ZigBee - беспроводное управление освещением

После появления в 1999 году концепция «Интернета вещей» (IoT – Internet of things) сразу столкнулась с проблемой соединения множества приборов. Для передачи данных возможностей Bluetooth и Wi-Fi было недостаточно в силу низкой надежности и дороговизны компонентов. Исправить положение был призван протокол беспроводной связи ZigBee.

Что такое ZigBee?

Стандарт разработан в 2003 году одноименной организацией - ZigBee Alliance. В нее входит более 200 компаний, среди которых Huawei, Leedarson, Legrand, Signify, Schneider Electric, Eaton, GE, Ledvance, Osram, Samsung, Zumtobel Group. Альянс занимается разработкой открытых протоколов и решений для управления оборудованием через интернет.

Название ZigBee состоит из двух слов: zigzag (зигзаг) и bee (пчела). Так называется танец пчелы по возвращении в улей, когда она таким образом передает другим пчелам информацию об источнике нектара. ZigBee позволяет устройствам связываться между собой напрямую и с использованием промежуточных узлов.

Wi-Fi: Топология «звезда». К центру подключается остальное оборудование. Если нарушится функционирование центрального узла, то передача данных прекратится. В случае возникновения препятствий на пути сигнала устройства могут остаться без связи.

ZigBee: Ячеистая mesh-топология. Сигнал передается от одного устройства к другому, пока не достигнет конечного получателя. Если нарушится работа любого компонента или возникнут помехи, сеть предложит сигналу альтернативный маршрут.

Структура ZigBee:

Хранит всю информацию о сети.

Его задачи: управление и маршрутизация данных, выбор политики безопасности, разрешение/запрет на добавление новых элементов, при возникновении помех может перевести устройства на другой частотный канал.

Всегда должен быть подключен к энергосети.

Постоянно распределяет данные по сети, прокладывает оптимальные пути и ищет другие маршруты при перебоях в работе компонентов сети.

Один маршрутизатор способен обслуживать до 32 устройств.

 Стационарное питание.

К ним относятся выключатели и датчики, которые обмениваются информацией с координатором или маршрутизатором, передают им сигнал по определенным событиям (нажатие кнопки включения, открытие/закрытие окон, дверей) и отрабатывают полученные команды.

Преимущественно находятся в спящем режиме, поэтому потребляют минимум электроэнергии. Работают от встроенного аккумулятора или батареек.

 

Основные сферы использования ZigBee:

Характеристики и преимущества ZigBee

Для ее использования не требуется получать разрешения. Для Европы радиодиапазон 868 МГц, США и Австралия – 915 МГц.

Внутри помещений – 75-100 м, на открытой территории – до 300 м и более. Ретрансляции и добавление новых устройств позволяют увеличить зону покрытия до нескольких тысяч квадратных метров.

При таком большом количестве система отличается высокой стабильностью и надежностью.

С учетом загруженности системы и количества ретрансляций, средняя скорость может снижаться до 40 кбит/с, этого вполне достаточно для передачи сигналов от датчиков и электроприборов. Снизить нагрузку и увеличить скорость поможет разбивка сети на несколько зон.

Система отличается отсутствием задержек, устройства реагируют за 30 миллисекунд.

Достигается за счет конечных устройств, проводящих большую часть времени в спящем режиме и способных работать от батареек типа АА/ААА в течение трех лет.

Структуру сети определяют характеристики профиля координатора, настройка происходит автоматически в процессе добавления устройств. Благодаря ячеистой топологии в случае неполадок/перегрузок сеть самостоятельно восстановит свое функционирование.

Диммирование - плавное регулирование яркости от 0 до 100%, подключение необходимых датчиков, возможность программировать режим освещения, объединять светильники в группы, контроль работоспособности отдельных устройств.

Компоненты отличаются не только компактностью, но и небольшой стоимостью. Например, zigbee-лампочка IKEA Trådfri стоит порядка 800 рублей, а цена умных wifi- лампочек стартует от 1500 руб.

За время своего существования протокол пережил несколько обновлений, его последняя версия ZigBee 3.0 официально запущена в начале 2018 года. Ключевая особенность состоит в том, что в одну сеть могут быть объединены устройства разных профилей (освещение, отопление, электроэнергия и любые другие компоненты «умного дома»).