一、Zigbee 介紹
ZigBee 可應用在許多領域，例如工廠自動化控制、醫院數據採集、智慧家庭裝置控制及商辦大樓自動化 .. 等。ZigBee 基於 IEEE 802.15.4 協議，有效傳輸覆蓋範圍在 10~75 公尺之間，是一個低功耗、低數據傳輸（250 bit/s）以及低成本的無線網路技術，提供了可靠及安全的傳輸。
在 ZigBee 網路層中有三種網路拓撲，分別為星狀拓撲、樹狀拓撲以及網狀拓撲。
星狀拓撲
由一個 Coordinator 及許多的 End devices 組成。是三個網路拓撲中最簡單的一個，有著易同步化以及低延遲的優點，但缺點是不易擴充，且資料傳輸路徑只有一條。每個 End device 只能和 Coordinator 進行通信，而 End device 與 End device 之間的通信也必須透過 Coordinator 完成。
樹狀拓撲
由一個 Coordinator、數個 Router 以及多個 End devices 組成。有著低路由成本和允許多點跳躍（Multi-hop）的優點，不過延遲較長以及路由重建成本大。樹狀拓撲的通信規則是每個 Router 都只能和它的父節點或子節點進行通信，且資料傳輸的路徑也只有一條。
網狀拓撲
由一個 Coordinator、多個 Router 以及多個 End devices 組成。網狀拓撲可以允許多點跳躍（Multi-hop）、網路較有彈性以及低延遲，不過需有儲存空間來儲存路由表。與樹狀拓撲相比，網狀拓撲擁有更靈活的資料傳輸規則，Router 與 Router 之間可以直接通信。如果資料傳輸時其中一個 Router 故障了，資料也可以使用其他路徑進行傳輸。
ZigBee 除了支援三種網路之外，ZigBee 也包含了三種不同的角色如下：
Coordinator 協調器
用來啟動和控制網路，同時儲存關於網路的訊息，包含認證中心和儲存安全密鑰。
Router 路由器
藉由 Router 來擴展網路覆蓋，提供備份路由以防止網路擁擠和設備失敗，也可以聯繫到 Coordinator 和其他 Router。
End device 終端設備
可以接收和發送訊息，必須被聯繫到 Coordinator 或 Router。
ZigBee 可應用在許多領域，例如工廠自動化控制、醫院數據採集、智慧家庭裝置控制及商辦大樓自動化 .. 等。ZigBee 基於 IEEE 802.15.4 協議，有效傳輸覆蓋範圍在 10~75 公尺之間，是一個低功耗、低數據傳輸（250 bit/s）以及低成本的無線網路技術，提供了可靠及安全的傳輸。
在 ZigBee 網路層中有三種網路拓撲，分別為星狀拓撲、樹狀拓撲以及網狀拓撲。
星狀拓撲
由一個 Coordinator 及許多的 End devices 組成。是三個網路拓撲中最簡單的一個，有著易同步化以及低延遲的優點，但缺點是不易擴充，且資料傳輸路徑只有一條。每個 End device 只能和 Coordinator 進行通信，而 End device 與 End device 之間的通信也必須透過 Coordinator 完成。
樹狀拓撲
由一個 Coordinator、數個 Router 以及多個 End devices 組成。有著低路由成本和允許多點跳躍（Multi-hop）的優點，不過延遲較長以及路由重建成本大。樹狀拓撲的通信規則是每個 Router 都只能和它的父節點或子節點進行通信，且資料傳輸的路徑也只有一條。
網狀拓撲
由一個 Coordinator、多個 Router 以及多個 End devices 組成。網狀拓撲可以允許多點跳躍（Multi-hop）、網路較有彈性以及低延遲，不過需有儲存空間來儲存路由表。與樹狀拓撲相比，網狀拓撲擁有更靈活的資料傳輸規則，Router 與 Router 之間可以直接通信。如果資料傳輸時其中一個 Router 故障了，資料也可以使用其他路徑進行傳輸。
ZigBee 除了支援三種網路之外，ZigBee 也包含了三種不同的角色如下：
Coordinator 協調器
用來啟動和控制網路，同時儲存關於網路的訊息，包含認證中心和儲存安全密鑰。
Router 路由器
藉由 Router 來擴展網路覆蓋，提供備份路由以防止網路擁擠和設備失敗，也可以聯繫到 Coordinator 和其他 Router。
End device 終端設備
可以接收和發送訊息，必須被聯繫到 Coordinator 或 Router。
二、全球市場概況與趨勢
由於自動化的出現，帶動了智慧家庭和智慧建築行業。Zigbee 提供許多訊息傳遞的方式，因此可以實現大樓自動化遠端通信。現代的消費者開始習慣物聯網產品，並且漸漸的不再將智慧家庭產品視為奢侈品。根據 Verified Market Research 在 Zigbee 市場調查報告指出，於 2021 年 Zigbee 市場規模為 35 億美金，預計至 2030 年市場規模將來到 77.9 億美元。自 2023 年到 2030 年 CAGR 為 9.3%。
三、市面解決方案：ZigBee 應用在工人定位
圖片來源：Pixbay
在工地中，由於人員進出量大及廣泛分佈，因此需要隨時掌握工地的狀況，避免發生工安問題或造成工期延宕。將 Zigbee 應用在工地人員定位監控，目的是為了提高人員管理效率以及進出人員和物品的安全機制管控。建構這樣的系統須包含邊緣裝置（例如ZigBee Tag、ZigBee 定位安全帽）以及 Zigbee 網關。在工地中重要或關鍵的位置安裝 Zigbee 網關，一旦工人經過時，就能將資訊上傳至後台管理系統，協助管理者進行查看及快速搜尋。
四、Zigbee 網關參考設計
參考了市面上的產品，框圖除了包含 NXP 跨界 MCU i.MX RT1062 以及 Zigbee JN5189 外，也搭配了 NXP Wi-Fi IW416 以及 NB-IOT。可以根據實際需求選擇要如何將收集到的定位資訊往後台伺服器傳送，或是透過這些無線傳輸介面提供使用者更多應用與功能。
規格參考
1. MCU: NXP i.MX RT1062 @600 MHz
2. Flash: 32 MB Flash @133MHz
3. SDRAM: 32MB，@166MHz
4. Zigbee 模塊：JN5189 模塊, 32-bit Cortex M4 @48MHz，ZigBee 3.0，接收靈敏度：-90dBm
5. 以太網：10/100 RMII
6. Wi-Fi 模塊：NXP IW416, 支援802.11a/b/g/n 及 BT5.2