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为什么智能家居喜欢Zigbee：深入了解其优势

创建于04.25
构建智能家居的目标是将家中的一切连接起来，特别是使所有物联网的智能家居设备能够共享信息。这是许多物联网协议（如Zigbee）诞生的初衷。

什么是Zigbee？

Zigbee是一种安全、低速、低功耗的无线网络技术。它被广泛认为是WiFi和蓝牙的优秀替代方案。它适用于不需要大量带宽的低功耗设备，例如智能家居传感器，这可以使物联网应用更加高效。它在智能家居和工业远程监控与控制中得到了广泛应用。
一个典型的例子是，当您拥有一个支持Zigbee的灯泡和一个支持Zigbee的灯开关时，您希望灯开关控制灯泡。使用Zigbee，即使这两个设备来自不同的制造商，它们也没有通信障碍，因为它们使用相同的Zigbee语言。

Zigbee的历史和名称的起源

Zigbee是由Zigbee联盟开发的，该联盟是一个成立于2002年的非营利组织。. 该联盟包括许多知名科技公司，如飞利浦、三菱电机、精工爱普生、德州仪器等。Zigbee的创建旨在为物联网硬件、应用开发工程师和物联网用户提供统一、灵活且高度兼容的协议，以便不同的物联网硬件和软件能够快速且低成本地无线连接。Zigbee在使用设置方面非常简单，降低了用户的学习曲线。
Zigbee联盟于2021年5月11日正式更名为连接标准联盟。它现在拥有超过600个成员，包括苹果、亚马逊、谷歌、宜家、三星等科技公司，并致力于推动Zigbee和下一代智能家居Matter标准协议。
要字面理解Zigbee，我们可以首先简单地拆分这个词Zigbee。Zigbee与蜜蜂有关，因此它的名字中有一个词Bee。什么是Zig？它也与蜜蜂有关：每当一只蜜蜂找到一个新的花簇时，它会使用一种特殊的通信方法叫做“Zig”来通知其他蜜蜂伙伴新花簇的位置，而Zig是蜜蜂的通信网络，因此Zigbee中的“Zig”指的是蜜蜂使用的网络模式。Zig + Bee成为了Zigbee的名称，一种新一代的无线通信协议。

如何 Zigbee 工作

Zigbee协议智能设备可以自动形成一个以每个设备为节点的网状网络，也可以形成一个局部区域网络，以连接智能家居中电器和设备的数据，并协调操作它们。. 可以有多达 65,000 个 Zigbee 节点，每个智能设备作为节点可以相互通信，而无需通过中央集线器。当其中一个节点发生故障时，网状网络中的其他节点将找到网络内的新路径来传输数据。节点越多，网状网络就越广泛。网络也有不同的形状，包括星形拓扑、树形拓扑和网状拓扑。
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Zigbee 网状网络

Zigbee网状网络是指Zigbee无线节点之间的连接，这些节点可以在大范围内进行通信和共享网络连接。可以将节点视为小型发射器，其功能与无线路由器相同。Zigbee支持网状网络的能力意味着它可以扩展数据传输范围，并提供更好的稳定性（即使单个连接节点失败或无法工作时）。
使用Zigbee，您可能会有一个主控制器节点来控制其他连接的节点， Zigbee 网关. 如果一个节点失败并且无法与网状网络中的第二个节点通信，主节点和第二个节点可以通过连接到范围内的第三个节点进行通信。每个节点充当中继器，所有节点在数据分发中协作 - 因此形成了网状网络。Zigbee支持在单个网络中最多65,000个节点。
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这意味着您可以在远离中心的地方使用智能家居设备或传感器，而不会失去连接。数据从一个节点传递到另一个节点，因此只要您有足够的节点，就可以与智能家居中心的设备进行通信。

Zigbee频段和许可证

Zigbee使用IEEE 802.15.4的物理层和MAC层。它还在未授权的2.4 GHz ISM频段上运行。尽管2.4 GHz在全球范围内被广泛使用，但美国、欧洲和中国的设备分别使用915 MHz、868 MHz和784 MHz。网络中仅选择一个频道/频段进行使用。
  • Channel 0: 868 MHz (欧洲)
  • Channels 1-10: 915 MHz（美国和澳大利亚）
  • Channels 11-26: 2.4 GHz (全球)
The 2.4 GHz频段是使用最广泛的，因为它是无许可证的，并且在全球范围内可用。它还以250 kbps的速率传输数据。
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Zigbee 通信范围

Zigbee的通信范围因智能设备和智能家居产品的功率输出、环境是否受阻以及使用的具体Zigbee协议而异。一般来说，每个Zigbee智能产品的覆盖范围在室内可达到约100米，在开放空气和户外可达到400米；在理想条件下的最大理论范围约为1,600米，但在大多数实际应用环境中（即室内），覆盖范围约为10-30米。

Zigbee 电源要求

Zigbee智能产品通常在2.1 - 3.6 V的电压范围内运行。在正常操作的情况下，功耗约为20 - 50 mA。Zigbee智能产品的功耗也可能因Zigbee协议、使用的频段或智能产品之间的距离和数据速率而有所不同。例如，使用2.4GHz频段的Zigbee智能产品将比使用868 / 915 MHz频段的智能产品消耗更多的电力。
Zigbee智能产品通常设计为低功耗，可以通过小型电池或其他常见家庭电源供电，功率一般在3毫瓦到600毫瓦之间。

Zigbee技术概述

下表显示了上述所有技术细节的摘要。
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比较Zigbee与WiFi、蓝牙和Z-wave

Zigbee与其他无线协议如WiFi、蓝牙、Z-Wave和LoRaWAN有一些相似之处和关键差异。如下表所示：
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无线通信技术，如Zigbee、WiFi、蓝牙和Z-Wave，各有其优点和局限性。
从协议的角度来看，WiFi的通信距离远小于Zigbee协议。一般来说，墙壁会严重衰减WiFi信号，这不适合整个智能家居系统。WiFi协议的待机功耗较高，不适合传感器开关等电池供电的设备。WiFi协议设备的工作状态或命令执行在很大程度上依赖于网络状态。如果智能家居设备无法接收信号，就像手机一样，可能会变得不稳定。
使用Zigbee协议的IoT网关可以大大增加其承载的设备数量。一个家庭中的智能开关、传感器和电机数量可能达到几十个，而Zigbee网关可以轻松处理这些问题。
从数据传输的角度来看，WiFi在与其他协议完全不同的路径上执行控制命令。例如，在人感应照明的场景中，当传感器感应到有人经过时，它会生成数据并将其上传到云服务器，然后发送命令以打开灯。该命令通过无线方式传输到智能开关，发送信号以打开灯。
生成的数据通过Zigbee网关传输，如果使用Zigbee协议。由于网关具有边缘计算和逻辑设计能力，所有数据只需在家中通过网关传输即可完成控制命令。
与在手机上观看视频不同，视频可以被缓存和加载。智能家居场景必须及时响应。当人们经过时，传感器不可能让云服务器长时间等待处理数据并发送命令。如果网络不好，传感器将持续等待，这将导致传感器响应延迟或不稳定，用户体验将变得非常糟糕。
因此，智能家居需要低延迟、高稳定性的协议。这就是为什么Zigbee协议优于WiFi协议，以及为什么智能家居必须使用Zigbee网关。尽管在数据传输速率和信号覆盖方面，Zigbee不如WiFi和蓝牙强大，但它具有低功耗，更适合电池供电的设备。它也比Z-wave更开放且更便宜，因此智能家居产品喜欢使用Zigbee。
以下图详细展示了这些技术在信号覆盖、使用成本、通信数据速率和功耗方面的清晰比较：
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Zigbee具有以下优点。

快速响应

通常，Zigbee Mesh 从睡眠模式切换到工作模式只需 15 毫秒，而节点接入网络则需要 30 毫秒。Zigbee Mesh 仍然是对快速响应有要求的智能家居设备的首选解决方案。当然，随着蓝牙 Mesh 的发展，蓝牙 Mesh 的响应速度也在不断提高。

强抗干扰能力

Zigbee最初是为工业生产开发的。Zigbee技术的射频物理层设计确保了强大的抗干扰能力和通信可靠性，因此其抗干扰能力比蓝牙和WiFi更强。Zigbee更适合在干扰较大的环境中部署。

安全可靠

设计是安全的，并具有多种安全机制，包括 AES-128-CCM 无线加密，以满足安全要求。

低功耗

两个普通的AA电池在低功耗模式下可以使用6到24个月。
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什么是基于Zigbee的智能应用解决方案？

基于Zigbee技术的传感器网络被广泛应用，可以更好地实现万物互联的目标。Zigbee技术的应用包括智能家居、工业控制、自动抄表、医疗监测、传感器网络应用、电信应用、仓储和物流系统等。

智能家居

一般来说，许多电气和电子设备都在家中，例如灯、电视、冰箱、洗衣机、计算机、空调等。可能还有烟雾传感器、警报器、摄像头等。在过去，可以实现点对点控制，但如果采用Zigbee技术，这些电子设备可以连接形成一个网络。
您甚至可以通过智能家居 Zigbee 中心连接到互联网。因此，人们可以随时随地快速检查他们的家，而无需布线。将 Zigbee 无线通信技术应用于智能家居设备可以提高操作的便利性并降低家庭成本。
此外，Zigbee无线通信技术还可以实现实际的信号抗干扰功能，为人们创造便利，同时减少对其他用户的信号干扰。

智能老年护理

Zigbee还可以广泛应用于智能老年护理领域。物联网老年居家护理解决方案使老年人能够更长时间独立居家。它不仅可以检测老年人的生活轨迹，还可以保护老年人的安全。该系统在整个家中使用不干扰的无线传感器，以了解老年人的日常行为模式，并检测可能引起关注的行为变化。
它随后向家庭成员或护理人员发送消息以提醒他们。智能老年护理系统在住宅护理设施中成功测试多年，现在可由服务提供商、零售商和智能家居系统集成商进行家庭安装。

智能公寓

智能旨在为租户提供生活方式一体化的居住环境，提高租户的租金，节约能源，并收集有价值的居民人口数据。智能公寓可以配备Zigbee网关中心、门禁控制、门锁、温控器、智能电表、水浸传感器、人类运动传感器、智能插座、智能开关及其他智能硬件设备。

智能医疗

电子医疗监测近年来已成为研究热点。许多传感器被放置在人体上以测量脉搏、血压、健康状态等。监视器和警报也被放置在医院病房中，以随时检查身体状况。一旦出现问题，可以及时作出反应，例如通知值班的医院工作人员。
Zigbee技术可以连接这些传感器、监视器和警报器，以创建一个监控网络。由于它是一种无线技术，因此传感器之间不需要有线连接，被监控的人可以自由移动。智能传感器网络的应用
传感器网络近年来也成为研究热点，在货物追踪、建筑监测、环境保护等方面具有良好的应用前景。低成本节点、低功耗、自动组网、简单维护和高可靠性是传感器网络的要求。由于在组网和低功耗方面的优势，Zigbee已成为传感器网络应用的优秀技术选择。

智能仓储与物流系统

随着仓储和物流系统的推广，无线数据传输系统的需求正在上升。它对无线通信技术提出了高效率和低成本的要求。Zigbee因其安全性、可靠性、多路径路由等特性，特别适合仓储和物流系统。其实践体现在：
首先，现场车辆的调度。由于车辆与控制台之间的连接非常重要，而在仓库、物流等地方，传统的无线通信协议难以保证传输距离，因此可以使用Zigbee网络来解决这一部分问题。
其次，网状Zigbee无线通信技术的网络结构可以应用于仓储和物流，依靠数据中继、动态路由等手段确保整个系统通信的可靠性和效率。
最后，仓储和物流中的车辆始终需要持续移动，而传统的无线通信协议在寻找最佳路径时总是显示出灵活性不足的问题。凭借其网络拓扑，技术能够满足信息传输路径的变化需求，并灵活地提供理想的传输路径，以确保通信质量。

智能电表读数系统

传感器将表计读数转换为数字信号，并通过Zigbee网络直接将读数发送给燃气或水务公司。使用Zigbee进行表计读数还可以带来其他好处。例如，燃气或水务公司可以结合节能使用直接向用户发送一些信息。当发现使用速度过快时，它可以自动降低使用率。

基于Zigbee的智能家居设备

IoT市场的产品类型越来越多，技术也变得越来越成熟。随着Zigbee技术的不断改进，它将成为当今世界上最前沿的数字无线技术。Zigbee的显著优势，如低功耗、低成本、低速和易用性，必将具有广泛的应用前景。
温控器、智能电表、温度和湿度传感器、人类存在传感器、亮度传感器和二氧化碳传感器、智能插座、集成能量和功率电表的执行器：一系列无线设备，旨在为智能建筑项目最大化能源效率。
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Zigbee 网关

一个Zigbee网关是一个物联网网关，它连接Zigbee网络和其他无线或有线网络，如WiFi或以太网。Zigbee桥接集线器网关允许Zigbee设备在Zigbee网状网络中，如智能照明、温控器和安全摄像头，与其他网络上的设备进行通信，反之亦然。用户可以使用智能手机监控他们的Zigbee设备。在Zigbee网关内，有一个Zigbee协调器来管理Zigbee网络，以及另一个网络接口将Zigbee网络连接到其他网络，主要取决于用户的选择。

智能插座

WiFi和Zigbee支持的插座与智能语音助手配合使用，实现对任何Zigbee插座的语音控制。支持多种功能：远程控制、定时控制、灯具和小型电器的自动开关。

智能传感器

目前，市场上有许多Zigbee传感器，例如用于家庭自动化和智能建筑的传感器：
  • 光传感器
  • 水泄漏探测器
  • 门磁传感器
  • Heating/gas alarm
  • 烟雾探测器
  • PIR运动传感器
  • 温度和湿度传感器

智能开关

智能开关确实提供了许多功能，增强了家庭的便利性、舒适性和效率。.智能开关可以远程控制灯光、窗帘、热水器、花园门、车库门、门禁系统等。智能开关有多种类型，例如 智能调光开关It seems that the text you provided is empty. Please provide the text you would like me to translate. 智能风扇开关It seems that there is no text provided for translation. Please provide the text you would like to have translated. 锅炉智能开关, 智能运动传感器灯开关、 智能风扇和灯开关, 和更多。

如何安装和部署Zigbee智能家居设备？

假设您第一次添加Zigbee产品。在这种情况下，建议参考安装手册，因为安装过程可能因品牌、制造商和型号而异。然而，Zigbee网络的安装通常包括以下步骤：
1.购买必要的智能家居产品，包括Zigbee设备，如智能开关和控制器，Zigbee集线器或网关（如有必要），以及任何其他配件，如设备所需的电池等。
2.组织和准备安装区域，包括选择智能家居产品的位置，并确保它们与Zigbee集线器或网关之间有清晰且无遮挡的视线。此外，检查智能产品是否在Zigbee集线器或网关的覆盖范围内。
3.将Zigbee智能家居产品插入电源或安装电池，然后根据产品手册进行安装
4.将智能家居产品与Zigbee网关配对，通常通过智能手机应用或网页界面将智能家居产品连接到Zigbee集线器或网关
5.设置Zigbee网络，例如网络频道和网络ID
6.测试Zigbee网络，检查并测试所有智能家居产品是否正常工作，并且是否可以通过控制器进行控制
值得注意的是，Zigbee 设备通常需要一个 Zigbee 集线器网关才能连接到互联网或其他设备，而这些集线器或网关将需要电源和互联网连接。

Zigbee智能家居市场的未来发展趋势是什么？

Zigbee协议已经存在多年，是一种市场验证的技术。由于其有前景的特性，Zigbee在全球不同的行业和领域得到了广泛应用。许多知名的全球机构对Zigbee的全球趋势和市场份额进行了广泛研究。在这里，我分享一些令人信服的数据及其参考文献，以展示Zigbee技术的价值。
Verified Market Research estimates that the Zigbee market size was $3.5 billion in 2021 and is expected to reach $7.79 billion by 2030, with a compound annual growth rate of 9.30% from 2023 to 2030.
• 根据Reportslinker的数据，Zigbee市场预计在2020年至2025年的预测期内，年复合增长率将超过9.2%。
• 市场研究未来表示，到2030年，Zigbee自动化市场预计将达到79.1亿美元的净值，年复合增长率为8.60%。
智能家居和连接设备的日益普及、对智能城市的投资增加，以及对节能和低成本通信解决方案的需求推动了Zigbee市场的快速增长。

What are the common problems when using Zigbee?

¿Se requiere un gateway Zigbee?

Zigbee设备需要一个Zigbee网关。目前，手机支持WiFi协议，因此需要一个Zigbee网关将WiFi协议转换为Zigbee协议，以便智能手机可以控制Zigbee设备。Zigbee网关还可以集中维护Zigbee设备，确保它们安全且正常运行。

如何处理Zigbee设备延迟或无响应的问题？

Cause: 网络拥塞、信号干扰或设备固件问题。
Solution: 避免在WiFi和Zigbee设备之间放置金属物体或其他干扰信号的物体——更新设备固件，以确保所有设备具有兼容的固件版本。

如果找不到或无法识别Zigbee设备，该怎么办？

Cause: Zigbee设备距离控制中心或中继设备太远，或者它们之间有太多墙壁。
解决方案：在Zigbee设备与控制中心之间添加中继设备，可以为距离控制中心过远的Zigbee设备中继无线信号，从而扩展信号覆盖范围。

如何解决电池寿命短的问题？

Cause: 该设备消耗大量电力且电池质量差。
解决方案：检查设备设置，减少不必要的频繁通信或状态报告。使用高质量电池，并在推荐的时间周期内更换电池。

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