伸Lan环境无线化应用为主。而长距离无线通讯技术，则以WiMAX、Lte、GPRS与各式3G无线通讯标准为主。

ZigBee具工控应用条件

而WSN由于在应用时，端点数量越多，所能掌握的工厂实时生产状态会更精密准确，因此，为了降低WSN的布建成本，每个传感端点的制作成本必须压低，而端点运行的功耗也必须压低，达到缩小化、低成本化传感点的设计目的。

而各端点的测试项目部署，为了让系统更具弹性，WSN的每个端点也必须满足具可程序化、可动态组建的应用条件，来达到随时因应工厂产线调整的设计目的。

观察WSN应用环境，会发现采行ZigBee作为WSN底层的无线通讯技术，对于发展工业自动控制的信息传递需求相当合适，尤其是发展自动化系统，通讯与传感系统若能对应用环境自动调适与架构，可以更快速完成应用环境部署，同时满足产线动态调整的应用条件。

蓝牙技术虽成熟 传感端点支持数量相对有限

若就各种短距离无线通讯技术发展现况观察，在移动电话、平板电脑的大量应用下，蓝牙无线传输技术在成本与相关解决方案资源最为丰沛，应用也相当广泛，因此蓝牙无线通讯技术可说是目前短距无线传输应用中最为成熟的无线技术。

但实际上在工控自动化应用方面，蓝牙因有其限制限制存在，ZigBee无线通讯技术虽传送距离稍短，但却在传送的功耗相对较低，即便ZigBee在商用与个人应用领域无法与蓝牙无线传输技术匹敌，加上网络的布建型态与端点数量的支持，ZigBee反而能在发展工控与智能家庭领域更具实用性。

ZigBee在工控领域主要是以无线传感网络应用为主，WSN为单个至数个无线数据收集器与数量众多的传感器(Sensor)构成的无线网络系统，WSN在元件端点间透过无线方式进行信息交换，ZigBee的技术底层条件，相当适合发展此类应用。此外，Bluetooth SIG也积极要将蓝牙无线通讯技术，导入热门的工控自动化应用领域，例如把蓝牙的可连接节点量，从早期的7个蓝牙装置持续进行数量扩展，藉由节点量的提升满足WSN的端点数量需求，但可支持的数量受限技术底层设计，数量仍远小于ZigBee。

竞争技术渐增 ZigBee仍具WSN应用条件

即便是现有的无线技术，如Wireless Ad hoc NETwork(WANET)也是相对接近WSN的应用架构，WSN的终端节点动辄是WANET的十多倍甚至数百倍的数量，碍于成本前提，WANET架构势必造成成本暴增。另本文先前也提及，WSN每个终端节点的体积、耗能、运算效能与可用存储器在成本前提下，能使用的硬件资源也相对有限，这也成为WANET发展WSN应用的限制。

此外，为了便于部署，WSN的每个终端节点的布建密度较高，也必须搭配更高的容错设计，加上WSN的网络拓朴(topology)也因为布建需求有经常性的变化，无线网络必须具备自我重组、重建的应用弹性。

基本上大部份的WANET为利用点对点(point-to-point)的无线通讯需求，WSN则采行广播(broadcast)或群播(multicast)的无线形态传递信息，系统同时也必须支持跳跃代传机制(multi-hop routing)，为了节省传播数据量、达到简省功耗的目的，WSN所使用的端点ID也必须进一步调整，而非用传统的IEEE802的ID区隔形式。

这些发展WSN必备的功能点，也让ZigBee发展WSN应用具更高优势，加上ZigBee传输功率相当低、整体运行功耗低，甚至ZigBee的网络节点(Node)还可以达到6万组之谱，因此ZigBee无线通讯技术一直是被业界当做发展WSN的首选无线传输技术。

应用领域宽广的ZigBee无线传输技术

再观察应用现况，采ZigBee作为无线传输技术基础的WSN设计方案，仍有相当多应用限制待克服，例如，因为各端点的消耗功率极低，如果数据撷取的端点为室内应用居多，点对点的广播或群播，就很容易因为室内阻隔物影响传输信号品质，另外设备造成的电磁波、环境干扰等，都必须一并考虑。

至于WSN的户外型应用，更能发挥WSN技术优势，因为若WSN用在土石流环境监看、水文改变监看等用途时，WSN就合适用来作为无线技术底层。此外，都会区的数码电表的区域型数据撷取方案，也适合采ZigBee来进行技术整合发展，可将区域的电表信息先逐一汇整至中继点进行蒐集后，再汇整数据一次性进行数据线上发送。

即便ZigBee无线传输技术看似已站在发展WSN应用的最佳发展基础，但实际上运用ZigBee开发的WSN应用，在发展上并非如此顺遂。基本上，以ZigBee作为无线传输底层技术并非全然没有任何缺点，因为ZigBee技术标准仍持续进行传输协定的完善化，版本变化会直接影响WSN的持续发展进程；此外，ZigBee无线通讯技术为采取堆叠于IEEE 802.15. 4技术标准之上，使得早期ZigBee的公开标准未见一致，造成相关业者采取观望态度，这也会让其技术或产品发展趋缓，影响ZigBee产品的端点生产成本与应用价值。