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スマートホームがZigbeeを愛する理由：利点を詳しく見てみましょう
创建于04.25
スマートホームを構築する目的は、家庭内のすべてを接続し、特にすべてのスマートホームデバイスが情報を共有できるようにすることです。これは、Zigbeeなどの多くのIoTプロトコルが誕生した本来の意図です。
Zigbeeとは何ですか？
Zigbeeは、安全で低速、低消費電力のワイヤレスネットワーク技術です。WiFiやBluetoothの優れた代替手段として広く認識されています。これは、スマートホームセンサーのような多くの帯域幅を必要としない低消費電力デバイスに適しています。これにより、IoTアプリケーションがより効率的になります。スマートホームや産業のリモート監視および制御に広く使用されています。
典型的な例は、Zigbee対応の電球とZigbee対応のライトスイッチがあるとき、ライトスイッチが電球を制御することを望むということです。Zigbeeを使用すると、たとえ2つのデバイスが異なるメーカーからのものであっても、同じZigbee言語を使用しているため、通信の障壁はありません。
Zigbeeの歴史と名前の由来
Zigbeeは、2002年に設立された非営利団体であるZigbee Allianceによって開発されました。. このアライアンスには、フィリップス、三菱電機、セイコーエプソン、テキサス・インスツルメンツなど、多くの著名なテクノロジー企業が含まれています。Zigbeeは、IoTハードウェア、アプリ開発エンジニア、およびIoTユーザーのために、統一された柔軟で高い互換性を持つプロトコルを提供するために作成されました。これにより、異なるIoTハードウェアとソフトウェアが迅速かつ低コストでワイヤレス接続できるようになります。Zigbeeは、使用設定に関して非常にシンプルであり、ユーザーの学習曲線を減少させます。
Zigbeeアライアンスは2021年5月11日に正式にコネクティビティスタンダードアライアンスに改名されました。現在、Apple、Amazon、Google、IKEA、Samsungなどのテクノロジー企業を含む600以上のメンバーがいます。そして、Zigbeeおよび次世代スマートホームMatter標準プロトコルの普及に取り組んでいます。
Zigbeeを文字通り理解するために、まずZigbeeという言葉を簡単に分解してみましょう。Zigbeeは蜂に関連しているので、その名前には「Bee」という言葉が含まれています。Zigとは何でしょうか？それも蜂に関連しています：蜂が新しい花のクラスターを見つけるたびに、「Zig」と呼ばれる特別な通信方法を使って、他の蜂の仲間に新しい花のクラスターの場所を通知します。そしてZigは蜂の通信ネットワークであるため、Zigbeeの「Zig」は蜂が使用するネットワークモードを指しています。Zig + Beeは、Zigbeeという新世代の無線通信プロトコルの名前になりました。
Zigbeeの動作原理
Zigbeeプロトコルのスマートデバイスは、各デバイスをノードとして自動的にメッシュネットワークを形成することができ、スマートホーム内の家電やデバイスのデータを接続し、協調して操作するための部分的なエリアネットワークを形成することもできます。. 最大で65,000のZigbeeノードが存在する可能性があり、各スマートデバイスはノードとして中央ハブを介さずに互いに通信できます。ノードの1つが故障した場合、メッシュネットワーク内の他のノードはデータを送信するための新しい経路を見つけます。ノードが多いほど、メッシュネットワークは広がります。ネットワークには、スター型トポロジー、ツリー型トポロジー、メッシュ型トポロジーなど、さまざまな形状があります。
Zigbeeメッシュネットワーク
Zigbeeメッシュネットワーキングは、広範囲にわたって通信し、ネットワーク接続を共有できるZigbeeワイヤレスノード間の接続を指します。ノードをワイヤレスルーターと同じように機能する小さな送信機と考えてください。Zigbeeのメッシュネットワーキングをサポートする能力は、データ伝送範囲を拡張し、より良い安定性を提供できることを意味します（単一の接続ノードが故障したり機能していない場合でも）。
Zigbeeを使用すると、他の接続されたノードを制御するマスターコントローラーノードを持つことができます。
ジグビーゲートウェイ. もし1つのノードが失敗し、メッシュネットワーク上の2番目のノードと通信できない場合、マスターと2番目のノードは、範囲内の3番目のノードにリンクすることで通信できます。各ノードはリピーターとして機能し、すべてのノードがデータ配信に協力します - これがメッシュネットワークです。Zigbeeは、単一のネットワークで最大65,000ノードをサポートしています。
それは、ハブから遠く離れたスマートホームデバイスやセンサーを接続を失うことなく使用できることを意味します。データは一つのノードから別のノードへと渡されるため、十分なノードがあれば、スマートホームハブ全体のデバイスと通信することができます。
Zigbee周波数帯域とライセンス
ZigbeeはIEEE 802.15.4の物理層とMAC層を使用します。また、免許不要の2.4 GHz ISMバンドで動作します。2.4 GHzは世界中で広く使用されていますが、アメリカ、ヨーロッパ、中国のデバイスはそれぞれ915 MHz、868 MHz、784 MHzを使用します。ネットワークで使用するのは1つのチャネル/バンドのみです。
- Channel 0: 868 MHz（ヨーロッパ）
- Channels 1-10: 915 MHz（アメリカ合衆国とオーストラリア）
- チャンネル 11-26: 2.4 GHz (全世界)
2.4 GHzバンドは、ライセンスが不要で世界中で利用可能なため、最も広く使用されています。また、250 kbpsの速度でデータを送信します。
Zigbee通信範囲
Zigbeeの通信範囲は、スマートデバイスやスマートホーム製品の出力、環境の遮蔽状況、使用される特定のZigbeeプロトコルによって異なります。一般的に、各Zigbeeスマート製品のカバレッジ範囲は屋内で約100メートル、屋外で約400メートルに達することができます。理想的な条件下での最大理論範囲は約1,600メートルですが、ほとんどの実際のアプリケーション環境（つまり、屋内）では、カバレッジ範囲は約10-30メートルです。
Zigbee電源要件
Zigbeeスマート製品は一般的に2.1 - 3.6 Vの電圧範囲内で動作します。正常な動作を前提とすると、消費電流は約20 - 50 mAです。Zigbeeスマート製品の消費電力は、Zigbeeプロトコル、使用される周波数帯、またはスマート製品間の距離とデータレートによっても異なる場合があります。例えば、2.4GHz周波数帯を使用するZigbeeスマート製品は、868 / 915 MHz周波数帯を使用するスマート製品よりも多くの電力を消費します。
Zigbeeスマート製品は一般的に低消費電力で設計されており、小型バッテリーや他の一般的な家庭用電源で動作することができます。電力は一般的に3 mWから600 mWの間です。
Zigbee技術の概要
以下の表は、上記で言及されたすべての技術的詳細の概要を示しています。
ZigbeeとWiFi、Bluetooth、Z-waveの比較
Zigbeeは、WiFi、Bluetooth、Z-Wave、LoRaWANなどの他のワイヤレスプロトコルといくつかの類似点と重要な違いがあります。以下の表に示すように：
ワイヤレス通信技術には、Zigbee、WiFi、Bluetooth、Z-Waveなどがあり、それぞれに利点と制限があります。
プロトコルの観点から見ると、WiFiの通信距離はZigbeeプロトコルのそれよりもはるかに小さいです。一般的に言えば、壁はWiFi信号を著しく減衰させるため、全体のスマートホームシステムには不適切です。WiFiプロトコルの待機時消費電力は高く、センサースイッチなどのバッテリー駆動デバイスには不適切です。WiFiプロトコルデバイスの動作状態やコマンド実行は、ネットワーク状態に大きく依存します。スマートホームデバイスは、携帯電話のように信号を受信できない場合、簡単に不安定になる可能性があります。
Zigbeeプロトコルを使用したIoTゲートウェイは、接続できるデバイスの数を大幅に増加させることができます。家庭内のスマートスイッチ、センサー、モーターの数は数十に達する可能性があり、Zigbeeゲートウェイはこれらの問題を簡単に処理できます。
データ伝送の観点から見ると、WiFiは他のプロトコルとは全く異なる経路で制御コマンドを実行します。例えば、人感センサー照明のシナリオでは、センサーが誰かが通り過ぎるのを感知すると、データを生成し、それをクラウドサーバーにアップロードします。次に、クラウドサーバーはライトをオンにするコマンドを送信します。このコマンドはワイヤレスでスマートスイッチに伝達され、ライトをオンにする信号を送ります。
生成されたデータは、Zigbeeプロトコルが使用されている場合、Zigbeeゲートウェイを介して転送されます。ゲートウェイにはエッジコンピューティングとロジック設計機能があるため、すべてのデータは、制御コマンドを完了するために自宅のゲートウェイを介してのみ転送する必要があります。
モバイルフォンで動画を見るのとは異なり、動画はキャッシュされて読み込まれることができます。スマートホームのシーンは迅速に応答する必要があります。人が通り過ぎるとき、センサーがクラウドサーバーにデータを処理してコマンドを送信するのを長時間待たせることは不可能です。ネットワークが良くない場合、センサーはずっと待ち続け、これによりセンサーの応答が遅れたり不安定になったりし、ユーザーエクスペリエンスが非常に悪化します。
したがって、スマートホームには低遅延で高安定性のプロトコルが必要です。これが、ZigbeeプロトコルがWiFiプロトコルより優れている理由であり、スマートホームでZigbeeゲートウェイを使用する必要がある理由です。Zigbeeはデータ伝送速度や信号カバレッジに関してWiFiやBluetoothほど強力ではありませんが、低消費電力であり、バッテリー駆動のデバイスにより適しています。また、Z-waveよりもオープンで安価であるため、スマートホーム製品はZigbeeを好んで使用しています。
以下の図は、信号カバレッジ、使用コスト、通信データレート、および消費電力の観点から、これらの技術の明確な比較を詳細に示しています：
Zigbeeには以下の利点があります。
迅速な応答
一般的に、Zigbee Meshがスリープモードから動作モードに切り替わるのにわずか15ms、ノードがネットワークにアクセスするのに30msかかります。Zigbee Meshは、迅速な応答を必要とするスマートホームデバイスにとって依然として好ましいソリューションです。もちろん、Bluetooth Meshの発展に伴い、Bluetooth Meshの応答速度も常に向上しています。
強力な干渉防止能力
Zigbeeは元々産業生産のために開発されました。Zigbee技術のRF物理層の設計は、強力な耐干渉能力と通信の信頼性を確保しているため、その耐干渉能力はBluetoothやWiFiよりも強力です。Zigbeeは、大きな干渉がある環境での展開により適しています。
安全で信頼性のある
デザインは安全であり、AES-128-CCMワイヤレス暗号化を含む複数のセキュリティメカニズムを備えており、セキュリティ要件を満たしています。
低消費電力
2つの普通のAA電池は、低電力モードで6ヶ月から24ヶ月使用できます。
Zigbeeに基づくインテリジェントアプリケーションソリューションとは何ですか？
Zigbee技術に基づくセンサーネットワークは広く使用されており、すべてを接続するという目標をより良く達成するのに役立ちます。Zigbee技術の応用には、スマートホーム、産業制御、自動メーター読み取り、医療モニタリング、センサーネットワークアプリケーション、通信アプリケーション、倉庫および物流システムなどが含まれます。
スマートホーム
一般的に言えば、家庭には多くの電気および電子機器が存在します。例えば、照明、テレビ、冷蔵庫、洗濯機、コンピュータ、エアコンなどです。また、煙センサー、アラーム、カメラなどもあるかもしれません。過去には、ポイントツーポイントの制御が可能でしたが、Zigbee技術を採用すれば、これらの電子機器をリンクさせてネットワークを形成することができます。
インターネットにスマートホームのZigbeeハブを介して接続することもできます。これにより、人々は配線なしでどこからでも自宅を迅速に確認できます。Zigbee無線通信技術をスマートホームデバイスに適用することで、操作の便利さを向上させ、家族のコストを削減できます。
さらに、Zigbeeワイヤレス通信技術は実用的な信号干渉防止機能を実現することができ、他のユーザーへの信号干渉を減少させながら、人々に便利さを提供します。
スマート高齢者ケア
Zigbeeは、スマート高齢者ケアの分野でも広く使用できます。IoT高齢者在宅ケアソリューションは、高齢者が自宅でより長く独立して生活できるようにします。それは、高齢者の生活の軌跡を検出するだけでなく、高齢者の安全を守ることもできます。このシステムは、家庭内に目立たないワイヤレスセンサーを使用して、高齢者の日常行動パターンを理解し、懸念を引き起こす可能性のある行動の変化を検出します。
それから、家族や介護者に警告するメッセージを送信します。スマート高齢者ケアシステムは、何年にもわたり居住介護施設で成功裏にテストされており、現在はサービスプロバイダー、小売業者、スマートホームシステムインテグレーターによる家庭への設置が可能です。
スマートアパートメント
インテリジェンスは、テナントにライフスタイル統合型の住居を提供し、テナントの家賃を増加させ、エネルギーを節約し、貴重な居住者人口データを収集することを目指しています。スマートアパートメントには、Zigbeeゲートウェイハブ、アクセス制御、ドアロック、サーモスタット、スマートメーター、水浸透センサー、人間の動作センサー、スマートソケット、スマートスイッチ、その他のスマートハードウェアデバイスを装備することができます。
スマートヘルスケア
電子医療モニタリングは近年の研究のホットスポットとなっています。多くのセンサーが人体に取り付けられ、脈拍、血圧、健康状態などを測定します。モニターやアラームも病院の病棟に設置され、いつでも身体の状態をチェックできます。問題が発生した場合、当直の病院スタッフに通知するなど、迅速な対応が可能です。
Zigbee技術は、これらのセンサー、モニター、およびアラームを接続して監視ネットワークを作成できます。無線技術であるため、センサー間に有線接続を必要とせず、監視される人は自由に移動できます。インテリジェントセンサーネットワークの応用
センサーネットワークは近年研究のホットスポットとなっており、貨物追跡、建物監視、環境保護などにおいて良好な応用の見通しがあります。低コストのノード、低消費電力、自動ネットワーキング、簡単なメンテナンス、高い信頼性がセンサーネットワークの要件です。Zigbeeは、ネットワーキングと低消費電力の利点により、センサーネットワークアプリケーションにとって優れた技術選択肢となっています。
インテリジェント倉庫および物流システム
倉庫および物流システムの促進に伴い、ワイヤレスデータ伝送システムの需要が高まっています。これは、ワイヤレス通信技術に対して高効率かつ低コストの要件を提示します。Zigbeeは、その安全性、信頼性、マルチパスルーティングなどの特性により、倉庫および物流システムに特に適しています。その実践は以下に反映されています：
まず、現場車両の派遣です。車両とコンソールの接続は非常に重要であり、倉庫や物流などの場所では、従来の無線通信プロトコルでは伝送距離を保証することが難しいため、Zigbeeネットワーキングを使用してこの部分の問題を解決できます。
第二に、メッシュZigbee無線通信技術のネットワーク構造は、データ中継、動的ルーティングなどの手段に依存して、倉庫管理と物流に適用でき、システム全体の通信の信頼性と効率を確保します。
最後に、倉庫管理と物流における車両は常に継続的に移動する必要があり、従来の無線通信プロトコルは最適な経路を見つける際に柔軟性が不足する問題を常に示しています。そのネットワークトポロジーにより、技術は情報伝送経路の変化するニーズに応え、通信品質を確保するために理想的な伝送経路を柔軟に提供することができます。
スマートメーター読み取りシステム
センサーはメーターの読み取り値をデジタル信号に変換し、Zigbeeネットワークを介してガスまたは水道会社に直接読み取り値を送信します。メーターの読み取りにZigbeeを使用することは、他の利点ももたらす可能性があります。たとえば、ガスまたは水道会社は、省エネルギー使用に関連して、ユーザーに直接いくつかの情報を送信できます。使用率が速すぎると判断した場合、自動的に使用率を減少させることができます。
Zigbeeベースのスマートホームデバイス
IoT市場にはますます多くの製品タイプがあり、技術はますます成熟しています。Zigbee技術が改善され続けるにつれて、今日の世界で最も最先端のデジタル無線技術になるでしょう。Zigbeeの低消費電力、低コスト、低速、使いやすさといった重要な利点は、広範な応用の見込みを持つことは間違いありません。
サーモスタット、スマートメーター、温度および湿度センサー、人間存在センサー、明るさセンサーおよびCO2センサー、スマートソケット、統合エネルギーおよび電力メーターを備えたアクチュエーター：エネルギー効率を最大化するために設計されたスマートビルプロジェクト向けの幅広いワイヤレスデバイス。
ジグビーゲートウェイ
Zigbeeゲートウェイは、ZigbeeネットワークとWiFiやEthernetなどの他のワイヤレスまたは有線ネットワークを橋渡しするIoTゲートウェイです。Zigbeeブリッジハブゲートウェイは、スマート照明、サーモスタット、セキュリティカメラなどのZigbeeメッシュネットワーク上のZigbeeデバイスが、他のネットワーク上のデバイスと通信できるようにします。ユーザーはスマートフォンを使用してZigbeeデバイスを監視できます。Zigbeeゲートウェイ内には、Zigbeeネットワークを管理するZigbeeコーディネーターと、Zigbeeネットワークを他のネットワークに接続するための別のネットワークインターフェースがあります。これは主にユーザーの選択に依存します。
スマートソケット
WiFiおよびZigbee対応のソケットは、スマート音声アシスタントと連携して、任意のZigbeeソケットの音声制御を可能にします。複数の機能をサポート：リモートコントロール、タイマー制御、ランプや小型家電の自動オンおよびオフ。
スマートセンサー
現在、市場には多くのZigbeeセンサーがあり、ホームオートメーションやスマートビル用のセンサーなどがあります：
- 光センサー
- 水漏れ検知器
- ドア磁気センサー
- 暖房/ガス警報
- 煙探知器
- PIRモーションセンサー
- 温度と湿度センサー
スマートスイッチ
スマートスイッチは、確かに家庭内の便利さ、快適さ、効率を向上させる多くの機能を提供します。.Smart switchesは、ライト、カーテン、給湯器、庭のドア、ガレージのドア、アクセス制御システムなどをリモートで制御できます。スマートスイッチには、さまざまなタイプがあります。
スマート調光スイッチ,
スマートファンスイッチI'm sorry, but it seems that there is no text provided for translation. Please provide the text you would like to have translated into Japanese.
ボイラー スマート スイッチ, スマートモーションセンサーライトスイッチ、
スマートファンとライトスイッチ、そしてもっと。
Zigbeeスマートホームデバイスのインストールと展開方法は？
Zigbee製品を初めて追加する場合は、ブランド、製造元、モデルによってインストールプロセスが異なる可能性があるため、インストールのマニュアルを参照することをお勧めします。ただし、Zigbeeネットワークのインストールは一般的に以下のステップを含みます：
1. 必要なスマートホーム製品を購入します。これには、スマートスイッチやコントローラーなどのZigbeeデバイス、Zigbeeハブまたはゲートウェイ（必要に応じて）、およびデバイスに必要なバッテリーなどのその他のアクセサリーが含まれます。
2.インストールエリアを整理し、準備します。これには、スマートホーム製品の設置場所を選択し、Zigbeeハブまたはゲートウェイとの間に明確で障害物のない視線が確保されていることを確認することが含まれます。さらに、スマート製品がZigbeeハブまたはゲートウェイのカバレッジ内にあるかどうかを確認してください。
3. Zigbeeスマートホーム製品を電源に接続するか、バッテリーを取り付けてから、製品マニュアルに従ってインストールします。
4. スマートホーム製品をZigbeeゲートウェイとペアリングします。通常、スマートフォンアプリまたはウェブインターフェースを通じて、スマートホーム製品をZigbeeハブまたはゲートウェイに接続します。
5.Zigbeeネットワークを設定します。ネットワークチャネルやネットワークIDなど。
6. Zigbeeネットワークをテストし、すべてのスマートホーム製品が正常に動作しているか、コントローラーを通じて制御できるかを確認してテストします。
Zigbeeデバイスは通常、インターネットや他のデバイスに接続するためにZigbeeハブゲートウェイを必要とし、これらのハブやゲートウェイは電源とインターネット接続を必要とすることに注意する価値があります。
Zigbeeスマートホーム市場の将来の発展トレンドは何ですか？
Zigbeeプロトコルは長年にわたり存在しており、市場で実証された技術です。Zigbeeは、その有望な機能により、世界中のさまざまな産業や分野で広く採用されています。多くの著名なグローバル機関がZigbeeのグローバルトレンドと市場シェアについて広範に研究しています。ここでは、Zigbee技術の価値を示す説得力のある数字とその参考文献をいくつか共有します。
Verified Market Researchは、Zigbee市場の規模が2021年に35億ドルであり、2030年までに77.9億ドルに達すると予測しており、2023年から2030年までの年間平均成長率は9.30%です。
• Reportslinkerのデータによると、Zigbee市場は2020年から2025年の予測期間中に9.2%以上の年平均成長率で成長することが期待されています。
• Market Research Futureは、2030年までにZigbee自動化市場の純価値が79.1億ドルに達し、年平均成長率が8.60%になると予測しています。
スマートホームや接続デバイスの人気の高まり、スマートシティへの投資の増加、エネルギー効率の良い低コストの通信ソリューションへの需要が、Zigbee市場の急速な成長を促進しています。
Zigbeeを使用する際の一般的な問題は何ですか？
Zigbeeゲートウェイは必要ですか？
ZigbeeデバイスにはZigbeeゲートウェイが必要です。現在、携帯電話はWiFiプロトコルをサポートしているため、WiFiプロトコルをZigbeeプロトコルに変換するためにZigbeeゲートウェイが必要です。これにより、スマートフォンがZigbeeデバイスを制御できるようになります。Zigbeeゲートウェイは、Zigbeeデバイスを中央で管理し、安全で正常に機能していることを保証することもできます。
Zigbeeデバイスからの遅延または無応答に対処する方法は？
原因: ネットワークの混雑、信号の干渉、またはデバイスのファームウェアの問題。
ソリューション: WiFiとZigbeeデバイスの間に信号を妨げる金属製の物体やその他の物体を置かない—すべてのデバイスが互換性のあるファームウェアバージョンを持つようにデバイスのファームウェアを更新してください。
Zigbeeデバイスが見つからない、または認識されない場合はどうすればよいですか？
原因: Zigbeeデバイスがコントロールセンターまたはリレーデバイスから遠すぎるか、間に壁が多すぎます。
解決策：制御センターとZigbeeデバイスの間に中継デバイスを追加することで、制御センターから遠すぎるZigbeeデバイスのために無線信号を中継し、信号のカバレッジを拡大できます。
バッテリー寿命が短い問題を解決する方法は？
原因: デバイスは多くの電力を消費し、バッテリーの品質が悪い。
解決策: デバイスの設定を確認し、不必要な頻繁な通信やステータス報告を減らします。高品質のバッテリーを使用し、推奨される時間サイクルでバッテリーを交換します。
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