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一、ZigBee与Z-Wave发展状况 U~h
f,Oxi Wgp}v93 在无线传感器网络(WSN)领域中,多数人看好的是ZigBee,毕竟ZigBee有国际标准IEEE 802.15.4为其技术根基,且目标市场较广、潜在需求用量较大。相对的,丹麦Zensys公司所提出的Z-Wave技术不仅没有国际标准为其依靠,应用上也仅止于家庭自动化,不似ZigBee能同时适用在工控、医疗、安全等多种领域。 I$yFCd Xr 就技术标准而言Z-Wave已矮于ZigBee一截,而推广上,Z-Wave也一样居于弱势。Zensys极力避免他人认定Z-Wave是该公司专属自用的技术,一旦如此认定,势对Z-Wave的普及推广产生阻力,所以Zensys发起、成立了Z-Wave Alliance的联盟机构,期望以机构主导此标准的推广,让Z-Wave技术获得更广泛的采用。 y^OT0mZkg 虽然Z-Wave Alliance已有100多家业者加入成会员,但仔细观察会员名单,却相当缺乏IT、通讯、消费性电子等3C领域的重量级业者来支持,相对的国际级的半导体业者几乎都支持及参与ZigBee,因此Z-Wave连业者阵容、机构气势等方面也一样不如ZigBee。 tNk.|} 不过,Z-Wave的气势低落是2006年1月以前的事,在此之后就风云突变,首先是通讯设备大厂思科(Cisco)宣布投资Zensys公司(Cisco虽投资与支持Z-Wave,但主要也是将Z-Wave技术用在家庭性的无线应用产品上,此方面属于Cisco旗下Linksys的业务范畴),并加入Z-Wave Alliance机构,之后在同年6月与 Intel的创投单位Intel Capital宣布投资Zensys,且一样加入Z-Wave Alliance,顿时Zensys、Z-Wave获得IT、通讯两大领域的重量级业者的力挺,气势大增。
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ORCG(N ~-J!WC==U 图一:图中为Zensys公司的第二代Z-Wave单芯片-ZM0201,ZM0201的封装尺寸小于第一代的ZM0102,图中为ZM0201与一枚25美分硬币的尺寸比较。 @XJzM]*w& ]?un'$%e 到了2007年1月,软件巨头Microsoft也呼应Z-Wave技术,在其.NET Micro Framework(简称:.NET MF)上加入对Z-Wave的支持,并宣布与Z-Wave Alliance中的会员业者Leviton、ControlThink等共同研发Z-Wave应用,再加上PC外围大厂Logitech(罗技)也推出使用Z-Wave技术的家庭遥控器,从这种种迹象来看,Z-Wave的发展并没有想象中的悲观,并且从单纯的家庭自动化应用,扩展延伸到数字家庭的领域中。 *#y9 Pve 此外,Z-Wave标准与Z-Wave功效技术等在近年来也持续进步中,许多技术细节与支持芯片也都有所强化、提升。 .`ZuUr w/49O;r V 二、Z-Wave技术更新 /:=,mWoO ABIQi[A 过去,若对Z-Wave有所了解的读者,必然对Z-Wave的传输率表现感到印象深刻,不过这并非是强悍的深刻,反而是低落的深刻,Z-Wave的传输率仅有9.6kbps,虽然WSN本就不强调数据的传输速度、传输量,但也不至于过低,以ZigBee来相对比较,即便不去谈论2.4GHz频段的250kbps传输率,在915MHz频段上也至少有40kbps,或在868MHz频段上也还有20kbps,ZigBee的三种速率模式都没有低至9.6kbps。 xoB "hNIX 也许Z-Wave阵营已了解到此一弱处,并在之后进行强化改进,新的资料显示,Z-Wave除了原有的9.6kbps速率外,也另增一个可达40kbps速率的模式,以此拉近与ZigBee之间的差距,如此ZigBee除了在2.4GHz的250kbps速率胜过Z-Wave外,另两种模式与Z-Wave无太大差异。 p|`[8uY? 而且,Z-Wave提出的新速率能与原有9.6kbps速率的节点装置完全兼容互通,即是在同一个Z-Wave网络内能并存运用9.6kbps的节点与40kbps的节点,如此在布建的规划设计与延伸上可更便利。 9Od|R"aS| X[E!q$ag /ReOf<%B 3bK=Q3N 图二:第二代Z-Wave单芯片-ZM0201的内部功能方块图,其中包括8051微控制器核心、Z-Wave的软件API、可存放Z-Wave应用程序的内存空间、Z-Wave的无线射频收发器(RF Transceiver)等。 X B[C&3I , 9"A"p*R 在使用频段方面,Z-Wave也与ZigBee差距不大,Z-Wave虽不像ZigBee能在2.4GHz频段使用,但也能在868MHz及908MHz(具体而言是868.42MHz及908.42MHz)的频段工作,且与ZigBee相同的,868MHz频段在欧洲地区运用,908MHz(ZigBee位于相近的915MHz)频段则是在美国地区运用。 Aw,#oG {N V5up/ 6b,1 至于无线发送的调制,Z-Wave依旧是使用原有的GFSK(Gaussian Frequency Shift Keying)方式。相对的,ZigBee在868MHz与915MHz频段是使用BPSK(Binary Phase-Shift Keying)调制,而在2.5GHz频段是使用正交式QPSK(Quadrature Phase-Shift Keying)调制。 m'"Ra- g6!#n 三、欧洲与美国地区的差异 vy{YGT Sp~gY]: 若更进一步了解,可以发现Z-Wave技术与今日其它新推行的无线技术一样,经常遭遇到各地区电信法规的不同限制,而必须做出各种的因应与妥协。 SX6P>:` 举例而言,Z-Wave在欧洲所使用的868MHz频段,在法规上有占空比不得大于百分之一的限制,也就是说:Z-Wave真正在进行无线信号发送的时间与没有在发送无线信号的时间,比例是1:99,若将时间刻度放大来解释,即是发送1秒钟的无线信号后,必须停止、闲置99秒,之后才能进行第二次发送,且发送时间一样只能持续一秒,接下来又是长达99秒的等待。很明显的,此项法规的限制也使Z-Wave不易提升其传输率。 t.]c44RY 当然,在长达99秒的等待过程中,Z-Wave节点(或称:装置)可以进入休眠的省电状态,藉此来降低功耗、节省用电,此方面Z-Wave已能达0.1%的占空比,同样以时间刻度放大的角度来说明,若一样以100秒为一个周期单位,Z-Wave可以只工作0.1秒,其余99.9秒的时间都在休眠。 VkDFR
[k_ 图三:Zensys公司已推出第三代的Z-Wave单芯片:ZM0301,新世代单芯片使用0.18um制程,价格比第二代低廉15%∼30%(视需求用量的报价而定),且整合更多硬件资源,包括更大的内建内存,如此应用程序可直接撰写、烧录在单芯片内,不用再行外接内存来撰写、存放应用程序。 CJ
9tO#R 虽然Z-Wave在欧洲的868MHz频段上有占空比的限制,但相对的在美国908MHz频段上就没有这项限制,所以理论上Z-Wave日后可以在908MHz频段上有更高的速率提升空间。 Co^a$K 不过,美国的908MHz频段却也有另一项缺点,即是对发送功率进行限制,其发送功率不得高于1毫瓦,相对的欧洲在这方面的规范反而较宽松,只要在25mW内都属合法使用,发送功率限制的结果也会连带限制Z-Wave的发送距离、无线覆盖率。至于ZigBee方面目前的最大发送功率也是在1mW(0dBm)内。 G9uWn%
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