ujawnienie partnera: jako współpracownik Amazon zarabiam na kwalifikujących się zakupach.
Zigbee jest jednym z najpopularniejszych protokołów komunikacyjnych, które pozwalają różnym urządzeniom Inteligentnego Domu różnych producentów współpracować ze sobą, ale jak dokładnie to działa i co sprawia, że jest tak dobry dla ponad 400 firm, które chcą go używać?
ZigBee działa przez koordynatora, znajdującego się w katalogu głównym sieci Zigbee, wysyłając wiadomość do routera, który następnie przekazuje wiadomość do urządzenia końcowego z instrukcjami wykonania określonego zadania. Jest to standard technologii bezprzewodowej, który doskonale nadaje się do komunikacji bezprzewodowej bliskiego zasięgu.
przeprowadziłem badania nad Zigbee, aby dowiedzieć się więcej o tym, jak dokładnie działa, gdzie jest najczęściej używany i jakie korzyści oferuje w stosunku do innych protokołów bezprzewodowych, takich jak Wi-Fi i Bluetooth. To, co znalazłem, wyjaśnia, dlaczego Zigbee jest tak często używany w inteligentnych domach.
jak działa Zigbee
typowa sieć Zigbee zawiera trzy różne typy urządzeń: koordynatora, routery i urządzenia końcowe. Urządzenia te współpracują z każdym, aby dostarczać komunikaty i instrukcje od centralnego koordynatora do poszczególnych urządzeń końcowych, jak Żarówka.
koordynator jest najbardziej sprawnym urządzeniem i znajduje się w korzeniu sieci. W każdej sieci jest tylko jeden koordynator i jest on odpowiedzialny za wykonywanie kilku zadań.
wybierają odpowiedni kanał, wykonując skanowanie kanału i znajdując najbardziej odpowiedni z najmniejszą ilością zakłóceń, przypisują unikalny identyfikator do sieci, przydzielają unikalny adres każdemu urządzeniu w sieci oraz inicjują i przesyłają wiadomości lub instrukcje w sieci.
Routery znajdują się pomiędzy koordynatorem a urządzeniami końcowymi i są odpowiedzialne za routing wiadomości między różnymi węzłami.
otrzymują wiadomości od koordynatora, a następnie przechowują je, aż ich dzieci, urządzenia końcowe, będą w stanie je odbierać. Routery mogą również zezwalać innym routerom i urządzeniom końcowym na przyłączanie się do sieci; zdejmują tę odpowiedzialność z koordynatora.
urządzenia końcowe kontrolują bardzo małą ilość informacji; wystarczy, aby komunikować się z węzłem nadrzędnym, którym może być koordynator lub router w zależności od typu sieci Zigbee.
często idą w stan uśpienia (węzeł czuwania), co sprawia, że urządzenia obsługujące baterię idealnie nadają się jako urządzenie końcowe.
urządzenia końcowe nie komunikują się bezpośrednio ze sobą, więc jedna żarówka nie rozmawia bezpośrednio z drugą, na przykład.
cały ruch jest najpierw kierowany do węzła nadrzędnego, którym zwykle jest router. Router przechowuje te dane, dopóki odbiorcze urządzenie końcowe nie będzie w stanie je odbierać, będąc obudzonym.
urządzenia końcowe są również odpowiedzialne za żądanie wszystkich oczekujących wiadomości od rodzica.
czym dokładnie jest Zigbee?
termin Zigbee jest często określany w świecie inteligentnego domu, ponieważ jest reklamowany na opakowaniach wielu różnych urządzeń inteligentnego domu, ale co to dokładnie jest?
Zigbee to standard technologii bezprzewodowej, który został zaprojektowany specjalnie do komunikacji bezprzewodowej bliskiego zasięgu.
jest to standard open-source, który został opracowany przez firmę znaną jako Zigbee Alliance utworzoną w 2002 roku i obecnie składa się z setek firm na całym świecie.
możesz pytać: Po co nam kolejny standard komunikacji bezprzewodowej krótkiego zasięgu, skoro mamy już Wi-Fi i Bluetooth?
Zigbee jest zbudowany specjalnie dla sieci sterowania i czujników, w których niektóre urządzenia są monitorowane, a inne kontrolowane. Wi-Fi i Bluetooth nie są wystarczająco odpowiednie dla tego typu konfiguracji.
Zigbee był odpowiedzią na potrzeby, które wielu miało. Zapewnia niedrogie rozwiązanie dla urządzeń o małej mocy z niską szybkością transmisji danych i działa w krótkim zasięgu.
jest to najczęściej używany standard w IoT (Internet of Things). IoT odnosi się po prostu do dosłownie miliardów fizycznych urządzeń na całym świecie, które są podłączone do Internetu i zbierają i udostępniają dane.
kiedy myślisz o tym w ten sposób, jasne jest, jak popularny jest ZigBee jako standard komunikacji bezprzewodowej, a nie tylko w przestrzeni inteligentnego domu.
różne typy sieci Zigbee
istnieją trzy główne typy topologii sieci Zigbee; gwiazda, siatka i drzewo. Topologia odnosi się po prostu do układu i układu różnych elementów w sieci komunikacyjnej.
Topologia gwiazd
topologia gwiazd jest zarówno najprostszym, jak i najtańszym typem Zigbee do wdrożenia. Nie składają się one z żadnych routerów, a wszystkie urządzenia końcowe komunikują się bezpośrednio z koordynatorem.
największy problem z tą konfiguracją polega na tym, że jeśli koordynator zawiedzie, cała sieć ulegnie awarii i Żadne z urządzeń końcowych nie będzie działać, biorąc pod uwagę, że nie ma nikogo, kto mógłby dać im instrukcje.
sieci Star są również ograniczone zasięgiem samego koordynatora i dlatego tak naprawdę nadają się tylko dla najmniejszych sieci, które składają się z zaledwie kilku urządzeń.
Topologia siatki
w topologii siatki każdy węzeł jest podłączony do sąsiedniego węzła, z wyjątkiem urządzeń końcowych, które są połączone tylko ze swoim rodzicem, routerem.
koordynator łączy się z pobliskimi routerami, które następnie łączą się z innymi najbliższymi routerami. Tak więc niektóre routery mogą łączyć się z koordynatorem i jednym innym routerem, podczas gdy inne mogą być podłączone do trzech lub czterech różnych routerów w zależności od wielkości sieci.
gdy jedno urządzenie chce się komunikować z drugim, wiadomość przeskakuje z jednego urządzenia do drugiego, podążając najkrótszą możliwą trasą, aż dotrze do celu.
jeśli dany węzeł zawiedzie, sieć będzie nadal działać, ponieważ wiadomość może być po prostu przekierowana, podążając inną ścieżką. Jest to określane jako „proces samoleczenia”.
topologia siatki dobrze nadaje się do inteligentnych domów, ponieważ zwykle będą one miały więcej urządzeń niż topologia gwiazdy jest naprawdę odpowiednia.
Topologia drzewa
topologia drzewa jest bardzo podobna do topologii siatki z jedyną prawdziwą różnicą jest to, że Routery nie są ze sobą połączone.
koordynator łączy się ze wszystkimi pobliskimi routerami, a routery łączą się z pobliskimi urządzeniami końcowymi, ale taki jest zakres połączeń. Routery nie kojarzą się ze sobą i komunikują się tylko z koordynatorem i urządzeniami końcowymi.
istnieje inny typ konfiguracji, który jest określany jako sieć drzewa klastrów, która pozwala routerom łączyć się ze sobą, co rozszerza zakres sieci.
jakiego pasma częstotliwości używa Zigbee?
obecnie istnieją 3 Pasma częstotliwości, które są przypisane do ZigBee do użycia.
pasmo 868 MHz wykorzystuje kanał 0 i jest dostępne tylko w Europie, a pasmo 915 MHz wykorzystuje kanały od 1 do 10 i jest dostępne tylko w Australii i USA.
pasmo częstotliwości 2,4 GHz, które jest prawdopodobnie bardziej znane, może być używane na całym świecie i wykorzystuje kanały od 11 do 26.
warto zauważyć, że tylko jeden kanał jest wybierany do sieci Zigbee, aby używać go po pierwszym założeniu.
więc dlaczego jest to ważne?
sieci Zigbee i Wi-Fi występują najczęściej w ramach 2.Pasmo 4 GHz i mają potencjał kolidowania ze sobą, a sieć Zigbee zwykle jest tą, która przyjmuje uderzenie.
ponieważ prawdopodobnie masz już sieć Wi-Fi w domu, potrzebujesz trochę planowania, gdy planujesz używać urządzeń Zigbee, aby upewnić się, że nie doświadczysz tych zakłóceń.
moim zaleceniem byłoby rozważenie zmiany kanału, na którym działa Twoja sieć Wi-Fi, odejście od bardzo zatłoczonego kanału 6 do mniej zatłoczonej części pasma częstotliwości, takiej jak 1 lub 11.
można to łatwo zmienić, logując się do obszaru administracyjnego routera, znajdując Ustawienia sieci bezprzewodowej i po prostu zmieniając wybrany kanał. Może być konieczne wyłączenie opcji „automatyczny wybór kanału”, jeśli jest włączona, dzięki czemu można ręcznie wybrać preferowany kanał.
istnieje również możliwość przejścia na pasmo 5 GHz, które jest znacznie mniej zatłoczone niż pasmo 2,4 GHz, ale jest o wiele mniej urządzeń, które mogą korzystać z tego pasma i wymagałoby to posiadania routera dwuzakresowego.
oprócz mniej zakłóceń na urządzeniach Zigbee, zmiana kanału sieci Wi-Fi może również spowodować niewielki wzrost wydajności w całej sieci.
są szanse, że twój sąsiad nie zmienił swojego kanału i przy większości produktów wysyłanych za pomocą domyślnego kanału 6, jesteś bardziej niż prawdopodobne, że używasz tego samego. To może spowodować zakłócenia dla was obu.
istnieje wiele różnych bezprzewodowych narzędzi do skanowania, których można użyć do skanowania aktywności na każdym kanale (ten jest darmowy i nie wymaga instalacji). Jeśli zauważysz, że na danym kanale występuje duże przeciążenie, jest to wskazówka, że powinieneś rozważyć wybranie nowego kanału dla swojej sieci.
najczęstsze zastosowania dla Zigbee
istnieje wiele różnych zastosowań technologii Zigbee, które wykorzystują niskie zużycie energii i niską szybkość przesyłania danych.
najczęściej spotykane są Automatyka domowa, przemysłowe systemy sterowania, zbieranie danych medycznych, ostrzeganie przed dymem i intruzami oraz bezprzewodowe sieci czujników.
głównym celem standardu Zigbee jest zbieranie informacji lub wykonywanie niektórych zadań kontrolnych w budynku.
w przypadku automatyki domowej w centrum znajduje się Kontroler Automatyki Domowej, który jest bardziej znany jako „hub”
hub łączy się z bramą, która zwykle jest routerem internetowym i jest interfejsem między koncentratorem Zigbee a szerszym Internetem. Zarówno kontroler, jak i Brama są ze sobą połączone, umożliwiają sterowanie urządzeniami inteligentnego domu z dowolnego miejsca na świecie.
niektóre z najczęstszych urządzeń inteligentnego domu, które obsługują Zigbee, to światła, zamki do drzwi i przełączniki; przyjrzymy się im bliżej później.
jako przykład na ścianie możesz mieć włącznik światła, który nie jest podłączony do sieci elektrycznej i działa tylko na bateriach.
po włączeniu lub wyłączeniu przełącznika wiadomość jest wysyłana bezprzewodowo do kontrolera (koordynatora w sieci), który następnie przekazuje wiadomość do odpowiedniej żarówki, aby ją włączyć lub wyłączyć.
to brzmi jak ZigBee działa w bardzo podobny sposób do Wi-Fi i Bluetooth, więc dlaczego nie są one po prostu używane?
Dlaczego Zigbee Jest Ważne?
istnieje kilka ważnych powodów, dla których Zigbee jest używany w niektórych scenariuszach, takich jak te opisane powyżej, a nie Wi-Fi lub Bluetooth.
mówiąc prościej, ani Wi-Fi, ani Bluetooth nie są odpowiednie w sytuacjach, w których nie potrzeba zbyt dużej mocy ani danych, ani setek urządzeń w sieci.
Wi-Fi zużywa dużo energii oprócz wysokiej szybkości transmisji danych, która w wielu przypadkach jest zbyt duża. Zigbee nie używa zbyt wiele.
Bluetooth może obsługiwać tylko do 7 urządzeń w sieci, podczas gdy Zigbee może obsługiwać setki.
porównajmy Zigbee z Wi-Fi i Bluetooth i spójrzmy na korzyści, jakie przynosi. Mam nadzieję, że to pokaże, jak Zigbee jest bardzo dobrze nadaje się do inteligentnego domu.
zalety Zigbee
jedną z głównych zalet korzystania z Zigbee przez Wi-Fi lub Bluetooth jest to, że zużywa znacznie mniej energii. Biorąc pod uwagę, że urządzenia spędzają większość czasu w trybie oszczędzania energii, zwykle będą pracować przez kilka lat bez konieczności wymiany baterii.
urządzenia Zigbee działają również przy bardzo niskiej szybkości transmisji danych, zwłaszcza gdy porównujesz je z Wi-Fi i Bluetooth. Podczas gdy Wi-Fi używa około 11 MB / s, a Bluetooth 1 MB / s, Zigbee używa między 20 Kbps a 250 Kbps. Jest to bardzo mała ilość danych, ale nadal wystarcza do zastosowania Zigbee.
nawet przy 250 Kbps, ZigBee przesyła dane około cztery razy szybciej niż Bluetooth i czterdzieści razy szybciej niż Wi-Fi.
urządzenia Zigbee działają bardzo dobrze na krótkim zasięgu w pomieszczeniach do 100 metrów, ale to zostaje przedłużone do 300 metrów i dalej na zewnątrz przez linię wzroku.
czas potrzebny na dołączenie do sieci Zigbee jest również znacznie mniejszy w przypadku sieci Wi-Fi i Bluetooth. Dołączenie do sieci Wi-fi zajmuje około 3 sekund, a Bluetooth może potrwać nawet 10! Połączenie Zigbee trwa zaledwie 30 milisekund.
Zigbee obsługuje również małe i duże sieci. Teoretycznie możesz mieć do 6500 urządzeń podłączonych do jednej sieci Zigbee, ale w rzeczywistości jest to bardziej prawdopodobne około 240. To wciąż wiele urządzeń w kontekście inteligentnego domu.
sieci Wi-Fi zazwyczaj obsługują około 32 urządzeń, podczas gdy Bluetooth obsługuje znacznie mniej około 7.
kolejnym powodem, dla którego wiele firm skacze na pokładzie z Zigbee, jest to, jak Tanie jest wdrożenie. W porównaniu z Bluetooth i Wi-Fi, z których oba są bardzo złożone, Zigbee jest bardzo prostą technologią, która jest łatwa w użyciu.
jest również open-source, co czyni go jeszcze tańszym dla firm korzystających z niego, ponieważ nie muszą płacić opłat licencyjnych ani opłat licencyjnych.
Zigbee jest również bardzo bezpieczny.
wykorzystuje algorytmy kryptograficzne AES do szyfrowania danych i uwierzytelniania; tak samo jak to, co jest używane przez banki, więc wiesz, że świetnie sprawdza się w ochronie danych.
jak widać, istnieje wiele korzyści, które Zigbee zapewnia nie tylko firmom wykorzystującym technologię do tworzenia inteligentnych urządzeń domowych, ale także nam jako konsumentowi.
ZigBee jest łatwe i tańsze do wdrożenia oznacza niższe koszty dla nas, gdy przychodzimy do zakupu naszego sprzętu inteligentnego domu.
| Wi-Fi | Bluetooth | Zigbee | |
| Szybkość Transmisji | 11 Mbps | 1 Mbps | 250 Kbps |
| czas przyłączenia się do sieci | 3 sekundy | 10 sekund | 30 milisekund |
| liczba obsługiwanych urządzeń | 32 | 7 | 240 |
jakie urządzenia używają Zigbee?
jak wspomniałem wcześniej w artykule, Zigbee utworzyło Sojusz firm, które podpisały się pod protokołem podczas projektowania i produkcji swoich produktów.
sojusz ma teraz ponad 400 członków, a między nimi wyprodukowali ponad 2500 indywidualnych produktów, które współpracują z Zigbee.
spójrz na stronie Sojuszu Zigbee, a zobaczysz wszystkich dużych graczy w grze inteligentnego domu, takich jak Samsung z linią urządzeń SmartThings, Yale, Philips Hue, IKEA, Amazon Echo, Tuya i wiele innych.
tutaj możesz zobaczyć wszystkich członków Sojuszu Zigbee, aby zobaczyć, że Twoje istniejące urządzenia inteligentnego domu są kompatybilne z Zigbee.
oto niektóre z bardziej znanych urządzeń inteligentnego domu, które możesz już posiadać, które zostały certyfikowane do pracy z protokołem Zigbee:
- Wielofunkcyjny Czujnik SmartThings
- Philips Hue
- inteligentne zamki Yale
- Amazon Echo Show
- Honeywell Home Energy Manager
- Czujnik Temperatury i wilgotności Tuya
- Inteligentny Termostat Ecobee
czy powinno ci zależeć na Zigbee?
pytanie, które pewnie teraz zadajesz, to czy powinno ci zależeć na Zigbee? Absolutnie ważne jest, aby wszystkie urządzenia inteligentnego domu działały z Zigbee i powinieneś zapomnieć o wszystkich urządzeniach, które używają tylko Wi-Fi?
myślę, że nie musisz się zbytnio martwić o to, czy twoje urządzenia używają Zigbee, czy innego protokołu.
z pewnością ułatwiłoby to życie, gdyby wszyscy używali tego samego protokołu, ale w rzeczywistości jest to bardzo trudne do osiągnięcia, zwłaszcza przy ogromnej liczbie różnych urządzeń, które są produkowane przez różne firmy.
jeśli chcesz, aby wszystko działało z urządzeniem Alexa lub Google i nie chcesz dodatkowych komplikacji Smart hub, jak większość z nas, będziesz w porządku przy użyciu kombinacji urządzeń Wi-Fi i Zigbee.
jeśli chcesz mieć lokalną kontrolę, która pochodzi z posiadania koncentratora, urządzenia działające przy użyciu Zigbee będą preferowaną opcją.