物聯網_近距離無線網路技術_part1.ZigBee_低速短距離傳輸、低功耗、低複雜度、支援大量節點
ZigBee一詞源自蜂群發現花粉時藉由飛舞產生ZigZag來做通訊，將有花和蜂蜜的地方，正確地傳達給其他蜜蜂同伴。
由IEEE 802.15.4 小組與ZigBee Alliance 組織，分別制訂硬體與軟體標準。
是一種低傳輸速率 (250kbps)、短距離 (一般約為50-100 m，依耗電量之不同，可提昇至300m)、低消耗功率、架構簡單的技術。
目前制定的頻段為全球的2.4GHz ISM 頻段、美國的915MHz 頻段，以及歐洲的868MHz 頻段。ZigBee主要是應用在短距離範圍的資料傳輸要求不高的電子設備之間溝通，支援主從式或點對點方式運作，同時最多可有255 個裝置鏈結，具有高擴充性。主要應用的方向在於家庭裝置自動化、，環境安全與控制，以及個人醫療照護等功能。使用2.4GHz波段，採用跳頻技術。與藍牙相比，ZigBee更簡單、速率更慢、功率及費用也更低。它的基本速 率是250kb/s，當降低到28kb/s時，傳輸範圍可擴大到134m，並獲得更高的可靠性。可以比藍牙更好地支援消費電子、遊戲、儀器和家庭自動化應用。使用的頻段分別為2.4GHz、868MHz(歐洲)及915MHz(美國)，均為免執照頻段。
ZigBee並不專注於點對點通信，例如藍牙，其中一台高功率設備在短距離內將數據發送到另一台高功率設備，使其運行在網狀網絡中，這就是為什麼他適合智能家居。
ZigBee Alliance相關新聞大事
2019-ZigBee聯盟推動新技術規格，蘋果、亞馬遜、Google在內物聯網裝置將能彼此互連
由於目前多數物聯網裝置均以不同規範運作，同時多半無法彼此連接互通，在部分情況甚至必須透過其他方式橋接才能達成彼此互連效果。
2021-Zigbee聯盟更名，同步推出與亞馬遜、蘋果及Google共同制定連接標準Matter
ZigBee更名為「連接標準聯盟」 (Connectivity Standards Alliance,CSA)，並且宣布推出與亞馬遜、蘋果、Google共同制定的智慧家庭連網標準Matter。
Matter（前稱 Project CHIP 家用智慧裝置互通計畫，英語：Project Connected Home over IP，簡稱為Project CHIP）是一個智能家居開源標準項目，由 Amazon、Apple、Google、ZigBee 聯盟聯合發起，旨在開發、推廣一項免除專利費的新協議，簡化智能家居設備商開發成本，並提高產品兼容性。2021年5月11日，CHIP 正式更名為 Matter，ZigBee 聯盟也更名為連網標準聯盟 (Connectivity Standards Alliance)。
家庭裝置層面探討
市面上照明管控系統大多以有線網路為主，但是佈線的成本高、擴充照明管控系統時必須多花費佈線的費用，所以無線網路，是另一種較好的選擇，以無線網路取代有線網路，不但可以節省佈線成本，照明管控系統擴充和移動彈性也比較大。
ZigBee 無線通訊的協定架構(協定層)
ZigBee 技術是以 IEEE 802.15.4 通訊協定為基礎，再加上網路層以及應用層，以構成完整的
網路協定技術。協定架構則由ZigBee Alliance所制定並以IEEE 802.15.4為基礎在此之上增加網狀或樹狀網路拓樸(Network Topology)之通訊協定(ZigBee Stack)，以及提供設計整合之應用程式架構(Application Framework)。
(備註:無線個人區域網路(WPAN)工作群組下其中一個分支IEEE 802.15.4，於2002年負責制定實體層(Physical Layer, PHY)和媒體存取控制層(Medium Access Control Layer, MAC)之標準規範。)
ZigBee協定層由下至上分別是IEEE 802.15.4基礎層的PHY Layer,Mac Layer
再來就是ZigBee Alliance制定的ZigBee Stack
最上方最後一層則是Application層級(APL)包含
應用次層(Application Support, APS)
ZigBee 裝置元件(ZigBee Device Object, ZDO)
APS提供網路層與應用層之間的介面，維持物件之間的連結表，並在連結的裝置之間傳遞訊息。為 ZigBee 網路拓樸的建立與連結、資料傳送管理和網路安全。
APO負責實作 ZigBee 網路應用物件，為節點本身的某種應用的程式單元。APO 可以透過ZigBee 網路與遠端節點進行通訊，以實現特定之應用，例如開啟遠處的照明開關。
每個 APO 會配置一個應用端點(End Point，簡稱 EP)。應用端點編號範圍為 1~240。端點編號 241~255 目前是保留。端點編號 1 則是代表裝置本身的 ZDO。
ZigBee 裝置的功能類型有兩種:全功能裝置(Full Function Device，簡稱 FFD)和精簡功能裝置
(Reduced Function Device，簡稱 RFD)。FFD 可擔任協調器(Coordinator)或路由器(Router)，可與所有裝置通信，可支援任何網路拓樸。RFD 只能擔任終端裝置，且只能與協調器通信。
(備註:ZigBee 網路中只能有一個協調器，但可允許數量極多的路由器與終端裝置。)
網路運作方式可分為有信標網路(Beacon-Enable Network) 與無信標網路 (Non Beacon-Enabled Network) 。有信標網路是由網路協調器發出，主要是讓網路中的所有裝置能取得時間上的同步，以及讓裝置能加入並取得所屬的 PAN 編號(ID)和超級訊框(Superframe)的結構。
資料傳輸模式大約可分為三種類型
1.資料由網路裝置送給協調者
2.資料由協調者送給網路裝置
3.資料於網路裝置間對等傳輸
在ZigBee網路中，裝置有三種角色可以扮演：
1. Coordinator：
- 可以建立網路、管理網路、維護和控制網路。
- 通常 Coordinator 用來接收所有裝置的封包。
2. ZigBee路由器：負責轉傳資料
- 可串 Router 或 End Device
- 如果需要用到插座通常是 Router
3. 終端裝置
- End Device 不可串接
- 用電池供電通常是 End Device 居多。
備註:
ZigBee 網路中只能有一個協調器，但可允許數量極多的路由器與終端裝置。
ZigBee裝置需要橋接器，才能將WiFi網路訊號轉換並接入ZigBee網狀網絡。
Zigbee相關的智能居家產品通常會需要多添購一個設備"閘道"、網關(gateway)，也就是可以從一種網路連接到另一種網路的橋接設備，藉此來跟wifi溝通。
Ref:
ZigBee-簡介 說明
國立虎尾科技大學電機工程系碩士班/研究生:張鈞皓,指導教授:蘇暉凱博士
基於ZigBee無線感測網路智慧型居家節能照明管控系統之設計與實作
國立成功大學電腦與通信工程研究所/研究生:李展宏,指導教授:陳敬博士
基於ZigBee無線感測網路之智慧型家庭照明環境設計與實作
國立交通大學電機與控制工程學系/研究生:許正忠,指導教授:徐保羅博士
以 Particle Filter 實現分散式救援機器人之ZigBee 訊號定位系統
無線感測網路與 ZigBee 協定簡介-工研院電通所/李俊賢博士
正修科技大學資訊工程系/ZigBee應用設計－居家照護輔助系統
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Day15 - 智慧家庭常見傳輸協定
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