ZigBee是低成本且具備網路架構的多節點無線技術，就如同傳奇故事般，不斷在業界中滋長傳遞。然而業者在開發ZigBee裝置時，常因對ZigBee應用細節的了解程度不足，而減緩開發速度...
ZigBee是低成本且具備網路架構的多節點無線技術，就如同傳奇故事般，不斷在業界中滋長傳遞。然而業者在開發ZigBee裝置時，常因對ZigBee應用細節的了解程度不足，而減緩開發速度。因此，本文試圖透過採用Chipcon所提供的ZigBee系統單晶片CC2430，以及通過ZigBee相容平台認證(ZigBee Compliance Platform, ZCP)的ZigBee協定堆疊Z-Stack，來完整呈現整個ZigBee從硬體平台的選擇設計，到最後的裝置連結互動的軟硬體開發環境。
2006年是人類從數位時代邁入資訊時代的第六年，許多二十世紀科幻電影中所呈現的先進技術已在今日實現。在資訊時代中，取得正確以及足夠的資訊來進行各項標的工作，成為一個十分重要的課題。舉些例子，例如透過取得空調、燈光等裝置的活動資訊，以利系統進行控制的環境節能應用；。以環境節能來看，相信大多數人有使用筆記型電腦的經驗，筆記型電腦提供強大的電源管理功能，透過掌握裝置資訊以及連結控制來達到整體節能的目的。但要把筆記型電腦的節能技術應用到居家或辦公環境中，重點就在於必須限制節能系統掌握資訊，及控制環境所須布置的訊號控制線數量。終究沒人希望自己家裡或辦公室，為了管理能源而須跟筆記型電腦內部一樣，到處布滿系統用來連結裝置的纜線及印刷電路。
設計數位電路 布置射頻天線
CC2430為整合ZigBee無線功能的增強型8051，最高可以提供32MIPS的處理效能。通常，會根據應用需求選擇工作頻率，來取得效能與電源消耗的平衡點。
電路設計方面，整個電路所必需的被動元件數少於20個，因此只要進行簡單的數位電路設計，以及射頻天線的布置之後，便可以進行電路板的製作。射頻天線的部分可以使用印刷電路天線或是晶片天線，小型裝置建議選擇晶片天線來進行應用。最後只要等電路板完成之後進行無線射頻部分的天線匹配調校，便可以完成整個硬體部分的工作，進入軟體開發的階段(圖1、2)。
裝置類別
與許多開發者所熟悉的藍芽技術相去不遠，ZigBee與藍芽都用所謂的類別(Profile)來定義裝置功能。因此要開始一個ZigBee產品設計，第一個步驟就是評估所要發展的產品是否為ZigBee聯盟(ZigBee Alliance)已經發布的公開類別(Public Profile)。若符合或是接近公開類別的定義，只須要從Z-Stack中選擇要使用的類別，便可以馬上開始下一個設計階段。反之若是所要開發的產品完全沒有類別可以參考，那就須採用Z-Stack中所提供的Profile Builder(圖3)所提供的類別程式產生功能，來產生一個類別程式碼。在Profile Builder中僅須要設定類別的幾個主要內容，例如裝置(Device)以及裝置傳輸用的叢集(Cluster)即可藉由Profile Builder產生Z-Stack所使用的程式碼。
開發應用軟體
Z-Stack的開發環境為IAR Systems公司所發展的Embedded Workbench for MCS-51整合式開發環境(圖4)。如同大多數的嵌入式系統，ZigBee專案設計是採由上往下的開發思考(圖5)。大部分的情況下，使用者僅須開發應用層(Applications Layer)的客製化程式即可，而毋須對其他作業底層進行設計修改或深入了解。
藉無線封包攔截器檢視封包
在程式的開發過程中，偵錯階段經常需要工具的協助。在這個階段可以利用無線封包攔截器(IEEE 802.15.4 Packet Sniffer)(圖6)幫助開發者檢視，裝置間在空氣傳遞訊息的無線電封包。
無線封包攔截器可以詳細地將ZigBee裝置所發送的無線電封包的來源位址、目的位址、封包類別，以及資料內容完全顯現出來。
因此當開發過程遇到裝置間的連結互動有異常時，便可以透過檢視封包內容的方式來釐清問題所在。當然使用無線封包攔截器攔截無線電封包之前，記得將ZigBee裝置的AES128加密傳輸關閉，否則將無法攔截到任何封包來加以分析。
檢視網路連結狀態
ZigBee裝置可以組成星狀(Star)、樹狀(Tree)，以及網狀(Mesh)等三種網路拓樸架構。當裝置開發完成之後，可以使用ZigBee網路分析軟體(Daintree Network Analyzer)(圖7)進行網路連結狀態檢視。
網路分析軟體可以幫助開發人員更方便地識別裝置間的連結關係，以及路由器(Router)的資料傳遞路徑。
網路分析軟體也可以用來幫助非技術開發人員更快了解整個ZigBee裝置在整個網路的屬性跟功能。
透過工具進行裝置配對
從藍芽盛行後，裝置配對的概念已經漸漸為使用大眾所了解及接受。ZigBee裝置在應用上也須要進行所謂配對(Binding)的動作(圖8)。
而裝置間的配對方式最主要分為兩種，第一種為裝置對裝置的直接配對，這個方式跟我們現在所熟悉的藍芽裝置配對方式很接近，兩個裝置各透過自己的操作方式與對方達成配對，這種配對方式較適合用在個人化的操作設備，例如行動電話或是個人身分識別卡。
第二種為透過配對工具(Commission Tool)來進行裝置間的配對，這種配對方式為ZigBee裝置較主要的配對方式。因為在一個系統中ZigBee裝置數動輒上百上千，若皆採用如同藍芽般的裝置直接配對方式，會讓裝置配對的過程成為系統人員的災難，因此透過配對工具來進行裝置間的配對便非常重要。
配對工具如同大家小時候玩過的連連看遊戲，配對工具會將所有在系統中的裝置依照類別全部列出，然後系統人員再利用滑鼠點選所欲連結的所有裝置，便可以快速完成大量裝置的配對工作。
(本文作者任職於禾伸堂)
(詳細圖表請見新通訊60期2月號)