ZigBee 与 ZigBee PRO：哪个功能集较适合？

作者：Brian M. Blum，德州仪器ZigBee 产品营销工程师

简介

ZigBee? 从问世以来不断改进，这种崭新无线标准革新了家庭自动化市场。对于那些对 ZigBee 不熟悉，或是没机会了解较新规格的人，本文介绍了 ZigBee 的现状，概略说明 ZigBee 与 ZigBee PRO 的功能集，并讨论不同市场与应用环境下的 ZigBee，包括ZigBee在医疗市场中的多方面应用。

ZigBee 与 ZigBee PRO 功能集的差异

ZigBee 近日核准了 ZigBee-2007 规格，此规格定义了 ZigBee 与 ZigBee PRO 这两套功能集。在ZigBee-2006的基础之上，新的 2007 规格功能进一步强化，而且与某些网络情境兼容。简而言之，ZigBee 功能集提供树状寻址、AODV (特定随选距离向量) 网格路由、单播、广播与群组通讯、安全性等其他功能。ZigBee PRO 以随机寻址取代树状寻址，包含 ZigBee (2006 与 2007) 所使用的 AODV，但是提供多对一来源路由为替代方案。另外，ZigBee PRO 新增有限的广播寻址，并可支持「高」层级安全性。ZigBee 与 ZigBee PRO 功能集皆可支持选用的灵活性跳频与片段化 (图 1)。

图 1：Zigbee 解决方案的多种途径

ZigBee 的树状寻址是以阶层方式指定地址，ZigBee PRO 则采用随机寻址方式，将地址随机指定给装置，并持续监测与响应「管理封包」的流量，以解决冲突。ZigBee 采用唯一寻址，无须持续监测通讯，可避免产生额外负荷与地址冲突；然而 PRO 的优势在比较大规模的网络，例如通讯限制造成包含许多 (5 个以上) 跃点的网络，或网络可能包含很多行动端装置，但是所付出的代价是启动延迟时间较长，因为 ZigBee PRO 必须花时间来解决地址冲突，而树状寻址则不需要。

ZigBee 与 ZigBee PRO 路由均使用「特定随选距离向量」(Ad-hoc On-demand Distance Vector；AODV) 路由，但是只有 PRO 支持多对一来源路由选项。在需要较大的通讯协议栈下，多对一来源路能快速建立路由，其中许多装置 (例如，传感器) 均向单一连结报告 (例如，网络网关装置)。对于未经要求的双向与对等式通讯 (例如，电灯开关及照明)，多对一功能的效能较差，有时甚至不适用。

ZigBee 与 ZigBee PRO 都支持群组寻址，但是 PRO 还可支持有限广播群组寻址，此功能可在所有群组成员接近时，避免整个网络大量传送不必要的讯息。本功能有助于降低大型网络中网络通讯的额外负荷，但缺点是需要额外宝贵的程序代码空间。

ZigBee 与 ZigBee PRO 还有其他些微差异，不过较后的功能差异，是对高安全性的支持。高安全性所提供的机制，让对等式联机之间建立连结机码，并当网络装置在应用层可能不受信任时，提供额外的安全。高安全性和许多 PRO 功能相同，在特定的应用程序中颇为实用，但是需要利用宝贵的程序代码空间，占用了应用程序可用的空间。

ZigBee 与 ZigBee PRO 的功能大多相同，但ZigBee 与 ZigBee PRO 只有在少数情况下才能同时在同一个网络中使用。如果已经建立的 (由协调者建立) 属 ZigBee 网络，则 ZigBee PRO 装置仅能以端点装置的身份加入该网络。这表示该装置与该网络通讯时会透过父节点 (路由器或协调者)，而且不可作路由，也不可允许其他装置透过其加入网络。同样地，如果原先建立的为 ZigBee PRO 网络，则 ZigBee 装置也仅能以有限的端点装置身份加入网络。

许多使用ZigBee的产品实际上是专有的，或采用了专有协议（private profile）或应用规范。这意味着任何特定的网络可能只包含由指定公司或集团所售出的装置。这种情况在目前尚未定义及核准标准协议的医疗领域中尤为常见。因此，ZigBee 会用于网格路由通讯协议、通讯备援，以及低功率操作这类用途。然而，如果市场中不同供货商的装置必须以单一合作网络的方式运作以执行指定的服务或功能，则须通过指定标准协议（public profile）才能确保网络所有装置采用共通的语言，而且可互通，这类的互操作性是指 A 公司的产品 (电灯开关)，能与 B 公司的产品 (电灯安定器) 通讯，无须事先合作就能确保装置可搭配使用 (图 2)。

图 2：适用于家庭自动化的 Zigbee 产品

ZigBee 问世初期，这项技术主要着眼于家庭与商业建筑物自动化市场。如今接触并了解ZigBee性能和细微差别的公司与专业人员越来越多，ZigBee 日渐成熟，且针对更广泛的市场设计发展，其中较突出的是，ZigBee 已跨足「先进抄表基础架构」(Advanced Metering Infrastructure；AMI)，并与下列领域的产品整合：老年人照护、辅助生活、医疗、电讯、资产追踪、娱乐等更多领域。

Zigbee 联盟除了通过 ZigBee-2007 规格 (ZigBee 与 ZigBee PRO 功能集)，也决定并正式测试数个应用配置文件；这些配置文件定义了网络支持的装置类型，以及这些装置共通的通讯语言。家庭自动化 (HA) 公共配置文件较早获得核准，如今已臻成熟。锁定 AMI 的「智慧能源」(Smart Energy；SE) 目前已获核准，预计 2008 年 5 月完成较终测试及黄金平台 (Golden Unit) 认证。商业建筑物自动化 (Commercial Building Automation；CBA) 即将进行测试，而且有越来越多公司投入开发相关产品，为联盟贡献一己之力，因此日后会有更多公共配置文件问世，而医疗，特别是个人健康与医院照护 (Personal Health and Hospital Care；PHHC)正是其中之一。这个领域若利用 ZigBee 实现IEEE 11073 标准，未来势必更受瞩目。

个人健康与医院照护应用

PHHC 装置尚属开发初期，未来 12 至 18 个月内可能还无法上市，但这个市场的公司并未因此而不采用 ZigBee 技术的装置。医疗市场，包括辅助生活与家庭照护，相关业者深知 ZigBee 网络协议的用处，而且成本效益极高。ZigBee 为可携式医疗应用提供实惠的解决方案，例如监测与响应紧急事故项目、监测病患或年长者进行日常例行活动，以及提供实时数据，加速照护人员的响应速度，并挽救生命。辅助生活中心的居民因此可以安心，因为随时可以获得支持；而组织机构人员也能扩大监测范围，而且不会侵扰大家的日常生活 (图 3)。

图 3：可携式医疗监测应用范例

ZigBee 网络应用于辅助生活时，有助于以实时且不被察觉的方式收集可靠的数据，例如追踪居民家中所在位置、监测饮食或沐浴习惯、确保定期而且准时服药、收集体重、血压或其他生物测定数据，并可提供自动照明或自动门以防意外。这项技术的应用范围不胜枚举，实际部署结果也是有目共睹。

ZigBee 也可用于追踪医院与医疗机构内的资产。ZigBee 采用的多跃点网格网络广泛，能在大型机构标示并追踪昂贵的设备。由于医疗器材可用设备有限，而且必须由多个单位与楼层共享，因此掌握设备在特定时间的所在位置，不仅省钱，更能挽救生命。ZigBee 的网络安装方式容易，以较少的成本即可部署。

结论

ZigBee 还可应用于其他医疗用途，其中不少正处于开发中。截至目前，这些系统因为缺少公共配置文件，因此仍属于单一供货商的解决方案，尚无法互通，但往往也有其优点，因为产品可根据特定的系统需求自定义，无须考虑其他供货商的产品。基于系统需求与部署规模，这个市场可以使用 ZigBee 也可以使用 ZigBee PRO。如果您的产品或系统需要使用 ZigBee，请将上述内容纳入考虑，联络ZigBee 供货商以获得详细信息。

参考信息

若需 Zigbee 解决方案的详细信息，请访问 ：www.ti.com/zigbee。

关于作者

Brian M. Blum 是德州仪器 Zigbee 产品营销工程师，负责 802.15.4 及 ZigBee LPRF 产品线。他获得计算机技术（无线监测网络）的硕士学位。

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