采用網狀拓撲　ZigBee網路設計靈活

　　事實上，ZigBee係一個開放的無線網狀網路技術，在智慧能源管理應用領域備受期待。其與傳統的星型和點對點網路架構不同，采用動態、AODV（Ad Hoc On-demand Distance Vector）路由技術，并以最低成本的網路拓撲結構為建筑物內的所有節點提供可靠的覆蓋率（圖2）。

　　圖2 常見的三種無線通訊網路拓撲結構

　　在AODV中，當一個節點須連接時，路由器將發送一條路由請求，其他節點在路由表中查找，如果有到達目標節點的裝置，則向來源節點回饋，來源節點選擇一條可靠、跳數最小的路線，并儲存資訊到本地路由表以便用于未來所需；如果一條路由線路失敗，節點還能簡單的選擇另一條替代路由線路。不僅如此，若來源和目的地之間的最短線路因墻壁或多徑干擾受阻，ZigBee也能自我調整，找出較長但可用的路由線路。

　　舉例來說，基于芯科實驗室（Silicon Labs）ZigBee系統單晶片（SoC）和EmberZNet PRO協定堆疊的無線感測器網路，可提供自配置和自修復的網狀網路連接性，并擴展連接單一網路中的數百或數千節點。

　　為發揮ZigBee網路彈性設計的最大優勢，營運商也須搭配高效率的除錯工具，主因係網狀網路的復雜性將使傳統網路分析工具（如Packet Sniffer）使用起來更加困難。此外，封包到達目的地前，許多中間傳輸將超出分析儀的應用範圍，目前唯一的解決方法是采用專用的桌上型網路分析儀 （Desktop Network Analyzer），才能以圖形化介面顯示網路中每個封包收發狀況，并進行協定分析，讓開發人員得以協調網路通訊和裝置任務。

　　不過，在某些情況下，網狀網路并不是合適的選擇，因為節點密度太低，因此無法提供有效的容錯移轉支援。例如，公路或鐵路網路拓撲結構須沿著狹長路徑以寬間距部署節點。同樣，校園的周邊設施對于采用網狀網路來說過于稀疏。在這些環境中，結合星型拓撲結構可跨越更遠距離，因而更可靠及合適。

　　頻段干擾較少　Sub-GHz支援長距離通訊

　　由于無線傳播距離與頻率成反比，在低功耗、長距離通訊或穿墻能力上，Sub-GHz射頻（RF）技術比ZigBee更有優勢，如目前在許多無線網路應用中，433MHz已成為2.4GHz的替代品（惟日本不允許用于無線應用）；而基于868MHz和915MHz的設計亦已廣泛用于美國和歐洲市場。

　　許多可用頻段對系統整合商來說，既可選擇在某些特定區域進行效能最佳化，或配合公共事業在廣闊區域設計系統。在多樣化選擇中，Sub-GHz與2.4GHz頻段相比，頻段頻譜干擾更少，因而能提高網路整體效能，減少傳輸中的重復傳送次數。

　　儘管Sub-GHz技術可采用標準的網路通訊堆疊協定，但許多廠商仍選擇專用解決方案來解決其特定需求，主要係無線協定面臨著一個問題，接收器不知道消息何時到來，不得不保持監聽以便不丟失任何資料，因此即使沒有消息，接收器也不能完全關閉，此種情形將限制節點的電池自主權，須定期更換電池或充電。

　　市面上最新的Sub-GHz收發器已可支援119M~1，050MHz頻率範圍，最大146dB的鏈路預算（Link Budget），以及休眠模式下僅需50奈安培（nA）電流消耗；同時也能支援雙天線設計，以減輕多徑衰落的影響。

　　晶片整合天線分集邏輯演算法后，還可采用跳頻和時脈同步技術，讓系統整合商在調節器和終端節點之間，實現跨越數公里的Sub-GHz網路，且終端節點可采用單電池運行10年以上，因而能以少量調節器覆蓋特定區域，加速實現智慧能源管理系統的建置。

　　不過，無線網路世界中，沒有一種萬能的解決方案，尤其在大規模、低功耗網路中，更不能僅選擇無線網路中的某一種形式，須促進Sub-GHz和ZigBee 無線網路良好并存。例如在校園中，2.4GHz ZigBee適用于室內自動化系統，而Sub-GHz用于戶外燈光控制。

　　ZigBee/Sub-GHz共構低功耗無線感測器網路

　　雖然可靠、有效的收集資料能力對無線網路環境布建最為重要，但相關業者要真正激發出無線網路應用潛能，實現所有即時資訊的資料分析、視覺化以獲得行動服務，還須進一步發展云端運算連接方案。

　　一般而言，大規模網路通常利用回程（Backhaul）系統，把每個子網路中收集的資訊轉換成網際網路通訊協定（IP），并且在每個收集點，把接收到的資料轉換成適合在標準IP幀中傳輸的格式。大多數情況下，在感測器網路中的網路通訊協定前端將分解并進行封包分析，隨后回程系統再把含有來源和目的地資訊的塬始資料整合成IP封包，讓感測器網路毋須消耗過多能源。

　　緊接著，IP封包將采用與其他網路資料封包一樣的方式選擇路由，而服務提供者則透過云端服務分析資訊，并提供給用戶，讓消費者可藉由平板、筆電或手機取用數據，形成更有效率的智慧能源管理流程。

　　無庸置疑，無線通訊和低功耗設計技術的發展帶來許多便利性，讓人們可測量、監視和控制環境，這是以前無法想像的；現階段，智慧電表、保全和建筑物自動化等應用正蓬勃發展，而污水管理和森林火災探測類型等應用也開始起步。由于不同的技術各有優勢，未來ZigBee協定和Sub-GHz射頻系統將高度整合，以實現高可擴展和可靠性的低功耗無線感測器網路。