ZigBee Technology Architecture și aplicațiile sale

În această lume actuală a comunicațiilor, există numeroase standarde de comunicare cu viteză ridicată a datelor, dar niciunul dintre acestea nu îndeplinește standardele de comunicare ale senzorilor și dispozitivelor de control. Aceste standarde de comunicare cu rată ridicată de date necesită o latență scăzută și un consum redus de energie chiar și la lățimi de bandă mai mici. Tehnologia Zigbee a sistemelor fără fir proprietare disponibile are un cost redus și un consum redus de energie, iar caracteristicile sale excelente și superbe fac ca această comunicare să fie cea mai potrivită pentru mai multe aplicații încorporate , control industrial și automatizare a locuințelor și așa mai departe. Gama de tehnologii Zigbee pentru distanțele de transmisie variază în principal de la 10 la 100 de metri pe baza puterii, precum și a caracteristicilor de mediu.

Ce este Zigbee Technology?

Comunicarea Zigbee este special concepută pentru rețelele de control și senzori pe standardul IEEE 802.15.4 pentru rețelele fără fir personale (WPAN) și este produsul alianței Zigbee. Acest standard de comunicare definește straturile fizice și Media Access Control (MAC) pentru a gestiona mai multe dispozitive la viteze reduse de date. Aceste WPAN-uri ale Zigbee funcționează la frecvențe de 868 MHz, 902-928MHz și 2,4 GHz. Rata de date de 250 kbps este cea mai potrivită atât pentru transmiterea periodică, cât și intermediară în două sensuri a datelor între senzori și controlere.

Ce este Zigbee Technology?

Zigbee este o rețea de plasă low-cost și cu putere redusă, desfășurată pe scară largă pentru controlul și monitorizarea aplicațiilor în care acoperă 10-100 de metri în raza de acțiune. Acest sistem de comunicații este mai puțin costisitor și mai simplu decât celălalt brevetat de distanță scurtă rețele de senzori fără fir ca Bluetoot h și Wi-Fi.

Zigbee Modem

Zigbee acceptă diferite configurații de rețea pentru comunicațiile master-master sau master-slave. Și, de asemenea, poate fi operat în diferite moduri, ca urmare, energia bateriei este conservată. Rețelele Zigbee sunt extensibile cu ajutorul routerelor și permit multor noduri să se interconecteze între ele pentru a construi o rețea cu o zonă mai largă.

Istoria tehnologiei Zigbee

În anul 1990, au fost implementate rețelele radio digitale cu auto-organizare ad hoc. Specificația Zigbee precum IEEE 802.15.4-2003 a fost aprobată în anul 2004, pe 14 decembrie. Specificația 1.0 a fost anunțată de Zigbee Alliance în anul 2005, pe 13 iunie, denumită Specificația ZigBee 2004.

Biblioteca Cluster

În anul 2006, septembrie, Specificația Zigbee 2006 a fost anunțată prin înlocuirea stivei din 2004. Deci, această specificație înlocuiește în principal structura pereche de valoare-cheie, precum și mesajul utilizat în stiva 2004 printr-o bibliotecă de cluster.

O bibliotecă include un set de comenzi consistente, planificate sub grupuri numite clustere cu nume precum Home Automation, Smart Energy & Light Link de la ZigBee. În anul 2017, biblioteca a fost redenumită cu Dotdot de Zigbee Alliance și a fost anunțată ca un nou protocol. Deci, acest Dotdot a funcționat pentru aproximativ toate dispozitivele Zigbee ca strat de aplicație implicit.

Zigbee Pro

În anul 2007, Zigbee Pro ca Zigbee 2007 a fost finalizat. Este un tip de dispozitiv care funcționează pe o rețea Zigbee moștenită. Din cauza diferențelor dintre opțiunile de rutare, aceste dispozitive ar trebui să se transforme în ZED-uri fără rutare sau dispozitive finale Zigbee (ZED) într-o rețea Zigbee moștenită. Dispozitivele Zigbee vechi trebuie să se transforme în dispozitive finale Zigbee într-o rețea a Zigbee Pro. Funcționează prin banda ISM de 2,4 GHz, precum și include o bandă sub-GHz.

Cum funcționează Zigbee Technology?

Tehnologia Zigbee funcționează cu radiouri digitale, permițând diferitelor dispozitive să converseze între ele. Dispozitivele utilizate în această rețea sunt un router, un coordonator, precum și dispozitive finale. Funcția principală a acestor dispozitive este de a transmite instrucțiunile și mesajele de la coordonator către dispozitivele cu capăt unic, cum ar fi un bec.

În această rețea, coordonatorul este cel mai esențial dispozitiv care este plasat la originea sistemului. Pentru fiecare rețea, există pur și simplu un coordonator, folosit pentru a efectua sarcini diferite. Ei aleg un canal adecvat pentru a scana un canal, precum și pentru a-l găsi pe cel mai potrivit prin minimul de interferențe, alocă un ID exclusiv, precum și o adresă fiecărui dispozitiv din rețea, astfel încât mesajele în caz contrar instrucțiunile să poată fi transferate în rețea .

Routerele sunt aranjate între coordonator, precum și dispozitive finale care sunt responsabile pentru rutare de mesaje între diferitele noduri. Routerele primesc mesaje de la coordonator și le stochează până când dispozitivele lor finale sunt în situația de a le primi. Acestea pot permite, de asemenea, altor dispozitive finale, precum și routerelor să se conecteze la rețea

În această rețea, informațiile mici pot fi controlate de dispozitivele finale prin comunicarea cu nodul părinte ca un router sau coordonatorul pe baza tipului de rețea Zigbee. Dispozitivele finale nu conversează direct între ele. În primul rând, tot traficul poate fi direcționat către nodul părinte, cum ar fi routerul, care deține aceste date până când terminalul de recepție al dispozitivului se află într-o situație pentru a le face cunoscute. Dispozitivele finale sunt utilizate pentru a solicita orice mesaj care așteaptă de la părinte.

Arhitectura Zigbee

Structura sistemului Zigbee constă din trei tipuri diferite de dispozitive, precum coordonatorul Zigbee, routerul și dispozitivul End. Fiecare rețea Zigbee trebuie să fie formată din cel puțin un coordonator care acționează ca o rădăcină și o punte a rețelei. Coordonatorul este responsabil pentru manipularea și stocarea informațiilor în timp ce efectuează recepționarea și transmiterea operațiunilor de date.

Routerele Zigbee acționează ca dispozitive intermediare care permit trecerea datelor către alte dispozitive. Dispozitivele finale au funcționalitate limitată pentru a comunica cu nodurile părinte, astfel încât energia bateriei să fie economisită așa cum se arată în figură. Numărul de routere, coordonatori și dispozitive finale depinde de tipul de rețele, cum ar fi rețelele stea, copac și mesh.

Arhitectura protocolului Zigbee constă dintr-un teanc de diferite straturi în care IEEE 802.15.4 este definit de straturi fizice și MAC în timp ce acest protocol este completat prin acumularea propriilor straturi de rețea și aplicație Zigbee.

ZigBee Technology Architecture

Strat fizic : Acest strat efectuează operații de modulare și demodulare la transmiterea și recepționarea semnalelor respectiv. Frecvența acestui nivel, rata de date și un număr de canale sunt date mai jos.

Strat MAC : Acest strat este responsabil pentru transmiterea fiabilă a datelor prin accesarea diferitelor rețele cu operatorul de evitare a coliziunilor cu acces multiplu (CSMA). Aceasta transmite, de asemenea, cadrele balizei pentru sincronizarea comunicării.

Layer de rețea : Acest strat are grijă de toate operațiunile legate de rețea, cum ar fi configurarea rețelei, conexiunea finală a dispozitivului și deconectarea la rețea, rutare, configurațiile dispozitivului etc.

Substrat de asistență pentru aplicații : Acest strat permite serviciilor necesare obiectelor dispozitivului Zigbee și obiectelor aplicației să interacționeze cu straturile de rețea pentru servicii de gestionare a datelor. Acest strat este responsabil pentru potrivirea a două dispozitive în funcție de servicii și nevoi.

Cadrul de aplicare : Oferă două tipuri de servicii de date ca pereche cheie-valoare și servicii de mesaje generice. Mesajul generic este o structură definită de dezvoltator, în timp ce perechea cheie-valoare este utilizată pentru obținerea atributelor în obiectele aplicației. ZDO oferă o interfață între obiectele aplicației și stratul APS în dispozitivele Zigbee. Este responsabil pentru detectarea, inițierea și legarea altor dispozitive la rețea.

Moduri de operare Zigbee și topologiile sale

Datele bidirecționale Zigbee sunt transferate în două moduri: modul non-beacon și modul Beacon. În modul beacon, coordonatorii și routerele monitorizează continuu starea activă a datelor primite, prin urmare se consumă mai multă energie. În acest mod, routerele și coordonatorii nu dorm deoarece oricând orice nod se poate trezi și comunica.

Cu toate acestea, necesită mai multă sursă de energie și consumul său total de energie este redus, deoarece majoritatea dispozitivelor sunt într-o stare inactivă pentru perioade lungi de timp în rețea. În modul beacon, atunci când nu există comunicare de date de la dispozitivele finale, atunci routerele și coordonatorii intră într-o stare de repaus. Periodic, acest coordonator se trezește și transmite balizele către routerele din rețea.

Aceste rețele de balize funcționează pentru intervale de timp, ceea ce înseamnă că funcționează atunci când comunicarea necesară are ca rezultat cicluri de funcționare mai mici și o utilizare mai lungă a bateriei. Aceste moduri de baliză și non-baliză ale Zigbee pot gestiona tipuri de date periodice (date ale senzorilor), intermitente (comutatoare de lumină) și repetitive.

Topologii Zigbee

Zigbee acceptă mai multe topologii de rețea, cu toate acestea, configurațiile cele mai frecvent utilizate sunt topologiile stea, mesh și arborele cluster. Orice topologie constă din unul sau mai mulți coordonatori. Într-o topologie stelară, rețeaua este formată dintr-un singur coordonator care este responsabil pentru inițierea și gestionarea dispozitivelor prin rețea. Toate celelalte dispozitive se numesc dispozitive finale care comunică direct cu coordonatorul.

Aceasta este utilizată în industriile în care sunt necesare toate dispozitivele finale comunicați cu controlerul central , iar această topologie este simplă și ușor de implementat. În topologiile mesh și copac, rețeaua Zigbee este extinsă cu mai multe routere în care coordonatorul este responsabil cu privirea lor. Aceste structuri permit oricărui dispozitiv să comunice cu orice alt nod adiacent pentru a oferi redundanță datelor.

Dacă vreun nod eșuează, informațiile sunt direcționate automat către alte dispozitive prin aceste topologii. Deoarece redundanța este factorul principal în industrii, prin urmare se folosește cel mai mult topologia ochiurilor. Într-o rețea de arbore de cluster, fiecare cluster este format dintr-un coordonator cu noduri frunze, iar acești coordonatori sunt conectați la coordonatorul părinte care inițiază întreaga rețea.

Datorită avantajelor tehnologiei Zigbee, cum ar fi modurile de operare cu cost redus și consum redus de energie și topologiile sale, această tehnologie de comunicații pe rază scurtă este cea mai potrivită pentru mai multe aplicații în comparație cu alte comunicații proprietare, cum ar fi Bluetooth, Wi-Fi etc. comparații precum gama de Zigbee, standarde etc. sunt prezentate mai jos.

De ce rate de date scăzute în Zigbee?

Știm că diferite tipuri de tehnologii fără fir sunt disponibile pe piață, cum ar fi Bluetooth, precum și WiFi, care oferă o viteză ridicată a datelor. Dar, ratele de date în Zigbee sunt mai mici, deoarece scopul principal din spatele dezvoltării ZigBee este de a-l utiliza atât în ​​controlul wireless, cât și în monitorizare.

Cantitatea de date, precum și frecvența comunicării utilizate în astfel de aplicații, sunt extrem de mici. Deși, este probabil ca o rețea precum IEEE 802.15.4 să atingă rate de date ridicate, deci tehnologia Zigbee se bazează pe rețeaua IEEE 802.15.4.

Tehnologia Zigbee în IoT

Știm că Zigbee este un tip de tehnologie de comunicație similară cu Bluetooth, precum și cu WiFi, cu toate acestea, există, de asemenea, numeroase noi alternative de rețea în creștere, cum ar fi Thread, care este o opțiune pentru aplicațiile de automatizare a casei. În marile orașe, tehnologiile Whitespace au fost implementate pentru cazuri de utilizare a regiunii mai largi bazate pe IoT.

ZigBee este o specificație WLAN de consum redus (rețea locală fără fir). Oferă mai puține date folosind mai puțină energie de pe dispozitivele conectate frecvent pentru a opri bateria. Datorită acestui fapt, standardul deschis a fost conectat prin comunicații M2M (mașină la mașină), precum și prin IoT industrial (internetul lucrurilor).

Zigbee a devenit un protocol IoT acceptat la nivel global. Competi deja cu Bluetooth, WiFi și Thread.

Dispozitive Zigbee

Specificația IEEE 802.15.4 Zigbee include în principal două dispozitive precum Full-Function Devices (FFD), precum și Reduced-Function Devices (RFD). Un dispozitiv FFD efectuează diferite sarcini care sunt explicate în specificații și poate adopta orice sarcină din rețea.

Un dispozitiv RFD are capacități parțiale, astfel încât îndeplinește sarcini limitate, iar acest dispozitiv poate conversa cu orice dispozitiv din rețea. Trebuie să acționeze și să acorde atenție în cadrul rețelei. Un dispozitiv RFD poate conversa pur și simplu cu un dispozitiv FFD și este utilizat în aplicații simple, cum ar fi controlul unui comutator prin activarea și dezactivarea acestuia.

Într-un IEEE 802.15.4 n / w, dispozitivele Zigbee joacă trei roluri diferite, cum ar fi Coordinator, PAN Coordinator & Device. Aici, dispozitivele FFD sunt coordonator, precum și coordonator PAN, în timp ce dispozitivul este fie un dispozitiv RFD / FFD.

Funcția principală a unui coordonator este transmiterea mesajelor. Într-o rețea personală, un controler PAN este un controler esențial și un dispozitiv este cunoscut ca și cum dispozitivul nu ar fi un coordonator.
Standardul ZigBee poate crea trei dispozitive de protocol în funcție de dispozitivele Zigbee, coordonatorul PAN, coordonatorul și specificațiile standard ale ZigBee, cum ar fi coordonatorul, routerul și dispozitivul final, care sunt discutate mai jos.

Coordonator Zigbee

Într-un dispozitiv FFD, este un coordonator PAN folosit pentru a forma rețeaua. Odată ce rețeaua este stabilită, aceasta atribuie adresa rețelei pentru dispozitivele utilizate în rețea. Și, de asemenea, direcționează mesajele între dispozitivele finale.

Router Zigbee

Un router Zigbee este un dispozitiv FFD care permite raza de acțiune a rețelei Zigbee. Acest router este folosit pentru a adăuga mai multe dispozitive la rețea. Uneori, acționează ca un dispozitiv final Zigbee.

Dispozitiv final Zigbee

Acesta nu este nici un router, nici un coordonator care se interfață fizic cu un senzor, altfel efectuează o operație de control. Pe baza aplicației, acesta poate fi fie un RFD, fie un FFD.

De ce ZigBee este mai bun decât WiFi?

În Zigbee, viteza de transfer a datelor este mai mică în comparație cu WiFi, deci cea mai mare viteză este pur și simplu de 250 kbps. Este foarte puțin comparativ cu viteza mai mică a WiFi-ului.

O altă calitate superioară a Zigbee este rata de utilizare a energiei, precum și durata de viață a bateriei. Protocolul său durează câteva luni, deoarece odată asamblat, putem uita.

Ce dispozitive utilizează ZigBee?

Următoarea listă de dispozitive acceptă protocolul ZigBee.

• Belkin WeMo
• Samsung SmartThings
• Încuietori inteligente Yale
• Philips Hue
• Termostate de la Honeywell
• Ikea Tradfri
• Sisteme de securitate de la Bosch
• Comcast Xfinity Box de la Samsung
• Hive încălzire activă și accesorii
• Amazon Echo Plus
• Amazon Echo Show

În loc să conectați fiecare dispozitiv Zigbee separat, este necesar un hub central pentru controlul tuturor dispozitivelor. Dispozitivele menționate mai sus și anume SmartThings, precum și Amazon Echo Plus pot fi, de asemenea, utilizate ca un hub Wink pentru a juca un rol vital în rețea. Hubul central va scana rețeaua pentru toate dispozitivele acceptate și vă oferă un control simplu al dispozitivelor de mai sus cu o aplicație centrală.

Care este diferența dintre ZigBee și Bluetooth?

Diferența dintre Zigbee și Bluetooth este discutată mai jos.

Care este diferența dintre LoRa și ZigBee?

Principala diferență între LoRa și Zigbee este discutată mai jos.

Avantajele și dezavantajele tehnologiei Zigbee

Avantajele Zigbee includ următoarele.

• Această rețea are o structură de rețea flexibilă
• Durata de viață a bateriei este bună.
• Consumul de energie este mai mic
• Foarte simplu de remediat.
• Suportă aproximativ 6500 de noduri.
• Cost mai mic.
• Este auto-vindecător, precum și mai fiabil.
• Setarea rețelei este foarte simplă și simplă.
• Încărcările sunt distribuite uniform în rețea, deoarece nu include un controler central
• Monitorizarea electrocasnicelor și controlul sunt extrem de simple folosind telecomanda
• Rețeaua este scalabilă și este ușor să adăugați / la distanță dispozitivul final ZigBee în rețea.

Dezavantajele Zigbee includ următoarele.

• Are nevoie de informații despre sistem pentru a controla dispozitivele bazate pe Zigbee pentru proprietar.
• În comparație cu WiFi, nu este sigur.
• Costul ridicat de înlocuire o dată cu apariția oricărei probleme la aparatele de uz casnic bazate pe Zigbee
• Rata de transmisie a Zigbee este mai mică
• Nu include mai multe dispozitive finale.
• Este atât de riscant să fie folosit pentru informații private oficiale.
• Nu este utilizat ca sistem de comunicații wireless în aer liber, deoarece are o limită de acoperire mai mică.
• Similar cu alte tipuri de sisteme fără fir, acest sistem de comunicații ZigBee este predispus să deranjeze de la persoane neautorizate.

Aplicații ale tehnologiei Zigbee

Aplicațiile tehnologiei ZigBee includ următoarele.

Automatizare industriala: În industriile producătoare și de producție, o legătură de comunicare monitorizează continuu diverși parametri și echipamente critice. Prin urmare, Zigbee reduce considerabil acest cost de comunicare, precum și optimizează procesul de control pentru o mai mare fiabilitate.

Automatizare la domiciliu: Zigbee este perfect potrivit pentru controlul de la distanță al aparatelor casnice ca control al sistemului de iluminat, control al aparatului, control al sistemului de încălzire și răcire, operațiuni și control al echipamentelor de siguranță, supraveghere etc.

Măsurare inteligentă: Operațiunile la distanță Zigbee în contorizarea inteligentă includ răspunsul la consumul de energie, asistența la stabilirea prețurilor, securitatea împotriva furtului de energie etc.

Monitorizarea rețelei inteligente: Operațiunile Zigbee din această rețea inteligentă implică monitorizarea la distanță a temperaturii , localizarea defecțiunilor, gestionarea puterii reactive și așa mai departe.

Tehnologia ZigBee este utilizată pentru a construi proiecte de inginerie, cum ar fi sistemul wireless de prezență a amprentelor digitale și automatizarea casei.

Este vorba despre o scurtă descriere a arhitecturii tehnologiei Zigbee, a modurilor de operare, a configurațiilor și a aplicațiilor. Sperăm că ți-am oferit suficient conținut pentru acest titlu, pentru ca tu să îl înțelegi mai bine. Astfel, este vorba despre o prezentare generală a tehnologiei Zigbee și se bazează pe rețeaua IEEE 802.15.4. Proiectarea acestei tehnologii poate fi realizată extrem de puternic, astfel încât să funcționeze în toate tipurile de medii.

Oferă flexibilitate, precum și securitate pentru diferite medii. Tehnologia Zigbee a câștigat atât de multă popularitate pe piață, deoarece oferă o rețea mesh consistentă, permițând unei rețele să controleze o regiune extinsă și, de asemenea, asigură comunicații de mică putere. Deci, aceasta este o tehnologie IoT perfectă. Iată o întrebare pentru dvs., care sunt diferitele tehnologii de comunicații fără fir disponibile pe piață? Pentru ajutor suplimentar și asistență tehnică, ne puteți contacta comentând mai jos.