DIGI
Klacci 凱樂奇商辦門禁解決方案
無線網狀網路協訂與應用
Zigbee 協訂專為滿足物聯網的獨特需求而發明。它專為需要節省電量的電池供電設備而設計，同時還能在設備之間提供低成本、可靠且高效的通訊。
什麼是 Zigbee？
什麼是 Zigbee 技術？ Zigbee 是一種無線技術，作為開放的全球市場連接標準而開發，目的在滿足低成本、低功耗無線物聯網數據網路的獨特需求。它目的在支援電池供電設備和感測器網路的無線通訊、監控和控制。 Zigbee 遵循 IEEE 802.15.4 規範，廣泛應用於家庭自動化、醫療資料收集和工業控制系統。
Zigbee 的歷史
低功耗無線網狀網路的概念，起源於 20 世紀 90 年代。然而，直到 21 世紀初，在 IEEE 802.15.4 標準獲得批准後，Zigbee 聯盟才成立並起草了 Zigbee 協議。 Zigbee 2006 以叢集庫，取代了 2004 協訂堆疊的鍵值對結構。2007 年，Zigbee Pro 推出了新的能量收集功能。 2021 年，Zigbee 聯盟更名為連接標準聯盟，以反映其更廣泛的技術重點。
Zigbee 在物聯網中的作用
該規範是一種基於數據包的協議，目的在用於低成本、電池供電的設備和產品。Zigbee 物聯網協定允許設備在各種網路拓撲結構中，以極低的功耗無縫傳輸資料。由於 Zigbee，不同製造商的設備可以相容地進行通訊。
Zigbee 聯盟（現為連結標準聯盟）
Zigbee 聯盟的成立目的，在為使用 Zigbee 通訊協訂的物聯網設備制訂標準。Zigbee 聯盟的使命是支援開發、發展和推廣通用的開放標準，以確保所有設備都能安全通訊。如今，該組織更名為連接標準聯盟，擁有超過 5,000 種 Zigbee 認證產品和 600 名成員。
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Zigbee 協議
Zigbee 協定是由 Zigbee 聯盟創建的開放式無線規範，目的在規範低功耗無線物聯網網路的安全可靠通訊方式。
- Zigbee 標準：Zigbee 聯盟在 IEEE 802.15.4 標準的基礎上添加了網路層、安全層和應用程式框架，從而開發了 Zigbee 標準。
- Zigbee 3.0：Zigbee Pro 規範增加了子設備管理、更高的安全性，以及新的網路拓撲選項等新功能。
Zigbee 設備可以無縫組成網狀網路，透過連接到閘道器的中心節點，實現高效的資料回傳，從而實現遠端網路連線存取。Zigbee 應用程式，允許使用者從任何地方控制智慧型裝置。Zigbee 建立在 IEEE 802.15.4 標準中，定義的實體層和媒體連線控制子層之上，負責管理底層網路操作。Zigbee 網路層負責管理網路結構、路由和安全性。應用層包括應用支援子層、Zigbee 設備物件和使用者定義的應用程式。
Zigbee 3.0 協議的優勢
Zigbee 網路標準化，確保所有產品和服務能夠協同工作。該標準整合了測試、認證、品牌推廣和行銷，以支援可互通產品和解決方案的開發和銷售。
最新的 Zigbee 協訂 Zigbee Pro 2023 增強了安全性，並支援 2.4 GHz 以上的頻段。適用於歐洲的 800 MHz 頻率，以及適用於北美和澳洲的 900 MHz 頻率，增強了訊號強度和覆蓋範圍，從而實現了更廣泛的應用。
Zigbee 的特色包括：
- 靈活性 — 支援多種網路拓撲，例如點對點、點對多點和網狀網絡
- 低佔空比 — 提供較長的電池壽命
- 低延遲 — 能夠以最小的延遲輕鬆傳輸感測器數據
- 可擴展性 — 包括直接序列擴頻 (DSSS)，每個網路最多可容納 65,000 個節點
- 穩健性 — 採用防碰撞、重試和確認機制
- 低功耗 — 由於採用了名為「睡眠模式」的省電功能，Zigbee 設備只需一塊廉價電池即可運行數年
- 低資料速率 — Zigbee 的資料速率高達 250 kbit/s，最適合用於間歇性資料感測器，或裝置的傳輸
- 安全性 — Zigbee 安全性採用 128 位元 AES 加密，以及許多其他安全技術。
Zigbee 無線安全
Zigbee 規範中的加密技術，是基於 128 位元金鑰和 AES 加密標準。加密、完整性和驗證可應用於應用層、網路層和 MAC 層，以保護每個層級的訊框安全。Zigbee Pro 2023 提供增強的安全功能，可在裝置連線存取和運作期間保護網路。
協訂相容性
Zigbee 設計為向前和向後相容，以確保互通性。一些相容設備包括三星 SmartThings、亞馬遜 Echo Plus 和 Echo Show、貝爾金 WeMo、飛利浦 Hue、耶魯智慧鎖，以及其他確保其產品支援新功能的製造商。
無線 (OTA) 軟體升級功能
Zigbee 無線 (OTA) 軟體升級功能，是一種強大的方法，可使用單一裝置更新所有其他網路裝置上的韌體。製造商可以使用此方法確保客戶，始終運行最新、最安全的版本，改進固件，甚至為產品添加功能。
Zigbee 的常見無線應用
Zigbee 具有低延遲和支援多種設備的特性，非常適合家庭自動化、工業控制和感測器網路。由於無需支付許可費或版稅，製造商使用 Zigbee 還可以降低建造成本。以下是一些主要的用例：
綠色科技應用 - Zigbee Mesh 是綠色科技應用（例如太陽能和風電場，以及電動車充電網路）的絕佳選擇。
智慧家庭 - 在智慧家庭中，Zigbee 網路可以控制燈光、門鎖、煙霧偵測器、風扇、家電等。事實上，大多數大型智慧家庭生態系統供應商都採用 Zigbee，包括 Amazon Echo Plus、三星 SmartThings 和 Signify（原飛利浦照明）。全球智慧家庭和建築中已安裝數億個 Zigbee 產品。
智慧能源 - 符合 Zigbee Pro 2023 規範的 Zigbee 設備，現在可以與智慧能源設備共享同一網路，從而改善這些設備的控制和使用。
醫療 - 在醫療場景中，患者可以佩戴感測器，收集心率、血壓和血糖等生命體徵，並透過無線方式傳輸至醫院。
工業自動化 - 在建築內部，Zigbee 可用於實現照明控制、暖通空調 (HVAC)、安全和門禁系統的自動化。
Zigbee 設備範例
Zigbee 是一種無線協議，廣泛應用於各種設備，從物聯網設備（例如燈泡、插座、插頭、運動感測器和其他家庭自動化設備），到智慧能源、電動車充電和工業建築控制，這些設備可以透過網路相互通訊。以下是一些使用 Zigbee 技術的大型產品生態系統範例：
三星 SmartThings：三星 SmartThings 裝置（例如 Outlets、Motion、Multipurpose 和 Arrival）皆採用 Zigbee 晶片，可接收並提供資訊。
飛利浦 Hue 智慧型裝置：Hue Bridge 採用 Zigbee 連接到 Wi-Fi 網路，因此用戶可以透過飛利浦 Hue 應用 app，在任何有網路連接的地方，控制飛利浦 Hue 智慧燈。
IKEA：TRÅDFRI 閘道採用 Zigbee，透過應用程式和遙控器管理 IKEA 智慧產品。
亞馬遜 Echo：亞馬遜 Echo Show 和 Echo Plus 內建智慧家庭集線器，可控制許多 Zigbee 智慧型裝置，例如燈泡、門鎖、入牆式開關、感測器和插頭。
FLO 電動車充電站：FLO 使用 Digi XBee® Zigbee 模組和工業網關建立電動車充電網路。
P4Q 旗下 Suntrac® 太陽能追蹤器：P4Q Electronics 整合了 Digi XBee將 Zigbee 模組融入其 Suntrack 太陽能追蹤技術，該技術可調整太陽能板的位置，並使客戶能夠遠端監控全球各地的太陽能板場。
Sicom 的 CityMesh® 智慧路燈：這個可擴展的智慧城市網路整合了 Digi XBee Zigbee 模組，能夠以更高的精度，和更佳的生態足跡，控制數千盞路燈和交通號誌。
Zigbee 無線網路拓撲
網路拓撲是通訊網路的基礎，它決定了鏈路和節點的佈局和互連。在 Zigbee 網路中，主要有三種網路拓撲類型：點對點拓撲、多點拓撲和網狀拓撲。每種拓撲都會影響訊息的路由方式以及連接的設備。
Zigbee 網狀網路
Zigbee 網狀拓撲結構允許設備之間進行多點互連，從而提供網路冗餘和穩健性。網狀網路是去中心化的，這意味著每個節點，都能夠在網路上進行自我發現。當節點離開網路時，節點會根據新的網路結構重新配置路由路徑。網狀拓撲結構和自組織路由在變化的波形條件或單一節點發生故障時，能夠提供更好的穩定性。簡而言之，網狀拓撲結構是最靈活的拓撲結構，允許自愈，即在連接失敗時，網路可以自動重新配置。
點對點
點對點拓樸結構，是指僅由兩個節點組成的網路。雖然點對點比點對多點更簡單，但在物聯網應用中並不常見。在這種拓撲結構中，兩個 Zigbee 設備直接相互通訊。雖然點對點比點對多點更簡單，但點對點對物聯網應用來說並非特別有用。
點對多點
點對多點或星型網路，是一種使用中央集線器與多個終端節點通訊的拓撲結構。在這個拓樸結構中，一個 Zigbee 設備與一組 Zigbee 設備通訊。
Zigbee 規格
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Zigbee Pro
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Zigbee Pro 2023 規格增強了安全性，並支援 2.4 GHz 及以上頻段。適用於歐洲的 800 MHz 頻率，以及適用於北美和澳洲的 900 MHz 頻率增強了訊號強度和覆蓋範圍，從而實現了更廣泛的應用。
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Zigbee RF4CE
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ZigBee RF4CE 是一種簡單，但功能強大的低成本消費性電子產品射頻標準通訊協訂。其主要應用是遙控器，尤其是電視、音響和機上盒。
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Zigbee IP
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ZigBee IP 是第一個基於 IPv6 的全無線網狀網路解決方案開放標準。它是 Zigbee 的升級版，旨在控制和連接眾多不同的低功耗設備，並將其整合到一個控製網路中，從而實現與基於 IP 的網路的無縫整合。
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Zigbee 協訂是物聯網設備最穩健、最安全且成本最低的連線標準之一。Zigbee 的應用範圍廣泛，從智慧家庭、商業建築自動化到能源管理，甚至健康監測設備，它都在不斷發展以滿足新的市場需求。這正是 Digi 可以提供幫助的地方。Digi 是連接標準聯盟 (CSA) 的成員，並開發了基於 Zigbee 協議的可擴展嵌入式解決方案。Digi 解決方案提供連接各種裝置和網路的功能，並採用穩健的連接標準。探索更多 Zigbee 產品和資源，以了解更多關於 XBee 和 Zigbee 的資訊。
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