无线传感器网络ZigBee与Z-Wave的标准的竞争
ZigBee与Z-Wave发展状况
产业要得到大规模发展,标准化是前提。在信息产业里往往是标准引领技术和产业的发展。在无线传感器网络(WSN)领域中,目前主要有2个标准,ZigBee与Z-Wave。目前多数人看好的是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。
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。
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。
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。
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。
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。
Z-Wave技术更新
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。
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。
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。
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。
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
欧洲与美国地区的差异
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。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。
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。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。
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