В современном мире технологий, где все подключено к Интернету, ZigBee стала популярной технологией для построения сетей устройств. ZigBee — это технология беспроводной связи, которая широко используется в устройствах IoT. Это маломощная, недорогая и надежная технология, которая позволяет устройствам общаться друг с другом по беспроводной связи. ZigBee работает по топологии ячеистой сети, что позволяет устройствам прямо или косвенно общаться друг с другом. В этой статье мы расскажем о технологии ZigBee, как она работает и ее применении в Интернете вещей (IoT).
Что такое Zigbee?
ZigBee – это беспроводной протокол, который использует маломощные радиосигналы для подключения устройств. Он основан на стандарте IEEE 802.15.4, который определяет физический уровень и уровень управления доступом к среде для низкоскоростных беспроводных персональных сетей (LR-WPAN). LR-WPAN предназначены для маломощных устройств с ограниченными вычислительными возможностями и памятью.
ZigBee – это технология ячеистых сетей, что означает, что она может создавать сеть устройств, где каждое устройство может выступать в качестве маршрутизатора для других устройств в сети. Это позволяет ZigBee обеспечивать надежные и избыточные пути связи даже в сложных условиях. Радиус действия ZigBee составляет до 100 метров, и он может поддерживать до 65 000 устройств в одной сети.
ZigBee широко используется в устройствах IoT таких, как устройства умного дома, умного освещения и промышленной автоматизации. Устройства ZigBee обычно имеют низкое энергопотребление, что делает их идеальными для устройств, работающих от батарей.
Как работает ZigBee?
ZigBee работает путем создания ячеистой сети устройств, которые связываются друг с другом с помощью маломощных радиосигналов. Каждое устройство в сети может действовать как маршрутизатор, это означает, что оно может принимать и пересылать сообщения другим устройствам в сети. Это позволяет ZigBee создавать избыточный путь связи между устройствами, что повышает надежность сети.
ZigBee также использует уникальную схему адресации, которая позволяет однозначно идентифицировать устройства в сети. Эта схема адресации позволяет ZigBee обеспечивать функции безопасности такие, как шифрование и аутентификация, для защиты сети от несанкционированного доступа.
Особенности
ZigBee – это основанная на стандартах беспроводная технология, которая разработана для обеспечения надежности, безопасности и простоты использования. Некоторые из ключевых особенностей ZigBee включают:
• Низкое энергопотребление: ZigBee разработана для работы с низким энергопотреблением, что делает ее идеальной для использования в устройствах с питанием от батарей.
• Ячеистая сеть: ZigBee поддерживает ячеистую сеть, которая позволяет устройствам связываться друг с другом по нескольким путям, увеличивая надежность и радиус действия.
• Низкая задержка: ZigBee обеспечивает связь с низкой задержкой, что позволяет осуществлять управление и мониторинг в режиме реального времени.
• Простота в использовании: ZigBee прост в использовании и поддерживает функцию plug-and-play.
• Безопасность: ZigBee включает в себя расширенные функции безопасности для защиты от несанкционированного доступа.
Система
Интеллектуального
Учета ресурсов NEKTA
Идеальна для построения: АСКУЭ, АИИС КУЭ, АСТУЭ, АИИС ТУЭ
Облачная, Серверная и Мобильная версия
Поддержка 500+ типов устройств
Безопасность данных уровня TIER IV
Личный кабинет потребителя
Поддержка каналов связи GPRS, ZigBee, LoRaWAN, NB-IoT, CSD и т.д.
Типовая структура сети ZigBee
Рассмотрим структуру самой сети ZigBee и типов устройств, которые в ней могут быть.
Координатор — узел, организовавший сеть. Он выбирает политику безопасности сети, разрешает или запрещает подключение к сети новых устройств, а также при наличии помех в радиоэфире инициирует процесс перевода всех устройств в сети на другой частотный канал.
Маршрутизатор (роутер) — узел, который имеет стационарное питание и следовательно может постоянно участвовать в работе сети. Координатор также является роутером. На узлах этого типа лежит ответственность по маршрутизации сетевого трафика. Роутеры постоянно поддерживают специальные таблицы маршрутизации, которые используются для прокладки оптимального маршрута и поиска нового, если вдруг какое-либо устройство вышло из строя. Например, роутерами в сети ZigBee могут быть умные розетки, блоки управления осветительными приборами или любое другое устройство, которое имеет подключение к сети электропитания.
Конечное устройство — это устройство, которое подключается к сети через родительский узел – роутер или координатор – и не участвует в маршрутизации трафика. Все общение с сетью для них ограничивается передачей пакетов на «родительский» узел либо считыванием поступивших данных с него же. «Родителем» для таких устройств может быть любой роутер или координатор. Конечные устройства большую часть времени находятся в спящем режиме и отправляют управляющее или информационное сообщение. Это позволяет им долго сохранять энергию встроенного источника питания.
Сравнение функциональных возможностей
различных устройств сети ZigBee на сетевом уровне протокола
Функция | Координатор (ZC) | Маршрутизатор (ZR) | Конечное устройство (ZED) |
|---|---|---|---|
Создание ZigBee сети | ✘ | ||
Разрешение включения и исключения различных устройств в/из сети | ✘ | ✘ | |
Присвоение 16-битных сетевых адресов | ✘ | ✘ | |
Поиск и хранение оптимальных маршрутов доставки сетевых сообщений | ✘ | ✘ | |
Поиск и ведение списка ближайших узлов-соседей | ✘ | ✘ | |
Маршрутизация сетевых пакетов | ✘ | ✘ | |
Отправка и получение сетевых пакетов | ✘ | ✘ | ✘ |
Подключение или отключение от сети | ✘ | ✘ | ✘ |
Пребывание в режиме сна (пассивный режим) | ✘ |
Преимущества
ZigBee предлагает несколько преимуществ, в том числе:
• Низкая стоимость: ZigBee — относительно недорогое решение для беспроводного управления и мониторинга.
• Длительное время автономной работы: Низкое энергопотребление ZigBee позволяет устройствам длительное время работать от одной батареи.
• Надежность: Технология ячеистой сети ZigBee обеспечивает надежную и прочную сеть связи.
• Масштабируемость: ZigBee – это масштабируемая технология, которая может быть легко расширена для поддержки более крупных сетей.
• Простота установки: Функциональность ZigBee “подключил и играй (работай)” упрощает установку и настройку.
Zigbee в сравнении с другими протоколами беспроводной связи
ZigBee – не единственный протокол беспроводной связи, используемый в IoT. К другим протоколам беспроводной связи относятся Wi-Fi, Bluetooth и Thread. В таблице ниже рассмотрены беспроводные протоколы связи для частоты 2,4 ГГц. Каждый протокол имеет свои преимущества и недостатки.
Технология | Wi-Fi | Bluetooth | ZigBee | Thread |
|---|---|---|---|---|
Стандарт связи | IEEE 802.11 | IEEE 802.15.4 | IEEE 802.15.4 | IEEE 802.15.4 |
Скорость передачи данных | 300+ Мбит/с | до 3 Мбит/с | 250 Кбит/с | 250 Кбит/с |
Энергопотребление | Высокое | Низкое | Низкое | Низкое |
Частотный диапазон | 2,4 ГГц | 2,4 ГГц | 2,4 ГГц | 2,4 ГГц |
Поддержка IP-технологий | + | – | – | + |
Топология | «звезда» | «звезда» | «mesh» | «mesh» |
Wi-Fi – это высокоскоростной протокол беспроводной связи, который широко используется для подключения к Интернету. Однако Wi-Fi потребляет много энергии, что делает его непригодным для устройств, работающих от батарей.
Bluetooth – это протокол беспроводной связи с низким энергопотреблением, который широко используется для связи на короткие расстояния. Однако Bluetooth имеет ограниченный радиус действия, что делает его непригодным для крупномасштабных приложений IoT.
Thread – это протокол беспроводной связи, который похож на ZigBee. Однако в Thread добавлена поддержка IP-протокола, что упрощает интеграцию сетей Thread с сетевыми приложениями.
По сравнению с другими протоколами, ZigBee – это маломощная, недорогая и надежная технология, которая широко используется в устройствах IoT.
Wifi и Bluetooth
ZigBee и Thread
В сетях Bluetooth и Wi-Fi сетевое взаимодействие идет через центральный шлюз. И если он выйдет из строя, то обмен данными станет невозможным. Кроме этого отдельные узлы могут остаться без связи, если неожиданно возникла преграда на пути следования радиосигнала.
В сетях ZigBee и Thread надежность связи повышается за счет наличия избыточных связей между устройствами. Все устройства, которые не уходят в спящий режим, выполняют роль роутеров, которые ответственны за маршрутизацию сетевого трафика, выбора оптимального маршрута следования и ретрансляцию пакетов. Даже если из строя выйдет устройство, которое выступало в качестве организатора сети, ZigBee-сеть продолжит функционировать дальше. Возникновение помехи или преграды, а также выход какого-либо из роутеров из строя не является критичным за счет наличия избыточных связей. Поэтому с введением дополнительных узлов, которые имеют стационарное питание и могут выполнять задачи роутера, сеть становится надежнее.
Применение Zigbee в IoT
ZigBee широко используется в решениях IoT таких, как “умные дома”, промышленная автоматизация и здравоохранение.
• В умных домах ZigBee используется для подключения устройств умного дома, таких как умные термостаты, умные замки и умное освещение. ZigBee позволяет этим устройствам общаться друг с другом и с Интернетом.
• В промышленной автоматизации ZigBee используется для беспроводных сетей датчиков и промышленных систем управления. ZigBee обеспечивает беспроводную связь между датчиками, контроллерами и другими устройствами. Это позволяет осуществлять мониторинг и управление промышленными процессами в режиме реального времени.
• В здравоохранении ZigBee используется для удаленного мониторинга пациентов и подключения медицинских устройств. ZigBee обеспечивает беспроводную связь между медицинскими устройствами и Интернетом, что позволяет осуществлять удаленный мониторинг пациентов и общаться в режиме реального времени между медицинскими работниками.
Заключение
Zigbee – это технология беспроводной связи, которая широко используется в устройствах IoT. Это маломощная, недорогая и надежная технология, которая позволяет устройствам общаться друг с другом по беспроводной связи. ZigBee работает по топологии ячеистой сети, что позволяет устройствам общаться друг с другом прямо или косвенно. Радиус действия ZigBee составляет до 100 метров, и она может поддерживать до 65 000 устройств в одной сети.
ZigBee широко используется в решениях IoT, таких как “умные дома”, промышленная автоматизация и здравоохранение. ZigBee обеспечивает беспроводную связь между устройствами, что позволяет осуществлять мониторинг и управление промышленными процессами в режиме реального времени, удаленный мониторинг пациентов и связь между медицинскими учреждениями в режиме реального времени.
По сравнению с другими протоколами беспроводной связи, ZigBee – это маломощная, недорогая и надежная технология, которая широко применяется в устройствах IoT.
Если вы хотите внедрить надежную технологию связи для своих IoT-устройств, ZigBee определенно стоит рассмотреть. Благодаря своей безопасной ячеистой сети и функциям резервирования, ZigBee может гарантировать, что ваши IoT-устройства останутся подключенными и будут функционировать должным образом.
Свяжитесь с нами, чтобы узнать больше о данной технологии и сферах её применения!
Дмитрий Поликарпов, PR директор NEKTA
Формирует и реализует стратегию продвижения бренда и продуктов NEKTA. Медийное лицо компании, курирует организацию онлайн- и офлайн мероприятий, участвует в развитии сообщества партнёров NEKTA.
Для тех, кто ценит свое время
Будьте в курсе последних новостей разработки, кейсов наших партнеров и интеграции оборудования. Все самое интересное в нашей рассылке.
Хотите узнавать о новых публикациях не заходя на сайт?
Подписывайтесь на анонсы в ВК и Телеграме
