За последние несколько лет интерес к управляемым домашним устройствам резко вырос. Технологии «домашней автоматизации» или «интернета вещей», основанные на беспроводных стандартах, помогают создавать умные дома. Одной из таких технологий является ZigBee.

ZigBee – открытый глобальный стандарт беспроводной технологии, разработанный для использования цифровых радиосигналов с низким энергопотреблением для персональных сетей. Это популярный протокол связи, используемый в системе Smart home. Является языком, необходимым смарт-устройствам для «разговора» друг с другом.

Таких языков (протоколов) может быть несколько: Bluetooth, Zwave, Wi-Fi, ZigBee. Какой из них будет использоваться, зависит от бренда используемой техники. Однако, каждый набор правил или «языков» немного отличается. Таким образом, Bluetooth может говорить с Bluetooth, но ZigBee и Bluetooth не могут говорить и понимать друг друга.

Wi-Fi и Bluetooth – отличные технологии, но они не очень хорошо подходят для работы маломощной беспроводной сети, каковой является Интернет вещей. Поскольку протокол Zigbee – это низкоэнергетический вариант Wi-Fi с дополнительными функциями домашней автоматизации, он лучше всего соответствует требованиям быстрого и безопасного объединения устройств с низким энергопотреблением.

Интересные факты

Сетевой протокол был создан Альянсом Zigbee, состоящим из более 300 технологических фирм, производителей, сервисных компаний. Стандарт разрабатывался для обеспечения передачи данных с использованием безопасной, надежной беспроводной сетевой архитектуры.

По этой причине Zigbee идеально подошел для маломощных беспроводных сетей IoT. Стандарт работает по спецификации радиочастот IEEE 802.15.4 в нелицензированных низкочастотных диапазонах 2,4 ГГц. Используется в устройствах, которые не имеют огромной пропускной способности. Например, если смарт-устройство «спит», сетевой протокол может отправить сигнал, чтобы разбудить его и начать общаться.

Для связи с соседними устройствами протокол использует стандартный диапазон персональной сети. Такой диапазон равен 10-20 метрам в зависимости от уровня сигнала или факторов, которые могут мешать сигналу.

Основные характеристики протокола

• Поддерживает несколько сетевых топологий («точка-точка», многоточечные, ячеистые сети).
• Имеет низкий рабочий цикл, увеличивая срок службы батареи.
• Имеет низкую задержку отклика.
• Обеспечивает спектр распространения прямой последовательности (DSSS).
• Допускает наличие 65 000 сетевых узлов.
• Имеет шифрование 128-bit для безопасных подключений к данным.
• Предотвращает столкновения, повторные попытки, подтверждения.

Ячеистая (mesh) сеть

Ключевым компонентом протокола Zigbee является возможность поддержки сети mesh. Каждое устройство является «узлом», небольшой частью более крупной ячеистой (mesh) сети. Принцип ячеистой топологии работает как последовательное соединение. Вместо того, чтобы просто отправлять или получать, узлы начинают повторять сигналы, создавая один большой mesh.

Соединения между узлами при этом динамически обновляются и оптимизируются с помощью сложной встроенной таблицы маршрутизации. Это очень эффективный способ отправки сигналов. Таким образом, узлы отражают сигналы друг от друга, увеличивая диапазон действия и присоединяя к работе все имеющиеся устройства и датчики.

Типы ZigBee-устройств

• Координаторы – контролируют безопасность, формирование сети.
• Маршрутизаторы – передают сигнал, расширяют сетевой диапазон.
• Конечные устройства ­– выполняют конкретные задачи, например, включение света.

Концентраторы (хабы)

Вся техника ZigBee управляется «домашней базой» – концентратором, который обычно подключается с помощью домашнего соединения Wi-Fi или специальных приложений смартфона.  С концентратором, который говорит на ZigBee, в Умном доме можно подключить до 64 000 смарт-устройств!

Однако, не все устройства ZigBee, имеющие разных производителей, работают гармонично. Протокол, который имеет открытый исходный код, может быть изменен любым брендом. Таким образом, умная домашняя техника одного производителя может испытывать затруднения при общении с техникой других производителей. Однако, дальнейшее развитие технологий Smart home все более расширяет диапазон управления в сочетании с небольшим количеством интеллектуальных концентраторов.