Liczne czujniki inteligentnego domu i systemy oświetleniowe wykorzystują energooszczędny protokół radiowy ZigBee. Bramy inteligentnego domu umożliwiają komunikację z innymi systemami inteligentnego domu. Wyjaśniamy, jak działa ZigBee i które produkty inteligentnego domu są kompatybilne.
ZigBee: Najważniejsze rzeczy w skrócie
- ZigBee to niskoenergetyczny protokół bezprzewodowy dla inteligentnego domu opracowywany przez ZigBee Alliance.
- Począwszy od ZigBee 3.0, urządzenia ZigBee różnych producentów są w dużej mierze kompatybilne ze sobą.
- Dzięki tak zwanym sieciom kratowym można zwiększyć zasięg urządzeń, ponieważ poszczególne węzły działają jako repeatery.
- W sieci ZigBee Bridge tworzy pomost między urządzeniami a aplikacją sterującą. Ponadto niektóre mosty mogą również komunikować się z urządzeniami WLAN i Bluetooth innych marek. Produkty ZigBee mogą być również używane z Google Home lub Apple HomeKit.
- Amazon Echo Plus, Echo Show i Echo Studio są kompatybilne z ZigBee. Oznacza to, że urządzeniami ZigBee można również sterować za pomocą Alexy bez dodatkowej bramy.
Co to jest ZigBee?
Laptopy, smartfony i inteligentne urządzenia domowe używają różnych protokołów radiowych do komunikacji bezprzewodowej. Różnią się one pod względem używanego zakresu częstotliwości, przepustowości, topologii sieci i sposobu przesyłania wiadomości.
ZigBee Alliance opracował niskoenergetyczny protokół radiowy ZigBee od 2002 roku. Stowarzyszenie obejmuje obecnie ponad 230 firm, w tym Samsung, Osram, Somfy, Amazon, Huawei i Ikea. Stwierdzone cele to wysoka kompatybilność pomiędzy urządzeniami różnych producentów, niskie zużycie energii oraz otwarty standard.
Produkty certyfikowane przed ZigBee Alliance współpracują z każdą platformą obsługującą ZigBee.
Jak działa ZigBee?
Wszystkie protokoły radiowe składają się z kilku warstw zgodnie z modelem OSI. Te zasady dotyczą różnych zadań komunikacyjnych. Obejmuje to fizyczną transmisję sygnału, szyfrowanie, unikanie zatorów danych i wyświetlanie w różnych aplikacjach. Użytkownicy wchodzą w interakcje tylko z górną warstwą, podczas gdy dolne działają w tle.
W pierwszych dwóch warstwach, takich jak Bluetooth, ZigBee wykorzystuje standard IEEE 802.15.4, który wykorzystuje pasmo ISM (pasmo przemysłowe, naukowe i medyczne) w zakresie częstotliwości 2,4 GHz. Cechą tego standardu są długie przerwy w transmisji danych. Oznacza to, że każdy węzeł sieciowy może przejść w rodzaj trybu uśpienia, co pozwala zaoszczędzić dużo energii w porównaniu z innymi standardami. Bateria guzikowa wbudowana w czujnik ZigBee może działać przez kilka lat.
ZigBee charakteryzuje się niskim zużyciem energii i dużą kompatybilnością.
Specyfikacja ZigBee definiuje komunikację w wyższych warstwach (od 3 do 7). Różne urządzenia ZigBee tworzą bezprzewodową sieć osobistą (WPAN), aby komunikować się ze sobą. Każda sieć ZigBee może być jednoznacznie zidentyfikowana za pomocą adresu 64-bitowego.
ZigBee definiuje protokół dla warstw od 3 do 7 modelu OSI. Najwyższa warstwa Dotdot umożliwia komunikację z innymi standardami radiowymi.
Jak działa sieć ZigBee?
Sieć ZigBee składa się z koordynatora, routerów i urządzeń końcowych. Routery wymieniają między sobą pakiety danych. Koordynator to router, który również aktywuje sieć. Urządzenia końcowe komunikują się tylko ze swoim routerem. Przez większość czasu jesteś w trybie uśpienia i dlatego zużywasz bardzo mało energii. Łączą się z routerem w ustalonych odstępach czasu i sprawdzają, czy ma dla nich jakieś wiadomości.
Sieci ZigBee używają topologii gwiazdy, drzewa lub siatki. Topologia gwiazdy zapewnia koordynator / router i kilka urządzeń końcowych. Ci drudzy nie mogą komunikować się bezpośrednio ze sobą, a jedynie za pośrednictwem koordynatora. Jeśli ten węzeł centralny ulegnie awarii, wymiana danych nie będzie już możliwa.
W topologii drzewa znajduje się koordynator, kilka routerów i terminali. Każde urządzenie końcowe (dziecko) komunikuje się z odpowiednim routerem (rodzicem), router z koordynatorem w strukturze drzewa.
W topologii kratowej routery są również połączone w sieć. Umożliwia to wiele alternatywnych ścieżek do przesyłania danych z węzła A do węzła B. Z tego powodu większość inteligentnych systemów domowych obsługiwanych przez ZigBee korzysta z sieci kratowych. Dozwolonych jest do 65 000 węzłów. Z drugiej strony routery wymagają więcej energii niż proste urządzenia końcowe. Zmniejsza to żywotność baterii.
W sieciach kratowych dane mogą być przekazywane pomimo wadliwych węzłów.
Co to jest most ZigBee?
Most działa jako pomost między inteligentnymi urządzeniami domowymi ZigBee a aplikacją sterującą na smartfonie lub w chmurze. W zależności od producenta most nazywany jest także hubem lub bramą. Czasami mosty mogą również sterować urządzeniami ZigBee innych producentów. Na przykład mostek Philips Hue może komunikować się z gruszkami Ikea Tradfri. Oszczędza to użytkownikom pieniądze na drugą bramę.
Ponadto urządzeń ZigBee nie można łatwo sparować z urządzeniami WLAN, Bluetooth lub Z-Wave, ponieważ mówią one w innym języku. Jednak niektóre bramy ZigBee, takie jak siedziba główna Homee, mostek Philips Hue lub SmartThings Hub, mogą tłumaczyć między różnymi standardami bezprzewodowymi. Oznacza to, że inteligentne żarówki Philips Hue mogą być używane z produktami Google Home, na przykład do tworzenia rutynowych czynności, mimo że Google Home opiera się na Wi-Fi.
Lampy Ikea Tradfri wykorzystują ZigBee. Brama tworzy pomost między źródłami światła a aplikacją.
Jak daleko posuwa się ZigBee?
Zasięg produktów ZigBee Smart Home wynosi od 10 do 15 metrów. Jednak w sieciach kratowych można go zwiększyć. Poszczególne urządzenia tworzą węzły sieci, które działają jak repeatery i wzmacniają sygnał. Według Signify (Philips Hue) możliwe są zasięgi do 100 metrów.
Czym jest ZigBee 3.0?
Poza głównym protokołem ZigBee w przeszłości istniały inne specyfikacje.
W porównaniu ze standardowym protokołem ZigBee, ZigBee Pro (2007) oferował ulepszone zabezpieczenia i więcej opcji topologii. Podobnie jak w przypadku standardu bezprzewodowego EnOcean, Green Power wykorzystywał zasadę zbierania energii, która umożliwia stosowanie samowystarczalnych energetycznie czujników. RF4CE (Radio Frequency for Consumer Electronics) został wykorzystany do zdalnego sterowania urządzeniami elektrycznymi za pomocą pilotów. ZigBee reguluje komunikację IP między siecią lokalną a Internetem. Każda specyfikacja składała się z kilku modułów w zależności od obszaru zastosowania (automatyka budynkowa, oświetlenie, służba zdrowia).
Ze względu na różne specyfikacje inteligentne urządzenia domowe ZigBee często nie były ze sobą kompatybilne. W 2015 roku ZigBee Alliance ogłosił nowy bezprzewodowy standard ZigBee 3.0, który łączy w sobie ZigBee Pro, Green Power, IP i RF4CE. Ma na celu zwiększenie interoperacyjności między urządzeniami inteligentnego domu i jest kompatybilny wstecz.
W jaki sposób ZigBee zapewnia bezpieczeństwo danych?
ZigBee używa do transmisji danych symetrycznego szyfrowania AES z kluczem o długości 128 bitów. Jednak pod koniec 2019 roku odkryto lukę w zabezpieczeniach świateł Philips Hue, która wykorzystywała słabość protokołu ZigBee. Umożliwiło to atakującym uzyskanie dostępu do sieci za pośrednictwem mostu. W kolejnej aktualizacji oprogramowania producent Signify wyeliminował lukę.
Co to jest DotDot?
DotDot (znany również jako ZigBee Cluster Library) to warstwa aplikacji protokołu ZigBee w modelu OSI. Jako uniwersalny język dla urządzeń IoT, DotDot umożliwia również prostą komunikację pomiędzy urządzeniami smart home w różnych sieciach. W tym celu biblioteka ZigBee Cluster Library została dostosowana do innych protokołów. Daje to urządzeniom z różnymi standardami radiowymi, takimi jak WiFi, Bluetooth, Z-Wave, NB-IoT i Sigfox, wspólny poziom, na którym mogą się komunikować.
DotDot zapewnia wspólny język dla produktów inteligentnego domu.
Jakie są różnice między ZigBee a innymi standardami bezprzewodowymi?
|
Maksymalna szybkość |
Zasięg |
zakres częstotliwości |
Zużycie |
Obszary zastosowań |
|
|---|---|---|---|---|---|
|
ZigBee |
250 kbit / s |
10-15 m |
2,4 GHz |
Niska |
Czujniki, |
|
DOSTĘP DO BEZPRZEWODOWEGO INTERNETU |
1000 - |
50 m |
2,4–2,4835 GHz 5,0-5,7 GHz |
Wysoki |
Routery, |
|
Bluetooth |
1 - 3 Mbit / s |
10 m |
2400 - 2483 MHz |
Niska |
Elektronika użytkowa , akcesoria do |
|
Z-Wave |
9,6 - 40 Kbit / s |
30 m |
868 MHz |
Niska |
Czujniki, |
|
EnOcean |
125 kbit / s |
30 m |
868 MHz |
bardzo niski |
Czujniki, |
- WLAN: konwencjonalny standard WLAN WiFi 5 przesyła dane ponad tysiąc razy szybciej niż ZigBee, ale zużywa również dużo energii elektrycznej. Jest to konieczne do transmisji wideo z inteligentnej kamery monitorującej ze względu na dużą ilość danych. Z drugiej strony termostat zasilany bateryjnie, który tylko przesyła temperaturę, nie wymaga tak dużej przepustowości i korzysta z bardziej ekonomicznego standardu bezprzewodowego, takiego jak ZigBee.
- Bluetooth: zapewnia również wyższą szybkość przesyłania danych niż ZigBee, ale z mniejszym zasięgiem. Z tego powodu Bluetooth dominuje w słuchawkach bezprzewodowych i urządzeniach do noszenia, które wysyłają sygnały w promieniu kilku metrów. Jeśli chodzi o czujniki w różnych pomieszczeniach, ZigBee jest wyraźnie o krok do przodu.
- Z-Wave: jest głównym konkurentem ZigBee w obszarze inteligentnego domu. Protokół niskoenergetyczny jest również używany z wieloma czujnikami i źródłami światła, zapewnia wysoką kompatybilność i, podobnie jak ZigBee, duży zasięg dzięki sieciom kratowym. Jednak prawa do technologii należy do amerykańskiej firmy Silicon Labs. W przeciwieństwie do ZigBee, Z-Wave nie jest standardem open source. Oznacza to, że producenci nie mogą dostosować protokołu.
- EnOcean: używany tylko z ultra-energooszczędnymi czujnikami, które generują energię elektryczną poprzez różnice temperatur i ruchy, a tym samym działają bez baterii i zewnętrznych źródeł zasilania. ZigBee 3.0 obsługuje również tę funkcję w specyfikacji Green Power. Ogólnie rzecz biorąc, EnOcean jest mniej powszechny niż ZigBee.
Jakie są wady i zalety ZigBee?
Korzyści z ZigBee
- Niskie zużycie energii: czujniki i inne inteligentne urządzenia domowe mogą działać przez lata na bateriach.
- Wysoka kompatybilność: ZigBee Alliance ma kilkuset członków, w tym producentów takich jak Osram, IKEA, Belkin i Signify. Począwszy od ZigBee 3.0, produkty inteligentnego domu różnych producentów można łatwiej łączyć w sieć.
- Otwarty kod źródłowy: kod ZigBee jest dostępny dla każdego. Producenci mają zatem swobodę wdrażania dodatkowych funkcji w swoich produktach.
- Daleki zasięg: w sieciach kratowych węzły działają jako repeatery. W dużych domach i mieszkaniach znacznie poprawia to zasięg w porównaniu z siecią WLAN.
Wady ZigBee
- Kompatybilność między urządzeniami ZigBee: kod open source był w przeszłości szczególnie niekorzystny pod względem kompatybilności. Ponieważ każdy producent wdrożył dodatkowe specyfikacje, starsze urządzenia ZigBee różnych marek niekoniecznie są ze sobą kompatybilne. Jednak od czasu wprowadzenia ZigBee 3.0 standard stał się bardziej jednolity.
- Zgodność z innymi standardami radiowymi: każdy, kto chce połączyć produkty ZigBee Smart Home w sieć z urządzeniami WLAN lub Bluetooth, potrzebuje bramy. Ponieważ wiele systemów inteligentnego domu, takich jak HomeKit lub Google Home, opiera się na sieci WLAN, użytkownicy muszą zaplanować koszty bramy.
Czy Amazon Alexa, Apple HomeKit i Google Smart Home obsługują ZigBee?
- Jeśli sterujesz inteligentnymi urządzeniami domowymi za pośrednictwem Alexa, Echo Plus, Echo Show lub Echo Studio to inteligentne centrum domowe, które może również sterować urządzeniami ZigBee. Za pomocą polecenia „Odkryj moje urządzenia” Alexa wyszukuje istniejące komponenty inteligentnego domu.
- Produkty Google Home nie mogą komunikować się bezpośrednio z urządzeniami ZigBee. Brama taka jak SmartThings Hub firmy Samsung lub mostek Philips Hue Bridge rozwiązuje problem. Dzięki temu można na przykład włączać i wyłączać gniazda SmartThings za pomocą Asystenta Google.
- Produkty Apple HomeKit można sparować tylko bezpośrednio z urządzeniami WLAN lub Bluetooth Smart Home. Brama również tutaj pomaga. Na przykład Homee Smart Home Center jest kompatybilne z HomeKit. Mixtile Hub chińskiej marki Focalcrest przekłada się również między urządzeniami HomeKit i ZigBee.
Które systemy inteligentnego domu używają ZigBee?
- Philips Hue
- Ikea Tradfri
- Osram
- Xiaomi
- Samsung SmartThings
- Homee Smart Home
- Bosch
Które produkty inteligentnego domu wykorzystują ZigBee?
Lampy kompatybilne z ZigBee
- Philips Hue
- Osram Smart +
- Paulmann LED
- Sengled (Telekom Magenta)
- Ikea Tradfri
- Shyne
- Immax Neo Smart LED
- Q Smart Home Lights (grupy oświetlenia Neuhaus)
- Ściemnianie światła LED firmy LG
- Müller light
Czujniki ruchu, czujniki wody i czujniki temperatury kompatybilne z ZigBee
- Zewnętrzny czujnik ruchu Philips Hue, czujnik ruchu
- Czujnik ruchu Osram Smart +
- Czujnik ruchu Schwaiger
- Samsung SmartThings (czujnik okna i drzwi, czujnik wody)
- Czujnik drzwi i okien Ecolink
- Zaufaj inteligentnemu czujnikowi ruchu w domu
- Inteligentny czujnik wody Heiman
- Czujnik wody Zipato
- Czujnik wody Xiaomi
- Trust czujnik wody ZWLD-1000
- Inteligentny czujnik temperatury Aqara (Xiaomi)
- Somfy czujnik temperatury i wilgotności
- Lupus Electronics Mini czujnik temperatury
- Czujnik temperatury i wilgotności firmy Bitron
- Czujnik alarmu WeMo (Belkin)
Przełączniki, czujniki ściemniania i gniazda kompatybilne z ZigBee
- Przełącznik Tahoma
- Inteligentny przełącznik Tint / Müller-Licht
- Inteligentny przełącznik Sonoff Touch
- Gniazdo Ikea Tradfri
- Osram Smart + Plug
- Ledvance Smart + Plug
Czujki dymu i syreny alarmowe kompatybilne z ZigBee
- Detektor dymu Telekom Smart Home (Bitron Home)
- Inteligentny domowy czujnik dymu Tuya
- Czujnik dymu W4 (Honeywell)
- Syrena zewnętrzna SwannOne
- Syrena alarmowa Heiman ZigBee
- Detektor tlenku węgla Heiman ZigBee
Inteligentne zamki kompatybilne z ZigBee
- Inteligentny zamek do drzwi 365plusZ3 (Samsung)
- Kwikset Smartcode SmartCode Deadbolt