Co to jest ZigBee i jak działa?

Coraz większą popularnością w naszym kraju cieszą się inteligentne domy. Dzięki automatyce możemy z łatwością sterować wszystkimi urządzeniami elektrycznymi i elektronicznymi, np. oświetleniem czy zewnętrznymi żaluzjami. Smart home musi być jednak nie tylko inteligentny, ale również w pełni bezpieczny. Taką gwarancję daje nam protokół ZigBee, który coraz częściej stosowany jest w urządzeniach domowych. Czym jest ZigBee? Jakie są jego zalety i zastosowanie? Spróbujemy wszystko wyjaśnić w naszym poradniku. 

ZigBee - co to jest? 

ZigBee jest to protokół transmisji danych w sieciach bezprzewodowych, takich jak mesh, cluster tree. Jego działanie można porównać do Wi-Fi, ale cechuje się niższym zużyciem energii, niewielkimi przepływnościami (do 250 kbps), a do tego osiąga zasięg nawet do 100 m. Komunikacja w ZigBee jest dwustronna, co oznacza, że każde urządzenie może odbierać lub wysyłać sygnał, a niektóre nawet przekazywać go dalej. Do jego zalet należy również natychmiastowy dostęp, dlatego tak chętnie wykorzystywany jest choćby w czujnikach ruchu. 

Technologia ZigBee jest rozwijana od 2002 roku przez organizację ZigBee Alliance. Zrzesza ona kilkaset firm znanych na całym świecie, m.in.: Philips, Xiaomi, Siemens, Samsung, Amazon, Bosch czy Motorola. Wersja 1.0 specyfikacji ZigBee powstała w 2004 roku, natomiast w 2016 roku wprowadzono specyfikację ZigBee 3.0. 

Źródło: www.internetofthingsagenda.techtarget.com

Inteligentny przełącznik Nous LZ4 Mini ZigBee

82.90 zł

Zobacz szczegóły

Inteligentny czujnik zalania Nous E4 ZigBee

82.90 zł

Zobacz szczegóły

ZigBee - zalety i zastosowanie

Główne zalety systemu ZigBee to niezawodność, niskie zużycie energii i natychmiastowy dostęp, co jest szczególnie ważne przy obsłudze wszelkiego rodzaju czujników. Wśród zalet wymienia się też wsparcie ze strony producentów, mnogość kompatybilnych produktów oraz łatwość w tworzeniu i rozbudowywaniu systemów. Transmisja danych ZigBee jest uwierzytelniona, dzięki czemu mamy gwarancję, że do sieci nie podłączy się żadna przypadkowa osoba. ZigBee odciąża sieć Wi-Fi i zapewnia bezpieczeństwo użytkownikom. 

Najpopularniejsze zastosowania ZigBee to przede wszystkim automatyka domowa i monitorowanie. System ZigBee został stworzony specjalne z myślą o technologii Smart Home. Umożliwia łatwe korzystanie z urządzeń takich jak: inteligentne gniazdka i dzwonki do drzwi, czujniki ruchu, przeciwpożarowe oraz czujniki drzwi i okien. Dzięki temu mamy pełną kontrolę nad naszym domem. Ze względu na natychmiastowy dostęp, ZigBee często wykorzystywany jest w systemach monitoringu. Zastosowanie znajduje też w biurach, zakładach pracy, hotelach, a nawet przy projektowaniu inteligentnych miast. 

Trzy typy urządzeń ZigBee

Urządzenia ZigBee możemy podzielić na trzy rodzaje - każdy z nich pełni inne funkcje.

• Koordynator (Coordinator) -  czyli jednostka centralna. Każda sieć może mieć tylko jedno takie urządzenie. Koordynator służy jako węzeł początkowy, do którego mogą przyłączać się inne urządzenia. Przeważnie pełni funkcję urządzenia zbierającego dane. Koordynator zazwyczaj ma ograniczenia w liczbie sprzętów, które można do niego podpiąć. Do najbardziej znanych jednostek centralnych należą: Amazon Echo, Nest Audio, Apple HomeKit, Samsung SmartThings, Bosch Home Connect czy Google Home Hub. 

• Router (Router) - to urządzenie zbliżone funkcjonalnie do klasycznych routerów sieciowych. Jego zadaniem jest przekazywanie sygnału dalej i zwiększanie zasięgu, tworząc przeskoki. Takim wzmacniaczem może być urządzenie wpinane do prądu, np. żarówka, włącznik, przekaźnik, smart gniazdko czy przełącznik ścienny. Musi mieć jednak przewód N. Urządzenia bez N nie są routerami.

• Urządzenie końcowe (End Device) - jest to urządzenie na baterie, np. czujnik ruchu, dymu czy zalania wody. Takie urządzenie łączy się bezpośrednio z bramką i przekazuje jej informacje o swoim stanie oraz o tym, co w danej chwili mierzy. W celu zmniejszenia zużycia prądu urządzenie może być chwilowo wprowadzone w stan uśpienia, a jego czas wybudzenia liczony jest w milisekundach. Aby otrzymać certyfikację ZigBee, urządzenie musi wytrzymać minimum 2 lata na baterii. 

Źródło: www.diyi0t.com

Topologie sieci ZigBee

W ramach ZigBee możliwe są trzy rodzaje organizacji sieci:

• Topologia gwiazdy (star topology) - wykorzystywana jest głównie w sieciach domowych. Rolę koordynatora pełni pojedyncze urządzenie, a wszystkie pozostałe urządzenia końcowe komunikują się bezpośrednio z nim. Taka sieć ma jedną wadę - jeśli koordynator zawiedzie, cała sieć ulegnie awarii.

• Topologia drzewa (tree topology) - to popularna jednostka, składająca się z korzenia i zależnych od niego węzłów. W przypadku ZigBee rolę korzenia pełni koordynator, a urządzenia końcowe mogą znajdować się jedynie na ostatnich gałęziach. Ta topologia pozwala na dołączenie większej liczby węzłów i tym samym pokrycie większego obszaru. Jej wadą jest występowanie opóźnień w transmisji, a dodatkowo awaria jednego węzła może zakłócić pracę pozostałych urządzeń. 

• Topologia kratowa (mesh topology) - określa najbardziej skomplikowaną strukturę sieci. Każde urządzenie może komunikować się z innym bezpośrednio albo poprzez wykorzystywanie innych urządzeń. Jest to najlepsza topologia sieci ZigBee, ponieważ jeśli jeden węzeł ulegnie awarii, dane będą mogły być przesyłane przez inne urządzenie. 

Źródło: www.diyi0t.com

ZigBee czy Z-Wave?

Alternatywą dla ZigBee jest Z-Wave. To nowszy standard bezprzewodowy, który podobnie jak ZigBee, działa w oparciu o sieć typu mesh (kratową). Oznacza to, że każde urządzenie z tą technologią pełni także funkcję routera przesyłającego dane między sobą a hubem. 

Między tymi dwoma protokołami występuje jednak kilka różnic. Dotyczą one przede wszystkim przesyłu danych, częstotliwości działania czy liczby maksymalnie podłączonych do sieci urządzeń. Dla przeciętnego użytkownika te różnice będą prawie niezauważalne. System Z-Wave jest określany mianem prostszego i bardziej kompatybilnego. W przypadku ZigBee producenci nie muszą spełniać tak restrykcyjnych wymagań, przez co nie wszystkie urządzenia będą ze sobą współpracować. 

Parametr	ZigBee	Z-Wave
Zasięg	10-100 m	Do 300m w standardzie 500 i 400 m w standardzie 700 wewnątrz domu.
<Przepływność	40-250 Kbps	100 Kbps
Zużycie energii	Niskie	Niskie
Bezpieczeństwo	Szyfrowanie AES-128 bit	Stare wersje nie mają zabezpieczeń, od wersji Z-Wave 500 S2 dostepne jest szyfrowanie AES-128 bit.
>Globalne normy	Normy częstotliwości są te same dla całego świata.	Każdy region świata ma inną częstotliwość Z-Wave.
>Cena urządzeń	Średnia	Wysoka

 

Router Asus TUF-AX3000 V2

539.00 zł

Zobacz szczegóły

Router Mercusys MR50G dwupasmowy

159.00 zł

Zobacz szczegóły

 

ZigBee vs. WiFi

Wi-Fi (skrót od angielskiego Wireless Fidelity) to powszechnie znany bezprzewodowy sposób łączności, który umożliwia szybkie przesyłanie dużej ilości danych. Jest wykorzystywany w sieciach domowych i miejscach publicznych, takich jak kawiarnie i restauracje, dworce kolejowe i autobusowe, lotniska czy budynki użyteczności publicznej. 

W przeciwieństwie do ZigBee standard Wi-Fi pobiera dużo mocy i ma ograniczony zasięg. Potrzebne są specjalne urządzenia, które rozszerzą jego zasięg poprzez siatkę. Użycie dodatkowych urządzeń może wpłynąć na opóźnienia i jakość połączenia. W przypadku Wi-Fi nie ma jednak potrzeby posiadania dodatkowej centralki - wystarczy router lub punkt dostępowy podłączony do sieci LAN. 

Inteligentny czujnik zalania Nous E4 ZigBee

82.90 zł

Zobacz szczegóły

ZigBee vs. Bluetooth

Standard Bluetooth sprawdzi się tam, gdzie wymagane jest szybkie kojarzenie urządzeń, prosty interfejs i niski pobór mocy. Urządzenia Bluetooth wymagają łączności z hubem albo innym urządzeniem, które obsługę tę technologię, czyli np. ze smartfonem. Standard Bluetooth wykorzystywany jest przede wszystkim w urządzeniach przenośnych, ale często też znajduje zastosowanie w inteligentnych domach, np. w czujnikach czy inteligentnych dzwonkach do drzwi. 

Standard Bluetooth ma jednak ograniczony zasięg. Zazwyczaj wynosi on do 10 metrów - sprawdzi się zatem do przesyłania danych w niewielkich odległościach. W przypadku ZigBee zasięg wynosi od 10 do nawet 100 metrów. 

Bramka ZigBee - najpopularniejsze rodzaje

Zacznijmy od tego, czym jest bramka. Jest ona węzłem łączącym urządzenia pracujące w standardzie ZigBee w jeden zintegrowany system. Dzięki bramce urządzenia mogą komunikować się ze światem zewnętrznym, nie obciążając przy tym domowej sieci. Bramka może być otwarta lub zamknięta. Chodzi tutaj o zamknięcie na inne urządzenia ze strony danego producenta. 

• Aquara/ Xiaomi - to jedna z najpopularniejszych bramek na rynku, ponieważ jest dostępna w stosunkowo przystępnej cenie, a do tego oferuje wiele możliwości. W sprzedaży nie brakuje urządzeń, które są z nią kompatybilne. 

• Tradfri/ IKEA  - kilka lat temu IKEA wprowadziła na rynek swój własny system Smart Home. Bramka w połączeniu ze swoją aplikacją działa tylko lokalnie. Natomiast gdy podłączymy ją do systemu Google Home albo Amazon Alexa, będziemy mogli sterować urządzeniami z odległości. 

• Sonoff (aplikacja eWeLink) - jest to bramka współpracująca z całym systemem eWlink, więc jest wiele możliwości integracji. Możliwa jest komunikacja ze wszystkimi urządzeniami spiętymi z tym systemem, nawet tymi, które działają na Wi-Fi. 

• Tuya (aplikacja Smart Life) - bramki Tuya są przewodowe (RJ45) i bezprzewodowe (Wi-Fi). Te pierwsze są mocniejsze i pozwalają na podłączenie większej liczby urządzeń. Do bramki można podłączyć szereg czujników ruchu, wilgoci, sensorów dymu, gniazd sieciowych, przełączników czy włączników oświetleniowych. Ważne jest, aby wybrać bramkę, która wspiera ZigBee 3.0.

Czym jest Dotdot?

Jest to uniwersalny język stworzony dla inteligentnych urządzeń, na których polegamy na co dzień. Dzięki DotDot urządzenia mogą się ze sobą bez problemu komunikować w dowolnej sieci, a co za tym idzie, stać się bardziej użyteczne dla użytkownika. Możemy więc kupić urządzenia niezależnie od producenta czy technologii łączności - jeśli oba będą certyfikowane Dotdot, będą ze sobą współpracować.