無線感測網(wǎng)路(Wireless Sensor Network;WSN)主要以自然環(huán)境物與物之間的訊息聯(lián)系為基礎,可擴及至多元化的周遭環(huán)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(lián)網(wǎng)架構重要的內(nèi)容之一,其中ZigBee無線感測網(wǎng)路相關技術發(fā)展也漸趨成熟。
WSN 主要以感測器節(jié)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、布建于生活周遭環(huán)境的各種微小感測器,感測到目標物的物理或化學變化后,利用隨意網(wǎng)路(Mesh/Ad- Hoc Network)將資訊傳給另一感測器,再將資訊傳輸?shù)絎ireless Gateway上,進而將資料傳給附近的PC/NB,再把資料傳輸?shù)絀nternet,讓使用者可遠端監(jiān)視控制目標物的變化資訊,并做好相關因應作為。
由于WSN需要布建大量具有無線傳輸功能的感測元件,因此整體網(wǎng)路必須具備以下特性:低成本、低耗電、設計彈性高、可用度高、容易布建以及范圍廣、具有容錯功能等。在感測元件上,要符合微細化制程、封裝體積小、可編程、可動態(tài)組成等特性。因為WSN應用范圍廣,需要針對不同情境設計出不同的WSN架構,因此并沒有固定的基礎結(jié)構(infrastructure),加上目前傳輸標準并沒有被大廠壟斷,有志者均可加入相關開發(fā)行列。
WSN 感測硬體平臺負責感測器之間溝通的傳輸介質(zhì),目前以ZigBee為主要骨干,并輔以搭配RFID以擴展應用范圍。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,傳輸速率介于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(qū)動6個月之久。
ZigBee 網(wǎng)路拓墣支援星狀(Star)、樹狀(Cluster Tree)、任意型(Mesh)三種網(wǎng)路拓樸,能連接最高網(wǎng)路節(jié)點數(shù),可依不同型態(tài)的WSN加以彈性靈活運用。另外ZigBee的安全性優(yōu)勢,在于標準定義以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(wǎng)路拓墣特性與成本優(yōu)勢,可以作為Wi-Fi以及RFID的中介。目前ZigBee SmartEnergy 2.0標準便已經(jīng)和Wi-Fi整合,進一步應用在家庭智慧電網(wǎng)(Smart Grid)領域,擴大無線感測網(wǎng)路的整合范圍。ZigBee并可結(jié)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(diào)整危險區(qū)域的感應距離、可傳輸溫度數(shù)據(jù)、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(jiān)控龐大的標簽數(shù)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(jīng)推出各類ZigBee晶片解決方案。(Ctimes)