Affiliate Disclosure: Som Amazon Associate tjänar jag från kvalificerade inköp.
Zigbee är ett av de mest populära valen av kommunikationsprotokoll som gör att olika smarta hemenheter från olika tillverkare kan arbeta med varandra, men hur exakt fungerar det och vad gör det så bra för över 400 företag att vilja använda det?
Zigbee fungerar av koordinatorn, som ligger vid roten till Zigbee-nätverket, och skickar ett meddelande till en router som sedan skickar meddelandet vidare till en slutenhet med instruktioner för att utföra en specifik uppgift. Det är en trådlös teknikstandard som är väl lämpad för trådlös kommunikation med kort räckvidd.
jag undersökte Zigbee för att ta reda på mer om hur exakt det fungerar, var det används mest och fördelarna med andra trådlösa protokoll som Wi-Fi och Bluetooth. Vad jag hittade gör det klart varför Zigbee används så ofta inom smarta hem.
hur Zigbee fungerar
ett typiskt Zigbee-nätverk innehåller tre olika typer av enheter: en koordinator, Routrar och slutenheter. Dessa enheter arbetar med var och en för att leverera meddelanden och instruktioner från den centrala koordinatorn ut till de enskilda slutenheterna, som en glödlampa.
koordinatorn är den mest kapabla enheten och sitter vid roten till nätverket. Det finns bara en samordnare per nätverk, och det ansvarar för att utföra flera uppgifter.
de väljer en lämplig kanal genom att utföra en kanalsökning och hitta den mest lämpliga med minsta möjliga störning, tilldela ett unikt ID till nätverket, tilldela en unik adress till varje enhet i nätverket och initiera och överföra meddelandena eller instruktionerna inom nätverket.
Routrar sitter mellan koordinatorn och slutenheterna och ansvarar för att dirigera meddelandena mellan de olika noderna.
de tar emot meddelanden från koordinatorn och lagrar dem sedan tills deras barn, slutanordningarna, är i stånd att ta emot dem. Routrar kan också tillåta andra routrar och slutenheter att ansluta sig till nätverket; de tar detta ansvar från samordnaren.
slutanordningar styr en mycket liten mängd information; precis tillräckligt för att kommunicera med modernoden som kan vara koordinator eller en router beroende på typen av Zigbee-nätverk.
de går ofta i vila (standby-nod) vilket gör att batteridrivna enheter är idealiska som en slutenhet.
slutanordningar kommunicerar inte direkt med varandra, så en glödlampa pratar inte direkt med en annan, till exempel.
All trafik dirigeras först till modernoden, som vanligtvis är routern. Routern håller fast vid dessa data tills mottagningsändenheten är i stånd att ta emot den genom att vara vaken.
End-enheter är också ansvariga för att begära meddelanden som väntar från föräldern.
vad exakt är Zigbee?
termen Zigbee hänvisas till mycket i den smarta hemvärlden med att den annonseras på förpackningen av många olika smarta hemenheter, men vad är det exakt?
Zigbee är en trådlös teknikstandard som utformats speciellt för trådlös kommunikation med kort räckvidd.
det är en öppen källkodsstandard som utvecklades av ett företag som kallas Zigbee Alliance bildades redan 2002 och består nu av hundratals företag över hela världen.
du kanske frågar: Varför behöver vi ännu en kort räckvidd trådlös kommunikationsstandard när vi redan har Wi-Fi och Bluetooth?
Zigbee är byggt speciellt för styr-och sensornätverk där vissa enheter övervakas och andra kontrolleras. Wi-Fi och Bluetooth är inte riktigt lämpliga för denna typ av installation.
Zigbee var svaret på ett behov som många hade. Det ger en billig lösning för enheter med låg effekt med låg datahastighet och fungerar över en kort räckvidd.
det är den vanligaste standarden inom IoT (Internet of Things). IoT hänvisar helt enkelt till de bokstavliga miljarder fysiska enheter över hela världen som är anslutna till Internet och samlar in och delar data.
när du tänker på det här sättet är det tydligt att se hur populär Zigbee är som en trådlös kommunikationsstandard, och inte bara i det smarta hemutrymmet.
olika typer av Zigbee-nätverk
det finns tre huvudtyper av Zigbee – nätverkstopologier; stjärna, nät och träd. En topologi hänvisar helt enkelt till layout och arrangemang av olika element inom ett kommunikationsnätverk.
stjärntopologi
stjärntopologin är både den enklaste och billigaste typen av Zigbee att implementera. De består inte av några routrar och alla slutanordningar kommunicerar direkt med samordnaren.
det största problemet med denna inställning är att om koordinatorn misslyckas kommer hela nätverket att krascha ner och ingen av slutenheterna fungerar med tanke på att det inte finns någon där för att ge dem sina instruktioner.
Stjärnnätverk begränsas också av själva koordinatorns räckvidd och är därför egentligen bara lämpliga för de minsta nätverk som består av bara ett par enheter.
Mesh Topology
i mesh topology är varje nod ansluten till en angränsande nod, förutom slutenheterna som bara är anslutna till sin förälder, en router.
koordinatorn ansluter till de närliggande routrarna som sedan ansluter till de andra routrarna närmast dem. Så vissa routrar kan ansluta till koordinatorn och en annan router, medan andra kan anslutas till tre eller fyra olika routrar beroende på nätverkets storlek.
när en enhet vill kommunicera med en annan hoppar meddelandet från en enhet till en annan och tar kortast möjliga väg tills den når sin destination.
om en viss nod misslyckas fortsätter nätverket att fungera eftersom meddelandet helt enkelt kan omdirigeras genom att följa en annan sökväg. Detta kallas ”självläkningsprocessen”.
masktopologin är väl lämpad för smarta hem eftersom de vanligtvis har fler enheter än en stjärntopologi verkligen är lämplig för.
Trädtopologi
trädtopologin är mycket lik nättopologin med den enda verkliga skillnaden att routrarna inte är sammankopplade.
koordinatorn ansluter till alla närliggande Routrar och routrarna ansluter till de närliggande slutenheterna, men det är omfattningen av anslutningarna. Routrarna associerar sig inte med varandra och kommunicerar bara med koordinatorn och slutenheterna.
det finns en annan typ av installation som kallas ett klusterträdnätverk som tillåter routrarna att ansluta till varandra som expanderar på nätets räckvidd.
vilket frekvensband använder Zigbee?
för närvarande finns det 3 frekvensband som tilldelas Zigbee att använda.
868 MHz-bandet använder kanal 0 och är endast tillgängligt i Europa och 915 MHz-bandet använder kanaler 1 till 10 och är endast tillgängligt i Australien och USA.
2.4 GHz-frekvensbandet som du förmodligen är mer bekant med kan användas över hela världen och använder kanalerna 11 till 26.
det är värt att notera att endast en kanal är vald för Zigbee-nätverket att använda när det först etableras.
så varför är detta viktigt?
Zigbee och Wi-Fi-nätverk finns båda oftast inom 2.4 GHz-bandet och har potential att störa varandra, med Zigbee-nätverket som vanligtvis är den som tar träffen.
eftersom du sannolikt redan har ett Wi-Fi-nätverk i ditt hem behövs lite planering när du planerar att använda Zigbee-enheter för att se till att du inte upplever denna störning.
min rekommendation skulle vara att överväga att byta kanal som ditt Wi-Fi-nätverk fungerar på, Flytta bort från den mycket trånga kanalen 6 till en mindre överbelastad del av frekvensbandet som 1 eller 11.
detta ändras enkelt genom att logga in på routerns administratörsområde, hitta de trådlösa inställningarna och helt enkelt ändra den valda kanalen. Du kan behöva inaktivera ”auto channel selection” om det är aktiverat så att du manuellt kan välja önskad kanal.
det finns också möjlighet att byta till 5 GHz-bandet som är mycket mindre trångt än 2.4 GHz-bandet, men det finns många färre enheter som kan använda detta band och det skulle kräva att du redan har en dual-band router.
förutom att uppleva mindre störningar på dina Zigbee-enheter, kan byte av Wi-Fi-nätverkskanal också leda till att du ser lite prestandaökning i ditt nätverk.
chansen är stor att din granne inte har ändrat sin kanal och med de flesta produkter som skickas med en standardkanal på 6 använder du mer än sannolikt samma. Detta kan orsaka störningar för er båda.
det finns många olika trådlösa skanningsverktyg som kan användas för att skanna aktiviteten på varje kanal (den här är gratis att använda och kräver ingen installation). Om du upptäcker att det finns mycket trängsel på en viss kanal är detta en ledtråd som du bör överväga att välja en ny kanal för ditt nätverk.
de vanligaste användningarna för Zigbee
det finns många olika användningsområden för Zigbee-teknik som utnyttjar deras låga strömförbrukning och låga dataöverföringshastighet.
de vanligaste är hemautomation, industriella styrsystem, medicinsk datainsamling, rök-och inkräktarvarning och trådlösa sensornätverk.
huvudsyftet med Zigbee-standarden är att antingen samla in information eller utföra vissa kontrolluppgifter i en byggnad.
när det gäller hemautomatisering sitter i mitten en hemautomatiseringsregulator som är mer känd som ett ”nav”
navet ansluts till en gateway, som vanligtvis är din internetrouter och är gränssnittet mellan Zigbee-navet och det bredare Internet. Både styrenheten och gatewayen som är anslutna till varandra är det som låter dig styra dina smarta hemenheter från ganska mycket var du än är i världen.
några av de vanligaste smarta hemenheterna som stöder Zigbee inkluderar lampor, dörrlås och omkopplare; vi kommer att titta närmare på dessa senare.
som ett exempel på väggen kan du ha en ljusströmbrytare som inte är ansluten till elnätet och bara går på batterier.
när du slår på eller stänger av strömbrytaren skickas ett meddelande trådlöst till styrenheten (koordinatorn i nätverket) som sedan vidarebefordrar meddelandet till motsvarande glödlampa för att slå på eller stänga av det.
det låter som att Zigbee fungerar på ett mycket liknande sätt som Wi-Fi och Bluetooth, så varför används de inte bara istället?
Varför Är Zigbee Viktigt?
det finns flera viktiga skäl till varför Zigbee används i vissa scenarier som de som beskrivs ovan och inte Wi-Fi eller Bluetooth.
enkelt uttryckt är varken Wi-Fi eller Bluetooth lämplig i situationer där inte mycket ström eller data behövs, eller var finns hundratals enheter i nätverket.
Wi-Fi använder mycket ström utöver en hög datahastighet som är bara överkill i många fall. Zigbee använder inte så mycket av Heller.
Bluetooth kan bara stödja upp till 7 enheter i ett nätverk, medan Zigbee kan stödja hundratals.
Låt oss jämföra Zigbee med Wi-Fi och Bluetooth och titta på fördelarna med det. Detta kommer förhoppningsvis att visa hur Zigbee är mycket väl lämpad för ett smart hem.
fördelarna med Zigbee
en av de stora fördelarna med att använda Zigbee via Wi-Fi eller Bluetooth är att den förbrukar betydligt mindre ström. Med tanke på att enheterna tillbringar större delen av sin tid i energisparläge, kommer de vanligtvis att köras i flera år utan att batterierna behöver bytas.
Zigbee-enheter fungerar också med en mycket låg datahastighet, särskilt när du jämför den med Wi-Fi och Bluetooth. Medan Wi-Fi använder cirka 11 Mbps och Bluetooth använder 1 Mbps, använder Zigbee mellan 20 Kbps och 250 Kbps. Detta är en mycket liten mängd data, men det är fortfarande tillräckligt för tillämpningen av Zigbee.
även vid 250 Kbps överför Zigbee data cirka fyra gånger snabbare än Bluetooth och fyrtio gånger snabbare än Wi-Fi.
Zigbee-enheter fungerar mycket bra på kort räckvidd inomhus upp till 100 meter men detta förlängs till 300 meter och bortom utomhus genom en siktlinje.
den tid det tar att gå med i ett Zigbee-nätverk är också mycket mindre än Wi-Fi-och Bluetooth-nätverk. Det tar cirka 3 sekunder att gå med i ett Wi-fi-nätverk och Bluetooth kan ta så lång tid som 10! Zigbee tar bara 30 millisekunder att ansluta.
Zigbee stöder också både små och stora nätverk. I teorin kan du ha upp till 6 500 enheter anslutna till ett enda Zigbee-nätverk men i verkligheten är det mer troligt att det är cirka 240. Det här är fortfarande många enheter i samband med ett smart hem.
Wi-Fi-nätverk stöder i allmänhet cirka 32 enheter medan Bluetooth stöder mycket mindre på cirka 7.
en annan anledning till att många företag hoppar ombord med Zigbee är hur billigt det är att implementera. Jämfört med Bluetooth och Wi-Fi, som båda är mycket komplexa, är Zigbee en mycket enkel teknik som är lätt att använda.
det är också öppen källkod vilket gör det ännu billigare för företag som använder det eftersom de inte behöver betala licensavgifter eller betala för royalties.
Zigbee är också mycket säker.
den använder AES kryptografiska algoritmer för datakryptering och autentisering; samma som vad som används av banker, så du vet att det gör ett bra jobb för att skydda data.
som du kan se finns det många fördelar som Zigbee ger inte bara för de företag som använder tekniken för att göra sina smarta hemenheter utan också för oss som konsument.
Zigbee är lätt och billigare att genomföra innebär lägre kostnader för oss när vi kommer att köpa våra smarta hem redskap.
| Wi-Fi | Bluetooth | Zigbee | |
| datahastighet | 11 Mbps | 1 Mbps | 250 Kbps |
| dags att gå med i nätverket | 3 sekunder | 10 sekunder | 30 millisekunder |
| antal enheter som stöds | 32 | 7 | 240 |
vilka enheter använder Zigbee?
som jag nämnde tidigare i artikeln bildade Zigbee en allians av företag som har anmält sig för att använda protokollet när de designar och tillverkar sina produkter.
alliansen har nu varit över 400 medlemmar och mellan dem har de producerat över 2 500 enskilda produkter som fungerar med Zigbee.
titta på Zigbee Alliance-webbplatsen så ser du alla de stora spelarna i smart home-spelet som Samsung med deras SmartThings-sortiment av enheter, Yale, Philips Hue, IKEA, Amazon Echo, Tuya och många fler.
du kan se alla medlemmar i Zigbee Alliance här för att se att dina befintliga smarta hemenheter är Zigbee-kompatibla.
här är några av de mer välkända smarta hemenheter som du kanske redan äger som har certifierats för att fungera med Zigbee-protokollet:
- SmartThings Multifunktionssensor
- Philips Hue
- Yale smarta lås
- Amazon Echo Show
- Honeywell Home Energy Manager
- Tuya temperatur-och fuktighetssensor
- Ecobee Smart Termostat
ska du bry dig om Zigbee?
frågan du förmodligen nu frågar är om du ska bry sig om Zigbee? Det är absolut kritiskt att alla dina smarta hemenheter fungerar med Zigbee och du bör glömma allt om alla enheter som bara använder Wi-Fi?
jag tror inte att du behöver oroa dig för mycket om dina enheter använder Zigbee eller ett annat protokoll.
det skulle säkert göra livet lite enklare om de alla använde samma protokoll, men i verkligheten är det mycket svårt att uppnå, särskilt med det enorma antalet olika enheter där ute som alla produceras av olika företag.
om du bara vill att allt ska fungera med en Alexa-eller Google-enhet och inte vill ha den extra komplikationen av ett smart nav, som de flesta av oss gör, kommer du att ha det bra med en kombination av Wi-Fi och Zigbee-enheter.
om du vill ha den lokala kontrollen som följer med att ha ett nav, kommer enheter som fungerar med Zigbee att vara ditt föredragna alternativ.