．物聯網 ZigBee 技術使家庭管理更有效

What is ZIGBEE And How It Works?

來源： Ioter

新的無線技術結合低功耗、低成本的硬體，使家庭區域網路對一般的屋主來說，既可負擔又容易安裝。目前各家寬頻與無線電信服務供應商，所提供的「居家感知」服務，可透過網際網路或手機，來控制居家系統。

這些無線網路技術，正整合為真正的智慧電網解決方案，使能源管理更有效率，同時提升舒適、便利與安全性。

消費者是能源消耗的主要來源。以美國為例，居家所消耗的能源，每年就佔全國的五分之一，其中有六成是以電力的形態消耗。然而，公共事業對於管理能源需求高峰的困境，並無能為力，現今所存在的發電量，約有一成只會被使用不到百分之一。

不過，假如可以讓能源需求，以動態的方式，來回應既有的能源供應，則不必另外興建電廠，只要在家裡透過能源電網，就能達到「節省高額成本、改善可靠度和能源效率」的目標。

北美、澳洲、歐洲和亞洲的政府，正推動透過智慧電網，以設置智慧電表與點對點的需求回應系統，如許多公共事業項目，已佈建智慧電表。此外，強調將電網現代化的政府新興政策，亦為智慧電錶帶來發展動能。

為達此目的，公共事業正在布建先進電表基礎建設（AMI）系統，以便把智慧家庭的家庭區域網路，連結上公共事業的中樞。先進電表基礎建設，是用雙向的智慧電表通訊技術，收發居家和公共事業之間資訊與指令。

在住家內，家庭區域網路則會把通訊型恆溫器、負載開關、照明系統、室內顯示器和自動化裝置，連結到智慧電表（或分開的閘道器）上。這個網路可以蒐集資訊，並把它傳送給消費者，和公共事業本身以外的其他地方。

這些資訊可用於多種目的，包括按使用時段的定價收費、需求反應以及遠距服務中止。使用家庭區域網路的智慧型監控功能，消費者就能更加瞭解本身的能源使用模式，並能讓能源需求，以動態的方式來回應既有的能源供應。如此一來，消費者毋須犧牲舒適，即能得到成本、可靠度，和能源效率的好處。

導入 ZigBee 技術家庭網路能源管理更有效全球無線網路標準

ZigBee 是專為監控應用所設計。ZigBee 是超低功耗的無線網狀網路技術，可實現把無線通訊，嵌入到各種智慧能源，或家庭區域網路裝置中，包括智慧電表、溫度控制、照明安定器、煙霧、保全警報等，皆不須增加高昂的開發成本，也毋須為了裝設實體線路而大興土木。

ZigBee 能把裝置自行結合成強大的無線網狀網路，以自動配置和自我修復，並讓許多個別的裝置單靠電池的動能，即能長年運轉。此外，ZigBee 不僅能為智慧能源、家庭自動化、照明、商業樓宇自動化，和其他各式各樣的感測與監視應用，提供無線控制技術，且已成為家庭區域網路應用偏好的標準。

在 2008 年初 ZigBee Smart Energy（SE）Profile 推出後，ZigBee 標準便往家庭區域網路的能源管理，邁出一大步。SE Profile 為安全、易用的家庭區域網路裝置訂立新標準，如可編程恆溫器和室內顯示器。

ZigBee Smart Energy 為公共事業提供真正開放的標準，以落實家庭區域網路的通訊。它也加惠消費者，使他們能利用自動化和近乎即時的資訊，以智慧管理本身的能耗，並有能力從形形色色的製造商手中，選用互通的產品（圖1）。

圖1 無線連結家庭區域網路可為消費者帶來更高的便利性與成本。圖片來源：ZigBee聯盟

ZigBee 所驅動的家庭區域網路，還能讓屋主和公共事業即時通訊，並共同管理能耗，尤其是在用電的高峰期。

在這些時期，先進電表基礎建設系統，和家庭區域網路，可一起運作，好讓消費者、企業和公共事業之間通訊，變得更順暢，甚至是自動管理家庭中的高承載裝置，如冷暖空調系統的恆溫器設定。不必興建新的電廠，既為公共事業省下大錢，也減少二氧化碳的排放。公共事業的費用降低和誘人的折扣，亦可為屋主減省費用，並有助於社區免受分區供電所苦。

許多廠商都推出 ZigBee SE Profile 的認證產品，包括 Landis + Gyr、Computime Limited、Itron、樂金（LG）、三星（Samsung）、Sensus、Control4、Green Energy Options、Chameleon、華為、Secure Meters、Elster和Trilliant 。

例如 Certicom 這種加密技術，廠商也為先進電表基礎建設/家庭區域網路的佈建，提供了理想穩固的無線網路安全。公共事業若要確保只准許適當的家庭區域網路，裝置能通過驗證，並連上公共事業網，那麼強大的安全性便相當重要。

舉例來說，完全整合的家庭自動化系統，可以組構成會接收能源供應業者的公共定價資訊和訊息，然後根據現有的價位來採取事先編程的回應。而只有透過驗證的裝置，才會獲准直接參與，由供應業者所推出的直接需求回應。

ZigBee 技術運用相當簡單，且能輕易納入，各式家庭區域網路裝置中。相較於較早期的家庭網路技術，ZigBee 的可擴充性高、健全，且能在一個網路中支援數百、甚至數千個裝置。

ZigBee 抗干擾性強，可不受其他無線電裝置干擾，包括無線區域網路（Wi－Fi）和藍牙（Bluetooth）在內。事實上，有些最普及的家庭自動化產品出貨時，皆是把 Wi-Fi 和 ZigBee 一起置入裝置中。

具高可靠/低功耗優勢 ZigBee 躍居 NAN 市場主流

家庭區域網路所驅動的智慧家庭，在連結能源供應業者時，多半是透過智慧電表的鄰近區域網路（NAN）連到匯聚點，並靠回程網路，把匯聚點連到公共事業的後端資訊科技系統上。

一般在佈建家庭區域網路時，智慧電表都是當做能源服務介面（ESI），也就是基於 ZigBee 的家庭區域網路，和能源供應業者，鄰近區域網路之間的閘道器。

在某些情況下，尤其是在像英國這種解除管制的環境中，能源服務介面或許是分開的閘道器或通訊樞紐，並透過區域寬頻連線，或區域蜂巢式網路，來連結能源供應業者。

電表或許還是有參與家庭區域網路，但不一定是當作能源服務介面。在這些和其他的例子中，能源服務介面，可以輕而易舉和廣泛的 ZigBee 裝置通訊。

家庭區域網路的關鍵推手，是無線網路，而不是有線技術。這不僅是因為無線網路安裝費用大幅降低，也是因為它能使用電池式裝置，而非直接連結住家電線。

無線網路還可以整合瓦斯和/或水表系統。英國政府打算要安裝由 ZigBee 所驅動的家庭區域網路裝置，自 2015 年 12 月始，就會在二千七百萬個家庭裡，啓用室內顯示器。

聯盟為後盾 ZigBee 技術嶄露鋒芒

正如 Wi-Fi 的成長，是因應無線資料網路的需求，ZigBee 已成為能源監控與管理網路的主流標準。ZigBee 主要為高可靠度、低功耗，與低成本的監控應用所設計。

類似於 Wi-Fi 規格採用 IEEE 802.11 標準的方式，ZigBee 是建立在界定實體和媒體存取控制（MAC）層的 IEEE 802.15.4 無線電標準上，一般是在 2.4GHz 頻段的十六個可選擇頻道上，以 250kbit/s 擇一運作。在全球大部分的地區，2.4GHz 是唯一不需執照的頻段。

ZigBee 標準是由 ZigBee 聯盟所制訂，該組織中有四百多家會員公司，包括頂尖的全球品牌在內。聯盟在歐美和亞洲是以獨立的實驗室來檢測、查驗和認證平台與產品，是否符合規格。為爭取使用 ZigBee 聯盟的商標，以確保在協定的層次上能互通，開發人員必須從「ZigBee 相容平台（ZigBee Compliant Platform）」著手，其中的矽晶和軟體堆疊組合，則是經過聯盟所指定的其中一家檢測單位所檢測。

ZigBee 已壓倒較早期的專屬產品，這不僅是因為它的技術優異，也是因為它是目前唯一具有完整、成熟、開放、多家供應商的標準，而能使設計人員在價值鏈中，擁有許多不同的平台選擇。