Многобройни интелигентни домашни сензори и осветителни системи използват енергийно ефективния радио протокол ZigBee. Умните домашни шлюзове позволяват комуникация с други интелигентни домашни системи. Обясняваме как работи ZigBee и кои продукти за интелигентен дом са съвместими.
ZigBee: Най-важните неща с един поглед
- ZigBee е нискоенергиен безжичен протокол за интелигентен дом, който се разработва от ZigBee Alliance.
- От ZigBee 3.0 устройствата ZigBee от различни производители са до голяма степен съвместими едно с друго.
- С така наречените мрежови мрежи обхватът на устройствата може да бъде увеличен, тъй като отделните възли действат като повторители.
- В рамките на мрежата ZigBee Bridge образува мост между устройствата и контролното приложение. Освен това някои мостове могат да комуникират и с WLAN и Bluetooth устройства от други марки. Продуктите ZigBee могат да се използват и с Google Home или Apple HomeKit.
- Amazon Echo Plus, Echo Show и Echo Studio са съвместими с ZigBee. Това означава, че ZigBee устройствата могат да се управляват и с Alexa без допълнителен шлюз.
Какво е ZigBee?
Лаптопите, смартфоните и интелигентните домашни устройства използват различни радио протоколи за безжична комуникация. Те се различават по отношение на честотния обхват, честотната лента, мрежовата топология и начина на предаване на съобщенията.
ZigBee Alliance разработи нискоенергиен радио протокол ZigBee от 2002 г. Сега асоциацията включва повече от 230 компании, включително Samsung, Osram, Somfy, Amazon, Huawei и Ikea. Посочените цели са висока съвместимост между устройства от различни производители, ниска консумация на енергия и отворен стандарт.
Продукти, сертифицирани преди ZigBee Alliance, работят с всяка платформа, поддържаща ZigBee.
Как работи ZigBee?
Всички радио протоколи се състоят от няколко слоя според модела OSI. Тези правила регулират различните задачи на комуникацията. Това включва предаването на физически сигнал, криптирането, избягването на претоварване на данни и показването в различните приложения. Потребителите взаимодействат само с горния слой, докато долните работят във фонов режим.
В първите два слоя, като Bluetooth, ZigBee използва стандарта IEEE 802.15.4, който използва ISM лента (промишлена, научна и медицинска лента) в честотния диапазон от 2,4 GHz. Дългите паузи при предаване на данни са характеристика на този стандарт. Това означава, че всеки мрежов възел може да премине в един вид режим на заспиване, който спестява много енергия в сравнение с други стандарти. Батерията с бутони, вградена в сензор ZigBee, може да продължи няколко години.
ZigBee се характеризира с ниска консумация на енергия и висока съвместимост.
Спецификацията ZigBee определя комуникацията в горните слоеве (3 до 7). Различните устройства ZigBee образуват безжична лична мрежа (WPAN), за да комуникират помежду си. Всяка ZigBee мрежа може да бъде уникално идентифицирана чрез 64-битов адрес.
ZigBee дефинира протокола за слоеве 3 до 7 от модела OSI. Най-горният слой Dotdot позволява комуникация с други радио стандарти.
Как работи мрежата ZigBee?
Мрежата на ZigBee се състои от координатор, рутери и крайни устройства. Рутерите обменят пакети данни помежду си. Координаторът е рутер, който също активира мрежата. Крайните устройства комуникират само с маршрутизатора си. През по-голямата част от времето сте в режим на заспиване и затова използвате много малко енергия. Те се свързват с рутера на зададени интервали и проверяват дали има някакви съобщения за тях.
Мрежите ZigBee използват топология звезда, дърво или мрежа. Топологията звезда осигурява координатор / рутер и няколко крайни устройства. Последните не могат да комуникират директно помежду си, а само чрез координатора. Ако този централен възел се провали, обменът на данни вече не е възможен.
В топологията на дървото има координатор, няколко рутера и терминали. Всяко крайно устройство (дете) комуникира със съответния рутер (родител), рутерът с координатора в дървовидна структура.
В топологията на мрежата рутерите също са свързани помежду си. Това дава възможност на много алтернативни пътища за транспортиране на данни от възел A до възел B. Поради тази причина повечето системи за интелигентен дом, управлявани от ZigBee, използват мрежови мрежи. Разрешени са до 65 000 възела. От друга страна, рутерите изискват повече енергия от обикновените крайни устройства. Това намалява експлоатационния живот на батериите.
В мрежовите мрежи данните могат да се препращат въпреки неизправни възли.
Какво представлява мостът ZigBee?
Мостът действа като мост между устройствата за интелигентен дом ZigBee и контролното приложение на смартфона или облака. В зависимост от производителя, мостът се нарича още хъб или шлюз. Понякога мостовете също могат да управляват ZigBee устройства от други производители. Например, мостът Philips Hue е в състояние да комуникира с крушите на Ikea Tradfri. Това спестява на потребителите пари за втори шлюз.
В допълнение, ZigBee устройствата не могат лесно да се сдвояват с WLAN, Bluetooth или Z-Wave устройства, защото говорят на различен език. Някои ZigBee шлюзове като централата на Homee, Philips Hue Bridge или SmartThings Hub могат да превеждат между различните безжични стандарти. Това означава, че крушките за интелигентен дом Philips Hue могат да се използват с продуктите на Google Home, например, за създаване на рутини, въпреки че Google Home е базиран на WiFi.
Лампите на Ikea Tradfri използват ZigBee. Шлюзът формира моста между източниците на светлина и приложението.
Докъде стига ZigBee?
Гамата продукти на ZigBee Smart Home е от 10 до 15 метра. Той обаче може да бъде увеличен в мрежовите мрежи. Отделните устройства образуват мрежови възли, които действат като повторители и усилват сигнала. Според Signify (Philips Hue) са възможни обхвати до 100 метра.
Какво е ZigBee 3.0?
Освен основния протокол ZigBee, в миналото имаше различни спецификации.
В сравнение със стандартния протокол ZigBee, ZigBee Pro (2007) предлага подобрена защита и повече опции за топология. Подобно на безжичния стандарт EnOcean, Green Power използва принципа на събиране на енергия, който дава възможност за енергийно самодостатъчни сензори. RF4CE (радиочестота за потребителска електроника) се използва за дистанционно управление на електрически устройства с дистанционни управления. ZigBee IP регулира комуникацията между локална мрежа и Интернет. Всяка спецификация се състои от няколко модула в зависимост от областта на приложение (автоматизация на сградите, осветление, здравен сектор).
Поради различните спецификации устройствата за интелигентен дом ZigBee често не са съвместими помежду си. През 2015 г. ZigBee Alliance обяви новия безжичен стандарт ZigBee 3.0, който съчетава ZigBee Pro, Green Power, IP и RF4CE. Той има за цел да увеличи оперативната съвместимост между интелигентните домашни устройства и е съвместим надолу.
Как ZigBee гарантира сигурността на данните?
ZigBee използва симетрично AES криптиране с дължина на ключа от 128 бита за предаване на данни. В края на 2019 г. обаче беше открита пролука в сигурността на лампите Philips Hue, която използва слабостта на протокола ZigBee. Това позволи на нападателите да получат достъп до мрежата през моста. При последваща актуализация на софтуера производителят Signify премахна уязвимостта.
Какво е DotDot?
DotDot (известен също като ZigBee Cluster Library) е приложният слой на протокола ZigBee в модела OSI. Като универсален език за IoT устройства, DotDot също така позволява проста комуникация между интелигентни домашни устройства в различни мрежи. За това библиотеката на клъстерите ZigBee беше адаптирана към други протоколи. Това дава на устройства с различни радио стандарти като WiFi, Bluetooth, Z-Wave, NB-IoT и Sigfox общо ниво, на което те могат да комуникират.
DotDot предоставя общ език за продуктите за интелигентен дом.
Какви са разликите между ZigBee и други безжични стандарти?
|
Макс. Скорост на |
Обхват |
честотен |
Енергийна |
Приложение |
|
|---|---|---|---|---|---|
|
ZigBee |
250 kbit / s |
10-15 м |
2.4 GHz |
ниско |
Сензори, |
|
БЕЗЖИЧЕН ДОСТЪП ДО ИНТЕРНЕТ |
1000 - |
50 м |
2,4 - 2,4835 GHz 5.0-5.7 GHz |
Високо |
Рутери, |
|
Bluetooth |
1 - 3 Mbit / s |
10 м |
2 400 - 2 483 MHz |
ниско |
Потребителска |
|
Z-вълна |
9,6 - 40 kbit / s |
30 м |
868 MHz |
ниско |
Сензори, |
|
EnOcean |
125 kbit / s |
30 м |
868 MHz |
много ниско |
Сензори, |
- WLAN: Конвенционалният WLAN стандарт WiFi 5 предава данни повече от хиляда пъти по-бързо от ZigBee, но също така консумира много електричество. Това е необходимо при предаване на видео от интелигентна камера за наблюдение поради голямото количество данни. Термостат, работещ с батерии, който само изпраща температурата, от друга страна, не изисква толкова голяма честотна лента и се възползва от по-икономичен безжичен стандарт като ZigBee.
- Bluetooth: Той също така предлага по-висока скорост на трансфер на данни от ZigBee, но с по-кратък обхват. Поради тази причина Bluetooth е преобладаващ в безжичните слушалки и носимите устройства, които изпращат сигнали в рамките на няколко метра. Що се отнася до сензорите в различни помещения, ZigBee очевидно е една крачка напред.
- Z-Wave: Това е основният конкурент на ZigBee в областта на интелигентния дом. Протоколът с ниска енергия също се използва с много сензори и източници на светлина, предлага висока съвместимост и, подобно на ZigBee, дълъг обхват благодарение на мрежовите мрежи. Американската компания Silicon Labs обаче притежава правата върху технологията. За разлика от ZigBee, Z-Wave не е стандарт с отворен код. Това означава, че производителите не могат да адаптират протокола.
- EnOcean: Използва се само със сензори с ултраниска енергия, които генерират електричество чрез температурни разлики и движения и по този начин се управляват без батерии и външни източници на енергия. ZigBee 3.0 също поддържа тази функция със спецификацията Green Power. Като цяло EnOcean е по-рядко срещан от ZigBee.
Какви са плюсовете и минусите на ZigBee?
Предимства на ZigBee
- Ниска консумация на енергия: сензорите и другите интелигентни домашни устройства могат да се справят с батериите си години наред.
- Висока съвместимост: ZigBee Alliance има няколкостотин членове, включително производители като Osram, IKEA, Belkin и Signify. Започвайки със ZigBee 3.0, продуктите за интелигентен дом от различни производители могат да се свързват по-лесно в мрежа.
- Код с отворен код: ZigBee кодът е достъпен за всички. По този начин производителите са свободни да прилагат допълнителни функции в своите продукти.
- Голям обхват: В мрежовите мрежи възлите действат като повторители. В големите къщи и апартаменти това значително подобрява обхвата в сравнение с WLAN.
Недостатъци на ZigBee
- Съвместимост между устройствата ZigBee: Кодът с отворен код беше особено неблагоприятен в миналото по отношение на съвместимостта. Тъй като всеки производител е въвел допълнителни спецификации, по-старите ZigBee устройства от различни марки не са непременно съвместими помежду си. От въвеждането на ZigBee 3.0 обаче стандартът стана по-унифициран.
- Съвместимост с други безжични стандарти: Ако искате да свържете продуктите на ZigBee Smart Home с WLAN или Bluetooth устройства, имате нужда от шлюз. Тъй като много интелигентни домашни системи като HomeKit или Google Home разчитат на WLAN, потребителите трябва да планират разходите за шлюз.
Поддържат ли Amazon Alexa, Apple HomeKit и Google Smart Home ZigBee?
- Ако управлявате вашите интелигентни домашни устройства чрез Alexa, Echo Plus, Echo Show или Echo Studio са интелигентен домашен хъб, който може да управлява и ZigBee устройства. С командата „Открий моите устройства“, Alexa търси съществуващи компоненти за интелигентен дом.
- Продуктите на Google Home не могат да комуникират директно с устройства ZigBee. Шлюз като SmartThings Hub от Samsung или Philips Hue Bridge решават проблема. С това, например, гнездата SmartThings могат да се включват и изключват чрез Google Assistant.
- Продуктите на Apple HomeKit могат да се сдвояват само директно с WLAN или Bluetooth Smart Home устройства. Тук също помага шлюз. Например Homee Smart Home Center е съвместим с HomeKit. Mixtile Hub от китайската марка Focalcrest също превежда между устройства HomeKit и ZigBee.
Кои системи за интелигентен дом използват ZigBee?
- Philips Hue
- Ikea Tradfri
- Осрам
- Xiaomi
- Samsung SmartThings
- Homee Smart Home
- Бош
Кои продукти за интелигентен дом използват ZigBee?
ZigBee съвместими източници на светлина
- Philips Hue
- Osram Smart +
- Paulmann LED
- Sengled (Telekom Magenta)
- Ikea Tradfri
- Шейн
- Интелигентен светодиод Immax Neo
- Q Smart Home Lights (Neuhaus Lightning Groups)
- LG включване / изключване затъмняваща LED светлина
- Мюлер светлина
Съвместими с ZigBee сензори за движение, водни сензори и температурни сензори
- Philips Hue открит детектор за движение, детектор за движение
- Детектор за движение Osram Smart +
- Детектор за движение на Schwaiger
- Samsung SmartThings (сензор за прозорци и врати, сензор за вода)
- Ecolink сензор за врата и прозорец
- Доверете се на интелигентен домашен сензор за движение
- Сензор за вода за интелигентен дом Heiman
- Воден сензор Zipato
- Воден сензор Xiaomi
- Доверете се на сензор за вода ZWLD-1000
- Интелигентен температурен сензор Aqara (Xiaomi)
- Somfy сензор за температура и влажност
- Lupus Electronics Мини температурен сензор
- Сензор за температура и влажност на битрон
- Сензор за аларма WeMo (Belkin)
ZigBee съвместими превключватели, сензори за затъмняване и контакти
- Превключвател Tahoma
- Интелигентен превключвател Tint / Müller-Licht
- Sonoff Touch Smart Switch
- Гнездо на Ikea Tradfri
- Osram Smart + Plug
- Ledvance Smart + Plug
Съвместими с ZigBee детектори за дим и алармени сирени
- Интелигентен домашен детектор за дим на Telekom (Bitron Home)
- Интелигентен домашен детектор за дим Tuya
- W4 детектор за дим (Honeywell)
- SwannOne външна сирена
- Сирена за аларма Heiman ZigBee
- Детектор за въглероден окис Heiman ZigBee
Интелигентни брави, съвместими с ZigBee
- Интелигентна ключалка на вратата 365plusZ3 (Samsung)
- Kwikset Smartcode SmartCode Deadbolt