ZigBee與Z-Wave發(fā)展?fàn)顩r

產(chǎn)業(yè)要得到大規(guī)模發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)化是前提。在信息產(chǎn)業(yè)里往往是標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)領(lǐng)域中，目前主要有2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，ZigBee與Z-Wave。目前多數(shù)人看好的是ZigBee，畢竟ZigBee有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.15.4為其技術(shù)根基，且目標(biāo)市場(chǎng)較廣、潛在需求用量較大。相對(duì)的，丹麥Zensys公司所提出的Z-Wave技術(shù)不僅沒(méi)有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為其依靠，應(yīng)用上也僅止于家庭自動(dòng)化，不似ZigBee能同時(shí)適用在工控、醫(yī)療、安全等多種領(lǐng)域。

就技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)而言Z-Wave已矮于ZigBee一截，而推廣上，Z-Wave也一樣居于弱勢(shì)。Zensys極力避免他人認(rèn)定Z-Wave是該公司專屬自用的技術(shù)，一旦如此認(rèn)定，勢(shì)對(duì)Z-Wave的普及推廣產(chǎn)生阻力，所以Zensys發(fā)起、成立了Z-Wave Alliance的聯(lián)盟機(jī)構(gòu)，期望以機(jī)構(gòu)主導(dǎo)此標(biāo)準(zhǔn)的推廣，讓Z-Wave技術(shù)獲得更廣泛的采用。

雖然Z-Wave Alliance已有100多家業(yè)者加入成會(huì)員，但仔細(xì)觀察會(huì)員名單，卻相當(dāng)缺乏IT、通訊、消費(fèi)性電子等3C領(lǐng)域的重量級(jí)業(yè)者來(lái)支持，相對(duì)的國(guó)際級(jí)的半導(dǎo)體業(yè)者幾乎都支持及參與ZigBee，因此Z-Wave連業(yè)者陣容、機(jī)構(gòu)氣勢(shì)等方面也一樣不如ZigBee。

不過(guò)，Z-Wave的氣勢(shì)低落是2006年1月以前的事，在此之后就風(fēng)云突變，首先是通訊設(shè)備大廠思科(Cisco)宣布投資Zensys公司(Cisco雖投資與支持Z-Wave，但主要也是將Z-Wave技術(shù)用在家庭性的無(wú)線應(yīng)用產(chǎn)品上，此方面屬于Cisco旗下Linksys的業(yè)務(wù)范疇)，并加入Z-Wave Alliance機(jī)構(gòu)，之后在同年6月與 Intel的創(chuàng)投單位Intel Capital宣布投資Zensys，且一樣加入Z-Wave Alliance，頓時(shí)Zensys、Z-Wave獲得IT、通訊兩大領(lǐng)域的重量級(jí)業(yè)者的力挺，氣勢(shì)大增。

到了2007年1月，軟件巨頭Microsoft也呼應(yīng)Z-Wave技術(shù)，在其.NET Micro Framework(簡(jiǎn)稱：.NET MF)上加入對(duì)Z-Wave的支持，并宣布與Z-Wave Alliance中的會(huì)員業(yè)者Leviton、ControlThink等共同研發(fā)Z-Wave應(yīng)用，再加上PC外圍大廠Logitech(羅技)也推出使用Z-Wave技術(shù)的家庭遙控器，從這種種跡象來(lái)看，Z-Wave的發(fā)展并沒(méi)有想象中的悲觀，并且從單純的家庭自動(dòng)化應(yīng)用，擴(kuò)展延伸到數(shù)字家庭的領(lǐng)域中。

此外，Z-Wave標(biāo)準(zhǔn)與Z-Wave功效技術(shù)等在近年來(lái)也持續(xù)進(jìn)步中，許多技術(shù)細(xì)節(jié)與支持芯片也都有所強(qiáng)化、提升。

Z-Wave技術(shù)更新

過(guò)去，若對(duì)Z-Wave有所了解的讀者，必然對(duì)Z-Wave的傳輸率表現(xiàn)感到印象深刻，不過(guò)這并非是強(qiáng)悍的深刻，反而是低落的深刻，Z-Wave的傳輸率僅有9.6kbps，雖然WSN本就不強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的傳輸速度、傳輸量，但也不至于過(guò)低，以ZigBee來(lái)相對(duì)比較，即便不去談?wù)?.4GHz頻段的250kbps傳輸率，在915MHz頻段上也至少有40kbps，或在868MHz頻段上也還有20kbps，ZigBee的三種速率模式都沒(méi)有低至9.6kbps。

也許Z-Wave陣營(yíng)已了解到此一弱處，并在之后進(jìn)行強(qiáng)化改進(jìn)，新的資料顯示，Z-Wave除了原有的9.6kbps速率外，也另增一個(gè)可達(dá)40kbps速率的模式，以此拉近與ZigBee之間的差距，如此ZigBee除了在2.4GHz的250kbps速率勝過(guò)Z-Wave外，另兩種模式與Z-Wave無(wú)太大差異。

而且，Z-Wave提出的新速率能與原有9.6kbps速率的節(jié)點(diǎn)裝置完全兼容互通，即是在同一個(gè)Z-Wave網(wǎng)絡(luò)內(nèi)能并存運(yùn)用9.6kbps的節(jié)點(diǎn)與40kbps的節(jié)點(diǎn)，如此在布建的規(guī)劃設(shè)計(jì)與延伸上可更便利。

在使用頻段方面，Z-Wave也與ZigBee差距不大，Z-Wave雖不像ZigBee能在2.4GHz頻段使用，但也能在868MHz及908MHz(具體而言是868.42MHz及908.42MHz)的頻段工作，且與ZigBee相同的，868MHz頻段在歐洲地區(qū)運(yùn)用，908MHz(ZigBee位于相近的915MHz)頻段則是在美國(guó)地區(qū)運(yùn)用。

至于無(wú)線發(fā)送的調(diào)制，Z-Wave依舊是使用原有的GFSK(Gaussian Frequency Shift Keying)方式。相對(duì)的，ZigBee在868MHz與915MHz頻段是使用BPSK(Binary Phase-Shift Keying)調(diào)制，而在2.5GHz頻段是使用正交式QPSK(Quadrature Phase-Shift Keying)調(diào)制

歐洲與美國(guó)地區(qū)的差異

若更進(jìn)一步了解，可以發(fā)現(xiàn)Z-Wave技術(shù)與今日其它新推行的無(wú)線技術(shù)一樣，經(jīng)常遭遇到各地區(qū)電信法規(guī)的不同限制，而必須做出各種的因應(yīng)與妥協(xié)。

舉例而言，Z-Wave在歐洲所使用的868MHz頻段，在法規(guī)上有占空比不得大于百分之一的限制，也就是說(shuō)：Z-Wave真正在進(jìn)行無(wú)線信號(hào)發(fā)送的時(shí)間與沒(méi)有在發(fā)送無(wú)線信號(hào)的時(shí)間，比例是1：99，若將時(shí)間刻度放大來(lái)解釋，即是發(fā)送1秒鐘的無(wú)線信號(hào)后，必須停止、閑置99秒，之后才能進(jìn)行第二次發(fā)送，且發(fā)送時(shí)間一樣只能持續(xù)一秒，接下來(lái)又是長(zhǎng)達(dá)99秒的等待。很明顯的，此項(xiàng)法規(guī)的限制也使Z-Wave不易提升其傳輸率。

當(dāng)然，在長(zhǎng)達(dá)99秒的等待過(guò)程中，Z-Wave節(jié)點(diǎn)(或稱：裝置)可以進(jìn)入休眠的省電狀態(tài)，藉此來(lái)降低功耗、節(jié)省用電，此方面Z-Wave已能達(dá)0.1%的占空比，同樣以時(shí)間刻度放大的角度來(lái)說(shuō)明，若一樣以100秒為一個(gè)周期單位，Z-Wave可以只工作0.1秒，其余99.9秒的時(shí)間都在休眠。

雖然Z-Wave在歐洲的868MHz頻段上有占空比的限制，但相對(duì)的在美國(guó)908MHz頻段上就沒(méi)有這項(xiàng)限制，所以理論上Z-Wave日后可以在908MHz頻段上有更高的速率提升空間。

不過(guò)，美國(guó)的908MHz頻段卻也有另一項(xiàng)缺點(diǎn)，即是對(duì)發(fā)送功率進(jìn)行限制，其發(fā)送功率不得高于1毫瓦，相對(duì)的歐洲在這方面的規(guī)范反而較寬松，只要在25mW內(nèi)都屬合法使用，發(fā)送功率限制的結(jié)果也會(huì)連帶限制Z-Wave的發(fā)送距離、無(wú)線覆蓋率。至于ZigBee方面目前的最大發(fā)送功率也是在1mW(0dBm)內(nèi)。

二者間技術(shù)上的差異

既然談及發(fā)送距離，那么也必須比較Z-Wave與ZigBee間的發(fā)射差異，Z-Wave的發(fā)送距離為100英呎(約30公尺)，且要達(dá)到如此距離必須在電波的傳送路徑上沒(méi)有任何阻擋，然而這并不表示Z-Wave無(wú)法進(jìn)行穿透性傳輸，Z-Wave的無(wú)線發(fā)送依舊可以穿墻收發(fā)，不過(guò)穿越阻隔物的代價(jià)是減損傳輸距離，目前Z-Wave陣營(yíng)尚未公布穿透性傳輸表現(xiàn)的相關(guān)信息，只以不同的穿透材質(zhì)而有不同的距離折損來(lái)說(shuō)明。

同樣的，ZigBee方面也并未有完整具體的傳輸距離信息，僅有32英呎∼246英呎(10公尺∼75公尺)的概略描述，且一樣表示必須依據(jù)實(shí)際發(fā)送的環(huán)境而定。

Z-Wave與ZigBee之間除了傳輸速度、傳輸距離有別之外，在節(jié)點(diǎn)數(shù)目、拓樸型態(tài)、安全加密上也都各有不同。

首先是節(jié)點(diǎn)數(shù)目，此方面Z-Wave并未有所改變，依舊是每個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)最多232個(gè)節(jié)點(diǎn)，若想與更多節(jié)點(diǎn)聯(lián)系，就必須使用跨網(wǎng)的橋接(Bridge)技術(shù)才行。

至于ZigBee方面，ZigBee的節(jié)點(diǎn)尋址達(dá)16-bit，理論上可以達(dá)65,536個(gè)節(jié)點(diǎn)，此遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過(guò)Z-Wave，此外ZigBee還能選用更大范疇的64-bit尋址，如此節(jié)點(diǎn)數(shù)就不可限量。更進(jìn)一步的，IETF已擬定讓ZigBee與IPv6接軌整合的6loWPAN(全稱為：IPv6 over Low power WPAN)，ZigBee節(jié)點(diǎn)將可以廣大Internet結(jié)合，這些方面Z-Wave都無(wú)法比擬。

另外在連接拓樸方面，Z-Wave只有一種拓樸型態(tài)，即是網(wǎng)狀(Mesh)，而ZigBee除了也有網(wǎng)狀拓樸外，也支持星狀(Star)、叢集狀(Cluster)等拓樸。值得注意的是，各節(jié)點(diǎn)除了自身所需的信號(hào)收發(fā)外，也會(huì)代為中繼傳遞其它節(jié)點(diǎn)的信號(hào)，無(wú)論是自身需求的收發(fā)或轉(zhuǎn)傳其它節(jié)點(diǎn)的信號(hào)，該節(jié)點(diǎn)都會(huì)脫離休眠狀態(tài)而進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，而經(jīng)常扮演中繼工作的節(jié)點(diǎn)將比其它節(jié)點(diǎn)更為忙碌，功耗也會(huì)較多，所以在實(shí)際布建時(shí)的設(shè)計(jì)規(guī)劃上，也會(huì)盡量以非使用電池運(yùn)行的裝置來(lái)?yè)?dān)任忙碌型中繼的角色。

至于安全加密方面，ZigBee使用128-bit的AES對(duì)稱加密，而Z-Wave則是尚未有任何加密的設(shè)計(jì)，這其實(shí)不難想象，在Z-Wave最初只有9.6kbps的傳輸帶寬下，若再進(jìn)行加密性傳輸，則實(shí)質(zhì)數(shù)據(jù)的傳遞量將會(huì)更少，因此不太可能在9.6kbps中再行加密，不過(guò)Z-Wave將速率提升至40kbps后，也應(yīng)該開(kāi)始考慮提供加密的措施。

二者間在應(yīng)用領(lǐng)域的差異

平心而論，Z-Wave在訂立之初就以家庭自動(dòng)化應(yīng)用為目標(biāo)，而ZigBee則是追求更廣泛應(yīng)用為目標(biāo)，兩者各在最初指導(dǎo)思想就有不同的考慮，自然在規(guī)格上也有諸多落差，此實(shí)不能單就規(guī)格數(shù)據(jù)表現(xiàn)來(lái)論斷。

特別是Z-Wave獲得Cisco、Intel、Microsoft等資通訊大廠的支持后，Z-Wave已從單純的家庭自動(dòng)化應(yīng)用，開(kāi)始擴(kuò)展延伸到數(shù)字家庭領(lǐng)域，甚至是家庭自動(dòng)化與數(shù)字家庭的接軌整合等，加上Z-Wave的各項(xiàng)技術(shù)仍在持續(xù)提升，從9.6kbps增進(jìn)到40kbps可說(shuō)是該陣營(yíng)的一大鼓舞，同時(shí)也是給ZigBee更大的競(jìng)爭(zhēng)

此外，ZigBee原先期望也用于PC外圍或消費(fèi)性電子的游戲玩具中，但就目前來(lái)看，無(wú)論是PC所用的無(wú)線鼠標(biāo)、無(wú)線鍵盤，還是Nintendo Wii的無(wú)線游戲控制器、Sony PlayStation 3的無(wú)線游戲控制器，都是使用藍(lán)牙而非ZigBee，加上藍(lán)牙芯片已多年大量量產(chǎn)，組件的量?jī)r(jià)均攤已達(dá)高度成熟，ZigBee當(dāng)初設(shè)定以更低價(jià)格取代藍(lán)牙在控制領(lǐng)域應(yīng)用，此一構(gòu)想的實(shí)現(xiàn)難度也日益增高。

由此來(lái)看，現(xiàn)在最需要擔(dān)心的反而不是規(guī)格表現(xiàn)偏弱的Z-Wave，反而是追求應(yīng)用領(lǐng)域最大化的ZigBee，很有可能落入“樣樣通、樣樣松”的結(jié)果。 Z-Wave占據(jù)家庭(家庭自動(dòng)化、數(shù)字家庭;Bluetooth擁有信息(無(wú)線鍵盤/鼠標(biāo))、通訊(無(wú)線耳機(jī)/話筒)、消費(fèi)性電子(電玩控制器)，或許最后最適合ZigBee的將會(huì)落在工控、醫(yī)療等領(lǐng)域。