Zigbee чем лучше wifi

ZigBee — суть технологии

Многие хозяева все чаще оборудуют свое жилье технологиями «Умный дом». Система размещается в комнатах и состоит из специальных датчиков. Человек сам может контролировать температуру, управлять кондиционером, освещением, отоплением и другой техникой на расстоянии. Система сигнализирует о возникновении аварийной ситуации (утечка воды, газа и т.д.). Главный плюс – возможность контроля удаленно, непосредственно через мобильный телефон или планшет. Уезжая в отпуск, можно не пытаться вспомнить о том, отключен ли утюг. Чтобы проверить обстановку дома, нужно только открыть специальное приложение. Программа позволяет управлять коммуникациями с любой точки планеты.

Датчики могут соединяться между собой при помощи проводов или образовывать беспроводную систему. Последний вариант имеет преимущество перед первым. При установке беспроводного оборудования не нужно прокладывать множество проводов, которые могут испортить ремонт. А сам монтаж требует больше времени. Одной из таких систем является система строящаяся на основа протокола ZigBee. Это стандарт беспроводной связи, похожий на Wifi и Bluetooth. С ее помощью все приборы в доме или квартире взаимодействуют. Технология активно применяется и в сфере промышленности и здравоохранения.

История создания

Изначально несколько компаний объединились для совместной разработки новых стандартов беспроводной сети. Приоритетным направлением являлось решение проблемы совместимости сети с оборудованием разных производителей. Альянс появился в 2002 году и его состав насчитывал более 300 участников. Начиная с 2003 года стали появляться новые стандарты.

• были созданы стандартные конфигурации программ и архив шаблонных кластеров;
• использование стохастической переадресации;
• внедрение механизмов маршрутизации (Source Routing и другие);
• появилась способность определять ассиметричные связи;
• при возникновении перебоев система автоматически начинает использовать другой канал без помех;
• появилась дополнительная система защиты сети.

Технические характеристики

• телекоммуникаций;
• игрушек;
• коммерческого строительства;
• повышения энергоэффективности;
• персонального домашнего ухода за больными;
• автоматизации процессов дома.

Топология сети

Изначально поддерживалась ячеистая топология сети. Сигнал передавался между устройствами «по цепочке» пока информация не достигнет цели. Все Зигби гаджеты выступают, при необходимости, в качестве промежуточной ячейки.

Сравнение с Wifi и Bluetooth

Главное сходство с Wifi заключается в том, что обе сети работают на частоте 2,4 ГГц, не требую специальных разрешений, а радиус захвата сигнала равен 20 метрам.

• Зигби работает по ячеистому типу, в то время как Wifi и Bluetooth присоединяются к центральному роутеру (топология «звезда»). При отсутствии связи с роутером узел не может подключиться к другим членами сети. Например, если телевизор выходит в интернет через модем, то он не сможет воспроизвести фильм или получить его с планшета, если роутер не подключен к сети. В ячеистой структуре узлы связаны напрямую. Благодаря этому обрыв связи не является помехой для передачи данных. Этот механизм намного надежнее и применяется в самой сети интернет. Для реализации технологии «Умный дом» этот фактор очень важен. При аварии сигнал по Wifi может не передаться на большую дальность через бетонные стены.
• ZigBee устройства потребляют минимальный объем энергии, поскольку функционируют в спящем режиме. Пропускная возможность Зигби (250 Кбит/секунду) намного ниже, чем у Wifi (300–1000 Мбит/секунду). Это связано с тем, что Зигби доставляет маленькие пакеты данных, а Wifi позволяет получить крупные файлы (видео и т.д.).
• Скорость. Период задержки передачи сигнала Зигби намного меньше, чем у Bluetooth (несколько секунд) и составляет 30 миллисекунд. Показатель Зигби примерно равен времени от нажатия выключателя и возникновения света в люстре. В связи с этим, в последнее время Bluetooth стал меньше использоваться при установке системы «Умный дом».
• Количество узлов у Зигби намного больше. Теоретически, к сети Wifi может присоединиться от 300 до 1000 участников. Но пользователи отмечают, что при работе уже с несколькими устройствами происходят задержки в работе и вряд-ли удастся проверить показатель. ZigBee система функционирует при любом количестве участников, что необходимо при установке «умного дома» на больших площадях.
• Цена. Стоимость модуля ZigBee на порядок дешевле, чем цена Wifi модема.

Сравнение с Z-wave, Insteon, Tread

Система Insteon обеспечивает передачу информации по двум каналам: беспроводной и проводной. Этот фактор уменьшает риск потери данных при неисправности. Функционирование сети Insteon возможно без центрального контроллера, поскольку нет разделения устройств на группы. Минус – она не совместима с отечественными электросетями.

Для стандарта Z-wave выпущено меньше программного обеспечения, но система гарантировано работает с оборудованием своего производства.

ZigBee устройства и производители

На современный рынок, выпускается много ZigBee устройств: к ним относится розетка, диммер, лампочка, датчики движения, сенсоры контроля воды, температуры, и другие. На данный момент (май 2019 года) по большому количеству причин среди производителей устройств на протоколе ZigBee лидирует китайская компания Xiaomi. Полный обзор системы умного дома от этого производителя мы делали ранее.

Составные части сети

1. Координаторы (ZC). Прибор запускает сеть и задает все команды для управления ее действиями. Также контроллер обеспечивает безопасность всех процессов.
2. Маршрутизаторы (ZR). Функционируют непрерывно и обеспечивают работу устройств, находящихся в режиме сна (до 32 штук). Также переносят данные и занимаются восстановлением гаджетов в случае большой загруженности или неисправности системы. Образуют соединение с координатором, другим маршрутизаторам, а также с дочерними периферийными приборами и оборудованием для передачи информации.
3. Конечные устройства (ZED). Выполняют получение и отправку пакетов данных. Подключаются к двум гаджетам, перечисленным выше. Не подключают дочерние приборы. Работают с сенсорами, контроллерами и механизмами, выполняющими команды. Для сохранения энергии часто работают в спящем режиме.

На начальном этапе формирования сети используется PAN координатор. Он вычисляет радиоканал, в котором нет помех, и ждет запросы на подключение, которые отправляют разные устройства. Изначально подключать других участников может только координатор, а в дальнейшем и другие устройства для пересылки данных. После получения запроса происходит обмен сообщениями.

Бывает два варианта присоединения: MAC ассоциация, повторное сетевое присоединение. В первом случае устройство, желающее стать частью сети на MAC уровне, отправляет запрос маячка. Когда маячки достигают цели, управляющее устройство сканирует сети и выбирает, какую лучше подключить в конкретной ситуации, высылает притязание о присоединении со значком «повторное присоединение». Получив ответ, управляющее устройство высылает сообщение с адресом. Такой способ присоединения не достаточно безопасен, поскольку все данные не защищены кодированием.

Повторное сетевое присоединение также часто используется при первичном обращении. В таком случае участник, желающий вступить в сеть, знает текущий ключ. Поэтому, такой способ присоединения намного безопаснее. Узнать ключ можно при настройке оборудования. При повторном подключении оборудование обменивается между собой пакетами запроса и ответа на присоединение.

Структура может измениться, когда участник покидает сеть или при перезагрузке подключается в другом узле.

Координатор

Устройство обеспечивает взаимосвязь между всеми участниками сети, когда нет подключения к интернету.

Хаб (сетевой мост)

Устройство обеспечивает подключение системы «Smart Home» к сети интернет. Благодаря этому появляется возможность управлять системой удаленно. Различные приложения для гаджетов помогают контролировать и менять параметры (теплый пол, кондиционер ит.д.). Хаб постоянно должен находиться в активном состоянии, поскольку выполняет функции координатора сети. Для подключения к интернету можно использовать как сеть WiFi, так и проводное подключение к роутеру.

Для удаленного управления с гаджетов созданы приложения на Android или iOS. Для подключения к интернету применяются сетевые мосты Smart Hub, Bridge, Gateway. Для серии оснащения «Умного Дома» от бренда выпускается и хаб того же производителя. При покупке оборудования важно проверить его на совместимость с ZigBee. Оснащение, отличающееся производителем, может между собой не взаимодействовать. Кроме того, домом можно управлять голосом. Некоторые хабы работают со всеми голосовыми программами.

Типы поддерживаемых датчиков и устройств

Протоколом предусмотрены некоторые приложения, которые отличаются по назначению. К таким профилям относятся: Telecom Services. Light Link, Home Automation и другие. Последний используется всеми системами автоматического управления домом. В случае если один из приборов поддерживает программу, а второй нет, то они не смогут работать корректно. Множество компаний изготавливают чипы с поддержанием ZigBee. Приложения может немного отличаться, совершенствоваться производителем. По этой причине бывает, что устройства поддерживают протокол, но между собой не взаимодействуют.

• ZigBee RF4CE – спецификация для управления бытовой техникой;
• ZigBee Pro – усовершенствованная версия ZigBee.

В продаже есть всевозможные электроприборы с ZigBee. При внедрении системы важно смотреть описание и подбирать оборудование одного производителя и выпущенное примерно в одно время.

О программной части протокола

При создании программного обеспечения брались за основу упрощения методики построения недорогих маленьких микропроцессоров. Для быстрого старта разработаны стандартные модули с прошивкой ETRX357. Они позволяют работать с аналоговой, цифровой периферией и сетевыми функциями, используя набор АТ команд. Если стандартного функционала недостаточно, можно воспользоваться программным стеком производства Silicon Labs. Все модули изготавливаются на базе микросхемы ЕМ357 и, чтобы перейти от стандартной прошивки к собственному приложению, необходим программный отладчик ISA3.

Для упрощения процедуры существует специальный компоновщик приложений. Он, исходя из конфигурации ZigBee оборудования, создает каркас и функции будущего приложения. Далее разработчик самостоятельно вносит необходимые изменения.

Технология ZigBee отличается рядом преимуществ и успешно реализуется в системе «Умный Дом». Помимо совместимости с платформами для автоматизации на данном рынке присутствует множество ZigBee оборудования, что облегчает процесс установки и дальнейшего обслуживания.

Источник