Energeticky efektívny rádiový protokol ZigBee využíva množstvo inteligentných domácich senzorov a osvetľovacích systémov. Brány inteligentnej domácnosti umožňujú komunikáciu s ostatnými systémami inteligentnej domácnosti. Vysvetľujeme, ako ZigBee funguje a ktoré produkty inteligentnej domácnosti sú kompatibilné.
ZigBee: Najdôležitejšie veci na prvý pohľad
- ZigBee je nízkoenergetický bezdrôtový protokol pre inteligentnú domácnosť, ktorý vyvíja Aliancia ZigBee.
- Od verzie ZigBee 3.0 sú zariadenia ZigBee od rôznych výrobcov navzájom kompatibilné.
- Pomocou takzvaných sieťových sietí sa dá zväčšiť dosah zariadení, pretože jednotlivé uzly fungujú ako opakovače.
- ZigBee Bridge vytvára v sieti most medzi zariadeniami a ovládacou aplikáciou. Niektoré mosty navyše môžu komunikovať aj so zariadeniami WLAN a Bluetooth od iných značiek. Produkty ZigBee je možné používať aj s Google Home alebo Apple HomeKit.
- Amazon Echo Plus, Echo Show a Echo Studio sú kompatibilné so ZigBee. To znamená, že zariadenia ZigBee je možné ovládať pomocou Alexa aj bez ďalšej brány.
Čo je ZigBee?
Notebooky, smartphony a inteligentné domáce zariadenia používajú na bezdrôtovú komunikáciu rôzne rádiové protokoly. Líšia sa z hľadiska použitého frekvenčného rozsahu, šírky pásma, topológie siete a spôsobu prenosu správ.
Od roku 2002 Aliancia ZigBee vyvinula nízkoenergetický rádiový protokol ZigBee. V združení je teraz viac ako 230 spoločností vrátane spoločností Samsung, Osram, Somfy, Amazon, Huawei a Ikea. Stanovenými cieľmi sú vysoká kompatibilita medzi zariadeniami od rôznych výrobcov, nízka spotreba energie a otvorený štandard.
Produkty certifikované pred alianciou ZigBee spolupracujú s ľubovoľnou platformou s podporou ZigBee.
Ako funguje ZigBee?
Všetky rádiové protokoly pozostávajú z niekoľkých vrstiev podľa modelu OSI. Tieto pravidlá upravujú rôzne komunikačné úlohy. Patrí sem fyzický prenos signálu, šifrovanie, zabránenie preťaženiu dát a zobrazenie v rôznych aplikáciách. Používatelia interagujú iba s hornou vrstvou, zatiaľ čo spodné pracujú na pozadí.
V prvých dvoch vrstvách, ako napríklad Bluetooth, používa ZigBee štandard IEEE 802.15.4, ktorý využíva pásmo ISM (priemyselné, vedecké a lekárske pásmo) vo frekvenčnom rozsahu 2,4 GHz. Charakteristikou tohto štandardu sú dlhé prestávky v prenose dát. To znamená, že každý uzol siete môže prejsť do určitého druhu režimu spánku, čo v porovnaní s inými štandardmi šetrí veľa energie. Gombíková batéria zabudovaná do senzora ZigBee vydrží niekoľko rokov.
ZigBee sa vyznačuje nízkou spotrebou energie a vysokou vzájomnou kompatibilitou.
Špecifikácia ZigBee definuje komunikáciu v horných vrstvách (3 až 7). Rôzne zariadenia ZigBee vytvárajú vzájomnú komunikáciu prostredníctvom bezdrôtovej osobnej siete (WPAN). Každá sieť ZigBee môže byť jedinečne identifikovaná 64-bitovou adresou.
ZigBee definuje protokol pre vrstvy 3 až 7 modelu OSI. Horná vrstva Dotdot umožňuje komunikáciu s inými rádiovými štandardmi.
Ako funguje sieť ZigBee?
Sieť ZigBee sa skladá z koordinátora, smerovačov a koncových zariadení. Smerovače si navzájom vymieňajú dátové pakety. Koordinátor je smerovač, ktorý tiež aktivuje sieť. Koncové zariadenia komunikujú iba s ich smerovačom. Väčšinou ste v režime spánku, a preto spotrebúvate veľmi málo energie. Pripájajú sa k routeru v stanovených intervaloch a zisťujú, či pre nich nemá nejaké správy.
Siete ZigBee používajú hviezdnu, stromovú alebo sieťovú topológiu. Hviezdna topológia poskytuje koordinátora / smerovač a niekoľko koncových zariadení. Posledné menované subjekty nemôžu navzájom komunikovať priamo, ale iba prostredníctvom koordinátora. Ak tento centrálny uzol zlyhá, výmena dát už nie je možná.
V stromovej topológii je koordinátor, niekoľko smerovačov a terminálov. Každé koncové zariadenie (dieťa) komunikuje s príslušným smerovačom (rodičom), smerovač s koordinátorom v stromovej štruktúre.
V sieťovej topológii sú smerovače tiež navzájom prepojené. To umožňuje mnoho alternatívnych ciest na prenos údajov z uzla A do uzla B. Z tohto dôvodu väčšina inteligentných domácich systémov ovládaných ZigBee používa sieťové siete. Povolených je až 65 000 uzlov. Na druhej strane, smerovače vyžadujú viac energie ako jednoduché koncové zariadenia. To skracuje životnosť batérií.
V sieťových sieťach je možné dáta posielať ďalej aj napriek chybným uzlom.
Čo je ZigBee Bridge?
Most funguje ako most medzi zariadeniami inteligentnej domácnosti ZigBee a ovládacou aplikáciou v smartfóne alebo v cloude. V závislosti od výrobcu sa most nazýva aj uzlom alebo bránou. Mosty môžu niekedy ovládať aj zariadenia ZigBee od iných výrobcov. Napríklad most Philips Hue Bridge je schopný komunikovať s hruškami Ikea Tradfri. To šetrí používateľom peniaze za druhú bránu.
ZigBee zariadenia navyše nie je možné ľahko spárovať so zariadeniami WLAN, Bluetooth alebo Z-Wave, pretože hovoria iným jazykom. Niektoré brány ZigBee, ako napríklad ústredie Homee, most Philips Hue Bridge alebo SmartThings Hub, však môžu prekladať medzi rôznymi bezdrôtovými štandardmi. To znamená, že inteligentné žiarovky Philips Hue je možné používať s produktmi Google Home napríklad na vytváranie rutín, aj keď je Google Home založený na WiFi.
Žiarovky Ikea Tradfri používajú ZigBee. Brána tvorí most medzi zdrojmi svetla a aplikáciou.
Ako ďaleko ZigBee siaha?
Rozsah produktov ZigBee Smart Home je 10 až 15 metrov. Môže sa však zvýšiť v sieťových sieťach. Jednotlivé zariadenia tvoria sieťové uzly, ktoré fungujú ako opakovače a zosilňujú signál. Podľa Signify (Philips Hue) sú možné dosahy až 100 metrov.
Čo je ZigBee 3.0?
Okrem hlavného protokolu ZigBee v minulosti existovali rôzne špecifikácie.
V porovnaní so štandardným protokolom ZigBee ponúkol ZigBee Pro (2007) vylepšené zabezpečenie a viac možností topológie. Rovnako ako rádiový štandard EnOcean, aj spoločnosť Green Power využívala princíp zberu energie, ktorý umožňuje snímače nezávislé od energie. RF4CE (Radio Frequency for Consumer Electronics) sa používal na diaľkové ovládanie elektrických zariadení pomocou diaľkových ovládačov. ZigBee IP regulovaná komunikácia medzi lokálnou sieťou a internetom. Každá špecifikácia pozostávala z niekoľkých modulov v závislosti od oblasti použitia (automatizácia budov, osvetlenie, zdravotníctvo).
Z dôvodu rôznych špecifikácií neboli inteligentné domáce zariadenia ZigBee často navzájom kompatibilné. V roku 2015 Aliancia ZigBee oznámila nový bezdrôtový štandard ZigBee 3.0, ktorý kombinuje ZigBee Pro, Green Power, IP a RF4CE. Má zvýšiť interoperabilitu medzi zariadeniami inteligentnej domácnosti a je kompatibilný smerom nadol.
Ako ZigBee zaisťuje bezpečnosť dát?
ZigBee používa na prenos dát symetrické šifrovanie AES s dĺžkou kľúča 128 bitov. Na konci roku 2019 však bola objavená bezpečnostná medzera v svetlách Philips Hue, ktorá využila slabinu protokolu ZigBee. To umožnilo útočníkom prístup do siete cez most. V následnej aktualizácii softvéru vylúčil výrobca Signify zraniteľnosť.
Čo je DotDot?
DotDot (tiež známy ako ZigBee Cluster Library) je aplikačná vrstva protokolu ZigBee v modeli OSI. Ako univerzálny jazyk pre zariadenia IoT umožňuje DotDot tiež jednoduchú komunikáciu medzi zariadeniami inteligentnej domácnosti v rôznych sieťach. Z tohto dôvodu bola klastrová knižnica ZigBee prispôsobená iným protokolom. To dáva zariadeniam s rôznymi rádiovými štandardmi, ako sú WiFi, Bluetooth, Z-Wave, NB-IoT a Sigfox, spoločnú úroveň, na ktorej môžu komunikovať.
DotDot poskytuje spoločný jazyk pre výrobky inteligentnej domácnosti.
Aké sú rozdiely medzi ZigBee a inými bezdrôtovými štandardmi?
|
Max. |
Dosah |
frekvenčný |
Spotreba |
aplikačné |
|
|---|---|---|---|---|---|
|
ZigBee |
250 kbit / s |
10-15 m |
2,4 GHz |
nízka |
Senzory, |
|
BEZDRÁTOVÝ PRÍSTUP K INTERNETU |
1 000 - |
50 m |
2,4 - 2,4835 GHz 5,0-5,7 GHz |
Vysoký |
Smerovače, |
|
Bluetooth |
1 - 3 Mbit / s |
10 m |
2 400 - 2 483 MHz |
nízka |
Spotrebná |
|
Z-Wave |
9,6 - 40 Kbit / s |
30 m |
868 MHz |
nízka |
Senzory, |
|
EnOcean |
125 kbit / s |
30 m |
868 MHz |
veľmi nízky |
Senzory, |
- WLAN: Bežný štandard WLAN WiFi 5 prenáša dáta viac ako tisíckrát rýchlejšie ako ZigBee, ale tiež spotrebuje veľa elektriny. To je nevyhnutné pri prenose videa z inteligentnej dozornej kamery z dôvodu veľkého množstva údajov. Batériový termostat, ktorý vysiela iba teplotu, na druhej strane nevyžaduje takú veľkú šírku pásma a ťaží z ekonomickejšieho bezdrôtového štandardu, ako je ZigBee.
- Bluetooth: Ponúka tiež vyššiu rýchlosť prenosu dát ako ZigBee, ale s menším dosahom. Z tohto dôvodu prevláda Bluetooth v bezdrôtových slúchadlách a prenosných zariadeniach, ktoré vysielajú signály do niekoľkých metrov. Pokiaľ ide o snímače v rôznych miestnostiach, ZigBee je jednoznačne o krok vpred.
- Z-Wave: Je hlavným konkurentom spoločnosti ZigBee v oblasti inteligentných domov. Nízkoenergetický protokol sa tiež používa u mnohých senzorov a svetelných zdrojov, ponúka vysokú kompatibilitu a podobne ako ZigBee aj vďaka sieťovým sieťam veľký dosah. Práva na túto technológiu však vlastní americká spoločnosť Silicon Labs. Na rozdiel od ZigBee nie je Z-Wave štandardom otvoreného zdroja. To znamená, že výrobcovia nemôžu prispôsobiť protokol.
- EnOcean: Používa sa iba so senzormi s veľmi nízkou spotrebou energie, ktoré generujú elektrinu prostredníctvom teplotných rozdielov a pohybov, a teda fungujú bez batérií a externých zdrojov energie. ZigBee 3.0 podporuje túto funkciu aj so špecifikáciou Green Power. Celkovo je EnOcean menej častý ako ZigBee.
Aké sú klady a zápory ZigBee?
Výhody ZigBee
- Nízka spotreba energie: senzory a ďalšie inteligentné domáce zariadenia môžu využívať svoje batérie roky.
- Vysoká kompatibilita: Aliancia ZigBee má niekoľko stoviek členov vrátane výrobcov ako Osram, IKEA, Belkin a Signify. Počnúc ZigBee 3.0 je možné inteligentné domáce výrobky od rôznych výrobcov ľahšie prepojiť.
- Otvorený zdrojový kód: Kód ZigBee je k dispozícii všetkým. Výrobcovia tak môžu do svojich výrobkov implementovať ďalšie funkcie.
- Dlhý dosah: V sieťových sieťach fungujú uzly ako opakovače. Vo veľkých domoch a bytoch to výrazne zlepšuje dosah v porovnaní s WLAN.
Nevýhody ZigBee
- Kompatibilita medzi zariadeniami ZigBee: Open source kód bol v minulosti z hľadiska kompatibility obzvlášť nevýhodný. Pretože každý výrobca implementoval ďalšie špecifikácie, staršie zariadenia ZigBee od rôznych značiek nie sú navzájom nevyhnutne kompatibilné. Od zavedenia ZigBee 3.0 sa však štandard stal jednotnejším.
- Kompatibilita s inými bezdrôtovými štandardmi: Ak chcete sieťové produkty ZigBee Smart Home pripojiť k sieťam WLAN alebo Bluetooth, potrebujete bránu. Pretože veľa inteligentných domácich systémov, ako je HomeKit alebo Google Home, sa spolieha na WLAN, musia si používatelia naplánovať náklady na bránu.
Podporujú Amazon Alexa, Apple HomeKit a Google Smart Home ZigBee?
- Ak ovládate svoje inteligentné domáce zariadenia pomocou Alexa, Echo Plus, Echo Show alebo Echo Studio sú inteligentným domácim rozbočovačom, ktorý dokáže ovládať aj zariadenia ZigBee. Pomocou príkazu „Objavte moje zariadenia“ Alexa vyhľadá existujúce komponenty inteligentnej domácnosti.
- Produkty Google Home nemôžu komunikovať priamo so zariadeniami ZigBee. Problém rieši brána ako SmartThings Hub od Samsungu alebo Philips Hue Bridge. Vďaka tomu sa dajú napríklad zásuvky SmartThings zapínať a vypínať prostredníctvom asistenta Google.
- Produkty Apple HomeKit je možné spárovať iba priamo so zariadeniami WLAN alebo Bluetooth Smart Home. Aj tu pomáha brána. Homee Smart Home Center je napríklad kompatibilný s HomeKit. Mixtile Hub od čínskej značky Focalcrest tiež prekladá medzi zariadeniami HomeKit a ZigBee.
Ktoré systémy inteligentnej domácnosti používajú ZigBee?
- Philips Hue
- Ikea Tradfri
- Osram
- Xiaomi
- Samsung SmartThings
- Homee Smart Home
- Bosch
Ktoré produkty pre inteligentné domácnosti používajú ZigBee?
ZigBee kompatibilné žiarovky
- Philips Hue
- Osram Smart +
- Paulmann LED
- Sengled (Telekom Magenta)
- Ikea Tradfri
- Shyne
- Inteligentná LED dióda Immax Neo
- Q Smart Home Lights (bleskové skupiny Neuhaus)
- Stmievajúce LED svetlo LG
- Müllerovo svetlo
ZigBee kompatibilné snímače pohybu, snímače vody a teploty
- Vonkajší detektor pohybu, detektor pohybu, Philips Hue
- Detektor pohybu Osram Smart +
- Schwaigerov detektor pohybu
- Samsung SmartThings (snímač okien a dverí, snímač vody)
- Senzor dverí a okien Ecolink
- Dôverujte inteligentnému snímaču pohybu pre domácnosť
- Inteligentný domáci vodný senzor Heiman
- Senzor vody Zipato
- Xiaomi vodný senzor
- Dôverujte senzoru vody ZWLD-1000
- Inteligentný snímač teploty Aqara (Xiaomi)
- Somfy snímač teploty a vlhkosti
- Mini teplotný snímač Lupus Electronics
- Bitrónový snímač teploty a vlhkosti
- Senzor alarmu WeMo (Belkin)
Spínače, stmievacie senzory a zásuvky kompatibilné so ZigBee
- Tahoma prepínač
- Inteligentný spínač Tint / Müller-Licht
- Inteligentný prepínač Sonoff Touch
- Zásuvka Ikea Tradfri
- Osram Smart + Plug
- Ledvance Smart + zástrčka
Detektory dymu a poplašné sirény kompatibilné so ZigBee
- Inteligentný domáci detektor dymu Telekom (Bitron Home)
- Inteligentný domáci detektor dymu Tuya
- Detektor dymu W4 (Honeywell)
- Vonkajšia siréna SwannOne
- Poplachová siréna Heiman ZigBee
- Detektor oxidu uhoľnatého Heiman ZigBee
Kompatibilné inteligentné zámky ZigBee
- Inteligentný zámok dverí 365plusZ3 (Samsung)
- Kwikset Smartcode SmartCode Deadbolt
