U ovom današnjem svijetu komunikacije dostupni su brojni standardi komunikacije s velikom brzinom prijenosa podataka, ali niti jedan od njih ne udovoljava komunikacijskim standardima senzora i upravljačkih uređaja. Ovi komunikacijski standardi s velikom brzinom prijenosa podataka zahtijevaju nisku latenciju i nisku potrošnju energije čak i pri manjim širinama pojasa. Zigbee tehnologija dostupnih vlasničkih bežičnih sustava jeftina je i troši malo energije, a njene izvrsne i izvrsne karakteristike čine ovu komunikaciju najprikladnijom za nekoliko ugrađenih aplikacija , industrijska kontrola i automatizacija kuće itd. Raspon Zigbee tehnologije za udaljenosti prijenosa uglavnom se kreće od 10 - 100 metara na temelju izlazne snage kao i karakteristika okoliša.
Što je Zigbee tehnologija?
Zigbee komunikacija posebno je izgrađena za upravljačke i senzorske mreže na IEEE 802.15.4 standardu za bežične osobne mreže (WPAN), a proizvod je iz Zigbee saveza. Ovaj komunikacijski standard definira fizički i Media Access Control (MAC) slojeve za rukovanje mnogim uređajima s malim brzinama podataka. Ovi Zigbee-ovi WPAN-ovi rade na frekvencijama 868 MHz, 902-928MHz i 2,4 GHz. Brzina prijenosa podataka od 250 kbps najpogodnija je za povremeni, kao i za međusobni dvosmjerni prijenos podataka između senzora i kontrolera.
Što je Zigbee tehnologija?
Zigbee je mreža s niskim troškovima i s malo snage koja je široko raspoređena za kontrolu i nadzor aplikacija gdje pokriva 10-100 metara unutar dometa. Ovaj je komunikacijski sustav jeftiniji i jednostavniji od drugog vlasničkog kratkog dometa bežične senzorske mreže kao Bluetoot h i Wi-Fi.
Zigbee modem
Zigbee podržava različite mrežne konfiguracije za master za master ili master za slave komunikacije. Također, može se raditi u različitim načinima rada, što rezultira uštedom baterije. Zigbee mreže mogu se proširiti korištenjem usmjerivača i omogućuju međusobno povezivanje mnogih čvorova radi izgradnje šire mreže.
Povijest Zigbee tehnologije
1990. godine implementirane su digitalne radio mreže s samoorganizirajućim ad hoc. Zigbee specifikacija poput IEEE 802.15.4-2003 odobrena je 2004. godine, 14. prosinca. Specifikaciju 1.0 najavio je Zigbee Alliance 2005. godine, 13. lipnja, pod nazivom Specifikacija ZigBee 2004.
Biblioteka klastera
2006. godine, rujna, najavljena je Specifikacija Zigbee 2006 zamjenom hrpe iz 2004. godine. Dakle, ova specifikacija uglavnom zamjenjuje strukturu parova ključ / vrijednost, kao i poruku korištenu unutar steka iz 2004. kroz knjižnicu klastera.
Biblioteka uključuje skup dosljednih naredbi, planiranih ispod grupa koje se nazivaju klasteri s imenima poput Automatizacija kuće, Pametna energija i Svjetlosna veza ZigBee-a. 2017. godine Zigbee Alliance knjižnicu je preimenovao u Dotdot i najavio kao novi protokol. Dakle, ovaj Dotdot radio je za približno sve Zigbee uređaje kao zadani sloj aplikacije.
Zigbee Pro
U 2007. godini Zigbee Pro poput Zigbee 2007 je finaliziran. To je jedna vrsta uređaja koji radi na naslijeđenoj Zigbee mreži. Zbog razlika u mogućnostima usmjeravanja, ti bi se uređaji trebali pretvoriti u ZED-ove ili krajnje uređaje Zigbee-a (ZED-ovi) koji ne usmjeravaju na naslijeđenoj Zigbee mreži. Naslijeđeni Zigbee uređaji moraju se pretvoriti u Zigbee završne uređaje na mreži Zigbee Pro. Funkcionira kroz 2,4 GHz ISM opseg, kao i uključuje opseg ispod GHz.
Kako Zigbee tehnologija djeluje?
Zigbee tehnologija radi s digitalnim radio uređajima dopuštajući različitim uređajima da međusobno komuniciraju. Uređaji koji se koriste u ovoj mreži su usmjerivač, koordinator kao i krajnji uređaji. Glavna funkcija ovih uređaja je isporuka uputa i poruka od koordinatora na pojedinačne krajnje uređaje, poput žarulje.
U ovoj je mreži koordinator najvažniji uređaj koji je postavljen na izvoru sustava. Za svaku mrežu postoji jednostavno jedan koordinator koji se koristi za izvršavanje različitih zadataka. Odabiru prikladan kanal za skeniranje kanala, kao i za pronalaženje najprikladnijeg uz minimalne smetnje, dodjeljuju ekskluzivni ID kao i adresu svakom uređaju u mreži kako bi se poruke u suprotnom mogle prenijeti u mrežu .
Usmjerivači su raspoređeni između koordinatora kao i krajnjih uređaja koji su odgovorni za usmjeravanje poruka između različitih čvorova. Usmjerivači dobivaju poruke od koordinatora i pohranjuju ih dok njihovi krajnji uređaji ne dođu u situaciju da ih dobiju. Oni također mogu dopustiti povezivanje mreže drugim krajnjim uređajima, kao i usmjerivačima
U ovoj mreži malim podacima mogu upravljati krajnji uređaji komunikacijom s roditeljskim čvorom poput usmjerivača ili koordinatora na temelju tipa Zigbee mreže. Krajnji uređaji ne razgovaraju izravno jedni kroz druge. Prvo, sav promet može se usmjeriti prema roditeljskom čvoru poput usmjerivača, koji drži ove podatke sve dok prijemni kraj uređaja ne dođe u situaciju da to sazna. Krajnji uređaji koriste se za traženje poruka koje čekaju od roditelja.
Zigbee arhitektura
Struktura Zigbee sustava sastoji se od tri različite vrste uređaja kao što su Zigbee koordinator, usmjerivač i završni uređaj. Svaka Zigbee mreža mora se sastojati od najmanje jednog koordinatora koji djeluje kao korijen i most mreže. Koordinator je odgovoran za rukovanje i pohranu podataka tijekom izvođenja operacija primanja i prijenosa podataka.
Zigbee usmjerivači djeluju kao posrednički uređaji koji omogućuju da podaci prelaze tamo-amo kroz njih na druge uređaje. Krajnji uređaji imaju ograničenu funkcionalnost za komunikaciju s roditeljskim čvorovima tako da se štedi baterija kako je prikazano na slici. Broj usmjerivača, koordinatora i krajnjih uređaja ovisi o vrsti mreža kao što su zvijezde, stabla i mrežaste mreže.
Arhitektura Zigbee protokola sastoji se od niza različitih slojeva gdje IEEE 802.15.4 definiran je fizičkim i MAC slojevima dok se ovaj protokol dovršava akumuliranjem Zigbee-ovih vlastitih mrežnih i aplikacijskih slojeva.
Arhitektura tehnologije ZigBee
Fizički sloj : Ovaj sloj vrši modulacijske i demodulacijske operacije pri odašiljanju odnosno primanju signala. Frekvencija, brzina prijenosa podataka i broj kanala ovog sloja navedeni su u nastavku.
MAC sloj : Ovaj je sloj odgovoran za pouzdan prijenos podataka pristupanjem različitim mrežama s izbjegavanjem sudara višestrukog pristupa s osjećajem nositelja (CSMA). Ovo također prenosi beacon okvire za sinkronizaciju komunikacije.
Mrežni sloj : Ovaj se sloj brine o svim mrežnim operacijama, poput postavljanja mreže, povezivanja krajnjeg uređaja i prekida veze s mrežom, usmjeravanja, konfiguracije uređaja itd.
Podrazina za podršku aplikacijama : Ovaj sloj omogućuje usluge potrebne objektima Zigbee uređaja i objektima aplikacija da se povežu s mrežnim slojevima za usluge upravljanja podacima. Ovaj je sloj odgovoran za podudaranje dvaju uređaja prema njihovim uslugama i potrebama.
Okvir primjene : Pruža dvije vrste podatkovnih usluga kao par ključ / vrijednost i generičke usluge poruka. Generička poruka je struktura koju definira programer, dok se par ključ / vrijednost koristi za dobivanje atributa unutar objekata aplikacije. ZDO pruža sučelje između aplikacijskih objekata i APS sloja u Zigbee uređajima. Odgovorna je za otkrivanje, pokretanje i povezivanje drugih uređaja s mrežom.
Zigbee načini rada i njegove topologije
Dvosmjerni podaci Zigbeea prenose se u dva načina: način bez svjetionika i način praćenja. U modu svjetionika, koordinatori i usmjerivači neprestano nadgledaju aktivno stanje dolaznih podataka, stoga se troši više energije. U ovom načinu usmjerivači i koordinatori ne spavaju jer se bilo koji čvor u bilo kojem trenutku može probuditi i komunicirati.
Međutim, potrebno je više napajanja, a ukupna potrošnja energije je mala, jer je većina uređaja u mreži neaktivno tijekom duljih razdoblja. U modu svjetionika, kada nema podatkovne komunikacije s krajnjih uređaja, usmjerivači i koordinatori prelaze u stanje mirovanja. Povremeno se ovaj koordinator budi i šalje svjetionike usmjerivačima u mreži.
Ove beacon mreže rade za vremenske termine, što znači da djeluju kada potrebna komunikacija rezultira nižim radnim ciklusima i duljim korištenjem baterije. Ovi način rada Zigbee-a za praćenje i ne-praćenje mogu upravljati periodičnim (podaci senzora), isprekidanim (prekidači svjetla) i ponavljajućim vrstama podataka.
Zigbee topologije
Zigbee podržava nekoliko mrežnih topologija, međutim, najčešće korištene konfiguracije su topologije zvijezda, mreža i stabla klastera. Bilo koja se topologija sastoji od jednog ili više koordinatora. U topologiji zvijezda, mreža se sastoji od jednog koordinatora koji je odgovoran za pokretanje i upravljanje uređajima preko mreže. Svi ostali uređaji nazivaju se završnim uređajima koji izravno komuniciraju s koordinatorom.
To se koristi u industrijama u kojima su potrebni svi krajnji uređaji komunicirati sa središnjim upravljačem , a ova je topologija jednostavna i laka za primjenu. U topologijama mreža i stabala, Zigbee mreža proširena je s nekoliko usmjerivača gdje je koordinator odgovoran za njihovo usmjeravanje. Te strukture omogućuju bilo kojem uređaju da komunicira s bilo kojim susjednim čvorom radi pružanja suvišnosti podataka.
Ako bilo koji čvor ne uspije, te se topologije automatski usmjeravaju na druge uređaje. Kako je tehnološki višak glavni faktor u industriji, stoga se uglavnom koristi mrežasta topologija. U mreži stabla klastera svaki se klaster sastoji od koordinatora s čvorovima listova, a ti su koordinatori povezani s matičnim koordinatorom koji pokreće cijelu mrežu.
Zbog prednosti Zigbee tehnologije poput jeftinih i niskoenergetskih načina rada i njenih topologija, ova komunikacijska tehnologija kratkog dometa najprikladnija je za nekoliko aplikacija u usporedbi s drugim zaštićenim komunikacijama, kao što su Bluetooth, Wi-Fi, itd. Neke od njih usporedbe poput raspona Zigbee-a, standarda itd. date su u nastavku.
Zašto niske stope podataka u Zigbeeu?
Znamo da su na tržištu dostupne različite vrste bežičnih tehnologija, kao što su Bluetooth, kao i WiFi koji pruža veliku brzinu podataka. No, brzina prijenosa podataka u Zigbeeu manja je jer je glavna svrha razvoja ZigBeea njegova upotreba u bežičnom upravljanju, kao i nadgledanju.
Količina podataka, kao i frekvencija komunikacije koja se koristi u takvim aplikacijama, izuzetno je mala. Iako je vjerojatno da će mreža poput IEEE 802.15.4 postići visoke brzine prijenosa podataka, pa se Zigbee tehnologija temelji na mreži IEEE 802.15.4.
Zigbee tehnologija u IoT-u
Znamo da je Zigbee jedna vrsta komunikacijske tehnologije slična Bluetooth-u, ali i WiFi-u, međutim, postoje i brojne nove mrežne alternative u usponu poput Thread-a koja je opcija za primjenu automatizacije kuće. U većim su gradovima Whitespace tehnologije primijenjene za šire slučajeve korištenja IoT-a.
ZigBee je specifikacija WLAN-a (bežične lokalne mreže) male snage. Omogućuje manje podataka koristeći manje energije često povezanih uređaja za isključivanje baterije. Zbog toga je otvoreni standard povezan putem M2M (stroj-stroj-komunikacija) komunikacije, kao i industrijski IoT (Internet stvari).
Zigbee je postao IoT protokol koji je prihvaćen na globalnoj razini. Već se natječe s Bluetoothom, WiFi-jem i Threadom.
Zigbee uređaji
Specifikacija IEEE 802.15.4 Zigbee uglavnom uključuje dva uređaja poput uređaja s punom funkcijom (FFD), kao i uređaja s smanjenom funkcijom (RFD). FFD uređaj izvršava različite zadatke koji su objašnjeni u specifikaciji i može usvojiti bilo koji zadatak unutar mreže.
RFD uređaj ima djelomične mogućnosti pa izvršava ograničene zadatke i ovaj uređaj može razgovarati s bilo kojim uređajem u mreži. Mora djelovati kao i obraćati pažnju unutar mreže. RFD uređaj može jednostavno razgovarati s FFD uređajem i koristi se u jednostavnim aplikacijama kao što je upravljanje prekidačem njegovim aktiviranjem i deaktiviranjem.
U IEEE 802.15.4 n / w, Zigbee uređaji igraju tri različite uloge poput koordinatora, PAN koordinatora i uređaja. Ovdje su FFD uređaji koordinator kao i PAN koordinator, dok je uređaj RFD / FFD uređaj.
Glavna funkcija koordinatora je prenošenje poruka. U osobnoj mreži, PAN kontroler je bitan kontroler i uređaj je poznat kao da uređaj nije koordinator.
ZigBee standard može stvoriti tri protokolarna uređaja, ovisno o Zigbee uređajima, PAN koordinatoru, koordinatoru i standardnim specifikacijama ZigBeea poput koordinatora, usmjerivača i krajnjeg uređaja o kojima se govori u nastavku.
Zigbee koordinator
U FFD uređaju to je koordinator PAN koji se koristi za formiranje mreže. Jednom kada se mreža uspostavi, ona dodjeljuje adresu mreže uređajima koji se koriste u mreži. Također, usmjerava poruke između krajnjih uređaja.
Zigbee usmjerivač
Zigbee usmjerivač je FFD uređaj koji omogućuje domet Zigbee mreže. Ovaj usmjerivač koristi se za dodavanje više uređaja u mrežu. Ponekad djeluje kao Zigbee krajnji uređaj.
Zigbee krajnji uređaj
Ovo nije usmjerivač ni koordinator koji sučelja sa senzorom fizički inače izvodi upravljačku operaciju. Na temelju aplikacije to može biti RFD ili FFD.
Zašto je ZigBee bolji od WiFi-a?
U Zigbeeu je brzina prijenosa podataka manja u usporedbi s WiFi-jem, tako da je najveća brzina jednostavno 250 kbps. To je vrlo manje u usporedbi s manjom brzinom WiFi-ja.
Još jedna najbolja kvaliteta Zigbeea je stopa iskorištavanja energije kao i vijek trajanja baterije. Njegov protokol traje nekoliko mjeseci, jer kad se jednom sastavi, možemo zaboraviti.
Koji uređaji koriste ZigBee?
Sljedeći popis uređaja podržava ZigBee protokol.
- Belkin WeMo
- Samsung SmartThings
- Yale pametne brave
- Philips Hue
- Termostati iz Honeywella
- Ikea Tradfri
- Boschevi sigurnosni sustavi
- Comcast Xfinity Box tvrtke Samsung
- Aktivno grijanje i dodaci za košnice
- Amazon Echo Plus
- Amazon Echo Show
Umjesto da svaki Zigbee uređaj povežete zasebno, za upravljanje svim uređajima potreban je središnji čvorište. Gore spomenuti uređaji, naime SmartThings, kao i Amazon Echo Plus, također se mogu koristiti poput Wink hub-a da igraju vitalnu ulogu u mreži. Središnje središte će skenirati mrežu za sve podržane uređaje i pruža vam jednostavnu kontrolu nad gornjim uređajima pomoću središnje aplikacije.
Koja je razlika između ZigBee i Bluetootha?
Razlika između Zigbeea i Bluetootha govori se u nastavku.
Bluetooth | Zigbee |
| Raspon frekvencija Bluetootha kreće se od 2,4 GHz - 2,483 GHz | Frekvencijski raspon Zigbee-a je 2,4 GHz
|
| Ima 79 RF kanala | Ima 16 RF kanala |
| Tehnika modulacije koja se koristi u Bluetooth-u je GFSK | Zigbee koristi različite tehnike modulacije poput BPSK, QPSK i GFSK. |
| Bluetooth uključuje čvorove s 8 stanica | Zigbee uključuje preko 6500 staničnih čvorova |
| Bluetooth koristi IEEE 802.15.1 specifikaciju | Zigbee koristi IEEE 802.15.4 specifikaciju |
| Bluetooth pokriva radio signal do 10 metara | Zigbee pokriva radio signal do 100 metara |
| Bluetooth-u trebaju 3 sekunde da se pridruži mreži | Zigbeeju treba 3 sekunde da se pridruži mreži |
| Domet mreže Bluetooth-a kreće se od 1 do 100 metara, ovisno o klasi klase.
| Domet mreže Zigbee je do 70 metara |
| Veličina hrpe protokola Bluetootha iznosi 250 Kbytes | Veličina sloga protokola Zigbee-a iznosi 28 Kbytes |
| Visina TX antene je 6 metara, dok je RX antena 1 metar | Visina TX antene je 6 metara, dok je RX antena 1 metar |
| Plavi zub koristi punjive baterije
| Zigbee ne koristi punjive baterije |
| Bluetooth zahtijeva manju propusnost | U usporedbi s Bluetoothom, potrebna mu je velika propusnost |
| TX snaga Bluetootha iznosi 4 dBm | TX snaga Zigbee-a iznosi 18 dBm
|
| Frekvencija Bluetootha je 2400 MHz | Frekvencija Zigbee-a je 2400 MHz |
| Pojačanje Tx antene Bluetootha je 0dB, dok RX -6dB | Pojačanje Tx antene u Zigbeeu je 0dB, dok RX -6dB |
| Osjetljivost je -93 dB | Osjetljivost je -102 dB |
| Marža Bluetootha je 20 dB | Granica zigbee-a je 20 dB |
| Domet Bluetooth-a je 77 metara | Domet Zigbee-a je 291 metar |
Koja je razlika između LoRa i ZigBee?
Glavna razlika između LoRa i Zigbeea razmatrana je u nastavku.
| LoRa | Zigbee |
| Frekvencijski opsezi LoRa kreću se od 863-870 MHz, 902-928 MHz i 779-787 MHz | Frekvencijski opsezi Zigbee-a su 868MHz, 915 MHz, 2450 MHz |
| LoRa pokriva udaljenost u urbanim područjima poput 2 do 5 km, dok u ruralnim područjima 15 km | Zigbee pokriva udaljenost od 10-100 metara |
| Potrošnja energije LoRa niska je u odnosu na Zigbee | Korištenje energije je malo |
| Tehnika modulacije koja se koristi u LoRa je FSK, inače GFSK | Tehnika modulacije koja se koristi u Zigbeeu je OQPSK i BPSK, a koristi DSSS metodu za promjenu bitova u čipove. |
| Brzina prijenosa podataka LoRa je 0,3 do 22 Kbps za LoRa modulaciju i 100 Kbps za GFSK | Brzina prijenosa podataka Zigbee je 20 kbps za 868 frekvencijski opseg, 40Kbps za 915 frekvencijski opseg i 250 kbps za 2450 frekvencijski opseg) |
| Mrežna arhitektura LoRa uključuje poslužitelje, LoRa Gateway i krajnje uređaje. | Mrežna arhitektura Zigbee usmjerivača, koordinatora i krajnjih uređaja. |
| Niz protokola LoRa uključuje PHY, RF, MAC i slojeve aplikacija | Skup protokola Zigbee uključuje PHY, RF, MAC, mrežnu sigurnost i aplikacijske slojeve. |
| Fizički sloj LoRa uglavnom koristi modulacijski sustav i uključuje sposobnosti ispravljanja pogrešaka. Uključuje preambulu u svrhu sinkronizacije i koristi zaglavlje CRC cijelog okvira i PHY. | Zigbee uključuje dva fizička sloja poput 868/915 MHz i 2450 MHz. |
| LoRa se koristi kao WAN (Wide Area Network) | Zigbee se koristi poput LR-WPAN (bežična osobna mreža niske brzine) |
| Koristi standard IEEE 802.15.4g, a savez je LoRa | Zigbee koristi IEEE 802.15.4 specifikaciju i Zigbee Alliance |
Prednosti i nedostaci Zigbee tehnologije
Prednosti Zigbeea uključuju sljedeće.
- Ova mreža ima fleksibilnu mrežnu strukturu
- Trajanje baterije je dobro.
- Potrošnja energije je manja
- Vrlo jednostavno popraviti.
- Podržava približno 6500 čvorova.
- Manje troškova.
- Samoizliječi se, kao i pouzdanije.
- Postavljanje mreže je vrlo jednostavno i jednostavno.
- Opterećenja su ravnomjerno raspoređena po mreži jer ne uključuje središnji kontroler
- Nadzor i upravljanje kućanskim aparatima izuzetno je jednostavno pomoću daljinskog upravljača
- Mreža je skalabilna i u nju je lako dodati / udaljeni ZigBee krajnji uređaj.
Mane Zigbeea uključuju sljedeće.
- Potrebne su mu informacije o sustavu za upravljanje uređajima zasnovanim na Zigbeeu za vlasnika.
- U usporedbi s WiFi mrežom nije siguran.
- Visoka cijena zamjene kada se bilo koji problem dogodi u kućanskim aparatima na bazi Zigbee-a
- Brzina prijenosa Zigbee-a je manja
- Ne uključuje nekoliko krajnjih uređaja.
- Tako je vrlo rizično koristiti se za službene privatne informacije.
- Ne koristi se kao vanjski bežični komunikacijski sustav jer ima manje ograničenje pokrivenosti.
- Slično ostalim vrstama bežičnih sustava, ovaj ZigBee komunikacijski sustav sklon je neovlaštenim osobama.
Primjene Zigbee tehnologije
Primjene ZigBee tehnologije uključuju sljedeće.
Industrijska automatizacija: U proizvodnoj i proizvodnoj industriji, komunikacijska veza kontinuirano prati različite parametre i kritičnu opremu. Stoga Zigbee znatno smanjuje ovaj trošak komunikacije, kao i optimizira postupak upravljanja radi veće pouzdanosti.
Kućna automatizacija: Zigbee je savršeno pogodan za daljinsko upravljanje kućanskim aparatima kao upravljanje sustavom osvjetljenja, kontrolom uređaja, grijanjem i hlađenjem, radom i kontrolom sigurnosne opreme, nadzorom i tako dalje.
Pametno mjerenje: Zigbee daljinske operacije u pametnom mjerenju uključuju odgovor na potrošnju energije, podršku cijenama, sigurnost zbog krađe električne energije itd.
Praćenje pametne mreže: Zigbee operacije u ovoj pametnoj mreži uključuju daljinski nadzor temperature , pronalaženje kvara, upravljanje reaktivnom snagom itd.
ZigBee tehnologija koristi se za izgradnju inženjerskih projekata poput bežičnog sustava za prisustvo prstima i kućne automatizacije.
Ovdje se radi o kratkom opisu arhitekture, načina rada, konfiguracija i aplikacija Zigbee tehnologije. Nadamo se da smo vam dali dovoljno sadržaja o ovom naslovu da biste ga bolje razumjeli. Dakle, ovdje se radi o pregledu Zigbee tehnologije i ona se temelji na IEEE 802.15.4 mreži. Dizajn ove tehnologije može se učiniti vrlo snažnim, tako da djeluje u svim vrstama okruženja.
Pruža fleksibilnost, kao i sigurnost za različita okruženja. Zigbee tehnologija stekla je toliko popularnosti na tržištu jer pruža dosljedno mrežno umrežavanje omogućavajući mreži kontrolu nad opsežnom regijom, a također pruža komunikaciju male snage. Dakle, ovo je savršena IoT tehnologija. Evo pitanja za vas, koje su različite tehnologije bežične komunikacije dostupne na tržištu? Za daljnju pomoć i tehničku pomoć možete nas kontaktirati komentirajući dolje.
