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Zigbeeは、異なるメーカーの異なるスマートホームデバイスが相互に動作することを可能にする通信プロトコルの最も一般的な選択肢の一つですが、どのように
Zigbeeは、zigbeeネットワークのルートに位置するコーディネーターによって動作し、ルーターにメッセージを送信し、ルーターは特定のタスクを実行するための指示を含むメッ これは、短距離無線通信に適した無線技術規格です。
私はZigbeeの仕組み、最も一般的に使用されている場所、Wi-FiやBluetoothなどの他の無線プロトコルよりも利点について詳しく調べるために、Zigbeeを調べました。 私が見つけたことは、Zigbeeがスマートホーム内で頻繁に使用されている理由を明確にしています。
Zigbeeの仕組み
一般的なZigbeeネットワークには、コーディネーター、ルーター、エンドデバイスの三つの異なるタイプのデバイスが含まれています。 これらの装置はそれぞれを電球のような個々の端装置に中央調整者からのメッセージそして指示を、渡すために使用する。
コーディネータは最も有能なデバイスであり、ネットワークのルートに位置しています。 ネットワークごとにコーディネーターは一つだけであり、いくつかのタスクを実行する責任があります。
チャネルスキャンを実行し、干渉量が最も少ない最適なチャネルを見つけ、ネットワークに一意のIDを割り当て、ネットワーク内の各デバイスに一意のア
ルータはコーディネータとエンドデバイスの間にあり、異なるノード間でメッセージをルーティングする責任があります。
彼らはコーディネーターからメッセージを受信し、彼らの子供、エンドデバイスがそれらを受信する位置になるまでそれらを保存します。 ルーターは、他のルーターやエンドデバイスがネットワークに参加できるようにすることもできます。
エンドデバイスは非常に少量の情報を制御し、Zigbeeネットワークのタイプに応じてコーディネーターまたはルータになる可能性のある親ノードと通信するのに十分
彼らはしばしばスリープ（スタンバイノード）に行くので、バッテリはエンドデバイスとして理想的に適したデバイスを動作させます。
エンドデバイスは互いに直接通信しないため、たとえば、ある電球は別の電球と直接通信しません。
すべてのトラフィックは最初に親ノード、通常はルータにルーティングされます。 ルータは受信側デバイスが目を覚ましていることによってそれを受け取る位置にあるまでこのデータに保持します。
エンドデバイスは、親から保留中のメッセージを要求する責任もあります。
正確にはZigbeeとは何ですか？
Zigbeeという用語は、スマートホームの世界では多くの異なるスマートホームデバイスのパッケージに宣伝されていますが、正確には何ですか？
Zigbeeは、短距離無線通信のために特別に設計された無線技術標準です。
これは、2002年に結成されたZigbee Allianceとして知られる企業によって開発されたオープンソースの標準であり、現在は世界中の何百もの企業で構成されています。
あなたは尋ねているかもしれません: すでにWi-FiとBluetoothがあるのに、なぜもう1つの短距離無線通信規格が必要なのでしょうか？
Zigbeeは、特定のデバイスが監視され、他のデバイスが制御される制御およびセンサーネットワーク用に特別に構築されています。 Wi-FiとBluetoothは、セットアップのこのタイプのために十分には適していません。
Zigbeeは、多くの人が持っていた必要性への答えでした。 それは低いデータ転送速度を低い電力装置に低価格の解決に与え、短距離に作動する。
IoT(Internet of Things)の中で最も一般的に使用されている標準です。 IoTは、インターネットに接続され、データを収集して共有する世界中の文字通りの数十億の物理デバイスを指します。
このように考えると、スマートホーム空間だけでなく、ワイヤレス通信標準としてZigbeeがどれほど普及しているかがわかります。
異なるタイプのZigbeeネットワーク
Zigbeeネットワークトポロジには、スター、メッシュ、ツリーの三つの主要なタイプがあります。 トポロジとは、単に通信ネットワーク内のさまざまな要素のレイアウトと配置を指します。
スタートポロジー
スタートポロジーは、実装するZigbeeの最も簡単で安価なタイプです。 これらはルータで構成されておらず、すべてのエンドデバイスがコーディネータと直接通信します。
この設定の最大の問題は、コーディネーターが失敗した場合、ネットワーク全体がクラッシュし、指示を与える人がいないことを考えると、エンドデバイスのどれも動作しないということです。
スターネットワークは、コーディネータ自身の範囲によっても制限されているため、わずか数台のデバイスで構成される最小のネットワークにのみ適してい
メッシュトポロジ
メッシュトポロジでは、各ノードは、親ルータのみに接続されているエンドデバイスを除いて、隣接ノードに接続されます。
コーディネータは近くのルーターに接続し、近くのルーターは最も近い他のルーターに接続します。 そのため、一部のルータはコーディネータと他のルータに接続することができますが、他のルータはネットワークのサイズに応じて3つまたは4つの異なるルータに接続することができます。
あるデバイスが別のデバイスと通信したい場合、メッセージは宛先に到達するまで、可能な限り最短のルートを取って、あるデバイスから別のデバイ
特定のノードに障害が発生した場合、メッセージは別のパスに従うことで簡単に再ルーティングできるため、ネットワークは引き続き機能します。 これは「自己回復プロセス」と呼ばれます。
メッシュトポロジは、スタートポロジが本当に適しているよりも多くのデバイスを持っているので、スマートホームに適しています。
ツリートポロジ
ツリートポロジはメッシュトポロジと非常によく似ていますが、唯一の違いはルータが相互接続されていないことです。
コーディネータはすべての近くのルータに接続し、ルータは近くのエンドデバイスに接続しますが、それは接続の範囲です。 ルータは互いに関連付けず、コーディネータとエンドデバイスとの通信のみを行います。
ネットワークの範囲を拡大するルータが相互に接続することを可能にするクラスターツリーネットワークと呼ばれる別のタイプのセットアップがあります。
Zigbeeはどの周波数帯域を使用していますか？
現在、使用するZigbeeに割り当てられている周波数帯域は3つあります。
868MHz帯はチャンネル0を使用し、ヨーロッパでのみ使用可能で、915MHz帯はチャンネル1から10を使用し、オーストラリアと米国でのみ使用可能です。
ご存知のように、2.4GHzの周波数帯域は世界中で使用でき、11～26のチャンネルを使用します。
Zigbeeネットワークが最初に確立されたときに使用するチャネルは1つだけ選択されていることに注意してください。
では、なぜこれが重要なのでしょうか？
ZigbeeとWi-Fiネットワークはどちらも2つの中で最も一般的に存在しています。4GHz帯とZigbeeネットワークは、通常、ヒットを取るためのものであることで、お互いに干渉する可能性があります。
ご自宅に既にWi-Fiネットワークがある可能性が高いため、Zigbeeデバイスを使用してこの干渉が発生しないようにするには、少しの計画が必要です。
私の推奨は、Wi-Fiネットワークが動作するチャネルを変更し、非常に混雑したチャネル6から、1や11のような周波数帯域の混雑の少ない部分に移動することを検討することです。
これは、ルータの管理領域にログインし、ワイヤレス設定を見つけ、選択したチャネルを変更するだけで簡単に変更できます。 “自動チャンネル選択”が有効になっている場合は、手動で好みのチャンネルを選択できるように、”自動チャンネル選択”を無効にする必要があ
また、2.4GHz帯よりもはるかに混雑していない5GHz帯に切り替えるオプションもありますが、この帯域を使用できるデバイスは多くなく、すでにデュア
Zigbeeデバイスの干渉が少ないだけでなく、Wi-Fiネットワークチャンネルを変更すると、ネットワーク全体でパフォーマンスが少し向上する可能性があります。
あなたの隣人がチャンネルを変更していない可能性があり、ほとんどの製品がデフォルトのチャンネル6を使用して出荷されているため、同じチャ これはあなたの両方のための干渉を引き起こす可能性があります。
各チャンネルのアクティビティをスキャンするために使用できる多くの異なる無線スキャンツールがあります（これは無料で使用でき、インストール 特定のチャネルに多くの輻輳があることがわかった場合、これはネットワークの新しいチャネルを選択することを検討する必要があるヒントです。
Zigbeeの最も一般的な用途
Zigbee技術には、低消費電力と低データ転送速度を利用するさまざまな用途があります。
最も一般的なのは、ホームオートメーション、産業用制御システム、医療データ収集、煙と侵入者の警告、およびワイヤレスセンサーネットワークです。
Zigbee標準の主な目的は、情報を収集するか、建物内で特定の制御タスクを実行することです。
ホームオートメーションの場合、中央には、より一般的に”ハブ”として知られているホームオートメーションコントローラが座っています
ハブは、通常、インターネットルーターであり、Zigbeeハブとより広いインターネット間のインターフェイスであるゲートウェイに接続します。 コントローラとゲートウェイの両方が互いに接続されていることは、あなたが世界のどこにいても、あなたはかなりからあなたのスマートホームデバイスの制御を可能にするものです。
Zigbeeをサポートする最も一般的なスマートホームデバイスには、ライト、ドアロック、スイッチなどがあります。
一例として、壁には、主電源に接続されておらず、電池でのみ動作するライトスイッチがあります。
スイッチをオンまたはオフにすると、メッセージがワイヤレスでコントローラ（ネットワーク内のコーディネーター）に送信され、対応する電球にメッセージを中継ZigbeeはWi-FiやBluetoothと非常によく似た方法で動作するようですが、代わりに使用されないのはなぜですか？
なぜZigbeeが重要なのですか？
ZigbeeがWi-FiやBluetoothではなく、上記のような特定のシナリオで使用される理由はいくつかあります。
簡単に言えば、電力もデータもあまり必要ない状況や、ネットワーク上の何百ものデバイスがある状況では、Wi-FiもBluetoothも適していません。
Wi-Fiは、多くの場合過剰なデータレートに加えて、多くの電力を使用します。 Zigbeeはどちらもあまり使用していません。
Bluetoothはネットワーク内で最大7台のデバイスしかサポートできませんが、Zigbeeは数百台をサポートできます。
ZigbeeとWi-FiとBluetoothを比較して、それがもたらす利点を見てみましょう。 これはうまくいけば、Zigbeeがスマートホームに非常に適している方法を示します。
Zigbeeの利点
Wi-FiやBluetooth経由でZigbeeを使用する主な利点の一つは、消費電力がかなり少ないことです。 デバイスは、省電力モードで自分の時間の大半を過ごすことを考えると、彼らは通常、電池を変更する必要がなく、数年間実行されます。
Zigbeeデバイスは、特にWi-FiやBluetoothと比較すると、非常に低いデータレートを使用して動作します。 Wi-Fiは約11Mbpsを使用し、Bluetoothは1Mbpsを使用しますが、Zigbeeは20Kbpsから250Kbpsの間を使用します。 これは非常に少量のデータですが、Zigbeeを適用するにはまだ十分です。
250Kbpsでも、ZigbeeはBluetoothの約4倍、Wi-Fiの約4倍の速度でデータを転送します。
Zigbeeデバイスは屋内で100メートルまでの短距離で非常にうまく動作しますが、これは視線を介して屋外で300メートル以上に拡張されます。
Zigbeeネットワークに参加するのにかかる時間は、Wi-FiやBluetoothネットワークにもはるかに少ないです。 Wi-fiネットワークに参加するには約3秒かかり、Bluetoothには10秒かかることがあります。 Zigbeeは接続にわずか30ミリ秒かかります。
Zigbeeは小規模ネットワークと大規模ネットワークの両方にも対応しています。 理論的には、単一のZigbeeネットワークに接続された最大6,500台のデバイスを持つことができますが、実際には、これは約240台になる可能性が高くなります。 これはまだスマートホームの文脈では多くのデバイスです。
Wi-Fiネットワークは、一般的に約32デバイスをサポートしていますが、Bluetoothは約7ではるかに少ないサポートしています。
多くの企業がZigbeeに乗って飛び乗るもう一つの理由は、実装するのがどれほど安いかということです。 どちらも非常に複雑なBluetoothとWi-Fiと比較して、Zigbeeは使いやすい非常にシンプルな技術です。
また、ライセンス料やロイヤリティを支払う必要がないため、それを使用している企業にとっても安価になります。
Zigbeeも非常に安全です。
これは、データの暗号化と認証のためのAES暗号化アルゴリズムを使用しています;銀行で使用されているものと同じです,あなたはそれがデータを保護す
ご覧のように、Zigbeeは、スマートホームデバイスを作るために技術を使用している企業だけでなく、消費者としての私たちのためにも、多くの利点があります。
Zigbeeは、実装が簡単で安価であることは、スマートホームギアを購入する際のコストを削減することを意味します。
| Wi-Fi | Bluetooth | Zigbee | |
| データレート | 11Mbps | 1Mbps | 250Kbps |
| ネットワークに参加する時間 | 3秒 | 10秒 | 30ミリ秒 |
| サポートされているデバイスの数 | 32 | 7 | 240 |
どのデバイスがZigbeeを使用していますか？
先ほど記事で述べたように、Zigbeeは製品の設計と製造時にプロトコルを使用するためにサインアップした企業の同盟を形成しました。
アライアンスは現在400人以上のメンバーを擁しており、それらの間でZigbeeと連携する2,500以上の個々の製品を生産しています。
Zigbee Allianceのサイトを見ると、Samsungのようなスマートホームゲームのすべての大物選手が、Smartthingsのデバイスライン、Yale、Philips Hue、IKEA、Amazon Echo、Tuyaなどを見ることができます。
既存のスマートホームデバイスがZigbee互換であることを確認するために、Zigbee Allianceのすべてのメンバーをここで見ることができます。
Zigbeeプロトコルで動作することが認定されている、すでに所有している可能性のあるよりよく知られたスマートホームデバイスのいくつかを以下に示します:
- SmartThings多目的センサー
- Philips Hue
- Yale smart locks
- Amazon Echo Show
- Honeywell Home Energy Manager
- Tuya温度および湿度センサー
- Ecobee Smart Thermostat
Zigbeeを気にする必要がありますか？
あなたはおそらく今尋ねている質問は、あなたがZigbeeを気にすべきかどうかですか？ それはあなたのスマートホームデバイスのすべてがZigbeeで動作し、あなただけのWi-Fiを使用するすべてのデバイスについてのすべてを忘れるべきであ
あなたのデバイスがZigbeeを使用しているのか、別のプロトコルを使用しているのかについてあまり心配する必要はないと思います。
全員が同じプロトコルを使用していれば、確かに人生は少し楽になるだろうが、実際には、特に異なる企業によって生産されている膨大な数の異な
AlexaやGoogleのデバイスですべてを動作させたいだけで、スマートハブの複雑さを追加したくない場合は、Wi-FiとZigbeeデバイスの組み合わせを使用しても問題
ハブが付属しているローカルコントロールが必要な場合は、Zigbeeを使用して動作するデバイスが優先されます。