Протокол Zigbee: как работают устройства умного дома на базе беспроводной технологии?
Оглавление
В последнее время широкую популярность получили системы “Умный дом”.
С помощью этих многофункциональных комплексов можно автоматизировать большинство процессов в доме: включение/отключение электричества, контроль температуры, управление работой систем отопления, поддержка безопасности, слежение за утечками воды, газа и прочее.
Для управления системой “Умный дом”, которая включает различные сенсоры и датчики используется микропроцессорный контроллер.
Поддерживать связь между всеми устройствами, чтобы система корректно функционировала можно с помощью проводных или беспроводных технологий.
Проводные линии – это уже вчерашний день, которые уступили место беспроводным средствам обмена информацией.
Проводные имеют существенный недостаток – это потребность в прокладывании большого количества кабелей, что ведет за собой вынужденный, и достаточно дорогостоящий, ремонт. Иное дело обстоит, когда используется беспроводная технология Zigbee, о которой и пойдет речь ниже.
Особенности технологии Zigbee
Протокол Zigbee относится к протоколам беспроводной связи, которые по своему действию похожи на известные стандарты связи Bluetooth или Wi-Fi.
Этот протокол разработан специально, чтобы поддерживать связь между устройствами, входящими в систему “Умный дом”, а также для поддержки интернета вещей.
Благодаря новому стандарту функциональные узлы “Умного дома” поддерживают взаимосвязь между собой.
Отличительной чертой нового стандарта является то, что беспроводная связь осуществляется на частотах, которые не требуют разрешения на использование.
Как и Wi-Fi, Zigbee использует частотный диапазон 2,4 ГГц, который не требует разрешений для передачи данных этим беспроводным каналом. Благодаря этому упрощается процесс развертывания и настройки “Умного дома”, а также снижаются эксплуатационные затраты на связь.
Система Zigbee владеет ячеистой топологией и использует специальные алгоритмы маршрутизации, которые отличаются от других алгоритмов беспроводной связи.
Благодаря этому увеличивается надежность таких систем беспроводной передачи данных и расширяются возможности самовосстановления при потере взаимосвязи между отдельным устройствами. Кроме этого, устройства Zigbee для беспроводной связи имеет невысокую стоимость, они компактны и просты в развертывании и использовании.
Отличия Zigbee от Wi-Fi и Bluetooth
На первый взгляд стандарт Zigbee очень похож на те, которые используют Wi-Fi и Bluetooth, но есть ряд отличий, благодаря которым он более выгодный для использования в системе “Умный дом”.
Скорость
До того момента, как был разработан стандарт Zigbee в системах “Умный дом” для связи между устройствами использовали стандарт Bluetooth. Радиус действия для этих протоколов почти одинаковый, но в отличие от Zigbee, Bluetooth имеет достаточно большие временные задержки.
Передача сигнала может выполняться с задержкой до нескольких секунд, что достаточно много. В то же время, новая технология Zigbee обеспечивает задержку передачи не более 30 мс. Этот интервал намного меньше, того, который распознает человек, поэтому все процессы, происходящие в системе “Умный дом” для человека кажутся реализуемыми моментально.
Энергопотребление
Еще одним преимуществом, которым владеет шлюз Zigbee и другие устройства – это минимальное энергопотребление, которое удалось реализовать за счет использования режима “сна”.
Он активируется сразу же, как только устройство перестает использоваться на некоторое время. Также снижению потребления энергии способствовало и более низкая пропускная способность модулей Zigbee.
Для них она составляет 250 Кбит/с, в то время как для устройств, работающих по технологии Wi-Fi, она равна 300…1000 Мбит/с. В большой пропускной способности системна “Умного дома” попросту не нуждается, поскольку нет необходимости передавать большие объемы информации.
Благодаря этому устройства Zigbee настолько экономны, что могут функционировать от одной обычной батарейки на протяжении нескольких месяцев.
Количество устройств
Еще одним преимуществом Zigbee-технологии является возможность подключения большого количества устройств. Wi-Fi – подключения попросту не выдерживают нагрузок при работе с большим числом активных устройств.
Обычный Wi-Fi роутер только в теории может поддерживать до сотни устройств, а на практике он начинает зависать и нестабильно функционировать уже при подключении к нему 2-3 десятков устройств.
Что касается Zigbee-сетей, то одна сеть может успешно работать с тысячами устройств, исключая любые проблемы с подключениями, а это как раз тот вариант, который подходит для систем “Умный дом”.
Топология
Одним из ключевых преимуществ Zigbee сетей является их структура. Она построена с применением ячеистой топологии, в то время как Wi-Fi использует структуру звезды, когда все соединения идут через центральный роутер.
В этой структуре, если происходит потеря соединения между одним из устройств и роутером, оно уже не сможет передать данные к другим узлам сети, поскольку между ними нет прямого соединения. Если же из строя выйдет роутер, то передача данных полностью будет заблокирована, что вызовет полную неработоспособность системы.
Что касается ячеистой структуры, то она лишена этих недостатков, поскольку взаимосвязь между устройствами выполняется напрямую. Даже если одно из устройств сломается, то все остальные смогут обмениваться между собой информацией.
Цена
Что касается стоимости, то цена Zigbee-модулей существенно ниже Wi-Fi устройств. Благодаря этому системы для “Умного дома” будут иметь меньшую стоимость, нежели комплекты с Wi-Fi передавачами.
Умный дом с применением Zigbee
Создание системы “Умного дома” с поддержкой Zigbee практические такое же, как и для обычных систем.
В первоначальную очередь оно предусматривает составление детального плана, какие устройства и где будут использоваться для автоматизации процессов в доме.
После этого можно приступать к выбору оборудования. Правда, на этом этапе нужно учитывать один нюанс.
Дело в том, что не все устройства, поддерживающие протокол Zigbee, могут работать в одной системе, как это характерно для Wi-Fi приборов. Устройства разных производителей не совместимы между собой, несмотря на то, что используют одну и ту же технологию Zigbee.
Например, Zigbee выключатель производителя “А” не сможет включить Zigbee лампочку производителя “Б”, если производитель “А” не включил поддержку устройств производителя “Б”. Поэтому следует аккуратно выбирать используемые модули и устройства. Оптимально, если все они будут одного и тоже производителя.
Основные устройства сетей Zigbee
Основным устройством, которое формирует сетевую структуру Zigbee-сети для “Умного дома”, является координатор ZigBee.
Для каждой системы умного дома есть один такой координатор. Он позволяет развернуть сетевую топологию, поддерживать связь с другими сетями, хранить настройки сетевой конфигурации, ключи безопасности и прочее.
Следующим устройством сети является маршрутизатор. С помощью этой платформы обеспечивается обмен информацией между удаленными друг от друга устройствами умного дома.
В качестве периферийных устройств системы “Умного дома” выступают различные датчики и исполнительные устройства. Они могут передавать данные к маршрутизатору, координатору или на другие исполнительные устройства. При отсутствии активности все периферийные устройства пребывают в “спящем режиме”, что позволяет существенно снижать потребление электроэнергии.
Поддерживаемые датчики и модули
На сегодня предлагается много разных Zigbee устройств умного дома. Это может быть Zigbee розетка, выключатель, лампочка, датчик движения, сенсоры контроля температуры, давления, влажности, датчики утечки воды, газа и многое другое.
Еще одним ключевым модулем системы Zigbee Умный дом является хаб (сетевой мост) или шлюз, который позволит обеспечить подключение системы умного дома к глобальной информационной сети интернет. Благодаря этому у пользователя появятся широкие возможности управления работой системы “Умный дом” удаленно.
Наличие разного рода приложений для смартфонов и компьютеров позволят получать непрерывную информацию о состоянии всех систем в доме и при потребности, проводить их управление или настройку.
Сетевой мост играет роль координатора Zigbee-сети, поэтому постоянно должен находиться в активном состоянии, чтобы иметь возможность в любое время принять сигнал от исполнительных устройств и датчиков.
Чтобы подключить его к интернету можно использовать беспроводную связь Wi-Fi с домашним роутером или воспользоваться традиционной проводной линией, которая связывает хаб с роутером.
Поскольку не все устройства разных производителей совместимы между собой, нужно чтобы и хаб был одного производителя, что и другие функциональные модули Zigbee-сети.
Заключение
Zigbee технология позволила решить много проблем “Умного дома”. Благодаря ее внедрению автоматизация систем, обслуживающих дом или квартиру стала существенно проще и дешевле.
Наличие разных Zigbee датчиков позволит построить многофункциональные системы, которыми можно будет управлять с любой точки, где есть доступ к интернету.
Пользователи могут заказывать для своего дома готовые комплекты, а могут проектировать системы самостоятельно, приобретая нужные устройства и модули.
Второй вариант представляет более широкие возможности и позволяет максимально адаптировать систему “Умный дом” к условиям конкретного объекта.
Загрузка...
