Zigbee 通訊協議：物聯網的輕量級通訊先鋒

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[台灣，2025 年 09 月 19日]

一、前言：物聯網的基石

在快速發展的物聯網（IoT）時代，各種裝置的互聯互通已成為常態。但面對數以百計、甚至千計的感測器和控制器，它們需要長時間穩定運作、且對功耗極為敏感時，傳統的 Wi-Fi 和藍牙技術就顯得捉襟見肘。

這正是 Zigbee 的用武之地。它是一種基於 IEEE 802.15.4 標準的低功耗、低成本、近距離無線通訊協議。Zigbee 的設計初衷就是為了填補 Wi-Fi 和藍牙在 大規模、低功耗無線感測器網路 應用中的空白，成為智慧家庭、工業自動化等領域的理想選擇。

二、核心技術解析

1. 物理層與媒體存取控制層

Zigbee 協議的底層是 IEEE 802.15.4 標準，這是一個專門為低速無線個人區域網路（LR-WPAN）設計的規範。Zigbee 通常在 2.4 GHz 頻段運作，並採用 CSMA/CA (碰撞避免) 機制，確保通訊的可靠性。

2. 網路層：強大的網狀網路

Zigbee 最引人注目的特點是其網狀網路（Mesh Network）架構。這種網路模型允許每個裝置（節點）不僅能與協調器通訊，還能作為中繼，將數據轉發給其他節點。這帶來了兩大優勢：擴大覆蓋範圍與提高網路強韌性。

在 Zigbee 網路中，裝置扮演著不同角色：

· 協調器 (Coordinator)：網路的中心。

· 路由器 (Router)：中繼節點，擴展網路範圍。

· 終端裝置 (End Device)：最基本的節點，功耗極低，可長時間休眠。

3. 應用層與安全機制

為了確保不同製造商的裝置能夠互通，Zigbee Alliance 定義了 Zigbee Cluster Library (ZCL)。它將常見的功能標準化，實現跨廠商的互通性。在安全性方面，Zigbee 採用業界標準的 AES-128 加密演算法，提供了強大的資料保護。

三、Zigbee 與 BLE 應用場景深度分析

在物聯網世界中，Zigbee 和低功耗藍牙（BLE）是兩種常見的低功耗協議。它們都能用於感測器和控制器，但各自的應用場景與優勢有顯著不同。

特性	Zigbee	低功耗藍牙 (BLE)
網路技術	網狀網路	點對點或星狀網路，亦可實現網狀網路 (Bluetooth Mesh)
主要應用	大規模、高穩定性的智慧家庭、工業物聯網	直接與手機通訊、穿戴裝置、電子標籤
功耗	極致低功耗，終端裝置可深度休眠數年	功耗很低，適合電池供電，但受限於通訊頻率
優勢	- 強大且可自癒的網狀網路，可靠性高 - 可支援海量裝置，擴展性強	- 可直接與手機通訊，無需額外閘道器 - 協定相對簡單，開發與部署門檻較低
劣勢	- 通常需要專用閘道器 - 協定較複雜，開發門檻較高	- 早期網狀網路不成熟，擴展性受限 - 品牌間互通性挑戰較大，但 Matter 正在改善

應用場景舉例：

· Zigbee 適用於：一個需要 50 個以上感應器、開關、燈泡共同運作的完整智慧家庭系統。由於其網狀網路可確保所有裝置的通訊穩定性，即使部分設備故障，網路也能自癒，保證長期運作的可靠性。

· BLE 適用於：一個只需要單獨控制的智慧燈泡，或需要透過手機App來解鎖的智慧門鎖。在這種點對點的互動中，BLE 的便利性優於需要閘道器的 Zigbee。

事實上，許多市場上的智慧家庭產品同時提供 Zigbee 和 BLE 版本，或甚至同時支援兩種協議，以滿足不同用戶的需求。

四、總結與未來展望

總結來說，Zigbee 憑藉其獨特的 低功耗、網狀網路 特性，在物聯網中佔據了不可或缺的地位。儘管面臨來自 BLE 的競爭，但兩者在許多應用中是互補而非取代的關係。隨著 Matter 等新協議的出現，物聯網的互通性將達到新的高度。Zigbee 將作為 Matter 協議中的一個核心技術，繼續在低功耗、大規模網路的應用領域發揮其關鍵作用。