ZigBee通讯堆叠与应用类别之相容性测试与认证
- 格式:pdf
- 大小:1.46 MB
- 文档页数:10
ZigBee 3.0通信技术的优缺点及应用场景ZigBee 3.0的优缺点按照官方给出的描述来看,ZigBee 3.0标准与ZigBee1.2标准相比,有以下几点优势:1、安全性更高;2、稳定性更好;3、兼容性更好;4、功耗更低。
从市场应用角度来看,ZigBee 3.0覆盖了最广泛的设备类型,包括家庭自动化、照明、能源管理、智能家电、安全装置、传感器和医疗保健监控产品等。
它同时支持易于使用的DIY设备以及专业安装系统。
基于IEEE 802.15.4标准、工作频率为2.4 GHz。
ZigBee 3.0解决了智能家居领域应用最主流协议ZigBee不同应用层协议互联互通的问题,也进一步标准化了ZigBee协议,向智能家居的互联互通迈出了一大步。
虽然ZigBee 3.0并不能完全解决智能家居互联互通的问题,不过却能够解决应用层协议的统一问题,ZigBee 3.0的出现是为了统一ZigBee RS /HA/LL/BA/HC/TS等应用层协议,用于解决不同应用层协议之间的互联互通问题。
ZigBee协议有很多的应用层协议,不同的应用层协议彼此是独立不互通的,此外,由于标准化的问题,就算应用层协议相同,也不能够实现互联互通。
ZigBee 联盟还推出ZigBee 3.0认证来规范各个厂商使用标准的ZigBee 3.0协议。
Zigbee3.0物联网应用场景目前市场上智能家居应用中,ZigBee 3.0已然是不可或缺的重要角色,亿佰特E18系列是典型小体积 2.4GHz 频段的ZigBee 无线模块,贴片型、IPEX 接口、发射功率 100mW、引脚间距 1.27mm,适用于多种应用场景(尤其智能家居)。
采用美国德州仪器(TI)公司原装进口 CC2530 射频芯片,芯片内部集成了8051 单片机及无线收发器,并内置 PA+LNA,极大的扩展通信距离、提升通信稳定性。
可以应用于智能家居中的各个智能子系统:智能灯控、智能温湿度调节、智能清洁等系统、除此之外目前在智能医疗监控系统与智慧城市交通系统中也可以被广泛应用。
XBee3 ZigBee组网和通信测试本文介绍下xbee3zigbee模块组网和通信测试的过程以及参数设置。
首先,确保您的电脑上已经安装好Digi的开发工具XCTU,请下载对应您的电脑操作系统的最新版本。
将两个Digi的XBee ZigBee模块通过开发底板和电脑连接起来,打开XCTU,用左上角的带有放大镜图标的查找按钮来查询连接到电脑上的模块,并把它添加到XCTU左侧的无线模块列表中。
在XCTU软件中,默认是位于配置窗口中,点击左边模块,便会读取模块相关的参数,在配置窗口中展现出来。
XCTU的参数区域的上方,有一排常用的按钮,分别是读取(read),写入(write)参数,加载默认参数(default),升级固件(update),配置导入导出(profile)。
首次使用,建议用Update按钮更新一下到最新固件,在firmware version中选择最上方最新的固件,确定是ZigBee协议的固件,去掉“强制模块保留当前配置”的选项,然后点update按钮。
这样就恢复模块到出厂的设置。
如果您的模块已经是最新固件,请用参数区上方的“Default”按钮加载模块的默认参数,并按“Write”写入模块,使模块恢复出厂的配置,确保不会因为之前使用时的不恰当参数影响通信效果。
写入默认值后,再按“Read”按钮重新加载一下参数到XCTU右侧的参数栏上。
点击左侧另一个模块,用同样的方式恢复一下模块的出厂设置。
在配置模式下,如果仅对某个参数进行读取和写入,可以使用对应参数右方的刷新和写入按钮。
两个ZigBee模块要相互通信,必须在同一个网络中,所以我们需要将一个模块配置成协调器,另一个模块配置成路由器并加入到协调器的网络中。
注意模块默认的NJ为254S,所以在5份钟内会关闭允许加入,为了避免加入窗口被关闭,可以把NJ改为FF,也就是永远允许加入。
以下两个模块简称A和B。
A模块:CE=1 配置为协调器,DL=FFFF,NJ=FFFFB模块:不改任何参数将A模块的CE改为1,就把模块配置成协调器了,这时模块会生成一个网络号为ID指定值的ZigBee网络,默认ID=0,因此协调器会生成一个随机64bit的网络号的ZigBee网络。
ZigBee应用层规范2.1概述ZigBee栈体系包含一系列的层元件,包含IEEE802.15.4 2003标准MAC层和PHY层,当然也包括ZigBee的NWK层。
每个层的元件提供相关的服务功能。
虽然本节描述了ZigBee 栈的其他部分但主要描述图1.1中的APL层。
图1为ZigBee栈结构框图。
如图1.1所示,ZigBee应用层由三个部分组成,APS子层、ZDO(包含ZDO管理平台)和制造商定义的应用对象。
2.1.1应用支持子层APS提供了这样的接口:在NWK层和APL层之间,从ZDO到供应商的应用对象的通用服务集。
这服务由两个实体实现:APS数据实体(APSDE)和APS管理实体(APSME)。
(1)APSDE通过APSDE服务接入点(APSDE-SAP);(2)APSME通过APSME服务接入点(APSME-SAP)。
APSDE提供在同一个网络中的两个或者更多的应用实体之间的数据通信。
APSME提供多种服务给应用对象,这些服务包含安全服务和绑定设备,并维护管理对象的数据库,也就是我们常说的AIB。
2.1.2应用层框架ZigBee中的应用框架是为驻扎在ZigBee设备中的应用对象提供活动的环境。
最多可以定义240个相对独立的应用程序对象,任何一个对象的端点编号从1到240。
还有两个附加的终端节点为了APSDE-SAP的使用:端点号0固定用于ZDO数据接口;另外一个端点255固定用于所有应用对象广播数据的数据接口功能。
端点241-254保留(给为了扩展使用)。
2.1.2.1应用Profiles应用profiles是一组统一的消息,消息格式和处理方法,允许开发者建立一个可以共同使用的、分布式应用程序,这些应用是使用驻扎在独立设备中的应用实体。
这些应用profiles允许应用程序发送命令、请求数据和处理命令和请求。
2.1.2.2簇簇标识符可用来区分不同的簇,簇标识符联系着数据从设备流出,和向设备流入。
ZIGBEE测试建议书zigbee集中抄表系统(方案建议书) 华立仪表集团股份有限公司holley metering ltd.一. zigbee通信的简单介绍zigbee又叫紫蜂技术,是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台,十分类似现有的移动通信的cdma网或gsm网,每一个zigbee网络数传模块类似移动网络的一个基站,在整个网络范围内,它们之间可以进行相互通信;每个网络节点间的距离可以从标准的75米,到扩展后的几百米,甚至几公里。
zigbee技术自诞生以来,已经得到了长足的发展,应用领域主要包括集中抄表(amr)、工业控制、汽车自动化、家庭和楼宇自动化、医用设备控制等。
zigbee协议是开放的国际标准,因此任何国家、任何公司所提供的zigbee产品都必须符合这一标准,并且zigbee联盟提供了完善而严格的测试平台对这些产品进行测试。
这些措施保证了任何zigbee产品都可以实现互连和互操作。
这对于系统的安装、维护和扩展都带来了极大的方便。
二.zigbee技术的主要特点:面向无线传感和工业控制应用领域;采用国际ieee 802.15.4标准和国际zigbee联盟标准;全球通用的免费使用许可证频段ism(2.4ghz);支持双向通信(物理层通信速率250kbps,16通道/2.4ghz频点); ? 支持复杂拓扑结构(星型/树形/网状/混合网)和强大网络管理能力(网络自动建立、修补、优化路由),系统可扩展性和可伸缩性好;支持数据加密;支持超低功耗(电池供电);三.华立zigbee自动抄表系统的先进性与独特优势1. 华立自动抄表系统采用的是国际领先的zigbee无线抄表技术华立zigbee自动抄表技术是华立自己开发的有自己独立知识产权的产品。
其稳定性与成熟性已居世界前列。
华立是国内仪器仪表行业第一家zigbee国际会员(250多家成员公司,包括motorola,ember,ti-chipcon,philips、siemens,honeywell,samsung,等),采用国际ieee 802.15.4标准和国际zigbee联盟标准;2. 华立zigbee自动抄表系统频段免费,运营成本极低采用全球通用的免费使用许可证频段ism(2.4ghz),而且,支持超低功耗(电池供电),运营成本极低。
ZigBee协议协议名称:ZigBee协议一、引言ZigBee协议是一种低功耗、低速率、短距离无线通信协议,旨在提供可靠的无线连接和简单的网络配置,适用于物联网设备之间的通信。
本协议旨在规定ZigBee协议的技术要求、通信规范和网络架构,以确保设备之间的互操作性和数据传输的安全性。
二、范围本协议适用于ZigBee协议的设计、开发、实施和使用,涵盖以下方面:1. ZigBee协议的物理层和数据链路层规范;2. ZigBee网络的组网和路由规则;3. ZigBee设备的功能、性能和互操作性要求;4. ZigBee网络的安全机制。
三、术语和定义在本协议中,以下术语和定义适用:1. ZigBee:一种低功耗、低速率、短距离无线通信技术,基于IEEE 802.15.4标准;2. ZigBee设备:采用ZigBee协议的物联网设备,包括传感器、执行器、控制器等;3. ZigBee网络:由多个ZigBee设备组成的无线网络,可以实现设备之间的通信和数据传输;4. ZigBee协调器:ZigBee网络中的主节点,负责网络的组网和管理;5. ZigBee路由器:ZigBee网络中的中间节点,负责数据的中继和路由;6. ZigBee终端设备:ZigBee网络中的终端节点,用于传感、控制和执行任务。
四、技术要求1. 物理层和数据链路层规范1.1 频段和调制方式:ZigBee协议使用2.4GHz和868/915MHz频段,支持多种调制方式;1.2 传输速率:ZigBee协议的最大传输速率为250kbps;1.3 传输距离:ZigBee协议的最大传输距离为100米;1.4 链路质量指示:ZigBee协议应提供链路质量指示功能,用于判断通信质量;1.5 数据帧格式:ZigBee协议应定义统一的数据帧格式,包括帧起始符、目的地址、源地址、帧类型、数据字段等。
2. 网络组网和路由规则2.1 网络拓扑:ZigBee网络支持星型、网状和混合拓扑结构;2.2 路由选择:ZigBee协议应提供有效的路由选择算法,确保数据的可靠传输和网络的高效性;2.3 网络发现和加入:ZigBee设备应支持网络发现和加入功能,便于设备的自动组网和配置。
ZigBee鏃犵嚎閫氫俊娴嬭瘯鏂规鐩告瘮浜庝箣鍓嶄娇鐢≒XI 灏勯鍚戦噺淇″彿鍒嗘瀽浠潵娴嬮噺璁惧锛屼娇鐢╖igBee娴嬮噺濂椾欢鏈夊姪浜庢偍鏇村揩鍦版祴璇昛igBee鏃犵嚎閫氫俊纭欢璁惧銆€銆€浣跨敤PXI 灏勯鍚戦噺淇″彿鍙戠敓鍣ㄥ拰鍒嗘瀽浠紝鏈€鏂扮殑缇庡浗鍥藉浠櫒鍏徃ZigBee娴嬮噺濂椾欢鏈夊姪浜庢偍娴嬭瘯ZigBee 鏃犵嚎閫氫俊鍜孖EEE 802.15.4 鍗忚璁惧銆傛柊鐨勬祴璇曞浠剁粨鍚堜簡NI鍏徃鐨?ZigBee 鏃犵嚎閫氫俊鐢熸垚宸ュ叿鍖呭拰NI 鍏徃鐨刏igBee 鍒嗘瀽宸ュ叿鍖咃紝鍙互鎻愪緵900鍏嗚但鍏瑰拰2.4 鍗冨厗璧吂宸ヤ笟涓婏紝绉戝涓婂拰鍖诲涓婏紙ISM锛夌殑甯﹀銆傜編鍥藉浗瀹朵华鍣ㄥ叕鍙哥殑LabVIEW 杞欢绀轰緥浠g爜鍖呭惈鍦ㄦ祴璇曞浠朵腑锛屼互甯姪鎮ㄨ嚜鍔ㄥ寲ZigBee鏃犵嚎閫氫俊娴嬭瘯锛屽苟鍙互浣跨敤杞墠闈㈡澘杩涜浜や簰寮忔祴閲忋€?銆€銆€ZigBee鏃犵嚎閫氫俊鐢熸垚宸ュ叿鍖呬娇鐢≒XI 灏勯鍚戦噺淇″彿鍙戠敓鍣ㄥ府鍔╂偍浜х敓鍚勭楂樺害鑷畾涔夌殑IEEE 802.15.4鍗忚淇″彿銆傝鐢熸垚宸ュ叿鍖呬娇鎮ㄥ彲浠ヤ粠涓嶅悓鐨凪AC灞傝缃腑閫夋嫨鍚勭璁剧疆閫夐」锛屽寘鎷悇绉嶈嚜瀹氫箟鏁版嵁甯х被鍨嬶紝涓嶅悓閫夐」鐨勫瓙甯у懡浠わ紝鐢氳嚦鍖呮嫭鑷畾涔夊姞瀵嗘暟鎹寘璐熻浇銆傛澶栵紝鎮ㄨ繕鍙互浣跨敤鑷畾涔変俊鍙锋崯鑰楀弬鏁拌繘琛孼igBee娴嬭瘯锛屽寘鎷浜ゆ崯鑰楋紝鍙姞鎬ч珮鏂櫧鍣0鍜屽唴瀛橀潪绾挎€у弬鏁般€傛偍鍙互浣跨敤澶氱淇″彿鍙戠敓鍣ㄦ崯鑰楀弬鏁板拰鑷畾涔夊弬鏁伴€夐」锛屾墽琛屾洿鍏ㄩ潰鐨勬帴鏀舵満娴嬭瘯銆?銆€銆€閽堝浣跨敤NI 鍏徃PXI鍚戦噺淇″彿鍒嗘瀽浠繘琛孼igBee鏃犵嚎閫氫俊鍙戝皠鏈虹殑娴嬭瘯锛孼igBee鍒嗘瀽宸ュ叿鍖呬负MAC灞傚拰鐗╃悊灞傛祴璇曞潎鎻愪緵浜嗘祴璇曞伐鍏枫€傚浜嶮AC灞傜殑楠岃瘉锛岃宸ュ叿鍖呭彲浠ュ皢ZigBee 鏃犵嚎閫氫俊浼犺緭淇″彿瑙g爜涓虹爜娴?mdash;—杩欐牱灏嗘湁鍔╀簬鎮ㄩ獙璇佽礋杞藉拰鍏朵粬MAC灞備俊鎭€傚浜庣墿鐞嗗眰娴嬮噺锛孼igBee鍒嗘瀽宸ュ叿鍖呮彁渚涗簡灏勯娴嬮噺鍔熻兘锛屽寘鎷姛鐜囪氨瀵嗗害娴嬮噺锛屽彂灏勫姛鐜囷紝璇樊鍚戦噺骞呭害锛屼互鍙婁簰琛ョ疮绉垎甯冨嚱鏁般€備娇鐢ㄨ繖浜涘伐鍏疯繘琛岀墿鐞嗗眰娴嬭瘯锛屾棤璁烘槸涓虹爺鍙戜腑蹇冩祴璇曡繕鏄伐鍘傜敓浜ф祴璇曪紝鎮ㄩ兘鍙互瀵筞igBee 鍙戝皠鏈烘€ц兘杩涜鏈夋晥鐨勬祴璇曞拰楠岃瘉銆?銆€銆€SeaSolve杞欢鍏徃鏄編鍥藉浗瀹朵竴璧风殑鑱旂洘鍚堜綔浼欎即锛屾湁鐫€寰堟繁鐨刏igBee娴嬮噺濂椾欢鐨勯泦鎴愮粡楠屻€傝鍏徃鍦ㄩ獙璇佸拰鐢熸垚娴嬭瘯涓婄殑涓撲笟鐭ヨ瘑浣垮緱浠栦滑甯姪浜嗗ぇ閲忕殑鍏徃锛屽寘鎷珽mber鍏徃锛?Radio Pulse鍏徃鍜?SemIndia鍏徃銆?ldquo;鎴戜滑涓嶴eaSolve鍏徃鐨勫悎浣滃叧绯伙紝涓篍mber鍏徃鐨勮姱鐗囨祴璇曞紑鍙戜簡鐢熶骇娴嬭瘯瑙e喅鏂规锛岃瑙e喅鏂规鍦ㄥ疄鐜版渶楂樿鐩栫巼鍜屼綆鎴愭湰鐨勫悓鏃讹紝杩樹娇寰楁垜浠殑瀹㈡埛寮€濮嬪湪鍑犲ぉ涔嬪唴寮€濮嬬敓浜ц姱鐗囥€?rdquo; Ember鍏徃纭欢宸ョ▼閮ㄧ殑涓讳换John Loukota濡傛璋堝埌銆。
RFID读写器的标准化与兼容性测试近年来,无线射频识别技术(RFID)得到了广泛应用和发展。
作为一种自动识别技术,RFID通过使用无线电信号进行身份验证和数据传输。
它可以广泛应用于供应链管理、物流追踪、库存管理等领域。
然而,由于RFID读写器的种类和品牌繁多,标准化和兼容性问题成为了行业普遍关注的焦点。
标准化是确保RFID设备和系统按照统一的规范进行设计、制造和部署的重要手段。
它能够提供技术上的互操作性,降低成本,增强设备的可替代性。
标准化的关键是确定和制定一些统一的技术规范和测试方法,以确保各种读写器之间的兼容性和互操作性。
在RFID读写器的标准化过程中,一个重要的标准是ISO 18000。
ISO 18000系列标准针对不同的RFID频段和应用领域进行了规范,包括ISO 18000-2(LF频段)、ISO 18000-3(HF频段)和ISO 18000-4(UHF频段)。
这些标准涵盖了RFID设备的工作频率、数据格式、通信协议等方面的要求,为RFID读写器的制造商提供了一个统一的设计和生产依据。
在标准化之外,兼容性测试也是保证RFID读写器兼容性的重要环节。
兼容性测试旨在检测RFID读写器在与不同标签以及其他读写器之间的相互作用中是否能够正确地执行数据交换和身份验证。
这些测试通常由专业机构组织,并按照一系列预先定义的测试用例和场景进行。
通过兼容性测试,可以确保RFID系统在不同设备和厂家之间的交互性和互操作性。
兼容性测试的具体内容包括读写功能、数据传输速率、阅读距离、读取识别率等方面。
首先是读写功能测试,即读写器能否正确读取和写入标签中的数据。
测试时,会选择不同类型的标签进行测试,包括不同尺寸、不同材质的标签,以确保读写器能够适应各种情况。
其次是数据传输速率的测试。
RFID读写器与标签之间的数据传输速率会影响到整个系统的实时性和效率。
通过测试可得到读写器在不同条件下的传输速率,并与标准进行比较,从而评估其性能。
zigbee 协议标准Zigbee 协议标准。
Zigbee 是一种无线通信协议,它是一种低成本、低功耗的短距离无线通信技术,广泛应用于物联网领域。
Zigbee 协议标准是指 Zigbee Alliance 制定的一系列技术规范和标准,用于指导 Zigbee 设备的设计和开发,以确保不同厂家生产的 Zigbee 设备之间可以互相兼容和互操作。
首先,Zigbee 协议标准包括了物理层、介质访问控制层和网络层的规范。
在物理层,Zigbee 使用了 IEEE 802.15.4 标准,定义了无线通信的频率、调制方式、传输速率等参数,以及对应的硬件接口。
在介质访问控制层,Zigbee 定义了一种低功耗的 CSMA/CA(载波监听多址接入/碰撞避免)机制,以及低复杂度的传输模式,以适应物联网设备对低功耗、低成本的需求。
在网络层,Zigbee 使用了基于IEEE 802.15.4 的 Zigbee 网络协议,定义了设备之间的连接方式、路由协议、安全机制等,以支持大规模的设备连接和数据传输。
其次,Zigbee 协议标准还包括了应用层的规范,定义了一系列的应用框架和应用协议,以支持各种不同的物联网应用场景。
比如,Zigbee 定义了家庭自动化的应用框架,包括了灯光控制、智能插座、智能门锁等应用的数据模型和命令集;Zigbee 还定义了工业控制和传感网络的应用框架,包括了传感器数据采集、远程监控、设备管理等应用的数据模型和命令集。
这些应用框架和应用协议的定义,使得不同厂家生产的 Zigbee 设备可以实现互操作性,从而推动了 Zigbee 技术在物联网领域的广泛应用。
另外,Zigbee 协议标准还定义了安全和认证机制,以保障 Zigbee 网络的安全性和可靠性。
Zigbee 使用了AES-128 对称加密算法,保护网络中的数据传输安全;Zigbee 还定义了密钥管理和设备认证的机制,确保网络中的设备可以被正确识别和授权,防止网络中的恶意攻击和非法入侵。
ZigBee通訊堆疊與應用類別之相容性測試與認證Compliant Testing and Certification for ZigBee Protocol Stacks and Application Profiles李俊賢Jin-Shyan Lee 中文摘要本文首先介紹ZigBee無線感測網路的特性與發展,接著說明ZigBee規格中的協定堆疊與應用類別標準之現況。
其中的協定堆疊含有ZigBee-2004、ZigBee-2006、ZigBee-2007、與ZigBee-PRO等,而應用類別則包括家庭自動化、電信應用、與智慧能源(原先進電錶方案)等八個類別。
之後,我們介紹ZigBee測試方案的內容,包括其平台相容性、產品認證、與互通性測試等,以及工研院資通所已經通過ZigBee-2006測試,而取得ZCP-2006的ZigBee平台:ITRI ZBnode。
AbstractThis paper first introduces the features and evolution of ZigBee-based wireless sensor networks, and then the ZigBee standards for the protocol stacks and application profiles. The ZigBee specifications have the following versions: ZigBee-2004, ZigBee-2006, ZigBee-2007, and ZigBee-PRO, while the ZigBee profile includes eight items in total, such as the home automation, telecom applications, smart energy (previous advanced metering initiative), and so on. After that, we illustrate ZigBee test programs, including the platform compliance, product certification, and interoperability test. Finally, we show the ITRI-developed platform, ITRI ZBnode, which has passed the ZigBee-2006 test and obtained the ZCP-2006 certificate.關鍵詞(Key Words)紫蜂規格 (ZigBee Specifications)通訊協定 (Protocol Stacks)應用類別 (Application Profiles)ZigBee相容平台(ZigBee Compliant Platforms)無線感測網路(Wireless Sensor Networks)1.前言近些年來,無線網路技術的發展相當地迅速[1]。
IEEE組織制定的IEEE 802.15.X系列的無線個人區域網路(Wireless Personal Area Network;WPAN)已有豐碩的成果,並且持續改良與拓展中。
表1-1為目前通行的無線網路之比較。
其中,ZigBee聯盟(ZigBee Alliance)[2]自2002年成立以來,即以以無線感測與控制做為應用的方向,定義簡單、成本低廉、容易實現、支援多種網路架構的無線通訊標準。
自從其在2004年底推出以低速率無線個人區域網路(Low-Rate WPAN)IEEE 802.15.4[3]為基礎之規格ZigBee 1.0後,即被眾多研發廠商所支持與依循,並視為適用於無線感測器網路(Wireless Sensor Networks;WSN)的標準之一。
無線感測器網路是由一到數個無線資料收集器以及為數眾多的感測器(sensors)所構成的網路系統,而元件之間的溝通則是採用無線的通訊方式。
為了達到大量佈建的目的,無線感測網路必須具備低成本、低耗電、體積小、容易佈建、有感應環境裝置、可程式化、與可動態組成等特性。
除了ZigBee之外,符合上述之無線感測網路需求的無線通訊協定,尚有Z-Wave、Insteon、與Ultra-Low-Power Bluetooth(原名Wibree)等。
Z-Wave與Insteon均為800M-900MHz頻段的低速家庭自動化解決方案。
由丹麥公司Zensys一手所主導成立的Z-Wave聯盟[4],鎖定的技術應用即是家庭自動化。
其提出的Z-Wave無線通信規格,已獲得包含Intel、Panasonic、ViewSonic、與羅技Logitech等近一百家業者的力挺支持。
Insteon的晶片技術架構比Z-Wave更為簡單,不過其偏重射頻系統與電力電源線系統的結合,直接與現有的X-10系統兼容,形成RF結合Power Line的雙軌網狀網路。
另一方面,原名為Wibree的短距超低功耗技術,是由Nokia在2001年開始進行研究,並結合Nordic、Casio、Epson、CSR、與Broadcom等業者,於2006年時成立Wibree論壇,針對各項技術討論。
該論壇更在2007年6月正式併入藍牙技術聯盟,共同研擬整合技術的發展,並更名為超低功耗藍牙(Ultra-Low-Power;ULP Bluetooth)。
相對於業者自行提出的Z-Wave、Insteon、與ULP Bluetooth技術,ZigBee協定是架構在表 1-1 各種無線通訊標準之比較[1]IEEE 802.15.4上,有國際性的標準組織之支持,所以在無線感測網路上的遵循與使用者較廣泛。
截至2007年2月,ZigBee聯盟已經有250多家以上的會員廠商支持。
而且為了確保各廠商所開發的ZigBee通訊協定堆疊(Protocol Stack)與應用類別(Application Profile),且能夠彼此間互通,ZigBee聯盟制定了ZigBee相容平台(ZigBee Compliant Platforms;ZCP)與ZigBee 認證產品(ZigBee Certified Products)的測試規範。
本文即在介紹工研院資通所所開發的平台,在執行ZCP測試認證上的成果。
2.ZigBee標準介紹ZigBee的命名,源自於蜜蜂在發現花粉時,展現如同ZigZag形狀的舞蹈。
看似隨意在跳的字形舞,實際上是將有花和蜂蜜的地方,正確地傳達給其他的蜜蜂同伴。
ZigBee主要是由IEEE 802.15.4小組與ZigBee Alliance組織,分別制訂硬體與軟體標準,如圖2-1所示。
它是一種低傳輸速率(250kbps)、短距離(一般約為50-100公尺,依發射功率的不同,可提昇至300公尺)、低消耗功率、架構簡單的技術。
目前制定的頻段為全球的2.4GHz ISM頻段,美國的915MHz頻段,以及歐洲的868MHz頻段。
在2.4GHz的ISM頻段,可使用的通道數為16個;在915MHz的ISM頻段,可使用的通道數為10個;而在歐洲的868MHz頻段,可使用的通道數為1個。
ZigBee支援主從式或點對點的運作方式,具有高擴充性,單一網路內可以同時擁有超過65000個裝置鏈結。
主要應用的方向在於家庭裝置自動化、環境安全與控制、以及個人醫療照護等功能,逐漸成為產業共通的短距離無線通訊技術之一。
目前ZigBee支援的是IEEE 802.15.4-2003的規範。
而新修版的IEEE 802.15.4-2006,明確地解釋原本標準中的一些模糊概念,減少了不必要的複雜性,增加了安全密鑰使用的靈活性,並且將一些新的頻率分配考慮在內(915MHz與868MHz的通道數各增為30與3個)。
此2006的版本在沒有使用安全性(指MAC 層)的網路中,可與IEEE 802.15.4-2003的版本相容;但是在安全性的網路中,因2006版本多定義了輔助安全標頭(auxiliary security header),所以會不相容於舊有的2003版本。
此外,IEEE 802.15.4a-2007又更進一步對802.15.4-2006的PHY層進行修正,新增超寬頻(Ultra-Wide Band;UWB)與啁啾展頻技術(Chirp Spread Spectrum;CSS),做為實體層標準。
其中UWB採用500MHz、3-5與6-10GHz等三個頻帶中的16個通道,基本傳輸速率為851 kbps,此外可選擇性地支援到27.24 Mbps。
而CSS使用2.4GHz中交互重疊的14個通道,可支援1Mbps 的傳輸率。
另一發展是,IEEE 802.15.4e(15.4 MAC enhancements)與IEEE 802.15.6(Body Area Networking)規格也已經於2007年底批准通過,預定今年會公開此新的規格。
有關ZigBee規格的發展,ZigBee聯盟在2004年12月發表了ZigBee 1.0(r6,現稱為ZigBee-2004)。
軟體系統廠商也以此版本與其後續的錯誤修定(Errata),統稱r7(2005/09月公布)為規範來實作ZigBee協定堆疊。
約在發表ZigBee 1.0兩年後,2006年10月,ZigBee聯盟制定公佈ZigBee-2006(r13)。
之後的2007年10月,又修正完成ZigBee-2007(r17),此最新版本已經具有ZigBee-PRO的特性。
由於ZigBee規格的快速更改,以及彼此之間的不相容性,造成軟體廠商在決策與實作上的困擾。
因此,ZigBee聯盟定義出所謂的特徵集合(Feature Set),來將ZigBee堆疊規格區分。
目前定義的特徵集合有兩個,分別為ZigBee與ZigBee PRO特徵集合。
ZigBee 特徵集合即為原有的ZigBee-2006規格,另外加上可選擇性的頻率捷變(frequency agility)與分割(fragmentation)兩個功能所構成,主要以數百個節點的網路應用為主。
而ZigBee PRO 特徵集合則是以數仟個節點的網路應用來考量,因而加入許多最佳化的設計。
而兩者集合在互通性上,也可達到某程度上的相容,彼此都可以用終端節點(end device)的角色來加入彼此的網路。
表2-1即是此兩種特徵集合之比較與各個特徵的說明。
接下來聯盟將會把重心由堆疊規格(stack)的修正,轉為應用類別(profile)的制定。
預估下次ZigBee Stack 規格的改版,至少在2009年底才會發生。