Zigbee: преимущества, недостатки и особенности

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.