自1998年5月Bluetooth SIG成立以來,業者莫不期待藍芽將成為帶動無線個人區域網路應用的核心技術,加入SIG的廠商也一直持續不斷的增加,但2000年與2001年仍未見藍芽產品市場開始起飛,因此有些廠商對於藍芽的態度開始轉趨保守,然而隨著藍芽晶片價格的持續下滑、微軟新一代作業系統已支持藍芽傳輸,以及新一代行動數據服務的開始推展,藍芽的未來依舊充滿想像空間。
不過,市場慢慢成長並不意謂技術的創新同樣趨緩,藍芽以外的無線個人區域網路新技術正逐漸朝商品化的階段邁進,在IEEE 802.15的標準中,除了納入藍芽(IEEE 802.15.1)之外,同時也發展高速傳輸的UltraWideBand(IEEE 802.15.3a)與低耗電的ZigBee(IEEE 802.15.4),究竟這兩種新的WPAN技術有何特色?其對無線個人區域網路市場的影響為何?本文將為您作進一步的分析。
便宜又省電的低速WPAN標準--Zigbee
Zigbee就如同PURLnet、RF-Lite、Firefly、HomeRF Lite等過去的短距離無線通訊技術一樣,強調低成本、低耗電、雙向傳輸、感應網路功能等特色,不過Zigbee是朝著開放標準的方向發展。一開始由Honywell所發起,目前主要的成員包括Invensys、Mistubishi Electric、Motorola、Philips Semiconductor等Promoters,以及20多家的IC設計製造與系統廠商(詳如下表)。除此之外,IEEE也將Zigbee收納為IEEE 802.15.4的標準,與Zigbee Alliance共同為此一WPAN標準催生。
表一 Zigbee Alliance成員| Promoters | Participants |
| Honeywell, Invensys, Motorola, Mitsubishi, Philips | Adcon RF Technology BV, AlfaPlus Semiconductor, Inc., Analog Devices, Atmel Corporation, Cambridge Consultants, Chipcon, CompXs, CSEM SA, Eaton Corporation, Ember Corporation, Figure 8 Wireless, LLC, France Telecom, Helicomm, Inc., Honeywell, Intel Corporation, Integration Associates, Leviton Mfg. Company, Inc., Microchip Technology, Micro Linear, National Technical Systems, NTRU Cryptosystems, Inc., RF Micro Devices, Uniband Electronic Corporation, Xanboo Inc., Xemics, ZMD AG |
規格與標準制定
ZigBee的接取方式採直序展頻(Direct Sequence Spread Spectrum)技術,可使用的頻段有三個,分別是2.4GHz的ISM頻段、歐洲的868MHz頻段,以及美國的915MHz頻段,而不同頻段可使用的通道分別是16、10、1個,如(圖一)。
ZigBee的傳輸速率介於20kbps~250kbps之間,並隨著傳輸距離的延長而減慢,例如:發射功率在1mW的ZigBee產品在10公尺的距離內可達250kbps的傳輸速率,若將傳輸距離拉長至20公尺,則速度只剩30kbps,不過藉著提高發射功率,還是可以達到100公尺的傳輸距離內,每秒250kbps的傳輸速率。另外,由於具備高鏈結數與低耗電的特性,對於ZigBee在感應式網路(Sensor Network)上的使用,就具有相當大的優勢,例如:在工廠內的作業溫度量測、水電瓦斯計度的記錄、保全防護的監控上,業者不需經常更換電池或佈建供電網路,而且只需極少的人力與設備,即可取得所需的資訊。
表二 ZigBee Alliance基本規格| 頻段 | 全球的2.4GHz ISM頻段、歐洲的868MHz頻段,以及美國的915MHz頻段 |
| 鏈結數 | 支援主從式或點對點方式運作,同時最多可255個裝置鏈結(Master×1,client nodes×254) |
| 接取方式 | 直列展頻技術DSSS |
| 網路架構 | 星形 |
| 傳輸速率 | 20kbps~250kbps |
| 傳輸距離 | 10公尺(依耗電量之不同,可提昇至100公尺) |
| 可使用頻道數 | 在2.4GHz的ISM頻段,可使用的通道數為16個;在915MHz的ISM頻段,可使用的通道數為10個;在歐洲的868MHz頻段,可使用的通道數為1個 |
而在標準制定的分工上,則由ZigBee Alliance與IEEE 802.15.4的任務小組共同制定,其中實體層、MAC層、資料鏈結層,以及傳輸過程中的資料加密機制等發展由IEEE所主導,並共同針對ZigBee Protocol Stack的發展進行研議,而未來還能依系統客戶的需求,為不同應用修正其所需之應用介面,如(圖二)。
可能應用與市場發展
Zigbee的出發點是希望能發展一種易佈建的低成本無線網路,同時其低耗電性將使產品的電池能維持6個月到數年的時間。在產品發展的初期,將以工業或企業市場的感應式網路為主,提供感應辨識、燈光與安全控制等功能,再逐漸將目前市場擴展至家庭中的應用。根據Zigbee Alliance的觀點,一般家庭可將Zigbee應用於以下裝置:
- ● 空調系統的溫度控制器
- ● 燈光、窗簾的自動控制
- ● 老年人與行動不便者的緊急呼叫器
- ● 電視與音響的萬用遙控器
- ● 無線鍵盤、滑鼠、搖桿
- ● 煙霧偵測器
- ● 智慧型標籤
- ● 玩具
目前ZigBee標準制定的Draft階段已即將完成,預估2003年中旬,晶片業者就可具備量產能力,並可於2003年底達到商品化的目標。而投入ZigBee技術研發的業者對於市場的發展都抱持相當樂觀的看法,根據Adcon Telemetry AG觀點,預估全球低速通訊應用市場將在2005年達到5.7億台的規模,如(圖三),屆時不論ZigBee能取得多大的市場佔有率,這都代表其可發展的空間的確具有相當大的潛力。
邁向具方向感的高速傳輸--超寬頻
2002年2月14日,美國聯邦通信委員會(FCC)核准超寬頻(UltraWideBand;UWB)產品可以合法在商業市場上銷售,正式為這項短距離無線技術開啟商用化的大門,而號稱能進行高速傳輸,且具有低成本與低耗電力優點的UWB究竟是什麼樣的技術,以下是我們的分析。
UWB的源起與FCC對UWB的規範
UWB的技術起源於18世紀末,不過一直到了1960年代以後,美國軍方才開始進行一系列有關雷達偵測與無線通訊的秘密研究計劃。1998年FCC開始重視UWB技術,並進行相關法令的研議,同年9月,正式發出諮詢各方意見的NOI(Notice of Inquiry),之後在2000年5月公布立法提議NPRM(Notice of Proposed rulemaking),經歷1年多的努力,終於在今年2月14日宣布UWB商用化規範,並於4月公布實際施行細則。
根據FCC的Report & Order 2002/02,為避免不同應用可能產生的潛在干擾問題,將UWB裝置分成三種類型:(1)影像系統--包含地面穿透雷達系統(GPRs)、牆內影像系統、穿牆影像系統、監視系統、醫療影像系統設備;(2)車用雷達系統;(3)通訊與量測系統(詳如表)。其中,較受人關注是有關通訊與量測系統部分,根據FCC的規範,此類裝置的使用頻段為3.1~10.6GHz,頻段規範如(表三),將主要在室內使用,或僅能進行手持式裝置的點對點傳輸,因此這些裝置目前將無法執行行動電話的類似應用,這也使得有些人認為FCC對UWB的使用規範限制太嚴,而某部分的公司也希望FCC能將3.1GHz的下限放寬,好讓業者能運作UWB技術發展LAN與WAN的應用。
或許是因為現階段的UWB設備並不多,而且幾乎沒有UWB與其他無線技術之間可能產生干擾的資料統計,所以目前FCC的態度才會顯得保守些,不過,FCC承諾將在6~12個月內重新評估,倘若業界能證明UWB產品能與其他傳輸技術共存,則FCC將考慮放寬對UWB的限制。
表三 FCC對UWB的使用頻段規範| 允許使用的頻段 | ||
| 影像系統 | 地面穿透雷達系統 | 960MHz以下或介於3.1~10.6GHz |
| 牆內影像系統 | 960MHz以下或介於3.1~10.6GHz | |
| 穿牆影像系統 | 960MHz以下或介於1.99~10.6GHz | |
| 監視系統 | 1.99~10.6GHz | |
| 醫療影像系統 | 3.1~10.6GHz | |
| 車用雷達系統 | 22~29GHz | |
| 通訊與量測系統 | 3.1~10.6GHz | |


