В настоящее время существует множество различных «умных устройств» и множество различных способов управления ими с использованием протоколов Wi-Fi, Bluetooth, Z-Wave и т.п. Чем интересен Zigbee в плане преимуществ, недостатков и особенностей реализации в сфере «домашней» автоматизации?
Что такое Zigbee?
Zigbee — это сетевой протокол, основанный на спецификации IEEE.802.15.4 — стандарте для низкоскоростных беспроводных персональных сетей (WPAN). Zigbee расширяет спецификацию IEEE, добавляя «ячеистую сеть и уровни безопасности вместе с прикладной средой, чтобы стать полнофункциональным, сертифицируемым, совместимым решением».
Устройство, оснащенное Zigbee, обычно, имеет четыре сетевых уровня: радио IEEE.802.15.4, Zigbee Pro, библиотеку кластеров Zigbee и сертификат Zigbee. Zigbee Pro — это сетевая инфраструктура, в которой реализованы функции, варьирующиеся от спецификации полосы связи и парных механизмов до генерации ключа безопасности и энергосбережения. Библиотека кластеров Zigbee — это прикладной уровень, который используется для определения кластеров, представляющих собой стандартные наборы, позволяющие устройствам Zigbee вести себя стандартно во всех ситуациях. Это гарантирует функциональную совместимость в условиях, когда устройства Zigbee разных производителей успешно коммуницируют друг с другом.

Устройства Zigbee обычно обмениваются данными в диапазоне 2,4 ГГц, но они также могут вести обмен и на более низких частотах, которые регулируются местным законодательством. Радиус действия протокола варьируется от 10 до 100 метров на частоте 2,4 ГГц и может достигать километровых дистанция в субгигагерцовом диапазоне. Поскольку WiFi также использует эту частоту, устройства Zigbee обрабатывают помехи, используя 16 отдельных каналов связи. Они также автоматически ретранслируют данные и оперируют небольшими пакетами, что делает сбой передачи маловероятным.
Zigbee совместим, что означает, что два разных устройства Zigbee смогут общаться между собой друг с использованием данного протокола. В то время, когда существуют ограничения на совместимость из-за нескольких профилей приложений, таких как Home Automation и Smart Energy, совместимость устройств Zigbee по-прежнему остается важной и полезной функцией.
Протокол Zigbee способен формировать различные виды сетевых организаций. Наиболее распространенные топологии сети — звезда, дерево кластеров и ячеистая сеть. Каждая сеть Zigbee может составлять суперпозицию всех трех типов, распределяя в сети роли конечного устройства, маршрутизаторов и координаторов. Координатор отвечает за создание сети, а также за маршрутизацию трафика через нее. Сеть может иметь только одного координатора. Маршрутизатор отвечает за (пере)направление трафика, а конечное устройство является просто приемо-передаточным звеном.

Наконец, главное преимущество Zigbee перед другим сетевым протоколом, таким как WiFi, заключается в том, что он очень маломощный. Это результат того, что он является стандартом IEEE.802.15.4 плюс сам протокол Zigbee предписывает работу с более низким энергопотреблением. Несмотря на то, что это означает, что устройства Zigbee могут не иметь большого диапазона или пробрасывать большие объемы данных, они экономят электроэнергию, деньги и обслуживание. Zigbee поддерживает функцию Green Power, которая позволяет подключенным к сети устройствам эксплуатироваться без батареи. Согласно концепции альянса Zigbee, «Green Power может воспользоватся энергией, обеспечивающей передачу данных, с помощью общих методов сбора энергии, которые являются достаточно мощными для отправки команд через сеть Zigbee PRO».
Умные вещи
Теперь, когда мы поняли, что такое Zigbee на высоком уровне, давайте рассмотрим приложение Zigbee для домашней автоматизации. Zigbee идеально подходит для домашней среды, поддерживаемой ячеистой сетью, большинство устройств которой должны находиться на расстоянии от 10 до 100 метров друг от друга. Приятно знать, что вы можете пойти в магазин, чтобы купить совершенно новое устройство Home Automation Zigbee, и оно подключится к существующей инфраструктуре. В настоящее время на сайте Zigbee Alliance перечислено около 400 устройств для домашней автоматизации. Устройства Zigbee для домашней автоматизации — это все распространенные устройства IoT Home, такие как лампочки, выключатели, замки, датчики движения и термостаты.
Крупные компании также предлагают Zigbee-продукцию. Так, Amazon Echo Plus поставляется со встроенным концентратором Zigbee для управления устройствами оконечными устройствами, а изделия Samsung SmartThings также используют Zigbee-коммуникации наряду я протоколом Z-wave. Таким образом, протокол Zigbee пользуется поддержкой известных компаний в широком спектре устройств.
Резюме
В заключение, Zigbee — это сетевой протокол с низким энергопотреблением. Устройства Zigbee могут быть легко добавлены в сеть, такую как ячеистая сеть и для непосредственной связи друг с другом. Протокол идеально подходит для таких приложений, как домашняя автоматизация, где устройства не часто общаются и находятся в непосредственной близости друг от друга. Встроенное энергосбережение Zigbee — это отличная функция, которая позволяет устройствам работать от батареи намного дольше, чем другие сетевые протоколы.