Številni pametni senzorji za dom in svetlobni sistemi uporabljajo energijsko učinkovit radijski protokol ZigBee. Prehodi pametnega doma omogočajo komunikacijo z drugimi sistemi pametnega doma. Pojasnjujemo, kako deluje ZigBee in kateri pametni izdelki za dom so združljivi.
ZigBee: Najpomembnejše stvari na prvi pogled
- ZigBee je nizkoenergijski brezžični protokol za pametni dom, ki ga razvija ZigBee Alliance.
- Od ZigBee 3.0 so naprave ZigBee različnih proizvajalcev v veliki meri združljive med seboj.
- S tako imenovanimi mrežnimi omrežji lahko doseg naprav povečamo, saj posamezna vozlišča delujejo kot repetitorji.
- ZigBee Bridge znotraj omrežja tvori most med napravami in nadzorno aplikacijo. Poleg tega lahko nekateri mostovi komunicirajo tudi z napravami WLAN in Bluetooth drugih znamk. Izdelke ZigBee lahko uporabljate tudi z Googlom Home ali Apple HomeKit.
- Amazon Echo Plus, Echo Show in Echo Studio so združljivi z ZigBee. To pomeni, da je mogoče naprave ZigBee nadzirati tudi z Alexa brez dodatnega prehoda.
Kaj je ZigBee?
Prenosniki, pametni telefoni in pametne domače naprave uporabljajo različne radijske protokole za brezžično komunikacijo. Razlikujejo se glede na uporabljeno frekvenčno območje, pasovno širino, topologijo omrežja in način prenosa sporočil.
ZigBee Alliance je od leta 2002 razvilo nizkoenergijski radijski protokol ZigBee. Združenje zdaj vključuje več kot 230 podjetij, med njimi Samsung, Osram, Somfy, Amazon, Huawei in Ikea. Navedeni cilji so visoka združljivost med napravami različnih proizvajalcev, nizka poraba energije in odprt standard.
Izdelki, certificirani pred ZigBee Alliance, delujejo s katero koli platformo, ki podpira ZigBee.
Kako deluje ZigBee?
Vsi radijski protokoli so po modelu OSI sestavljeni iz več plasti. Ta pravila urejajo različne komunikacijske naloge. To vključuje prenos fizičnega signala, šifriranje, izogibanje zastojem podatkov in prikaz v različnih aplikacijah. Uporabniki komunicirajo samo z zgornjo plastjo, spodnja pa deluje v ozadju.
V prvih dveh slojih, kot je Bluetooth, ZigBee uporablja standard IEEE 802.15.4, ki uporablja pas ISM (industrijski, znanstveni in medicinski pas) v frekvenčnem območju 2,4 GHz. Dolge pavze pri prenosu podatkov so značilnost tega standarda. To pomeni, da lahko vsako omrežno vozlišče preide v nekakšen način mirovanja, kar prihrani veliko energije v primerjavi z drugimi standardi. Baterija z gumbi, vgrajena v senzor ZigBee, lahko zdrži več let.
Za ZigBee je značilna nizka poraba energije in velika medsebojna združljivost.
Specifikacija ZigBee določa komunikacijo v zgornjih plasteh (3 do 7). Različne naprave ZigBee tvorijo brezžično osebno omrežje (WPAN) za medsebojno komunikacijo. Vsako omrežje ZigBee je mogoče enolično identificirati s 64-bitnim naslovom.
ZigBee definira protokol za plasti od 3 do 7 modela OSI. Zgornja plast Dotdot omogoča komunikacijo z drugimi radijskimi standardi.
Kako deluje mreža ZigBee?
Omrežje ZigBee sestavljajo koordinator, usmerjevalniki in končne naprave. Usmerjevalniki si izmenjujejo podatkovne pakete. Koordinator je usmerjevalnik, ki aktivira tudi omrežje. Končne naprave komunicirajo samo s svojim usmerjevalnikom. Večino časa ste v stanju spanja in zato porabite zelo malo energije. Z usmerjevalnikom se povežejo v nastavljenih intervalih in preverijo, ali ima zanje kakšno sporočilo.
Omrežja ZigBee uporabljajo topologijo zvezd, dreves ali mrežastih očes. Topologija zvezde zagotavlja koordinatorja / usmerjevalnik in več končnih naprav. Slednji ne morejo neposredno komunicirati med seboj, temveč le prek koordinatorja. Če to centralno vozlišče ne uspe, izmenjava podatkov ni več mogoča.
V drevesni topologiji je koordinator, nekaj usmerjevalnikov in terminalov. Vsaka končna naprava (podrejena) komunicira z ustreznim usmerjevalnikom (nadrejenim), usmerjevalnik pa s koordinatorjem v drevesni strukturi.
V topologiji mrež so usmerjevalniki med seboj tudi povezani. To omogoča številne alternativne poti za prenos podatkov od vozlišča A do vozlišča B. Iz tega razloga večina sistemov pametnih domov, ki jih upravlja ZigBee, uporablja mrežna omrežja. Dovoljeno je do 65.000 vozlišč. Po drugi strani usmerjevalniki zahtevajo več energije kot preproste končne naprave. To zmanjša življenjsko dobo baterij.
V mrežastih omrežjih lahko podatke posredujemo kljub okvarjenim vozliščem.
Kaj je ZigBee Bridge?
Most deluje kot most med napravami pametnega doma ZigBee in nadzorno aplikacijo na pametnem telefonu ali oblaku. Odvisno od proizvajalca se most imenuje tudi vozlišče ali prehod. Včasih lahko mostovi nadzorujejo tudi naprave ZigBee drugih proizvajalcev. Na primer, most Philips Hue lahko komunicira z hruškami Ikea Tradfri. To uporabnikom prihrani denar za drugi prehod.
Poleg tega naprav ZigBee ni mogoče enostavno seznaniti z napravami WLAN, Bluetooth ali Z-Wave, ker govorijo drug jezik. Nekateri prehodi ZigBee, kot so sedež Homee, most Philips Hue Bridge ali središče SmartThings Hub, lahko prevajajo med različnimi brezžičnimi standardi. To pomeni, da lahko žarnice pametnega doma Philips Hue uporabljate z izdelki Google Home, na primer za ustvarjanje rutin, čeprav Google Home temelji na WiFi.
Svetilke Ikea Tradfri uporabljajo ZigBee. Prehod tvori most med viri svetlobe in aplikacijo.
Kako daleč gre ZigBee?
Paleta izdelkov ZigBee Smart Home je od 10 do 15 metrov. Vendar pa ga je mogoče povečati v mrežnih omrežjih. Posamezne naprave tvorijo omrežna vozlišča, ki delujejo kot repetitorji in ojačujejo signal. Glede na Signify (Philips Hue) so možni dosegi do 100 metrov.
Kaj je ZigBee 3.0?
Poleg glavnega protokola ZigBee so bile v preteklosti različne specifikacije.
V primerjavi s standardnim protokolom ZigBee je ZigBee Pro (2007) ponudil izboljšano varnost in več možnosti topologije. Tako kot brezžični standard EnOcean je tudi Green Power uporabil princip pridobivanja energije, ki omogoča energetsko samozadostne senzorje. RF4CE (radijska frekvenca za zabavno elektroniko) je bila uporabljena za daljinsko upravljanje električnih naprav z daljinskim upravljalnikom. ZigBee IP je urejal komunikacijo med lokalnim omrežjem in internetom. Vsaka specifikacija je bila sestavljena iz več modulov, odvisno od področja uporabe (avtomatizacija stavb, razsvetljava, zdravstveni sektor).
Zaradi različnih specifikacij naprave pametnega doma ZigBee pogosto niso bile združljive med seboj. Leta 2015 je ZigBee Alliance objavil nov brezžični standard ZigBee 3.0, ki združuje ZigBee Pro, Green Power, IP in RF4CE. Njegov namen je povečati interoperabilnost med napravami pametnega doma in je združljiv navzdol.
Kako ZigBee zagotavlja varnost podatkov?
ZigBee za prenos podatkov uporablja simetrično šifriranje AES z dolžino ključa 128 bitov. Konec leta 2019 pa je postala znana varnostna ranljivost luči Philips Hue, ki je izkoristila šibkost protokola ZigBee. To je napadalcem omogočilo dostop do omrežja prek mostu. Z naknadno posodobitvijo programske opreme je proizvajalec Signify odpravil ranljivost.
Kaj je DotDot?
DotDot (znana tudi kot knjižnica grozdov ZigBee) je aplikacijska plast protokola ZigBee v modelu OSI. DotDot kot univerzalni jezik za naprave IoT omogoča tudi preprosto komunikacijo med napravami pametnega doma v različnih omrežjih. Za to je bila knjižnica grozdov ZigBee prilagojena drugim protokolom. To daje napravam z različnimi radijskimi standardi, kot so WiFi, Bluetooth, Z-Wave, NB-IoT in Sigfox, skupno raven, na kateri lahko komunicirajo.
DotDot ponuja skupen jezik za izdelke pametnega doma.
Kakšne so razlike med ZigBee in drugimi brezžičnimi standardi?
|
Max. |
Doseg |
frekvenčno |
Poraba |
Področja uporabe |
|
|---|---|---|---|---|---|
|
ZigBee |
250 kbit / s |
10-15 m |
2,4 GHz |
nizko |
Senzorji, |
|
BREZŽIČNI DOSTOP DO INTERNETA |
1.000 - |
50 m |
2,4-2,4835 GHz 5,0–5,7 GHz |
Visoko |
Usmerjevalniki, |
|
Bluetooth |
1 - 3 Mbit / s |
10 m |
2.400 - 2.483 MHz |
nizko |
Potrošna |
|
Z-val |
9,6 - 40 Kbit / s |
30 m |
868 MHz |
nizko |
Senzorji, |
|
EnOcean |
125 kbit / s |
30 m |
868 MHz |
zelo nizko |
Senzorji, |
- WLAN: Običajni standard WLAN WiFi 5 prenaša podatke več kot tisočkrat hitreje kot ZigBee, vendar porabi tudi veliko električne energije. To je potrebno pri prenosu videa s pametne nadzorne kamere zaradi velike količine podatkov. Po drugi strani baterijski termostat, ki pošilja samo temperaturo, ne zahteva tako velike pasovne širine in koristi bolj ekonomičen brezžični standard, kot je ZigBee.
- Bluetooth: ponuja tudi višjo hitrost prenosa podatkov kot ZigBee, vendar s krajšim dosegom. Iz tega razloga Bluetooth prevladuje v brezžičnih slušalkah in nosljivih napravah, ki pošiljajo signale v nekaj metrih. Ko gre za senzorje v različnih prostorih, je ZigBee očitno korak naprej.
- Z-Wave: Je glavni konkurent ZigBeeja na področju pametnih domov. Nizkoenergijski protokol se uporablja tudi s številnimi senzorji in svetlobnimi viri, ponuja visoko združljivost in, tako kot ZigBee, velik obseg zahvaljujoč mrežnim omrežjem. Vendar je ameriško podjetje Silicon Labs lastnik pravic do tehnologije. Za razliko od ZigBee Z-Wave ni odprtokodni standard. To pomeni, da proizvajalci protokola ne morejo prilagoditi.
- EnOcean: Uporablja se samo z ultra nizkoenergijskimi senzorji, ki proizvajajo elektriko s temperaturnimi razlikami in premiki in tako upravljajo brez baterij in zunanjih virov energije. ZigBee 3.0 to funkcijo podpira tudi s specifikacijo Green Power. Na splošno je EnOcean manj pogost kot ZigBee.
Katere so prednosti in slabosti ZigBee?
Prednosti ZigBee
- Majhna poraba energije: senzorji in druge pametne domače naprave se lahko dolgo časa hranijo na svojih baterijah.
- Visoka združljivost: ZigBee Alliance ima več sto članov, vključno s proizvajalci, kot so Osram, IKEA, Belkin in Signify. Z ZigBee 3.0 lahko izdelke pametnega doma različnih proizvajalcev lažje povežete v omrežje.
- Odprta koda: Koda ZigBee je na voljo vsem. Tako lahko proizvajalci v svoje izdelke uvedejo dodatne funkcije.
- Dolge razdalje: v mrežastih omrežjih vozlišča delujejo kot repetitorji. V velikih hišah in stanovanjih to znatno izboljša doseg v primerjavi z omrežjem WLAN.
Proti ZigBee
- Združljivost med napravami ZigBee: Odprtokodna koda je bila v preteklosti še posebej neugodna z vidika združljivosti. Ker je vsak proizvajalec uvedel dodatne specifikacije, starejše naprave ZigBee različnih znamk med seboj niso nujno združljive. Od uvedbe ZigBee 3.0 pa je standard postal bolj enoten.
- Združljivost z drugimi radijskimi standardi: Kdor želi izdelke ZigBee Smart Home povezati v omrežje z napravami WLAN ali Bluetooth, potrebuje prehod. Ker se številni pametni domači sistemi, kot sta HomeKit ali Google Home, zanašajo na WLAN, morajo uporabniki načrtovati stroške prehoda.
Ali Amazon Alexa, Apple HomeKit in Google Smart Home podpirajo ZigBee?
- Če svoje pametne domače naprave nadzorujete prek Alexa, so Echo Plus, Echo Show ali Echo Studio pametno domače vozlišče, ki lahko nadzoruje tudi naprave ZigBee. Alexa z ukazom »Odkrij moje naprave« išče obstoječe komponente pametnega doma.
- Izdelki Google Home ne morejo neposredno komunicirati z napravami ZigBee. Težavo reši prehod, kot je SmartThings Hub podjetja Samsung ali Philips Hue Bridge. S tem je na primer vtičnice SmartThings mogoče vklopiti in izklopiti s pomočjo Google Assistant.
- Izdelke Apple HomeKit lahko seznanite samo z napravami WLAN ali Bluetooth Smart Home. Tudi tu pomaga prehod. Na primer Homee Smart Home Center je združljiv s sistemom HomeKit. Mixtile Hub kitajske blagovne znamke Focalcrest prevaja tudi med napravami HomeKit in ZigBee.
Kateri pametni sistemi za dom uporabljajo ZigBee?
- Philips Hue
- Ikea Tradfri
- Osram
- Xiaomi
- Samsung SmartThings
- Pametni dom Homee
- Bosch
Kateri pametni izdelki za dom uporabljajo ZigBee?
ZigBee združljive svetilke
- Philips Hue
- Osram Smart +
- Paulmann LED
- Sengled (Telekom Magenta)
- Ikea Tradfri
- Shyne
- Immax Neo Smart LED
- Q Smart Home Lights (Neuhaus Lightning Groups)
- LG vklop / izklop zatemnitve LED luči
- Müllerjeva luč
ZigBee združljivi senzorji gibanja, vodni senzorji in temperaturni senzorji
- Philips Hue zunanji detektor gibanja, detektor gibanja
- Osram Smart + detektor gibanja
- Schwaiger detektor gibanja
- Samsung SmartThings (senzor za okna in vrata, vodni senzor)
- Ecolink senzor za vrata in okna
- Zaupajte pametnemu senzorju gibanja za dom
- Heiman pametni vodni senzor za dom
- Senzor za vodo Zipato
- Senzor za vodo Xiaomi
- Zaupajte senzor za vodo ZWLD-1000
- Smart senzor temperature Aqara (Xiaomi)
- Senzor temperature in vlažnosti Somfy
- Lupus Electronics Mini temperaturni senzor
- Bitronski senzor temperature in vlažnosti
- WeMo alarmni senzor (Belkin)
ZigBee kompatibilna stikala, senzorji za zatemnitev in vtičnice
- Tahoma stikalo
- Pametno stikalo Tint / Müller-Licht
- Sonoff Touch Smart Switch
- Vtičnica Ikea Tradfri
- Osram Smart + Plug
- Ledvance Smart + Plug
ZigBee združljivi detektorji dima in alarmne sirene
- Telekomov pametni domači detektor dima (Bitron Home)
- Pametni detektor dima Tuya
- W4 detektor dima (Honeywell)
- SwannOne zunanja sirena
- Heiman ZigBee alarmna sirena
- Heiman ZigBee detektor ogljikovega monoksida
ZigBee združljive pametne ključavnice
- Inteligentna ključavnica vrat 365plusZ3 (Samsung)
- Kwikset Smartcode SmartCode Deadbolt