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物聯網開第二春 ZigBee無線感測網路就定位
 

【CTIMES/SmartAuto 鍾榮峰 報導】   2011年01月20日 星期四

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無線感測網路(Wireless Sensor Network;WSN)主要以自然環境物與物之間的訊息聯繫為基礎,可擴及至多元化的周遭環境,是人與實體世界(physical world)互動溝通的最佳化媒介。WSN已成為目前物聯網架構重要的內容之一,其中ZigBee無線感測網路相關技術發展也漸趨成熟。

WSN主要以感測器節點(Sensor Node)、無線閘道器(Wireless Gateway)、PC/NB以及資料處理中心(Data Server)所構成。WSN藉由具有通訊能力、佈建於生活周遭環境的各種微小感測器,感測到目標物的物理或化學變化後,利用隨意網路(Mesh/Ad-Hoc Network)將資訊傳給另一感測器,再將資訊傳輸到Wireless Gateway上,進而將資料傳給附近的PC/NB,再把資料傳輸到Internet,讓使用者可遠端監視控制目標物的變化資訊,並做好相關因應作為。

由於WSN需要佈建大量具有無線傳輸功能的感測元件,因此整體網路必須具備以下特性:低成本、低耗電、設計彈性高、可用度高、容易佈建以及範圍廣、具有容錯功能等。在感測元件上,要符合微細化製程、封裝體積小、可編程、可動態組成等特性。因為WSN應用範圍廣,需要針對不同情境設計出不同的WSN架構,因此並沒有固定的基礎結構(infrastructure),加上目前傳輸標準並沒有被大廠壟斷,有志者均可加入相關開發行列。

WSN感測硬體平台負責感測器之間溝通的傳輸介質,目前以ZigBee為主要骨幹,並輔以搭配RFID以擴展應用範圍。按照IEEE 802.15.4定義的ZigBee,工作頻段可分為一般的2.4GHz、歐洲的868MHz以及美國的915MHz,傳輸距離不超過75公尺,傳輸速率介於20kbps~250kbps之間。ZigBee晶片在傳輸時消耗功率可控制在27 mA以下,待機可降到0.3μA以下,低耗電待機模式下使用2顆3號電池可驅動6個月之久。

ZigBee網路拓墣支援星狀(Star)、樹狀(Cluster Tree)、任意型(Mesh)三種網路拓樸,能連接最高網路節點數,可依不同型態的WSN加以彈性靈活運用。另外ZigBee的安全性優勢,在於標準定義以128bit AES作為加解密演算法的方式,目前尚未被破解過,加上標準目前仍未被大廠壟斷,因此ZigBee在WSN的應用上更顯相得益彰。

Zigbee以其網路拓墣特性與成本優勢,可以作為Wi-Fi以及RFID的中介。目前ZigBee SmartEnergy 2.0標準便已經和Wi-Fi整合,進一步應用在家庭智慧電網(Smart Grid)領域,擴大無線感測網路的整合範圍。ZigBee並可結合RFID的識別長處,以達到物品管理、追蹤及定位等目的。ZigBee+RFID標簽成本雖然較被動式高,但仍具較長的傳輸距離(hands-free)、可調整危險區域的感應距離、可傳輸溫度數據、可進行人員與物品定位管理等等。最重要的是,RFID+ZigBee可同時監控龐大的標籤數量。

目前包括德州儀器(TI)、恩智浦(NXP)、飛思卡爾(Freescale)、愛特梅爾(Atmel)Digi和日本沖電氣(OKI)等晶片大廠,都已經推出各類ZigBee晶片解決方案。

關鍵字: 物聯網  WSN  ZigBee  無線配接設備  網際建構與管理  網際骨幹 
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