Affiliate Disclosure: Als Amazon Associate verdien ik aan kwalificerende aankopen.
Zigbee is een van de meest populaire communicatieprotocollen waarmee verschillende smart home-apparaten van verschillende fabrikanten met elkaar kunnen samenwerken, maar hoe werkt het precies en wat maakt het zo goed voor meer dan 400 bedrijven om het te willen gebruiken?
Zigbee werkt met de coördinator, die zich aan de basis van het ZigBee-netwerk bevindt, en stuurt een bericht naar een router die het bericht vervolgens doorgeeft aan een eindapparaat met instructies om een specifieke taak uit te voeren. Het is een draadloze technologienorm die goed geschikt is voor draadloze communicatie over korte afstand.
Ik heb wat onderzoek gedaan naar Zigbee om meer te weten te komen over hoe het precies werkt, waar het het meest wordt gebruikt en de voordelen die het biedt ten opzichte van andere draadloze protocollen zoals Wi-Fi en Bluetooth. Wat ik vond maakt duidelijk waarom Zigbee zo vaak wordt gebruikt in smart homes.
Hoe werkt Zigbee
een typisch ZigBee-netwerk bevat drie verschillende soorten apparaten: een coördinator, routers en eindapparaten. Deze apparaten werken met elkaar om berichten en instructies van de centrale coördinator naar de individuele eindapparaten te sturen, zoals een gloeilamp.
de coördinator is het meest capabele apparaat en zit aan de basis van het netwerk. Er is slechts één coördinator per netwerk en deze is verantwoordelijk voor het uitvoeren van meerdere taken.
ze selecteren een geschikt kanaal door het uitvoeren van een kanaalscan en het vinden van de meest geschikte met de minste hoeveelheid interferentie, wijzen een unieke ID toe aan het netwerk, wijzen een uniek adres toe aan elk apparaat binnen het netwerk, en initiëren en overbrengen van de berichten, of instructies, binnen het netwerk.
Routers zitten tussen de coördinator en eindapparaten en zijn verantwoordelijk voor het routeren van de berichten tussen de verschillende knooppunten.
zij ontvangen berichten van de coördinator en slaan ze vervolgens op totdat hun kinderen, de eindapparaten, in staat zijn ze te ontvangen. Routers kunnen ook andere routers en eindapparaten toelaten om zich aan te sluiten bij het netwerk; zij nemen deze verantwoordelijkheid van de coördinator.
eindapparaten beheren een zeer kleine hoeveelheid informatie; net genoeg om te communiceren met de bovenliggende node die de coördinator of een router kan zijn, afhankelijk van het type ZigBee-netwerk.
ze gaan vaak slapen (stand-by-node), waardoor batterijapparaten bij uitstek geschikt zijn als eindapparaat.
eindapparaten communiceren niet direct met elkaar, dus een gloeilamp praat bijvoorbeeld niet direct met een andere lamp.
al het verkeer wordt eerst doorgestuurd naar het bovenliggende knooppunt, dat gewoonlijk de router is. De router houdt deze gegevens vast totdat het ontvangende eindapparaat in een positie is om deze te ontvangen door wakker te zijn.
eindapparaten zijn ook verantwoordelijk voor het opvragen van alle berichten die in behandeling zijn van de ouder.
Wat is Zigbee precies?
de term Zigbee wordt veel gebruikt in de smart home-wereld omdat het wordt geadverteerd op de verpakking van veel verschillende smart home-apparaten, maar wat is het precies?
Zigbee is een draadloze technologienorm die speciaal is ontworpen voor draadloze communicatie over korte afstand.
het is een open-source standaard die werd ontwikkeld door een bedrijf bekend als Zigbee Alliance opgericht in 2002 en nu bestaat uit honderden bedrijven over de hele wereld.
u kunt zich afvragen: Waarom hebben we nog een andere standaard voor draadloze communicatie over korte afstand nodig als we al Wi-Fi en Bluetooth hebben?
Zigbee is speciaal gebouwd voor besturings-en sensornetwerken waar bepaalde apparaten worden bewaakt en andere worden bestuurd. Wi-Fi en Bluetooth zijn niet helemaal geschikt genoeg voor dit type installatie.
Zigbee was het antwoord op een behoefte die velen hadden. Het biedt een goedkope oplossing voor apparaten met een laag vermogen met een lage datasnelheid en werkt over een korte afstand.
het is de meest gebruikte standaard binnen IoT (Internet of Things). IoT verwijst gewoon naar de letterlijke miljarden fysieke apparaten over de hele wereld die zijn aangesloten op het Internet en het verzamelen en delen van gegevens.
als je het zo bekijkt, is het duidelijk om te zien hoe populair Zigbee is als standaard voor draadloze communicatie, en niet alleen in de smart home-ruimte.
verschillende typen ZigBee-netwerken
er zijn drie hoofdtypen van ZigBee-netwerktopologieën: ster, mesh en boom. Een topologie verwijst simpelweg naar de lay-out en rangschikking van verschillende elementen binnen een communicatienetwerk.
stertopologie
de stertopologie is zowel de eenvoudigste als de minst dure vorm van Zigbee. Ze bestaan niet uit routers en alle eindapparaten communiceren rechtstreeks met de coördinator.
het grootste probleem met deze instelling is dat als de coördinator faalt, het hele netwerk zal instorten en geen van de eindapparaten zal werken, aangezien er niemand is om hen hun instructies te geven.
Star-netwerken zijn ook beperkt door het bereik van de coördinator zelf en zijn daarom eigenlijk alleen geschikt voor de kleinste netwerken die uit slechts een paar apparaten bestaan.
Mesh topologie
in de mesh topologie is elk knooppunt verbonden met een naastgelegen knooppunt, met uitzondering van de eindapparaten die alleen verbonden zijn met hun ouder, een router.
de coördinator maakt verbinding met de nabijgelegen routers die vervolgens verbinding maken met de andere routers die het dichtst bij hen liggen. Dus, sommige routers kunnen verbinding maken met de coördinator en een andere router, terwijl anderen kunnen worden aangesloten op drie of vier verschillende routers, afhankelijk van de grootte van het netwerk.
wanneer een apparaat met een ander wil communiceren, springt het bericht van het ene apparaat naar het andere, waarbij het de kortst mogelijke route neemt, totdat het zijn bestemming bereikt.
indien een bepaald knooppunt faalt, zal het netwerk blijven functioneren omdat het bericht eenvoudig kan worden omgeleid door een ander pad te volgen. Dit wordt aangeduid als het”zelf-genezingsproces”.
de mesh-topologie is zeer geschikt voor slimme woningen, omdat deze meestal meer apparaten zullen hebben dan een stertopologie echt geschikt is voor.
Boomtopologie
de boomtopologie lijkt sterk op de mesh-topologie, met als enige verschil dat de routers niet met elkaar verbonden zijn.
de coördinator maakt verbinding met alle nabijgelegen routers en de routers maken verbinding met de nabijgelegen eindapparaten, maar dat is de omvang van de verbindingen. De routers associëren zich niet met elkaar en communiceren alleen met de coördinator en de eindapparaten.
er is een ander type installatie dat wordt aangeduid als een clusterboomnetwerk dat de routers in staat stelt om verbinding te maken met elkaar, wat zich uitbreidt op het bereik van het netwerk.
welke frequentieband gebruikt Zigbee?
Momenteel zijn er 3 frequentiebanden toegewezen aan Zigbee om te gebruiken.
de 868 MHz-band gebruikt kanaal 0 en is alleen beschikbaar in Europa en de 915 MHz-band gebruikt kanalen 1 tot en met 10 en is alleen beschikbaar in Australië en de VS.
de 2,4 GHz – frequentieband die u waarschijnlijk beter kent, kan over de hele wereld worden gebruikt en gebruikt kanalen 11 tot en met 26.
het is vermeldenswaard dat slechts één kanaal is geselecteerd voor het ZigBee-netwerk om te gebruiken wanneer het voor het eerst is ingesteld.
dus waarom is dit belangrijk?
Zigbee-en Wi-Fi-netwerken bestaan beide het vaakst binnen de 2.4 GHz band en hebben het potentieel om te interfereren met elkaar, met de Zigbee netwerk meestal degene die de hit.
omdat u waarschijnlijk al een Wi-Fi-netwerk in huis hebt, is een beetje planning nodig wanneer u van plan bent ZigBee-apparaten te gebruiken om ervoor te zorgen dat u deze storing niet ervaart.
mijn aanbeveling zou zijn om te overwegen het kanaal waarop uw Wi-Fi-netwerk werkt te veranderen, door te gaan van het zeer drukke kanaal 6 naar een minder overbelast deel van de frequentieband, zoals 1 of 11.
dit kan eenvoudig worden gewijzigd door in te loggen op het beheergedeelte van uw router, de draadloze instellingen te vinden en eenvoudig het geselecteerde kanaal te wijzigen. Het kan nodig zijn om “auto channel selection” uit te schakelen als het is ingeschakeld, zodat u handmatig het gewenste kanaal kunt selecteren.
er is ook de mogelijkheid om over te schakelen op de 5 GHz-band, die veel minder druk is dan de 2,4 GHz-band, maar er zijn veel minder apparaten die deze band kunnen gebruiken en het zou vereisen dat u al een dual-band router hebt.
niet alleen ervaart u minder interferentie op uw ZigBee-apparaten, maar het wijzigen van uw Wi-Fi-netwerkkanaal kan er ook toe leiden dat u een beetje een prestatieverbetering ziet in uw netwerk.
de kans is groot dat uw buurman zijn kanaal niet heeft veranderd en met de meeste producten die een standaard kanaal van 6 gebruiken, bent u meer dan waarschijnlijk hetzelfde. Dit kan interferentie veroorzaken voor jullie beiden.
er zijn veel verschillende draadloze scanprogramma ‘ s die kunnen worden gebruikt om de activiteit op elk kanaal te scannen (deze is gratis te gebruiken en vereist geen installatie). Als je merkt dat er veel congestie is op een bepaald kanaal, is dit een hint dat je moet overwegen om een nieuw kanaal voor je netwerk te kiezen.
meest voorkomende toepassingen voor Zigbee
er zijn veel verschillende toepassingen voor Zigbee-technologie die gebruik maken van hun lage energieverbruik en lage gegevensoverdrachtssnelheid.
de meest voorkomende zijn domotica, industriële besturingssystemen, het verzamelen van medische gegevens, rook-en inbraakwaarschuwingen en draadloze sensornetwerken.
het hoofddoel van de ZigBee-standaard is het verzamelen van informatie of het uitvoeren van bepaalde besturingstaken binnen een gebouw.
in het geval van home automation bevindt zich in het midden een home automation controller die beter bekend staat als een “hub”
de hub verbindt met een gateway, die meestal uw internetrouter is en de interface is tussen de Zigbee hub en het bredere Internet. Zowel de controller als de gateway die met elkaar verbonden zijn, zorgt ervoor dat je overal ter wereld je smart home-apparaten kunt bedienen.
enkele van de meest voorkomende smart home apparaten die ZigBee ondersteunen zijn Verlichting, deursloten en schakelaars; we zullen deze later nader bekijken.
aan de muur zou bijvoorbeeld een lichtschakelaar kunnen zitten die niet op het elektriciteitsnet is aangesloten en alleen op batterijen werkt.
wanneer u de schakelaar in-of uitschakelt, wordt een bericht draadloos verzonden naar de controller (de coördinator binnen het netwerk), die het bericht vervolgens doorstuurt naar de overeenkomstige gloeilamp om het in-of uit te schakelen.
het klinkt alsof Zigbee op een zeer vergelijkbare manier werkt als Wi-Fi en Bluetooth, dus waarom worden ze niet gewoon gebruikt?
Waarom Is Zigbee Belangrijk?
er zijn verschillende belangrijke redenen waarom Zigbee wordt gebruikt in bepaalde scenario ‘ s zoals hierboven beschreven en niet in Wi-Fi of Bluetooth.
simpel gezegd is geen Wi-Fi of Bluetooth geschikt in situaties waar niet veel stroom of data nodig is, of waar honderden apparaten op het netwerk zijn.
Wi-Fi gebruikt veel stroom naast een hoge datasnelheid die in veel gevallen gewoon overkill is. Zigbee gebruikt niet veel van beide.
Bluetooth kan slechts maximaal 7 apparaten in een netwerk ondersteunen, terwijl Zigbee er honderden kan ondersteunen.
laten we Zigbee vergelijken met Wi-Fi en Bluetooth en kijken naar de voordelen die het biedt. Dit laat hopelijk zien hoe Zigbee zeer geschikt is voor een smart home.
de voordelen van Zigbee
een van de belangrijkste voordelen van het gebruik van Zigbee via Wi-Fi of Bluetooth is dat het aanzienlijk minder stroom verbruikt. Gezien het feit dat de apparaten het grootste deel van hun tijd doorbrengen in een energiebesparende modus, zullen ze meestal enkele jaren draaien zonder dat de batterijen hoeven te worden vervangen.
Zigbee-apparaten werken ook met een zeer lage gegevenssnelheid, vooral wanneer u deze vergelijkt met Wi-Fi en Bluetooth. Terwijl Wi-Fi ongeveer 11 Mbps gebruikt en Bluetooth 1 Mbps, gebruikt Zigbee tussen 20 Kbps en 250 Kbps. Dit is een zeer kleine hoeveelheid gegevens, maar het is nog steeds voldoende voor de toepassing van Zigbee.
zelfs bij 250 Kbps, ZigBee overdracht van gegevens ongeveer vier keer sneller dan Bluetooth en veertig keer sneller dan Wi-Fi.
Zigbee-apparaten werken zeer goed op korte afstand binnen tot 100 meter, maar dit wordt uitgebreid tot 300 meter en buiten door een zichtlijn.
de tijd die nodig is om lid te worden van een ZigBee-netwerk is ook veel minder voor Wi-Fi-en Bluetooth-netwerken. Het duurt ongeveer 3 seconden om lid te worden van een Wi-fi-netwerk en Bluetooth kan zo lang als 10! Zigbee heeft slechts 30 milliseconden nodig om verbinding te maken.
Zigbee ondersteunt ook kleine en grote netwerken. In theorie, je zou kunnen hebben tot 6.500 apparaten aangesloten op een enkel ZigBee netwerk, maar in werkelijkheid, dit is meer kans om rond 240. Dit is nog steeds veel apparaten in de context van een smart home.
Wi-Fi-netwerken ondersteunen over het algemeen ongeveer 32 apparaten, terwijl Bluetooth veel minder ondersteunt op ongeveer 7.
een andere reden waarom veel bedrijven met Zigbee meedoen, is hoe goedkoop het is om Zigbee te implementeren. Vergeleken met Bluetooth en Wi-Fi, die beide zeer complex zijn, is Zigbee een zeer eenvoudige technologie die gemakkelijk te gebruiken is.
het is ook open-source waardoor het nog goedkoper is voor bedrijven die het gebruiken, omdat ze geen licentiekosten of royalty ‘ s hoeven te betalen.
Zigbee is ook zeer veilig.
het maakt gebruik van AES cryptografische algoritmen voor data-encryptie en authenticatie; hetzelfde als wat wordt gebruikt door banken, zodat u weet dat het een grote baan bij het beschermen van gegevens.
zoals u kunt zien, zijn er veel voordelen die Zigbee biedt, niet alleen voor de bedrijven die de technologie gebruiken om hun smart home-apparaten te maken, maar ook voor ons als consument.
omdat Zigbee eenvoudig en goedkoper te implementeren is, betekent dit lagere kosten voor ons wanneer we onze smart home-uitrusting komen kopen.
| Wi-Fi | Bluetooth | Zigbee | |
| Data Rate | 11 Mbps | 1 Mbps | 250 Kbps |
| Tijd om Mee te doen Netwerk | 3 seconden | 10 seconden | 30 milliseconden |
| Aantal Ondersteunde Apparaten | 32 | 7 | 240 |
Welke Apparaten Gebruik van Zigbee?
zoals ik eerder in het artikel heb vermeld, heeft Zigbee een alliantie gevormd van bedrijven die zich hebben aangemeld om het protocol te gebruiken bij het ontwerpen en vervaardigen van hun producten.
de alliantie is nu meer dan 400 leden en tussen hen hebben ze meer dan 2.500 individuele producten geproduceerd die werken met Zigbee.
kijk op de Zigbee Alliance site en je ziet alle grote spelers in de smart home game zoals Samsung met hun SmartThings lijn van apparaten, Yale, Philips Hue, IKEA, Amazon Echo, Tuya, en nog veel meer.
u kunt alle leden van de Zigbee Alliance hier zien om te zien dat uw bestaande smart home-apparaten compatibel zijn met Zigbee.
Hier zijn enkele van de meer bekende smart home apparaten kun je al die gecertificeerd zijn om te werken met het Zigbee-protocol:
- SmartThings Multifunctionele Sensor
- Philips Hue
- Yale slimme sloten
- Amazon Echo te laten Zien
- Honeywell Home Energy Manager
- Tuya Temperatuur en Vochtigheid Sensor
- Ecobee Smart Thermostaat
Moet U de Zorg Over Zigbee?
de vraag die u nu waarschijnlijk stelt is of u zich iets moet aantrekken van Zigbee? Het is absoluut van cruciaal belang dat al uw smart home apparaten werken met Zigbee en je moet alles vergeten over alle apparaten die alleen gebruik maken van Wi-Fi?
ik denk niet dat u zich te veel zorgen hoeft te maken of uw apparaten Zigbee gebruiken of een ander protocol.
het zou het leven zeker een beetje gemakkelijker maken als ze allemaal hetzelfde protocol zouden gebruiken, maar in werkelijkheid is dat zeer moeilijk te bereiken, vooral met het enorme aantal verschillende apparaten die er zijn die allemaal door verschillende bedrijven worden geproduceerd.
als u gewoon wilt dat alles werkt met een Alexa-of Google-apparaat en niet wilt dat de extra complicatie van een smart hub, zoals de meesten van ons doen, zult u prima met behulp van een combinatie van Wi-Fi en Zigbee-apparaten.
als u de lokale controle wilt die wordt geleverd met een hub, zullen apparaten die werken met Zigbee uw voorkeursoptie zijn.