ZigBee和Sub-GHz技術因具有低功耗優勢，已逐漸成為物聯網業者建置網路的主要選擇，未來可望快速滲透家庭、醫院、辦公室和大眾運輸系統，組成龐大的物聯網生態系統。
低功耗無線感測器的出現，已成為實現機器對機器(M2M)連通性及物聯網(IoT)的關鍵之一，其應用範圍相當廣泛，從智慧電表(Smart Meter)到保全系統、建築和工廠自動化等均可運用到相關產品及技術(圖1)。
對物聯網未來的發展而言，無線感測器網路的可擴展性、傳輸距離、功耗，以及長期可靠性等特性將格外重要。
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| 圖1 無線感測器網路應用示意圖
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可擴展性與低功耗 無線感測節點設計關鍵
首先探討有關可擴展性的需求，獨立感測器狀態的更新通常不會超過每秒一次，而每次僅發送極少的位元組資訊；然而，即使是單棟建築物也能部署幾萬個節點，例如美國內華達州拉斯維加斯的Aria酒店便部署超過七萬個節點，採用ZigBee網狀網路通訊以控制大樓內外的照明、空調以及許多其他服務，累積的用電量也相當驚人。
尤其在許多情況下，感測器須安裝在主電源不便連接的地方，只能選擇電池供電，為符合此需求，系統業者便須採用一種可靠的網路架構，除要有支援處理大量匯聚資料的能力，且感測器節點自身必須相當省電。
對可靠性、可擴展性和電源效率組合的嚴格需求，取決於無線感測器節點所採用的通訊技術。系統整合業者不僅要斟酌所選擇架構和無線協定的優缺點，也要考量無線技術本身的基本物理屬性，而混凝土牆和多徑衰落對無線系統來說是相當不利的因素，但有許多方法能減輕其影響；為克服這些挑戰，不同國家有各自無線電頻譜的法規，並規定可使用的頻段。
在M2M互連的世界裡，並沒有「一體適用」的無線解決方案。舉例來說，Sub-GHz和ZigBee無線網路在不同的無線頻段運行，因此設計人員須考量其特定屬性，並針對不同的應用進行選擇。
半導體技術躍進 無線晶片發展火力全開
在校園環境中，2.4GHz ZigBee更適合用於建築自動化系統，而Sub-GHz射頻(RF)方案則是戶外照明和存取控制的理想選擇；至於無線互連的其他選擇，如無線區域網路(Wi-Fi)非常適合傳輸大量資料，而藍牙(Bluetooth)專為可攜式裝置之間的點對點通訊而優化。每一種無線技術都有各自的優勢和受限之處，在新興的M2M互連世界中，這些無線技術將是共存的。
ZigBee是一種開放、基於全球標準的無線網狀網路技術，與藍牙和Wi-Fi使用相同的2.4GHz無線電頻段，其專為滿足網狀網路中特有的低功耗無線感測器節點而設計。與傳統網路結構(例如星型拓撲和點對點訊號傳輸模式)不同的是，網狀網路能為建築物內的每個低功耗節點提供可靠覆蓋，而且每個節點的成本最低。
基於ZigBee無線網路標準的無線感測器網路，提供自配置和自恢復網狀連接能力，能在單一網路中擴展連接數百或數千個以上裝置。
過去由於缺少超低功耗、高可靠度和超低成本元件以及廣泛採用的標準，導致針對M2M和物聯網市場的無線感測器網路發展較為緩慢。
然而，今日整個電子科技產業正處於一個轉捩點，因為半導體晶片商已發展出具成本效益的低功耗小型元件，能夠在完善的標準無線網路中實現可靠連接；雖然要串連所有業者並完全實現M2M連接，仍有大量工作有待進行，但已能克服主要的技術進入障礙。
無庸置疑，物聯網將成為連接智慧裝置、大量資料、高頻寬和具備可擴展性服務的重要驅動
力。
現階段包括電信商、有線電視多系統營運商(MSO)和網通產業相關業者皆已看到在M2M及物聯網中，實現各類物聯網應用服務創新的第一波浪潮，而這些應用未來將遍布於家庭、辦公室、工廠、倉庫、醫院、捷運基礎設施，以及道路運輸和農業等，為整個生活環境開創出全新的樣貌。
(本文作者為Silicon Labs嵌入式系統事業群微控制器行銷總監)