Energeticky efektivní rádiový protokol ZigBee využívá mnoho inteligentních domácích senzorů a osvětlovacích systémů. Inteligentní domácí brány umožňují komunikaci s jinými systémy inteligentních domů. Vysvětlíme, jak ZigBee funguje a které produkty pro inteligentní domácnosti jsou kompatibilní.
ZigBee: Nejdůležitější věci na první pohled
- ZigBee je nízkoenergetický bezdrátový protokol pro inteligentní domácnost, který vyvíjí ZigBee Alliance.
- Od verze ZigBee 3.0 jsou zařízení ZigBee od různých výrobců do značné míry vzájemně kompatibilní.
- U takzvaných mesh sítí lze zvýšit dosah zařízení, protože jednotlivé uzly fungují jako opakovače.
- V síti tvoří most ZigBee most mezi zařízeními a řídicí aplikací. Některé mosty navíc mohou komunikovat také se zařízeními WLAN a Bluetooth od jiných značek. Produkty ZigBee lze také použít s Google Home nebo Apple HomeKit.
- Amazon Echo Plus, Echo Show a Echo Studio jsou kompatibilní se ZigBee. To znamená, že zařízení ZigBee lze také ovládat pomocí Alexa bez další brány.
Co je ZigBee?
Notebooky, smartphony a inteligentní domácí zařízení používají pro bezdrátovou komunikaci různé rádiové protokoly. Liší se z hlediska použitého kmitočtového rozsahu, šířky pásma, topologie sítě a způsobu přenosu zpráv.
ZigBee Alliance vyvinula nízkoenergetický rádiový protokol ZigBee od roku 2002. Sdružení nyní zahrnuje více než 230 společností, včetně společností Samsung, Osram, Somfy, Amazon, Huawei a Ikea. Stanovenými cíli jsou vysoká kompatibilita mezi zařízeními od různých výrobců, nízká spotřeba energie a otevřený standard.
Produkty certifikované před aliancí ZigBee spolupracují s jakoukoli platformou podporující ZigBee.
Jak funguje ZigBee?
Všechny rádiové protokoly se skládají z několika vrstev podle modelu OSI. Tato pravidla řídí různé komunikační úkoly. To zahrnuje fyzický přenos signálu, šifrování, zabránění zahlcení dat a zobrazení v různých aplikacích. Uživatelé interagují pouze s horní vrstvou, zatímco nižší pracují na pozadí.
V prvních dvou vrstvách, jako je Bluetooth, používá ZigBee standard IEEE 802.15.4, který využívá pásmo ISM (průmyslové, vědecké a lékařské pásmo) ve frekvenčním rozsahu 2,4 GHz. Funkce tohoto standardu zahrnuje dlouhé pauzy v přenosu dat. To znamená, že každý síťový uzel může přejít do jakési spánkového režimu, což ve srovnání s jinými standardy šetří spoustu energie. Knoflíková baterie zabudovaná do senzoru ZigBee může vydržet několik let.
ZigBee se vyznačuje nízkou spotřebou energie a vysokou vzájemnou kompatibilitou.
Specifikace ZigBee definuje komunikaci v horních vrstvách (3 až 7). Různá zařízení ZigBee tvoří bezdrátovou osobní síť (WPAN) za účelem vzájemné komunikace. Každá síť ZigBee může být jedinečně identifikována 64bitovou adresou.
ZigBee definuje protokol pro vrstvy 3 až 7 modelu OSI. Horní vrstva Dotdot umožňuje komunikaci s jinými rádiovými standardy.
Jak funguje síť ZigBee?
Síť ZigBee se skládá z koordinátora, routerů a koncových zařízení. Směrovače si navzájem vyměňují datové pakety. Koordinátor je router, který také aktivuje síť. Koncová zařízení komunikují pouze se svým routerem. Jste většinu času v režimu spánku, a proto spotřebováváte velmi málo energie. Připojují se k routeru v nastavených intervalech a sledují, zda pro ně má nějaké zprávy.
Sítě ZigBee používají hvězdnou, stromovou nebo síťovou topologii. Hvězdná topologie poskytuje koordinátora / router a několik koncových zařízení. Ten druhý nemůže komunikovat přímo mezi sebou, ale pouze prostřednictvím koordinátora. Pokud tento centrální uzel selže, výměna dat již není možná.
Ve stromové topologii je koordinátor, několik směrovačů a terminálů. Každé koncové zařízení (dítě) komunikuje s příslušným routerem (rodičem), router s koordinátorem ve stromové struktuře.
V topologii sítě jsou směrovače také vzájemně propojeny. To umožňuje mnoho alternativních cest k přenosu dat z uzlu A do uzlu B. Z tohoto důvodu používá většina inteligentních domácích systémů ZigBee mesh sítě. Povoleno je až 65 000 uzlů. Na druhou stranu směrovače vyžadují více energie než jednoduchá koncová zařízení. Tím se snižuje životnost baterií.
V sítích typu mesh lze data předávat i přes vadné uzly.
Co je ZigBee Bridge?
Most funguje jako most mezi inteligentními domácími zařízeními ZigBee a řídicí aplikací na smartphonu nebo cloudu. V závislosti na výrobci se mostu také říká rozbočovač nebo brána. Mosty mohou někdy ovládat také zařízení ZigBee od jiných výrobců. Například most Philips Hue Bridge je schopen komunikovat s hruškami Ikea Tradfri. To uživatelům ušetří peníze za druhou bránu.
Zařízení ZigBee navíc nelze snadno spárovat se zařízeními WLAN, Bluetooth nebo Z-Wave, protože mluví jiným jazykem. Některé brány ZigBee, jako je ústředí Homee, most Philips Hue Bridge nebo SmartThings Hub, však mohou překládat mezi různými bezdrátovými standardy. To znamená, že inteligentní domácí žárovky Philips Hue lze použít s produkty Google Home, například k vytváření rutin, i když je Google Home založen na WiFi.
Žárovky Ikea Tradfri používají ZigBee. Brána tvoří most mezi světelnými zdroji a aplikací.
Jak daleko jde ZigBee?
Rozsah produktů ZigBee Smart Home je 10 až 15 metrů. Lze jej však zvýšit v sítích typu mesh. Jednotlivá zařízení tvoří síťové uzly, které fungují jako opakovače a zesilují signál. Podle Signify (Philips Hue) jsou možné dosahy až 100 metrů.
Co je ZigBee 3.0?
Kromě hlavního protokolu ZigBee existovaly v minulosti různé specifikace.
Ve srovnání se standardním protokolem ZigBee nabídl ZigBee Pro (2007) vylepšené zabezpečení a více možností topologie. Stejně jako bezdrátový standard EnOcean, Green Power používal princip získávání energie, který umožňuje energeticky soběstačné senzory. RF4CE (Radio Frequency for Consumer Electronics) byl použit pro dálkové ovládání elektrických zařízení pomocí dálkových ovladačů. ZigBee IP regulovaná komunikace mezi místní sítí a internetem. Každá specifikace sestávala z několika modulů v závislosti na oblasti použití (automatizace budov, osvětlení, zdravotnictví).
Kvůli různým specifikacím nebyla inteligentní domácí zařízení ZigBee často vzájemně kompatibilní. V roce 2015 oznámila aliance ZigBee nový bezdrátový standard ZigBee 3.0, který kombinuje ZigBee Pro, Green Power, IP a RF4CE. Má zvýšit interoperabilitu mezi zařízeními pro inteligentní domácnosti a je kompatibilní dolů.
Jak ZigBee zajišťuje bezpečnost dat?
ZigBee používá k přenosu dat symetrické šifrování AES s délkou klíče 128 bitů. Na konci roku 2019 však byla objevena bezpečnostní mezera ve světlech Philips Hue, která využila slabost protokolu ZigBee. To umožnilo útočníkům přístup do sítě přes most. V následné aktualizaci softwaru eliminoval výrobce Signify tuto chybu zabezpečení.
Co je DotDot?
DotDot (také známá jako ZigBee Cluster Library) je aplikační vrstva protokolu ZigBee v modelu OSI. Jako univerzální jazyk pro zařízení IoT umožňuje DotDot také jednoduchou komunikaci mezi zařízeními chytré domácnosti v různých sítích. Za tímto účelem byla knihovna ZigBee Cluster Library přizpůsobena jiným protokolům. To dává zařízením s různými rádiovými standardy, jako jsou WiFi, Bluetooth, Z-Wave, NB-IoT a Sigfox, společnou úroveň, na které mohou komunikovat.
DotDot poskytuje společný jazyk pro inteligentní domácí produkty.
Jaké jsou rozdíly mezi ZigBee a jinými bezdrátovými standardy?
|
Max. |
Dosah |
frekvenční |
Spotřeba |
Oblasti použití |
|
|---|---|---|---|---|---|
|
ZigBee |
250 kbit / s |
10-15 m |
2,4 GHz |
nízký |
Senzory, |
|
BEZDRÁTOVÝ PŘÍSTUP K INTERNETU |
1 000 - |
50 m |
2,4-2,4835 GHz 5,0-5,7 GHz |
Vysoký |
Směrovače, |
|
Bluetooth |
1 - 3 Mbit / s |
10 m |
2 400 - 2 483 MHz |
nízký |
Spotřební |
|
Z-Wave |
9,6 - 40 Kbit / s |
30 m |
868 MHz |
nízký |
Senzory, |
|
EnOcean |
125 kbit / s |
30 m |
868 MHz |
velmi nízký |
Senzory, |
- WLAN: Konvenční standardní WLAN WiFi 5 přenáší data více než tisíckrát rychleji než ZigBee, ale také spotřebovává hodně elektřiny. To je nutné při přenosu videa z chytré kamery z důvodu velkého množství dat. Naproti tomu bateriový termostat, který vysílá pouze teplotu, nevyžaduje tak velkou šířku pásma a těží z ekonomičtějšího bezdrátového standardu, jako je ZigBee.
- Bluetooth: Nabízí také vyšší rychlost přenosu dat než ZigBee, ale s kratším dosahem. Z tohoto důvodu převládá Bluetooth v bezdrátových sluchátkách a nositelných zařízeních, která vysílají signály do několika metrů. Pokud jde o senzory v různých místnostech, ZigBee je jasně o krok napřed.
- Z-Wave: Je to hlavní konkurent společnosti ZigBee v oblasti inteligentních domů. Nízkoenergetický protokol se také používá u mnoha senzorů a světelných zdrojů, nabízí vysokou kompatibilitu a stejně jako ZigBee i dlouhý dosah díky síťovým sítím. Americká společnost Silicon Labs však vlastní práva na tuto technologii. Na rozdíl od ZigBee není Z-Wave standardem otevřeného zdroje. To znamená, že výrobci nemohou přizpůsobit protokol.
- EnOcean: Používá se pouze se senzory s velmi nízkou energií, které generují elektřinu prostřednictvím teplotních rozdílů a pohybů, a tak zvládají bez baterií a externích zdrojů energie. ZigBee 3.0 také podporuje tuto funkci se specifikací Green Power. Celkově je EnOcean méně běžný než ZigBee.
Jaké jsou klady a zápory ZigBee?
Výhody ZigBee
- Nízká spotřeba energie: senzory a další inteligentní domácí zařízení mohou na své baterie vystačit roky.
- Vysoká kompatibilita: Aliance ZigBee má několik stovek členů, včetně výrobců jako Osram, IKEA, Belkin a Signify. Od ZigBee 3.0 lze inteligentní domácí produkty od různých výrobců snáze propojit.
- Otevřený zdrojový kód: ZigBee kód je k dispozici všem. Výrobci tak mohou do svých produktů implementovat další funkce.
- Dlouhý dosah: V sítích typu mesh fungují uzly jako opakovače. Ve velkých domech a bytech to výrazně zlepšuje dosah ve srovnání s WLAN.
Nevýhody ZigBee
- Kompatibilita mezi zařízeními ZigBee: Otevřený zdrojový kód byl v minulosti z hlediska kompatibility obzvláště nevýhodný. Protože každý výrobce implementoval další specifikace, starší zařízení ZigBee od různých značek nemusí být nutně navzájem kompatibilní. Od zavedení ZigBee 3.0 se však standard stal jednotnějším.
- Kompatibilita s dalšími rádiovými standardy: Každý, kdo chce síťovat produkty ZigBee Smart Home se zařízeními WLAN nebo Bluetooth, potřebuje bránu. Jelikož mnoho inteligentních domácích systémů, jako je HomeKit nebo Google Home, spoléhá na WLAN, uživatelé si musí naplánovat náklady na bránu.
Podporují Amazon Alexa, Apple HomeKit a Google Smart Home ZigBee?
- Pokud ovládáte svá inteligentní domácí zařízení prostřednictvím Alexa, jsou Echo Plus, Echo Show nebo Echo Studio inteligentním domácím rozbočovačem, který může ovládat také zařízení ZigBee. Příkazem „Objevte moje zařízení“ Alexa vyhledá existující inteligentní domácí komponenty.
- Produkty Google Home nemohou komunikovat přímo se zařízeními ZigBee. Problém řeší brána jako SmartThings Hub od Samsungu nebo Philips Hue Bridge. Díky tomu lze například zásuvky SmartThings zapínat a vypínat pomocí Google Assistant.
- Produkty Apple HomeKit lze spárovat pouze přímo se zařízeními WLAN nebo Bluetooth Smart Home. I zde pomáhá brána. Homee Smart Home Center je například kompatibilní s HomeKit. Mixtile Hub od čínské značky Focalcrest také překládá mezi zařízeními HomeKit a ZigBee.
Které inteligentní domácí systémy používají ZigBee?
- Philips Hue
- Ikea Tradfri
- Osram
- Xiaomi
- Samsung SmartThings
- Homee Smart Home
- Bosch
Které produkty pro inteligentní domácnost používají ZigBee?
ZigBee kompatibilní světelné zdroje
- Philips Hue
- Osram Smart +
- Paulmann LED
- Sengled (Telekom Magenta)
- Ikea Tradfri
- Shyne
- Inteligentní LED Immax Neo
- Q Smart Home Lights (skupiny blesků Neuhaus)
- Stmívatelné LED světlo LG
- Müllerovo světlo
ZigBee kompatibilní snímače pohybu, vodní senzory a teplotní senzory
- Venkovní detektor pohybu Philips Hue, detektor pohybu
- Detektor pohybu Osram Smart +
- Schwaigerův detektor pohybu
- Samsung SmartThings (čidlo oken a dveří, čidlo vody)
- Senzor dveří a oken Ecolink
- Důvěřujte inteligentnímu domácímu pohybovému senzoru
- Inteligentní domácí vodní senzor Heiman
- Senzor vody Zipato
- Xiaomi vodní senzor
- Důvěřujte vodnímu senzoru ZWLD-1000
- Inteligentní teplotní senzor Aqara (Xiaomi)
- Somfy snímač teploty a vlhkosti
- Mini teplotní senzor Lupus Electronics
- Bitronový snímač teploty a vlhkosti
- Senzor alarmu WeMo (Belkin)
Přepínače, stmívací senzory a zásuvky kompatibilní se ZigBee
- Přepínač Tahoma
- Inteligentní přepínač Tint / Müller-Licht
- Inteligentní spínač Sonoff Touch
- Zásuvka Ikea Tradfri
- Osram Smart + Plug
- Ledvance Smart + Plug
Detektory kouře a poplašné sirény kompatibilní se ZigBee
- Detektor kouře Telekom Smart Home (Bitron Home)
- Inteligentní domácí detektor kouře Tuya
- Detektor kouře W4 (Honeywell)
- Venkovní siréna SwannOne
- Poplachová siréna Heiman ZigBee
- Detektor oxidu uhelnatého Heiman ZigBee
Inteligentní zámky kompatibilní se ZigBee
- Inteligentní zámek dveří 365plusZ3 (Samsung)
- Kwikset Smartcode SmartCode Deadbolt
