Хаб для умного дома Zigbee мост

Что такое ZigBee: устройства, протокол, скорость, технология

Надпись «Zigbee» можно заметить на гаджетах, которые ориентированы для формирования систем «Умный дом», но мало кто понимает, что это такое. Интересна история создания этой технологии и принципы её работы.

Самоорганизующиеся сети (ad-hoc) создавались ещё с 1998 года, в 2004 разработчики основали альянс, который получил название Zigbee. Что это такое мир узнал в том же году – опубликована первая спецификация. Ещё через 12 месяцев появилась ZigBee 2004. А в 2007 году завершена и опубликована первая базовая редакция ZigBee — Pro Feature Set, действующая до сих пор. В состав альянса входит несколько сотен IT-фирм, разбросанных по разным странам.

ZigBee - что это такое: устройства, протокол, скорость, технология

Что такое сети Zigbee

«Зигби» называют спецификацию беспроводных сетевых протоколов на основе стандарта 802.15. Сформированные сети не отличаются высокой скоростью передачи информации, но считаются безопасными и надёжными.

Особенности Zigbee, которые выводят спецификацию на лидирующие позиции в области IT-сетей:

  • незначительное потребление электричества;
  • поддержка нескольких топологий: элементарных ( «точка-тока», «дерево», «звезда»), сложных ячеистых;
  • допускается использование одного из нескольких алгоритмов маршрутизации;
  • безопасность – проработанный механизм даёт возможность нивелировать угрозы.

Технология Zigbee позволяет быстро развернуть сеть, настройка и совершенствование не вызовут никаких трудностей. Структура состоит из трех звений:

  • координатора – отвечает за запуск и управление сетью, а также занимается установками политики безопасности;
  • маршрутизатора – устанавливает пути для передачи пакетов в пределах сетки, если нужно — изменяет их;
  • конечного устройства – получатель и отправитель данных. Подключён только к координатору или маршрутизатору, при бездействии может уходить в режим «Sleep», что способствует экономии энергии.

Главный создатель «Зигби» – альянс ZigBee, был основан в 2002 году. По состоянию на 2019 год в него входят не менее 300 организаций. Цель IT-альянса заключается в разработке эффективных протоколов беспроводной сети, обеспечение совместимости аппаратуры разных фирм. Первые разработки появились в 2003 году, постоянно модернизировались и дополнялись.

сети зигби и лори

Протоколы

Сетевой протокол Zigbee основан на AODV (принцип динамической маршрутизации) и NeuRFon (нужны для построения беспроводных сетей без центра, образованных случайными пользователями).

До 2019 года разработано три спецификации Zigbee:

  • Zigbee PRO – стандарт надёжной связи
  • Zigbee RF4CE – совместная разработка двух альянсов (нужна для управления аудио и видеоустройствами);
  • Zigbee IP – открытая спецификация на базе IPv6 для развёртывания беспроводных Mesh-сеток.

Стандартизация IEEE 802.15.4 определяет физический, а также MAC сетевые уровни, а сама спецификация ZigBee назначает сетевой уровень и уровни пользовательских приложений.

Главное преимущество протоколов «Зигби» характеризуется способностью корректно управлять «спящими» устройствами, что на порядок уменьшает энергопотребление. Скорость же вывода из режима «Sleep» выше, чем у конкурентов. При возникновении помех на канале связи аппараты автоматически переходят на другой – «чистый». Новые механизмы безопасности делают связь надёжной.

zigbee технологиясы

Происхождение термина ZigBee

Наименование Zigbee связано с танцами, в которых участвуют пчёлы-сборщики нектара, вернувшиеся в улей. Таким образом насекомые сообщают «коллегам» о локациях, где можно отыскать пищу.

zigbee радиус действия

ZigBee RF4CE

3 марта 2009 представители концерна RF4CE (который занимается радиочастотами для бытовых электронных устройств) подписали соглашение с руководителями альянса «Зигби». Цель сотрудничества — совместная разработка единых спецификаций, которые будут ориентированы на дистанционное управление с применением радиосигналов. В результате появился ZigBee RF4CE – для использования в управляемой на расстоянии аудио или видеопродукции: TV, игровых приставках и других аппаратах. Пользователь получил преимущества, которых не было в существовавших до этого IT-решениях для дистанционного управления: надежную работу сетей, гибкость, совместимость между аппаратами, уход от ограничения прямой видимости.

zigbee частота

Программное и аппаратное обеспечение

Программы, разработанные для функционирования с использованием технологии «Зигби» отличаются поддержкой недорогих микросхем с малым энергопотреблением, это нужно для уменьшения стоимости конечных продуктов. Устройства перед запуском в серию проходят сложные испытания в IT-лабораториях, сертифицированных альянсом. В результате пользователь получает недорогие аппараты, которые долго и корректно работают в автономном режиме и при этом не теряя связь с владельцем.

дальность zigbee

Особенности лицензирования

Чтобы коммерческая организация могла использовать разработки Zigbee, она должна стать членом альянса. Других ограничений на применение спецификаций нет. Однако ежегодно возникают спорные ситуации, связанные с оплатой лицензии GNU. Это вызвано конфликтами с иными международными соглашениями, касающимися свободного ПО.

Где применяется

Zigbee разрабатывалась с целью создания простых и надёжных беспроводных сетей для применения в бизнесе, медицине, образовании.

маршрутизатор zigbee

Отличия ZigBee от Wi-Fi и Bluetooth

Существенное отличие Zigbee от Wi-Fi и Bluetooth – это применение ячеистой топологии. Пример: если ПК теряет связь с роутером, владелец не сможет отправить на него данные с мобильного устройства. Технология Wi-Fi не даёт права участникам напрямую соединяться друг с другом в пределах сети, связь возможна через главный узел – роутер.

Благодаря же технологии с ячейками, при обрыве одного соединения, появится новый маршрут, и информация отправится до адресата по обходному пути. Это происходит по следующей причине: между сетевыми точками налажен прямой коннект, который не зависит от главного узла. Такое децентрализованное устройство сети надежнее и применяется в Интернете.

zigbee устройства что это

Технология «Умный дом» и ZigBee

Изначально технология создавалась для коммерческого применения – промышленных, медицинских организаций. Но впоследствии стало популярным внедрение Zigbee в технологию «Умный дом». В этой сфере у «Зигби» был конкурент – Z-Wave, но из-за закрытости этого протокола большинство производителей стало использовать вновь созданный протокол. Открытая спецификация даёт возможность разработчикам создавать программное обеспечение для собственных устройств без каких либо ограничений.

Zigbee-устройства стоят меньше, чем те, которые базируются на Z-Wave. Пользователям доступны: лампы, розетки, кондиционеры, бытовые и специальные датчики. Но важно понимать, что использование одного протокола передачи данных не всегда позволяет «подружить» друг с другом девайсы нескольких разных фирм. Совместимость конкретных продуктов уточняют заранее.

zigbee расстояние передачи

Хабы для бытовых решений «Умный дом». ZigBee мост

Сетевой мост – это диспетчер в Zigbee-сети, и в отличие от иных девайсов (касается, к примеру, датчиков для открытия дверей, снабжённых источниками питания, и подобных им аппаратов) он постоянно должен получать электропитание, иначе работа всей зигби-сети будет нарушена. Чтобы обеспечить коннект с домашней сеткой и интернетом, хаб присоединяется с помощью стандартного кабеля из витой пары к Wi-Fi роутеру (это самый надёжный способ).

Аппарат будет функционировать как мост между подключёнными к «Умному дому» и интернету девайсами. Пользователь сможет из произвольной точки земного шара подключаться к Home-сети, проверять состояние и отдавать указания всем присоединённым аппаратам. Для коннекта с умным домом доступно мобильное приложение, трансляция команд также возможна с использованием голосового помощника.

zigbee pro

Применение Siri, Google Ассистент, Alexa

Опция дистанционного устного управления умным домом через голосовых помощников: Apple Siri, Amazon Alexa, Google Ассистент – стандартная функция для 2019 года. Но для обеспечения совместимости с конкретными «помощниками» нужно выбирать устройства с указанными логотипами:

  • Siri (что такое Siri) – «Works with Apple HomeKit»;
  • Андроид – «Works with the Google Assistant»;
  • Алекса – «Works with Amazon Alexa».

Эти надписи свидетельствуют о том, что продуктом управляют при помощи соответствующих сервисов. Ряд гаджетов поддерживают работу со всеми помощниками, а некоторые – только с одним.

zigbee сеть

О государственном регулировании

Большинство стран не вводили ограничений на использование протоколов беспроводной связи. Сеть, организованная по этой сертификации, не способна помешать передаче других сигналов или вызвать иные проблемы.

ZigBee на планете

Технология используется в Европе, России и Азии. Компании, применяющие Zigbee:

  • Samsung;
  • Logitech;
  • Amazon;
  • Xiaomi;
  • Philips;
  • IKEA;
  • LG.

А также ряд иных производителей.

стандарт zigbee

ZigBee в России. Есть ли ограничения

Применение сетей ZigBee в пределах РФ на частотах 2400-2483,5 МГц не потребует специальной регистрации или согласований. Правовое основание – документ ГКРЧ при Мининформсвязи РФ No 07-20-03-001. Хотя в бумагу постоянно вносятся изменения, по состоянию на 2019 год ограничений на использование технологии «Зигби» нет.

Zigbee – это безопасный и открытый стандарт для создания беспроводных сетей, который помогает управлять электронными устройствами в быту, на производстве, в иных сферах деятельности. Скорость Zigbee не считается главным недостатком, поскольку главное назначение сети не передача больших объёмов информации, а управление другими устройствами. За последние годы число пользователей в Евразии, которые начали применять стандарт стремительно выросло. Но в США по-прежнему предпочитают Z-Wave, хотя знают, что такое Zigbee.

Источник



Zigbee – технология беспроводной связи для систем умный дом

Просто и подробно о том, что такое Zigbee. Разница между Zigbee, Wi-Fi и Bluetooth. ZigBee и голосовые помощники.

Содержание

  • Что такое Zigbee
  • Чем ZigBee отличается от Wi-Fi и Bluetooth
  • ZigBee в системах умного дома
  • Зачем нужен хаб для умного дома
  • ZigBee и голосовые помощники

Когда человек начинает погружаться в тему умного дома, он сталкивается с новым для себя словом – Zigbee. Этот логотип часто встречается на упаковках различных устройств для умного дома, например его можно встретить на продукции Xiaomi Smart Home, на лампочках Philips Hue и IKEA TRÅDFRI.

Логотип Zigbee на упаковке набора умных лампочек

При этом в комплекте с такими лампочками производитель продаёт еще и устройство, называемое «мост» или «хаб», которое необходимо для полноценной работы системы умного освещения. В этой статье мы доступным языком подробно расскажем о том, что такое «зигби», и почему именно этот стандарт всё чаще используется в системах умного дома.

Что такое Zigbee

Zigbee – это стандарт беспроводной связи, подобный Wi-Fi и Bluetooth, но созданный специально для интернета вещей и умного дома. Благодаря протоколу ZigBee устройства в умном доме “общаются” друг с другом.

Zigbee создан специально для интернета вещей и умного дома.

Существовавшие 15 лет назад стандарты беспроводных сетей, например WiFi и Bluetooth, не подходили для новых возникших потребностей – таких, как умный дом. Эти стандарты были недостаточно надёжны, а их модули были слишком дорогими. Для разработки нового сетевого протокола была создана ассоциация из ведущих технологических компаний (Philips, Samsung, LG, Siemens и другие) под названием Zigbee Alliance. И в 2004 году был принят международный стандарт, регламентирующий новый протокол Zigbee, работающий на частотах, не требующих специального разрешения.

Название Zigbee происходит от слов “зигзаг” (zigzag) и “пчела” (bee), на западе термином “зигби” называют танец медовых пчёл. Такое название по мнению разработчиков стандарта подчёркивает то, что сеть Zigbee имеет ячеистую топологию (структуру) и, благодаря специальным алгоритмам маршрутизации, является надёжной и способной к самовосстановлению при потере связи между отдельными узлами. При этом оборудование для Zigbee компактное и имеет низкую стоимость.

Яндекс Станция Макс с голосовым помощником Алиса поддержка 4K видео, aux выход, мультирум

Разница между Zigbee, Wi-Fi и Bluetooth

По некоторым характеристикам стандарты Wi-Fi и Zigbee похожи:

  • Оба работают на частоте 2.4 ГГц, не требующей специальных разрешений при использовании
  • Оба протокола имеют радиус действия до 20 метров

Но у зигби есть ключевые отличия, которые и делают этот стандарт гораздо более подходящим для коммуникации между собой устройств умного дома.

В Zigbee-сети между узлами существует прямая связь, а не только связь с «центром».

Топология. Главное отличие Zigbee от Wi-Fi – это использование ячеистой топологии, а не топологии типа “звезда”, где все узлы сети соединяются через центральный роутер. В структуре “звезда” при потере соединения с роутером, узел не может связаться с остальными участниками сети. Например, если ваш компьютер отключится от роутера, вы не сможете передать на него фотографию с планшета – Wi-Fi не даёт возможности прямого соединения между устройствами в сети.

Читайте также:  List of smartphones that support WiFi calling on Jio

В сети Wi-Fi устройства могут связываться между собой только через центральный узел – роутер

А вот благодаря ячеистой структуре, при обрыве одного соединения, будет проложен обходной маршрут, и сигнал дойдёт до получателя по новому пути. Это возможно благодаря тому, что между узлами существует прямая связь, а не только связь с «центром». Такая топология гораздо надежнее и используется, например, в самой сети интернет.

В сети Zigbee устройства могут связываться друг с другом напрямую

Конкретный пример. Датчик протечки воды, подключаемый через Wi-Fi, находится на большом расстоянии от Wi-Fi роутера и между ними стоят 2 бетонные стены. В момент аварии датчик может попросту не передать сигнал о протечке из-за слабого Wi-Fi сигнала. Роутер не получит сигнал о срабатывании датчика, не передаст этот сигнал в центр управления, центр управления не перекроет вентиль, и произойдёт затопление. Но если бы ваш умный дом работал на зигби, то при слабой прямой связи между датчиком и центром управления сигнал был бы передан не напрямую, а через другие устройства: лампочку в коридоре, выключатель в комнате или умную розетку. То есть другие приборы выступили бы промежуточными станциями при передаче сигнала о протечке в контроллер умного дома и обратного сигнала о перекрытии вентиля.

Энергопотребление. Очень низкое энергопотребление Zigbee-модулей достигается за счёт специального режима “сна”, когда устройство не используется, и низкой пропускной способности передачи данных (250 Кбит/с против 300-1000 Мбит/с у Wi-Fi). Высокая пропускная способность не нужна зигби, ведь нужно передавать совсем небольшие объёмы данных от датчиков и электроприборов, а вот Wi-Fi должен обеспечивать просмотр видео в реальном времени и т.п. В результате Zigbee-модуль может работать несколько месяцев на простой батарейке.

Скорость. До появления Zigbee в системах умного дома пытались использовать Bluetooth. Радиус действия у этих протоколов примерно одинаковый, но у блютус слишком большие задержки. Задержка при передаче сигнала у Bluetooth-модуля составляет несколько секунд против 30 миллисекунд у Zigbee-модуля! 30мс это намного меньше скорости реакции у человека – для нас включение и выключение зигби-лампочки происходит моментально.

Количество узлов. Wi-Fi попросту не приспособлен к подключению большого количества участников к сети. В теории к одному Wi-Fi роутеру возможно подключить несколько сотен устройств, но каждому активному пользователю известно, что это не достижимо на практике. Роутеры средней ценовой категории начинают зависать и требовать перезагрузки уже после подключения 15-20 гаджетов: ноутбуков, смартфонов, планшетов и других девайсов вашей семьи. А вот одна Zigbee-сеть может иметь тысячи узлов и при этом стабильно работать. Способность надёжно функционировать при большом количестве подключённых устройств – необходимая характеристика сети для умного дома и интернета вещей.

Устройства с Zigbee-модулем значительно дешевле, чем с Wi-Fi.

Стоимость. Производителям zigbee-модуль обходится дешевле, чем Wi-Fi. Устройства для умного дома с Zigbee-подключением тоже стоят значительно дешевле, чем аналогичные приборы с Wi-Fi. Пример: zigbee-лампочка IKEA Trådfri с регулировкой яркости стоит около 700 рублей, а аналогичный продукт wifi-лампочка TP-Link LB110 стоит 2300 рублей.

Яндекс Станция Макс с голосовым помощником Алиса поддержка 4K видео, aux выход, мультирум

Умный дом и Zigbee

Сети Zigbee используются в промышленной автоматике, в коммерческой недвижимости и в медицинском оборудовании. Но, безусловно, наиболее широкое и популярное применение Zigbee – это системы умного дома.

До того как на рынок умного дома вышли компании Apple, Google и Amazon, некоторое время был популярен стандарт Z-Wave. Этот протокол был конкурентом Zigbee, но он закрытый, и производители устройств для умного дома должны покупать модуль Z-Wave у европейского производителя. Zigbee же – открытый стандарт, и любая компания может производить свои модули согласно открытой спецификации. Поэтому Zigbee-устройства дешевле, чем приборы с Z-Wave, и сейчас уже однозначно можно сказать, что протокол Zigbee победил и стал де-факто стандартом для систем умного дома. ZigBee используют все крупные компании на рынке умного дома: Amazon, Philips, Samsung, Xiaomi, LG, Logitech, IKEA и многие другие.

Умные лампочки Икея Тродфри работают через Зигби

Наличие зигби-модуля не делает устройства разных брендов совместимыми.

В продаже есть все электроприборы с Zigbee, какие только можно себе представить: лампочки, выключатели, розетки; датчики движения, утечки и дыма, открытия дверей и окон; кондиционеры, термостаты, камеры и многое другое. Но нужно отметить, что само наличие Zigbee-модуля не делает устройства от разных производителей совместимыми между собой (также, как в устройствах для умного дома с Wi-Fi модулем). Например, зигби-лампочка Икея Тродфри не будет работать с зигби-хабом Xiaomi Smart Home Gateway. Но некоторые компании добавляют поддержку конкретных устройств от других производителей, например те же лампочки от Икеи будут работать совместно с мостом Philips Hue Bridge.

Поэтому, выбирая зигби-устройства для умного дома, нужно выбирать качественного производителя, которому вы доверяете, ведь подключать к его мосту вы сможете только его продукцию. Также нужно убедиться в том, что мост этого бренда поддерживает интеграцию с современными платформами: Apple HomeKit, Google Ассистент или Alexa (об этом ниже).

Хаб для умного дома – Zigbee мост

Современный умный дом нельзя себе представить без возможности удалённого управления. Например: открыть мобильное приложение на своём айфон или андроид и включить кондиционер в гостиной, возвращаясь с работы, или проверить, выключили ли вы утюг из розетки, находясь в такси, которое везёт вас в аэропорт, а если всё-таки забыли – отключить розетку.

Для удалённого управления, в том числе и из мобильного приложения на Android или iOS, сеть Zigbee-устройств должна быть подключена к интернету, и именно для этого используются сетевые мосты (Bridge, как их называет Apple и Philips), они же смарт хабы (Smart Hub, как их называет Google, Amazon и Samsung). Ещё одно название устройств такого типа – шлюз (Gateway), такое название используют IKEA и Xiaomi.

Сетевой мост является координатором в Zigbee-сети, и в отличии от конечных устройств (например, датчиков открытия двери на батарейке) он должен быть всегда подключён к электричеству, так как координатор в зигби-сети никогда не спит. Для связи с вашей домашней сетью и интернетом хаб подключается обычным проводом из витой пары к вашему Wi-Fi роутеру (проводное соединение является наиболее надёжным).

Сетевой мост связывает беспроводную зигби-сеть умного дома с интернетом

Как видно на картинке, хаб работает буквально как мост между устройствами умного дома и интернетом. Он позволяет вам из любой точки мира соединяться с домом, отслеживать его состояние и управлять всеми устройствами. Для соединения с умным домом используется мобильное приложение или голосовой помощник (об этом ниже).

Линейка Zigbee-устройств умного дома от конкретного производителя имеет и мост этого же бренда, к которому и подключаются приборы. При этом, как правило, зигби-устройства других брендов будут несовместимы с “чужим” мостом, и для того чтобы добавить устройства нового производителя в свою систему умного дома – нужно будет купить еще один хаб, «родной» для нового производителя.

Список самых популярных Zigbee хабов/мостов/шлюзов:

  • Philips Hue Bridge
  • IKEA TRÅDFRI Gateway
  • Samsung SmartThings Hub
  • Xiaomi Smart Home Gateway (купить на Aliexpress)

Яндекс Станция Макс с голосовым помощником Алиса поддержка 4K видео, aux выход, мультирум

Siri, Google Ассистент, Alexa и Zigbee

Современный хаб предоставляет возможность голосового управления умным домом через голосового помощника.

Помимо возможности удалённого использования, подключение умного дома из Zigbee устройств к интернету открывает ещё одну возможность, без которой в 2018 году нельзя себе представить современный умный дом. Это возможность голосового управления умным домом через голосового помощника: Apple Siri, Google Ассистент или Amazon Alexa.

Чтобы эта функция работала, у производителя хаба должна быть сертификация от соответствующей IT-компании. Скажем, если вы хотите управлять Zigbee лампочками с помощью Сири на iPhone или HomePod, вы должны выбирать умный хаб с поддержкой HomeKit – ищите логотип “Works with Apple HomeKit”.

Аналогично, если хотите управлять с помощью Ассистента в своём Android-телефоне или Google Home, ищите логотип “Works with the Google Assistant”.

Ну а если у вас есть колонка Amazon Echo и ваш любимый виртуальный помощник это Алекса, то вам нужны мосты с логотипом “Works with Amazon Alexa”.

Будьте очень внимательны, некоторые хабы предоставляют интеграцию сразу со всеми голосовыми помощниками, например Philips Hue Bridge, в то время как другие поддерживают только одного помощника. Например, широко любимый за очень низкую цену Xiaomi Smart Home Gateway работает только с Alexa (комплект Ксиаоми можно купить на Aliexpress). То есть умным домом, построенным на зигби-хабе от Xiaomi, вы не сможете управлять на русском языке, так как Alexa (в отличии от Siri и Google Ассистента) работает только на английском и немецком.

Надеемся, что наша статья помогла вам разобраться в отличиях Zigbee от Wi-Fi, и теперь вы понимаете, почему зигби так широко используется в системах умного дома, и зачем нужен сетевой мост. Будем рады, если вы поделитесь этой статьёй в социальных сетях. Ещё вы можете подписаться на наш Youtube-канал или email-рассылку и получать новые статьи о домашней автоматизации и голосовых помощниках.

Источник

Zigbee. Технология беспроводной связи для умного дома

Если вы являетесь поклонником смарт-гаджетов и заинтересованы в эксплуатации современных систем «умного дома», скорее всего уже не раз сталкивались с таким понятием, как «Zigbee». Ни для кого уже не секрет, что Zigbee представляет собой технологию беспроводной связи с высочайшим уровнем защиты. Хотите узнать подробнее о всех нюансах этого протокола? Тогда давайте попробуем разобраться и поговорим о сложном простым доступным языком.

Zigbee как она есть

Эта надежная технология за счет специальных алгоритмов маршрутизации способна к восстановлению связи даже при ее потери между информационными узлами. Это возможно с помощью так называемых «обходных маршрутов». Многие пользователи Zigbee нередко сравнивают этот протокол с Bluetooth и Wi-Fi, однако следует отметить их принципиальные различия, о которых мы упомянем немного позже.
Итак, технология Zigbee была специально разработана в рамках концепции Интернета вещей. Сегодня она успешно используется для взаимодействия приборов в «умном доме». Данный проект используется в бытовой и промышленной автоматике, медицинском оборудовании и многих других смарт системах. Популярность Zigbee обусловлена высокой надежностью, открытостью экосистемы и ее относительно низкой себестоимостью.
Конкурировать на равных с Zigbee способен не менее популярный стандарт технологии беспроводной связи Z-Wave. Однако и между ними существует принципиальное отличие. Так, разработчики наградили Zigbee полностью открытой системой, а вот инженеры протокола-конкурента оставили Z-WAVE закрытым. В чем же тут разница? Все достаточно просто — открытая экосистема позволяет любому стороннему разработчику-инженеру «умных технологий» выпускать любые устройства, поддерживающие данный стандарт связи.
Такой формат пришелся по вкусу многим компаниям, занимающимися разработкой интеллектуальных систем. Что и не удивительно, тем более, что Z-WAVE оказался на выходе ещё и несколько дороже. Безусловно, на первых порах, были подозрения, что стандарты открытой системы и дешевизна могут негативно сказаться на надёжности технологии. Однако спустя некоторое время высокая надежность и удобство эксплуатации Zigbee была подтверждена в процессе использования смарт гаджетов от разных компаний.
Такой успех и последующая поддержка данной технологии практически в каждом втором «умном» гаджете демонстрирует безоговорочные превосходства Zigbee по сравнению с другими технологиями передачи данных. Сегодня такой протокол поддерживают смарт устройства от Philips, Xiaomi, Samsung, IKEA, Amazon, LG и многих других производителей.

Читайте также:  Подключение качества обслуживания

Zigbee vs WiFi и Bluetooth

В целом, для систем «умного дома» подходят (и, кстати, часто используются) известные технологии Wi-fi и Bluetooth, которые присутствуют на рынке цифровых гаджетов уже не один год. Они надежны, проверены временем, но модули, оборудованные приемниками/передатчиками данных в этих протоколах до сих пор обходятся не дешево. Именно поэтому ассоциацией ведущих компаний и было принято решение создать новый сетевой протокол. Датой рождения технологии Zigbee принято считать 2004 год. Zigbee Alliance родился вследствие коллаборации таких цифровых монстров как как Samsung, Siemens, LG и некоторых других брендов с мировым именем.
Zigbee, также как и Wi-Fi, работает на частотах, которые не требуют специального разрешения: 2,4 ГГц. Радиус действия как Wi-Fi, так и у Zigbee, достигает до 20 метров у в помещении. В отличие от них, протокол Bluetooth имеет радиус действия чуть меньше 10 метров.
От своих конкурентов Zigbee отличает сам принцип работы. В сети Zigbee есть точки соприкосновения не только с «интеллектуальным центром системы», но и между отдельными узлами. Такой подход задает технологии максимальную коммуникабельность и предлагает отличные возможности для смарт систем.
Основное отличие Zigbee – это использование ячеистой структуры. В других протоколах, например, в сети Wi-Fi все узлы соединены в одной точке через центр, образуя совсем другую топологию, которую принято называть «звезда». В таком варианте при сбое хотя бы одного маршрута, сигнал не имеет возможности связаться с другими элементами сети. Протокол Zigbee защищен от таких неприятностей. В случае сбоя будет проложен другой маршрут, позволяющий пройти сигналу по обходному пути. Таким образом два устройства будут связываться напрямую друг с другом. Zigbee сеть позволит беспрепятственно работать системе «умного дома», где сбои, учитывая ее конфигурацию, точно не желательны. Только представьте, что если, например, датчик открытия двери постоянно будет терять связь с другими устройствами, отвечающими за реакцию на нестандартные ситуации? Ни о какой безопасности в доме при таком развитии событий не может быть и речи, ведь устройства не выполняют свои прямые функции, а именно -ежесекундный мониторинг и мгновенное реагирование.

Основные характеристики Zigbee

В любой момент эта сеть может быть расширена за счёт добавления новых устройств. Соответственно, повышение нагрузки может отображаться на скорости передачи данных и на охвате. Однако постепенное ухудшение характеристик связи из-за нагрузок наблюдается абсолютно у всех протоколов.
Беспроводная технология связи Zigbee надежно защищена с помощью криптографического шифрования, что делает передачу данных практически безопасной. Отметим, что за последние несколько лет политика безопасности Zigbee неоднократно обновлялась, что позволяет заявлять о высочайшей надежность этого протокола.
Что касается энергопотребления, здесь все отлично продумано и реализовано на практике. Режим «сна» позволяет значительно сократить энергопотребление, а, следовательно, дополнительно экономить на использовании электричества. Низкая пропускная способность обмена данными оказалась тут на руку. Передача данных на этой скорости не отнимает много энергозатрат, что позволяет многим модулям с поддержкой данной технологии работать от одной батарейки в течение многих месяцев.
Zigbee сеть, в отличие от того же Wi-fi, может иметь тысячи узлов, не теряя при этом стабильность при работе. Это объясняется топологией самого продукта. Такая особенность является просто незаменимым решением для функционирования «умного дома».

Работа Zigbee с «умным домом»

Zigbee открывает новые возможности для «умного дома», полноценно раскрывая в этом формате свой потенциал. В первую очередь, сотрудничество с Zigbee позволило наконец то наладить отношения с такими голосовыми помощниками как Siri, Google Assistant и Alexa.
Надежное подключение целого ряда приборов в рамках единой сетке посредством сети Zigbee, сегодня полностью позволяет обеспечить работу системы «умного дома» любой конфигурации. Даже если в систему интегрировано несколько сотен устройств.
Рыночная стоимость ка модулей с поддержкой Zigbee, как мы уже отмечали, дешевле ее аналогов. К примеру, смарт-лампа TP-Link с поддержкой wi-fi в среднем обойдется в две тысячи рублей, а покупка подобной лампы, поддерживающей Zigbee протокол, например, IKEA Tradfri — всего в 700-900 рублей.
На современном рынке смарт оборудования сегодня имеется огромный выбор гаджетов и девайсов, поддерживающих с Zigbee.На данный момент с Zigbee сотрудничают такие гиганты как IKEA, Philips, Xiaomi, Samsung и многие другие. Список действительно огромен и расширяется с каждым годом. Для обеспечения максимального удобства для пользователя, многие производители, словно перестраховываясь, сочетают в одном устройстве как Zigbee, так и Bluetooth или Wi-fi.

В завершении


Беспроводная технология передачи данных Zigbee – настоящая находка для систем «умного дома», да и для современных смарт устройств в целом. Даже относительно низкая пропускная способность не помешала этому стандарту беспроводной связи стать фаворитом среди самых именитых компаний.
Протокол Zigbee действительно отлично подходит для домашней автоматизации. Гибкая система политики безопасности, отличные эксплуатационные характеристики и высокая надежность в комплексе с оригинальной – все эти достоинства не могли остаться незамеченными на рынке цифровых устройств.

Источник

Zigbee — технология, сделавшая возможным умный дом

Пользователи умного дома иногда неприятно удивляются: хотели просто купить умную лампочку и управлять светом со смартфона, а оказалось, что к ней нужен какой-то Хаб. Почему лампочка не может напрямую соединяться со смартфоном по Bluetooth или WiFi?

Умный дом Aqara использует особый протокол беспроводной связи — Zigbee. По этому протоколу все устройства соединяются с Центром умного дома Aqara Hub, а уже Хаб подключается к смартфону по WiFI.

Сегодня разберемся, зачем понадобился Zigbee, как улучшить качество связи между умными устройствами и при чем здесь пчелы.

Как умный дом стал доступным

Bluetooth — привычный способ связать два устройства, находящихся рядом. Так смартфон связывается с беспроводными наушниками и умным браслетом. Почему бы не использовать тот же способ для связи устройств умного дома?

Ответ легко найти в исследованиях начала 2000-х годов, когда протокол Zigbee начал внедряться в промышленности:

Данные из книги C-M. Huang Telematics Communication Technologies and Vehicular Networks

Чипы Bluetooth стоили вдвое дороже аналогов на Zigbee, потребляли больше энергии и могли работать только в сети типа «звезда». Zigbee лишен этих недостатков:

  • Благодаря низкой стоимости чипов, Aqara может выпускать доступные устройства. Это особенно заметно пользователям Apple HomeKit — часто, аналоги для этой экосистемы стоят в разы дороже чем устройства Aqara.
  • Благодаря низкому энергопотреблению Zigbee, все датчики Aqara работают на стандартных миниатюрных батарейках. Заряда такой батарейки хватит на 2 года.
  • Zigbee поддерживает несколько схем топологии сети — это делает связь в умном доме более стабильной. Этот пункт мы рассмотрим детальнее.

Как пчелы научили нас строить умные дома

Когда мы подключаем к смартфону беспроводные наушники, браслет и другие устройства, мы можем рассчитывать, что все устройства находятся рядом и могут напрямую подключиться друг к другу:

Такой тип топологии сети называется «звездой» из-за внешнего сходства: есть центральное устройство, а все остальные соединяются с ним напрямую, образуя «лучи» звезды.

В доме устройства находятся на существенном расстоянии, их могут отделять стены и этажи. Все это будет мешать прямому подключению к Центру умного дома:

Чтобы обойти эту проблему, протокол Zigbee позволяет устройствам подключаться к соседним устройствам в поисках оптимального маршрута до центра умного дома:

Здесь между Центром умного дома и лампочкой находится умная розетка. Вместо того чтобы «тянуться» до Хаба, лампочка и датчик отправят сигнал розетке, а та уже перешлет его Хабу.

Если же прямое соединение дает лучший результат, чем соединение через соседнее устройство, умный дом догадается использовать именно его:

Такой тип соединения называется «ячеистым». И дело здесь не только в визуальном сходстве с ячейками пчелиного улья. Создатели протокола Zigbee развили «пчелиную» метафору и обратили внимание на танец «zig-zag» которые исполняют пчелы, вернувшись с медом в улей — с помощью этого танца пчелы показывают друг другу куда лететь, чтобы принести больше меда:

Так же действуют розетки Aqara: они направляют сигнал других умных устройствах, помогая им быстрее связаться с Центром умного дома.

Всего к Aqara Hub можно подключить до 32 устройств. Но благодаря протоколу Zigbee сигнал умного дома равномерно покрывает большие площади, сохраняя надежное соединение с каждым из трех десятков устройством.

Качество сигнала можно проверить в приложении Aqara Home. Вот как это выглядит в реальных условиях:

Если хочется полностью автоматизировать большую квартиру или загородный дом, без умной розетки не обойтись.К тому же они сделают дом более безопасным и научат обычную технику слушаться голосовых команд.

Приобрести умную розетку и получить годовую гарантию можно в магазине Aqara.ru

Если хочется полностью автоматизировать большую квартиру или загородный дом, без умной розетки не обойтись.К тому же они сделают дом более безопасным и научат обычную технику слушаться голосовых команд.

Приобрести умную розетку и получить годовую гарантию можно в магазине Aqara.ru

Как избежать перегрузки Wi-Fi сети

Мы уже говорили о высоком энергопотреблении WiFi: если бы умный дом использовал этот тип соединения, датчикам понадобились мощные аккумуляторы — сделать их такими же миниатюрными стало бы невозможно.

Но у WiFi есть и другая проблема— чем больше устройств подключается к WiFi-роутеру, тем выше нагрузка на роутер и тем менее стабильна сеть.

В этом успели убедиться покупатели WiFi-лампочек: одна или две лампочки никак не влияют на работу сети. Но когда лампочек становится пять — десять, многие роутеры перестают справляться, начинают перезагружаться, а скорость интернета на смарт-тв, ноутбуках и смартфонах становится все ниже.

В умном доме Aqara к роутеру подключается только одно устройство — сам Aqara Hub. Таким образом умный дом не помешает работе интернета на основных устройствах пользователя — нагрузка равномерно распределится между устройствами:

Но как всегда есть тонкости.

Zigbee работает на той же частоте что и WiFi-роутеры — 2.4GHz. Хотя протоколы и отличаются, физику не обманешь: пересечение радиоканалов дурно сказывается на стабильности соединения. Причем, как показывают отзывы пользователей, чаще страдает соединение устройств умного дома, в то время WiFi продолжает работать без сбоев.

Заметить проблему можно по долгому отклику: если между нажатием беспроводного выключателя и выключением лампочки проходит больше пары секунд, следует поискать способ оптимизировать домашнюю сеть.

Есть несколько способов решить эту проблему.

Как улучшить качество соединения Zigbee

  • Разместить Aqara Hub дальше от роутера. Так Хаб не окажется в радиусе действия максимально сильного сигнала WiFi.
  • Увеличить число умных розеток. Поскольку каждая умная розетка усиливает сигнал Zigbee, стабильность сети возрастет.
  • Исключить пересечение сигналов Zigbee и WiFi. Обычно WiFi-роутер позволяет выбрать канал, на котором раздается сигнал. В диапазоне 2.4.GHz есть три канала, область действия которых не пересекается. Их принято обозначать числами: 1, 6 и 11:
Читайте также:  Больше лучше Сколько антенн должен иметь хороший Wi Fi роутер

Хотя сами канала и не пересекаются, на схеме видно пересечение «плечей» сигналов. В этой области не передается полезная информация, однако другие сигналы на той же частоте будут испытывать помехи.

Точно так же и Zigbee: он работает на одном и каналов в диапазоне между 11—26. Правда нумерация каналов здесь отличается от каналов WiFi. Если совместить две системы обозначений, получится такая схема:

Скорее всего, ваш Aqara Hub работает на одном из каналов между 20 и 22. Но узнать это можно только экспериментально, путем перебора.

Начать можно с отключения роутера. Если после этого умный дом станет более отзывчивым, значит дело в пересечении сигналов WiFi и Zigbee.

Исправим эту проблему. Нужно настроить роутер, так чтобы он работал только на первом канале WiFi —у него нет пересечений с каналами 20-26 Zigbee. Перезагрузим его и спустя 10 минут проверим, не ускорится ли работа умного дома.

Если нет, повторить ту же операцию, выбрав 6 канал, затем — 11.

Заключение

Использование центра умного дома Aqara Hub и протокол Zigbee обеспечивает стабильную связь между устройствами умного дома:

  • снижается нагрузка на WiFi-роутер, ничто не помешает быстрому интернете на смартфонах и ноутбуках,
  • снижается энергопотребление устройств — беспроводные датчики и кнопки работают до двух лет на простой батарейке-таблетке,
  • с помощью умных розеток можно расширить площадь покрытия сигнала Zigbee,
  • с помощью настроек роутера можно избежать конфликта сигналов Zigbee и Wifi.

Главные новости Aqara

Aqara только начинает работу в России. Впереди много нового — новые устройства, сервисы и скидки. Чтобы получать только главные новости — оставьте свой e-mail.

Нажимая кнопку «Подписаться», вы подтверждаете свое согласие на обработку персональных данных.
Политика конфиденциальности.

Источник

ZigBee — суть технологии

протокол zigBee

Многие хозяева все чаще оборудуют свое жилье технологиями «Умный дом». Система размещается в комнатах и состоит из специальных датчиков. Человек сам может контролировать температуру, управлять кондиционером, освещением, отоплением и другой техникой на расстоянии. Система сигнализирует о возникновении аварийной ситуации (утечка воды, газа и т.д.). Главный плюс – возможность контроля удаленно, непосредственно через мобильный телефон или планшет. Уезжая в отпуск, можно не пытаться вспомнить о том, отключен ли утюг. Чтобы проверить обстановку дома, нужно только открыть специальное приложение. Программа позволяет управлять коммуникациями с любой точки планеты.

Датчики могут соединяться между собой при помощи проводов или образовывать беспроводную систему. Последний вариант имеет преимущество перед первым. При установке беспроводного оборудования не нужно прокладывать множество проводов, которые могут испортить ремонт. А сам монтаж требует больше времени. Одной из таких систем является система строящаяся на основа протокола ZigBee. Это стандарт беспроводной связи, похожий на Wifi и Bluetooth. С ее помощью все приборы в доме или квартире взаимодействуют. Технология активно применяется и в сфере промышленности и здравоохранения.

История создания

Изначально несколько компаний объединились для совместной разработки новых стандартов беспроводной сети. Приоритетным направлением являлось решение проблемы совместимости сети с оборудованием разных производителей. Альянс появился в 2002 году и его состав насчитывал более 300 участников. Начиная с 2003 года стали появляться новые стандарты.

  • были созданы стандартные конфигурации программ и архив шаблонных кластеров;
  • использование стохастической переадресации;
  • внедрение механизмов маршрутизации (Source Routing и другие);
  • появилась способность определять ассиметричные связи;
  • при возникновении перебоев система автоматически начинает использовать другой канал без помех;
  • появилась дополнительная система защиты сети.

Технические характеристики

  • телекоммуникаций;
  • игрушек;
  • коммерческого строительства;
  • повышения энергоэффективности;
  • персонального домашнего ухода за больными;
  • автоматизации процессов дома.

Топология сети

Изначально поддерживалась ячеистая топология сети. Сигнал передавался между устройствами «по цепочке» пока информация не достигнет цели. Все Зигби гаджеты выступают, при необходимости, в качестве промежуточной ячейки.

Сравнение с Wifi и Bluetooth

Главное сходство с Wifi заключается в том, что обе сети работают на частоте 2,4 ГГц, не требую специальных разрешений, а радиус захвата сигнала равен 20 метрам.

  • Зигби работает по ячеистому типу, в то время как Wifi и Bluetooth присоединяются к центральному роутеру (топология «звезда»). При отсутствии связи с роутером узел не может подключиться к другим членами сети. Например, если телевизор выходит в интернет через модем, то он не сможет воспроизвести фильм или получить его с планшета, если роутер не подключен к сети. В ячеистой структуре узлы связаны напрямую. Благодаря этому обрыв связи не является помехой для передачи данных. Этот механизм намного надежнее и применяется в самой сети интернет. Для реализации технологии «Умный дом» этот фактор очень важен. При аварии сигнал по Wifi может не передаться на большую дальность через бетонные стены.
  • ZigBee устройства потребляют минимальный объем энергии, поскольку функционируют в спящем режиме. Пропускная возможность Зигби (250 Кбит/секунду) намного ниже, чем у Wifi (300–1000 Мбит/секунду). Это связано с тем, что Зигби доставляет маленькие пакеты данных, а Wifi позволяет получить крупные файлы (видео и т.д.).
  • Скорость. Период задержки передачи сигнала Зигби намного меньше, чем у Bluetooth (несколько секунд) и составляет 30 миллисекунд. Показатель Зигби примерно равен времени от нажатия выключателя и возникновения света в люстре. В связи с этим, в последнее время Bluetooth стал меньше использоваться при установке системы «Умный дом».
  • Количество узлов у Зигби намного больше. Теоретически, к сети Wifi может присоединиться от 300 до 1000 участников. Но пользователи отмечают, что при работе уже с несколькими устройствами происходят задержки в работе и вряд-ли удастся проверить показатель. ZigBee система функционирует при любом количестве участников, что необходимо при установке «умного дома» на больших площадях.
  • Цена. Стоимость модуля ZigBee на порядок дешевле, чем цена Wifi модема.

Сравнительная таблица сравнения беспроводных технологий

Сравнение с Z-wave, Insteon, Tread

Система Insteon обеспечивает передачу информации по двум каналам: беспроводной и проводной. Этот фактор уменьшает риск потери данных при неисправности. Функционирование сети Insteon возможно без центрального контроллера, поскольку нет разделения устройств на группы. Минус – она не совместима с отечественными электросетями.

Для стандарта Z-wave выпущено меньше программного обеспечения, но система гарантировано работает с оборудованием своего производства.

ZigBee устройства и производители

На современный рынок, выпускается много ZigBee устройств: к ним относится розетка, диммер, лампочка, датчики движения, сенсоры контроля воды, температуры, и другие. На данный момент (май 2019 года) по большому количеству причин среди производителей устройств на протоколе ZigBee лидирует китайская компания Xiaomi. Полный обзор системы умного дома от этого производителя мы делали ранее.

Составные части сети

  1. Координаторы (ZC). Прибор запускает сеть и задает все команды для управления ее действиями. Также контроллер обеспечивает безопасность всех процессов.
  2. Маршрутизаторы (ZR). Функционируют непрерывно и обеспечивают работу устройств, находящихся в режиме сна (до 32 штук). Также переносят данные и занимаются восстановлением гаджетов в случае большой загруженности или неисправности системы. Образуют соединение с координатором, другим маршрутизаторам, а также с дочерними периферийными приборами и оборудованием для передачи информации.
  3. Конечные устройства (ZED). Выполняют получение и отправку пакетов данных. Подключаются к двум гаджетам, перечисленным выше. Не подключают дочерние приборы. Работают с сенсорами, контроллерами и механизмами, выполняющими команды. Для сохранения энергии часто работают в спящем режиме.

На начальном этапе формирования сети используется PAN координатор. Он вычисляет радиоканал, в котором нет помех, и ждет запросы на подключение, которые отправляют разные устройства. Изначально подключать других участников может только координатор, а в дальнейшем и другие устройства для пересылки данных. После получения запроса происходит обмен сообщениями.

Бывает два варианта присоединения: MAC ассоциация, повторное сетевое присоединение. В первом случае устройство, желающее стать частью сети на MAC уровне, отправляет запрос маячка. Когда маячки достигают цели, управляющее устройство сканирует сети и выбирает, какую лучше подключить в конкретной ситуации, высылает притязание о присоединении со значком «повторное присоединение». Получив ответ, управляющее устройство высылает сообщение с адресом. Такой способ присоединения не достаточно безопасен, поскольку все данные не защищены кодированием.

Повторное сетевое присоединение также часто используется при первичном обращении. В таком случае участник, желающий вступить в сеть, знает текущий ключ. Поэтому, такой способ присоединения намного безопаснее. Узнать ключ можно при настройке оборудования. При повторном подключении оборудование обменивается между собой пакетами запроса и ответа на присоединение.

Структура может измениться, когда участник покидает сеть или при перезагрузке подключается в другом узле.

Координатор

Устройство обеспечивает взаимосвязь между всеми участниками сети, когда нет подключения к интернету.

Хаб (сетевой мост)

Устройство обеспечивает подключение системы «Smart Home» к сети интернет. Благодаря этому появляется возможность управлять системой удаленно. Различные приложения для гаджетов помогают контролировать и менять параметры (теплый пол, кондиционер ит.д.). Хаб постоянно должен находиться в активном состоянии, поскольку выполняет функции координатора сети. Для подключения к интернету можно использовать как сеть WiFi, так и проводное подключение к роутеру.

Для удаленного управления с гаджетов созданы приложения на Android или iOS. Для подключения к интернету применяются сетевые мосты Smart Hub, Bridge, Gateway. Для серии оснащения «Умного Дома» от бренда выпускается и хаб того же производителя. При покупке оборудования важно проверить его на совместимость с ZigBee. Оснащение, отличающееся производителем, может между собой не взаимодействовать. Кроме того, домом можно управлять голосом. Некоторые хабы работают со всеми голосовыми программами.

Типы поддерживаемых датчиков и устройств

Протоколом предусмотрены некоторые приложения, которые отличаются по назначению. К таким профилям относятся: Telecom Services. Light Link, Home Automation и другие. Последний используется всеми системами автоматического управления домом. В случае если один из приборов поддерживает программу, а второй нет, то они не смогут работать корректно. Множество компаний изготавливают чипы с поддержанием ZigBee. Приложения может немного отличаться, совершенствоваться производителем. По этой причине бывает, что устройства поддерживают протокол, но между собой не взаимодействуют.

  • ZigBee RF4CE – спецификация для управления бытовой техникой;
  • ZigBee Pro – усовершенствованная версия ZigBee.

В продаже есть всевозможные электроприборы с ZigBee. При внедрении системы важно смотреть описание и подбирать оборудование одного производителя и выпущенное примерно в одно время.

О программной части протокола

При создании программного обеспечения брались за основу упрощения методики построения недорогих маленьких микропроцессоров. Для быстрого старта разработаны стандартные модули с прошивкой ETRX357. Они позволяют работать с аналоговой, цифровой периферией и сетевыми функциями, используя набор АТ команд. Если стандартного функционала недостаточно, можно воспользоваться программным стеком производства Silicon Labs. Все модули изготавливаются на базе микросхемы ЕМ357 и, чтобы перейти от стандартной прошивки к собственному приложению, необходим программный отладчик ISA3. Вид одного из одноплатных компьютеров

Для упрощения процедуры существует специальный компоновщик приложений. Он, исходя из конфигурации ZigBee оборудования, создает каркас и функции будущего приложения. Далее разработчик самостоятельно вносит необходимые изменения.

Технология ZigBee отличается рядом преимуществ и успешно реализуется в системе «Умный Дом». Помимо совместимости с платформами для автоматизации на данном рынке присутствует множество ZigBee оборудования, что облегчает процесс установки и дальнейшего обслуживания.

Источник

Опубликовано в рубрике WiFi