Numeroși senzori și sisteme de iluminat inteligente pentru casă utilizează protocolul radio ZigBee eficient din punct de vedere energetic. Gateway-urile inteligente de acasă permit comunicarea cu alte sisteme inteligente de acasă. Vă explicăm cum funcționează ZigBee și ce produse inteligente pentru casă sunt compatibile.
ZigBee: Cele mai importante lucruri dintr-o privire
- ZigBee este un protocol wireless cu consum redus de energie pentru casa inteligentă, care este dezvoltat de ZigBee Alliance.
- Începând cu ZigBee 3.0, dispozitivele ZigBee de la diferiți producători sunt în mare parte compatibile între ele.
- Cu așa-numitele rețele mesh, gama dispozitivelor poate fi mărită, deoarece nodurile individuale acționează ca repetătoare.
- În cadrul unei rețele, ZigBee Bridge formează o punte între dispozitive și aplicația de control. În plus, unele poduri pot comunica și cu dispozitive WLAN și Bluetooth de la alte mărci. Produsele ZigBee pot fi utilizate și cu Google Home sau Apple HomeKit.
- Amazon Echo Plus, Echo Show și Echo Studio sunt compatibile cu ZigBee. Aceasta înseamnă că dispozitivele ZigBee pot fi controlate și cu Alexa fără un gateway suplimentar.
Ce este ZigBee?
Laptopurile, smartphone-urile și dispozitivele inteligente de acasă folosesc diferite protocoale radio pentru comunicații fără fir. Ele diferă în ceea ce privește intervalul de frecvență utilizat, lățimea de bandă, topologia rețelei și modul în care sunt transmise mesajele.
ZigBee Alliance a dezvoltat protocolul radio ZigBee cu consum redus de energie din 2002. Asociația include acum peste 230 de companii, inclusiv Samsung, Osram, Somfy, Amazon, Huawei și Ikea. Obiectivele declarate sunt compatibilitatea ridicată între dispozitive de la diferiți producători, consum redus de energie și un standard deschis.
Produsele certificate înainte de ZigBee Alliance funcționează cu orice platformă compatibilă cu ZigBee.
Cum funcționează ZigBee?
Toate protocoalele radio constau din mai multe straturi conform modelului OSI. Aceste reguli diferitele sarcini de comunicare. Aceasta include transmiterea semnalului fizic, criptarea, evitarea congestionării datelor și afișarea în diferite aplicații. Utilizatorii interacționează numai cu stratul superior, în timp ce cele inferioare lucrează în fundal.
În primele două straturi, precum Bluetooth, ZigBee folosește standardul IEEE 802.15.4, care folosește banda ISM (Industrial, Scientific și Medical Band) în intervalul de frecvență de 2,4 GHz. Pauzele lungi în transmiterea datelor sunt o caracteristică a acestui standard. Aceasta înseamnă că fiecare nod de rețea poate intra într-un fel de mod de repaus, ceea ce economisește multă energie în comparație cu alte standarde. O baterie cu buton încorporată într-un senzor ZigBee poate dura câțiva ani.
ZigBee se caracterizează printr-un consum redus de energie și o intercompatibilitate ridicată.
Specificația ZigBee definește comunicarea în straturile superioare (3 până la 7). Diferitele dispozitive ZigBee formează o rețea fără fir personală (WPAN) pentru a comunica între ele. Fiecare rețea ZigBee poate fi identificată în mod unic printr-o adresă pe 64 de biți.
ZigBee definește protocolul pentru straturile 3 până la 7 ale modelului OSI. Stratul superior Dotdot permite comunicarea cu alte standarde radio.
Cum funcționează o rețea ZigBee?
O rețea ZigBee este formată dintr-un coordonator, routere și dispozitive finale. Routerele schimbă pachete de date între ele. Coordonatorul este un router care activează și rețeaua. Dispozitivele finale comunică numai cu routerul lor. Sunteți în modul de repaus de cele mai multe ori și, prin urmare, utilizați foarte puțină energie. Se conectează la router la intervale stabilite și văd dacă are mesaje pentru ei.
Rețelele ZigBee utilizează topologia stea, copac sau mesh. Topologia stea prevede un coordonator / router și mai multe dispozitive finale. Acestea din urmă nu pot comunica direct între ele, ci doar prin intermediul coordonatorului. Dacă acest nod central eșuează, schimbul de date nu mai este posibil.
În topologia arborelui există un coordonator, câteva routere și terminale. Fiecare dispozitiv final (copil) comunică cu routerul respectiv (părinte), routerul cu coordonatorul într-o structură de copac.
În topologia mesh, routerele sunt, de asemenea, conectate în rețea. Acest lucru permite multe căi alternative pentru transportul datelor de la nodul A la nodul B. Din acest motiv, majoritatea sistemelor inteligente de acasă operate de ZigBee folosesc rețele mesh. Sunt permise până la 65.000 de noduri. Pe de altă parte, routerele necesită mai multă energie decât dispozitivele finale simple. Acest lucru reduce durata de viață a bateriilor.
În rețelele mesh, datele pot fi redirecționate în ciuda nodurilor defecte.
Ce este un pod ZigBee?
Podul acționează ca o punte între dispozitivele inteligente de acasă ZigBee și aplicația de control de pe smartphone sau cloud. În funcție de producător, podul mai este numit hub sau gateway. Uneori, podurile pot controla și dispozitivele ZigBee de la alți producători. De exemplu, Philips Hue Bridge este capabil să comunice cu pere Ikea Tradfri. Astfel, utilizatorii economisesc banii pentru un al doilea gateway.
În plus, dispozitivele ZigBee nu pot fi ușor asociate cu dispozitive WLAN, Bluetooth sau Z-Wave, deoarece vorbesc o altă limbă. Cu toate acestea, unele gateway-uri ZigBee, cum ar fi sediul Homee, Philips Hue Bridge sau SmartThings Hub se pot traduce între diferitele standarde wireless. Aceasta înseamnă că becurile inteligente Philips Hue pot fi utilizate cu produsele Google Home, de exemplu, pentru a crea rutine, chiar dacă Google Home se bazează pe WiFi.
Lămpile Ikea Tradfri folosesc ZigBee. Gateway-ul formează puntea dintre sursele de lumină și aplicație.
Cât de departe ajunge ZigBee?
Gama de produse ZigBee Smart Home este de 10 - 15 metri. Cu toate acestea, poate fi crescut în rețelele mesh. Dispozitivele individuale formează noduri de rețea care acționează ca repetătoare și amplifică semnalul. Conform Signify (Philips Hue), sunt posibile domenii de până la 100 de metri.
Ce este ZigBee 3.0?
Dincolo de protocolul principal ZigBee, au existat diferite specificații în trecut.
Comparativ cu protocolul standard ZigBee, ZigBee Pro (2007) a oferit securitate îmbunătățită și mai multe opțiuni de topologie. La fel ca standardul wireless EnOcean, Green Power a folosit principiul recoltării energiei, care permite senzori autosuficienți de energie. RF4CE (Radio Frequency for Consumer Electronics) a fost folosit pentru a controla de la distanță dispozitivele electrice cu telecomenzi. Comunicarea ZigBee IP reglementată între o rețea locală și Internet. Fiecare specificație consta din mai multe module în funcție de domeniul de aplicare (automatizarea clădirilor, iluminat, sectorul sănătății).
Datorită specificațiilor diferite, dispozitivele inteligente de acasă ZigBee nu erau adesea compatibile între ele. În 2015, ZigBee Alliance a anunțat noul standard wireless ZigBee 3.0, care combină ZigBee Pro, Green Power, IP și RF4CE. Acesta este destinat să crească interoperabilitatea între dispozitivele inteligente de acasă și este compatibil în jos.
Cum asigură ZigBee securitatea datelor?
ZigBee utilizează criptare AES simetrică cu o lungime a cheii de 128 biți pentru a transmite date. La sfârșitul anului 2019, însă, a devenit cunoscută o vulnerabilitate de securitate în luminile Philips Hue, care a exploatat o slăbiciune a protocolului ZigBee. Acest lucru a permis atacatorilor să acceseze rețeaua prin pod. Într-o actualizare software ulterioară, producătorul Signify a eliminat vulnerabilitatea.
Ce este DotDot?
DotDot (cunoscut și sub numele de ZigBee Cluster Library) este stratul de aplicație al protocolului ZigBee din modelul OSI. Ca limbaj universal pentru dispozitivele IoT, DotDot permite, de asemenea, comunicarea simplă între dispozitivele inteligente de acasă din diferite rețele. Pentru aceasta, biblioteca ZigBee Cluster a fost adaptată la alte protocoale. Acest lucru oferă dispozitivelor cu diferite standarde radio, cum ar fi WiFi, Bluetooth, Z-Wave, NB-IoT și Sigfox, un nivel comun pe care pot comunica.
DotDot oferă un limbaj comun pentru produsele inteligente pentru casă.
Care sunt diferențele dintre ZigBee și alte standarde wireless?
|
Rata maximă de |
Gama |
gama de frecvență |
Consumul de energie |
Aplicație |
|
|---|---|---|---|---|---|
|
ZigBee |
250 kbit / s |
10-15 m |
2,4 GHz |
scăzut |
Senzori, |
|
ACCES LA INTERNET FĂRĂ FIL |
1.000 - |
50 m |
2,4-2,4835 GHz 5,0-5,7 GHz |
Înalt |
Routere, |
|
Bluetooth |
1 - 3 Mbit / s |
10 m |
2.400 - 2.483 MHz |
scăzut |
Electronice de larg consum , |
|
Z-Wave |
9,6 - 40 kbit / s |
30 m |
868 MHz |
scăzut |
Senzori, |
|
EnOcean |
125 kbit / s |
30 m |
868 MHz |
foarte jos |
Senzori, |
- WLAN: Standardul WLAN convențional WiFi 5 transmite date de peste o mie de ori mai repede decât ZigBee, dar consumă și multă energie electrică. Acest lucru este necesar atunci când transmiteți videoclipuri de la o cameră de supraveghere inteligentă din cauza cantității mari de date. Un termostat acționat pe baterie care trimite doar temperatura, pe de altă parte, nu necesită o lățime de bandă atât de mare și beneficiază de un standard wireless mai economic precum ZigBee.
- Bluetooth: oferă, de asemenea, o rată de transfer de date mai mare decât ZigBee, dar cu o rază mai mică. Din acest motiv, Bluetooth este predominant în căștile și dispozitivele portabile fără fir care trimit semnale la câțiva metri. Când vine vorba de senzori în camere diferite, ZigBee este în mod clar cu un pas înainte.
- Z-Wave: este principalul concurent ZigBee în zona de casă inteligentă. Protocolul de consum redus de energie este, de asemenea, utilizat cu mulți senzori și surse de lumină, oferă o compatibilitate ridicată și, la fel ca ZigBee, o rază lungă de acțiune datorită rețelelor mesh. Cu toate acestea, compania americană Silicon Labs deține drepturile asupra tehnologiei. Spre deosebire de ZigBee, Z-Wave nu este un standard open source. Aceasta înseamnă că producătorii nu pot adapta protocolul.
- EnOcean: Se utilizează numai cu senzori cu energie foarte scăzută care generează electricitate prin diferențe de temperatură și mișcări și astfel se gestionează fără baterii și surse de alimentare externe. ZigBee 3.0 acceptă, de asemenea, această funcție cu specificația Green Power. În general, EnOcean este mai puțin frecvent decât ZigBee.
Care sunt avantajele și dezavantajele ZigBee?
Avantajele ZigBee
- Consum redus de energie: senzorii și alte dispozitive inteligente pentru casă își pot consuma bateriile de ani de zile.
- Compatibilitate ridicată: Alianța ZigBee are câteva sute de membri, inclusiv producători precum Osram, IKEA, Belkin și Signify. Începând cu ZigBee 3.0, produsele inteligente pentru casă de la diferiți producători pot fi conectate în rețea mai ușor.
- Cod sursă deschisă: codul ZigBee este disponibil pentru toată lumea. Astfel, producătorii sunt liberi să implementeze funcții suplimentare în produsele lor.
- Interval lung: în rețelele mesh, nodurile acționează ca repetătoare. În casele și apartamentele mari, acest lucru îmbunătățește semnificativ gama comparativ cu WLAN.
Contra de ZigBee
- Compatibilitate între dispozitivele ZigBee: Codul open source a fost deosebit de dezavantajos în trecut sub aspectul compatibilității. Deoarece fiecare producător a implementat specificații suplimentare, dispozitivele ZigBee mai vechi de la diferite mărci nu sunt neapărat compatibile între ele. Cu toate acestea, de la introducerea ZigBee 3.0, standardul a devenit mai uniform.
- Compatibilitate cu alte standarde radio: Oricine dorește să conecteze produsele ZigBee Smart Home cu dispozitive WLAN sau Bluetooth are nevoie de un gateway. Deoarece multe sisteme inteligente de acasă, cum ar fi HomeKit sau Google Home, se bazează pe WLAN, utilizatorii trebuie să planifice costurile pentru un gateway.
Amazon Alexa, Apple HomeKit și Google Smart Home acceptă ZigBee?
- Dacă vă controlați dispozitivele inteligente de acasă prin Alexa, Echo Plus, Echo Show sau Echo Studio sunt un hub inteligent pentru acasă, care poate controla și dispozitivele ZigBee. Cu comanda „Descoperă dispozitivele mele”, Alexa caută componente existente pentru casă inteligentă.
- Produsele Google Home nu pot comunica direct cu dispozitivele ZigBee. Un gateway precum SmartThings Hub de la Samsung sau Philips Hue Bridge rezolvă problema. Cu aceasta, de exemplu, prizele SmartThings pot fi pornite și oprite prin Asistentul Google.
- Produsele Apple HomeKit pot fi asociate direct cu dispozitive WLAN sau Bluetooth Smart Home. Un gateway ajută și aici. Homee Smart Home Center, de exemplu, este compatibil HomeKit. Mixtile Hub de la marca chineză Focalcrest se traduce și între dispozitivele HomeKit și ZigBee.
Ce sisteme inteligente de acasă utilizează ZigBee?
- Philips Hue
- Ikea Tradfri
- Osram
- Xiaomi
- Samsung SmartThings
- Homee Smart Home
- Bosch
Ce produse inteligente pentru casă utilizează ZigBee?
Surse de lumină compatibile ZigBee
- Philips Hue
- Osram Smart +
- LED Paulmann
- Sengled (Telekom Magenta)
- Ikea Tradfri
- Shyne
- Immax Neo Smart LED
- Q Smart Home Lights (Grupuri Neuhaus Lightning)
- Lumina LED de aprindere / oprire LG
- Müller light
Senzori de mișcare, senzori de apă și senzori de temperatură compatibili ZigBee
- Detector de mișcare în aer liber Philips Hue, detector de mișcare
- Detector de mișcare Osram Smart +
- Detector de mișcare Schwaiger
- Samsung SmartThings (senzor de fereastră și ușă, senzor de apă)
- Senzor de ușă și fereastră Ecolink
- Aveți încredere în senzorul inteligent de mișcare acasă
- Senzor de apă inteligent Heiman pentru casă
- Senzor de apă Zipato
- Senzor de apă Xiaomi
- Aveți încredere în senzorul de apă ZWLD-1000
- Senzor inteligent de temperatură Aqara (Xiaomi)
- Senzor de temperatură și umiditate somfy
- Lupus Electronics Mini senzor de temperatură
- Senzor de temperatură și umiditate Bitron
- Senzor de alarmă WeMo (Belkin)
Comutatoare compatibile ZigBee, senzori de reglare și prize
- Comutatorul Tahoma
- Comutator inteligent Tint / Müller-Licht
- Comutator inteligent Sonoff Touch
- Priza Ikea Tradfri
- Osram Smart + Plug
- Ledvance Smart + Plug
Detectoare de fum compatibile cu ZigBee și sirenele de alarmă
- Detector de fum Telekom Smart Home (Bitron Home)
- Detector de fum casa inteligent Tuya
- Detector de fum W4 (Honeywell)
- Sirena de exterior SwannOne
- Sirena de alarmă Heiman ZigBee
- Detector de monoxid de carbon Heiman ZigBee
Blocări inteligente compatibile ZigBee
- Blocare inteligentă a ușii 365plusZ3 (Samsung)
- Kwikset Smartcode SmartCode Deadbolt