Русский
Почему умные дома любят Zigbee: более детальный взгляд на преимущества
创建于04.25
Цель создания умного дома заключается в том, чтобы соединить все в доме, особенно чтобы все устройства умного дома Интернета вещей могли обмениваться информацией. Это изначальное намерение стало причиной появления многих протоколов Интернета вещей, таких как Zigbee.
Что такое Zigbee?
Zigbee — это безопасная, низкоскоростная, низкопотребляющая беспроводная сетевую технологию. Она широко рассматривается как отличная альтернатива WiFi и Bluetooth. Она подходит для низкопотребляющих устройств, которые не требуют большого объема пропускной способности, таких как датчики умного дома, что может сделать IoT-приложения более эффективными. Она широко используется в умном доме и промышленном удаленном мониторинге и управлении.
Типичным примером является то, что когда у вас есть лампочка с поддержкой Zigbee и выключатель света с поддержкой Zigbee, вы хотите, чтобы выключатель света управлял лампочкой. С Zigbee, даже если два устройства произведены разными производителями, у них нет барьеров для общения, потому что они используют один и тот же язык Zigbee.
История Zigbee и происхождение названия
Zigbee был разработан Альянсом Zigbee, некоммерческой организацией, основанной в 2002 году.. Альянс включает в себя множество известных технологических компаний, таких как Phillips, Mitsubishi Electric, Seiko Epson, Texas Instruments и др. Zigbee был создан для предоставления единого, гибкого и высоко совместимого протокола для аппаратного обеспечения IoT, инженеров по разработке приложений и пользователей IoT, чтобы различное аппаратное и программное обеспечение IoT могли быстро и недорого подключаться по беспроводной сети. Zigbee прост в настройках использования, что сокращает кривую обучения пользователей.
Союз Zigbee официально был переименован в Альянс стандартов подключения 11 мая 2021 года. В настоящее время в него входит более 600 участников, включая такие технологические компании, как Apple, Amazon, Google, IKEA, Samsung и др., и он стремится продвигать Zigbee и стандартный протокол следующего поколения для умного дома Matter.
Чтобы понять Zigbee в буквальном смысле, мы можем сначала просто разобрать слово Zigbee. Zigbee связано с пчелами, поэтому в его названии есть слово Bee. Что такое Zig? Это также связано с пчелами: каждый раз, когда пчела находит новый цветочный кластер, она использует специальный метод связи, называемый "Zig", чтобы уведомить других пчел-сопровождающих о местоположении нового цветочного кластера, и Zig — это коммуникационная сеть пчелы, поэтому "Zig" в Zigbee относится к сетевому режиму, используемому пчелой. Zig + Bee стало названием Zigbee, нового поколения протокола беспроводной связи.
Как работает Zigbee
Устройства умного дома на базе протокола Zigbee могут автоматически формировать сетевую ячейку, где каждое устройство является узлом, а также могут создавать частичную локальную сеть для подключения данных приборов и устройств в умном доме и их согласованной работы.. В сети может быть до 65 000 узлов Zigbee, и каждое умное устройство в качестве узла может общаться друг с другом без прохождения через центральный хаб. Когда один из узлов выходит из строя, другие узлы в сетевой ячейке найдут новый путь внутри сети для передачи данных. Чем больше узлов, тем шире будет сетевая ячейка. Сети также имеют разные формы, включая звездную топологию, древовидную топологию и ячеистую топологию.
Zigbee Mesh Сеть
Сетевое взаимодействие Zigbee mesh относится к соединениям между беспроводными узлами Zigbee, которые могут общаться и делиться сетевыми соединениями на большой площади. Рассматривайте узлы как небольшие передатчики, которые функционируют так же, как беспроводные маршрутизаторы. Способность Zigbee поддерживать сетевое взаимодействие mesh означает, что он может расширять диапазон передачи данных и обеспечивать лучшую стабильность (даже когда один подключенный узел выходит из строя или не работает).
С Zigbee у вас может быть узел главного контроллера, который управляет другими подключенными узлами,
Zigbee шлюз. Если один узел выходит из строя и не может связаться со вторым узлом в сетке, мастер-узел и второй узел могут общаться, подключаясь к третьему узлу в пределах досягаемости. Каждый узел действует как ретранслятор, и все узлы сотрудничают в распределении данных - отсюда и сетка. Zigbee поддерживает до 65 000 узлов в одной сети.
Это означает, что вы можете использовать устройства умного дома или датчики, находясь далеко от вашего хаба, не теряя соединения. Данные передаются от одного узла к другому, поэтому, пока у вас достаточно узлов, вы можете общаться с устройствами по всему хабу умного дома.
Zigbee Частотные диапазоны и лицензии
Zigbee использует физический и MAC уровни IEEE 802.15.4. Он также работает на не лицензированном диапазоне 2.4 ГГц ISM. Хотя 2.4 ГГц широко используется по всему миру, устройства в Соединенных Штатах, Европе и Китае используют 915 МГц, 868 МГц и 784 МГц соответственно. В сети выбирается только один канал/диапазон для использования.
- Канал 0: 868 МГц (Европа)
- Каналы 1-10: 915 МГц (Соединенные Штаты и Австралия)
- Каналы 11-26: 2.4 ГГц (по всему миру)
Диапазон 2.4 ГГц является самым широко используемым, поскольку он не требует лицензии и доступен по всему миру. Он также передает данные со скоростью 250 кбит/с.
Диапазон связи Zigbee
Диапазон связи Zigbee варьируется в зависимости от выходной мощности умных устройств и продуктов для умного дома, наличия препятствий в окружении и конкретного используемого протокола Zigbee. Как правило, диапазон покрытия каждого умного продукта Zigbee может достигать около 100 метров в помещениях и 400 метров на открытом воздухе; максимальный теоретический диапазон при идеальных условиях составляет около 1,600 метров, но в большинстве реальных условий применения (т.е. в помещениях) диапазон покрытия составляет около 10-30 метров.
Требования к питанию Zigbee
Умные продукты Zigbee, как правило, работают в диапазоне напряжений от 2.1 до 3.6 В. При нормальной работе потребление энергии составляет примерно 20 - 50 мА. Потребление энергии умных продуктов Zigbee также может варьироваться в зависимости от протокола Zigbee, используемого частотного диапазона или расстояния и скорости передачи данных между умными продуктами. Например, умный продукт Zigbee, использующий частотный диапазон 2.4 ГГц, будет потреблять больше энергии, чем умный продукт, использующий частотный диапазон 868 / 915 МГц.
Умные продукты Zigbee, как правило, разработаны для работы с низким потреблением энергии и могут питаться от небольших батарей или других распространенных источников питания в домашних условиях, с мощностью, как правило, от 3 мВт до 600 мВт.
Резюме технологии Zigbee
Следующая таблица показывает сводку всех технических деталей, упомянутых выше.
Сравнение между Zigbee и WiFi, Bluetooth и Z-wave
Zigbee имеет некоторые сходства и ключевые различия с другими беспроводными протоколами, такими как WiFi, Bluetooth, Z-Wave и LoRaWAN. Как показано в следующей таблице:
Беспроводные коммуникационные технологии, такие как Zigbee, WiFi, Bluetooth и Z-Wave, каждая из которых имеет свои преимущества и ограничения.
С точки зрения протокола, расстояние связи WiFi значительно меньше, чем у протокола Zigbee. Говоря в общем, стены серьезно ослабляют сигналы WiFi, что делает его неподходящим для всей системы умного дома. Потребление энергии в режиме ожидания протокола WiFi высоко, что делает его неподходящим для устройств на батарейках, таких как сенсорные переключатели. Рабочий статус или выполнение команд устройств протокола WiFi в значительной степени зависит от состояния сети. Устройство умного дома может легко стать нестабильным, если оно не может принимать сигналы, как мобильный телефон.
Шлюз IoT, использующий протокол Zigbee, может значительно увеличить количество устройств, которые он может поддерживать. Количество умных переключателей, датчиков и моторов в доме может достигать десятков, и шлюз Zigbee может легко справиться с этими проблемами.
С точки зрения передачи данных, WiFi выполняет управляющие команды по совершенно другому пути, чем другие протоколы. Например, в сценарии освещения с обнаружением человека, когда датчик фиксирует, что кто-то проходит мимо, он генерирует данные и загружает их на облачный сервер, который затем отправляет команду включить свет. Команда передается по беспроводной сети на умный выключатель, посылая сигнал включить свет.
Сгенерированные данные передаются через шлюз Zigbee, если используется протокол Zigbee. Поскольку шлюз обладает возможностями крайних вычислений и логического проектирования, все данные необходимо передавать только через шлюз дома для выполнения управляющей команды.
В отличие от просмотра видео на мобильном телефоне, видео могут быть кэшированы и загружены. Умные домашние сцены должны реагировать быстро. Когда люди проходят мимо, невозможно заставить сенсор долго ждать, пока облачный сервер обработает данные и отправит команды. Если сеть работает плохо, сенсор будет продолжать ждать, что приведет к задержке или нестабильности реакции сенсора, и пользовательский опыт станет очень плохим.
Поэтому умные дома требуют протоколов с низкой задержкой и высокой стабильностью. Вот почему протокол Zigbee превосходит протокол WiFi и почему в умных домах необходимо использовать шлюзы Zigbee. Хотя Zigbee не так мощен, как WiFi и Bluetooth с точки зрения скорости передачи данных и покрытия сигнала, он имеет низкое потребление энергии и более подходит для устройств, работающих от батареи. Он также более открыт и дешевле, чем Z-wave, поэтому продукты для умного дома предпочитают использовать Zigbee.
Следующая фигура подробно показывает четкое сравнение этих технологий с точки зрения покрытия сигнала, стоимости использования, скорости передачи данных и потребления энергии:
Zigbee имеет следующие преимущества.
Быстрый ответ
В общем, Zigbee Mesh требуется всего 15 мс, чтобы переключиться из спящего режима в рабочий режим, и 30 мс, чтобы узел получил доступ к сети. Zigbee Mesh по-прежнему является предпочтительным решением для умных домашних устройств, требующих быстрого отклика. Конечно, с развитием Bluetooth Mesh скорость отклика Bluetooth Mesh также постоянно улучшается.
Сильная способность к противодействию помехам
Zigbee изначально был разработан для промышленного производства. Дизайн физического уровня RF технологии Zigbee обеспечивает сильную способность к противодействию помехам и надежность связи, поэтому его способность к противодействию помехам сильнее, чем у Bluetooth и WiFi. Zigbee более подходит для развертывания в средах с большим уровнем помех.
Безопасный и надежный
Дизайн безопасен и имеет несколько механизмов безопасности, включая беспроводное шифрование AES-128-CCM, чтобы соответствовать требованиям безопасности.
Низкое потребление энергии
Две обычные батарейки AA могут использоваться в режиме низкого потребления энергии от 6 до 24 месяцев.
Какие интеллектуальные решения приложений основаны на Zigbee?
Сетевые датчики на основе технологии Zigbee широко используются и могут помочь лучше достичь цели подключения всего. Приложения технологии Zigbee включают умные дома, промышленный контроль, автоматическое считывание показаний, медицинский мониторинг, приложения сетей датчиков, телекоммуникационные приложения, системы складирования и логистики и т.д.
Умный дом
В общем, многие электрические и электронные устройства находятся в доме, такие как светильники, телевизоры, холодильники, стиральные машины, компьютеры, кондиционеры и т.д. Также могут быть датчики дыма, сигнализации, камеры и т.д. Ранее можно было достичь точечного управления, но если будет использована технология Zigbee, эти электронные устройства могут быть связаны для формирования сети.
Вы даже можете подключиться к Интернету через умный домашний хаб Zigbee. Таким образом, люди могут быстро проверять свои дома из любого места без проводов. Применение технологии беспроводной связи Zigbee к устройствам умного дома может улучшить удобство эксплуатации и снизить затраты семьи.
Кроме того, технология беспроводной связи Zigbee также может реализовать практические функции защиты сигнала от помех, создавая удобство для людей и уменьшая помехи сигнала для других пользователей.
Умный уход за пожилыми людьми
Zigbee также может широко использоваться в области умного ухода за пожилыми людьми. Решения для ухода за пожилыми людьми на основе IoT позволяют пожилым людям дольше оставаться дома самостоятельно. Он может не только отслеживать жизненные траектории пожилых людей, но и защищать безопасность пожилых людей. Система использует незаметные беспроводные датчики по всему дому, чтобы понять повседневные поведенческие паттерны пожилых людей и обнаруживать изменения в поведении, которые могут вызвать беспокойство.
Затем он отправляет сообщение членам семьи или опекунам, чтобы предупредить их. Умные системы ухода за пожилыми людьми успешно тестировались в учреждениях для проживания на протяжении многих лет и теперь доступны для установки в домашних условиях поставщиками услуг, розничными продавцами и интеграторами умных домашних систем.
Умная квартира
Интеллект направлен на предоставление арендаторам интегрированного в образ жизни жилья, увеличение арендной платы арендаторов, экономию энергии и сбор ценных данных о населении резидентов. Умные квартиры могут быть оснащены шлюзами Zigbee, системами контроля доступа, дверными замками, термостатами, умными счетчиками, датчиками погружения в воду, датчиками движения человека, умными розетками, умными выключателями и другими устройствами умного оборудования.
Умное здравоохранение
Электронный медицинский мониторинг стал горячей темой исследований в последние годы. Многие датчики размещаются на человеческом теле для измерения пульса, артериального давления, состояния здоровья и т.д. Мониторы и сигнализации также размещаются в больничных палатах для проверки физических условий в любое время. Как только возникает проблема, можно своевременно отреагировать, например, уведомив дежурный персонал больницы.
Технология Zigbee может подключать эти датчики, мониторы и сигнализации для создания сети мониторинга. Поскольку это беспроводная технология, нет необходимости в проводных соединениях между датчиками, и контролируемый человек может свободно перемещаться. Применение интеллектуальных сенсорных сетей
Сенсорные сети также стали горячей темой исследований в последние годы и имеют хорошие перспективы применения в отслеживании грузов, мониторинге зданий, охране окружающей среды и т.д. Низкозатратные узлы, низкое потребление энергии, автоматическая сеть, простое обслуживание и высокая надежность являются требованиями к сенсорным сетям. Zigbee стал отличным техническим выбором для приложений сенсорных сетей благодаря своим преимуществам в сетевом взаимодействии и низком потреблении энергии.
Интеллектуальная система складирования и логистики
С продвижением систем складирования и логистики растет спрос на системы беспроводной передачи данных. Это выдвигает высокие требования к эффективности и низкой стоимости для технологий беспроводной связи. Zigbee особенно подходит для систем складирования и логистики благодаря своей безопасности, надежности, многопутевой маршрутизации и другим характеристикам. Его практика отражается в:
Сначала отправка автомобилей на место. Поскольку связь между автомобилем и консолью очень важна, а на складах, в логистике и других местах традиционные протоколы беспроводной связи затрудняют обеспечение расстояния передачи, можно использовать сетевое соединение Zigbee для решения этой части проблемы.
Во-вторых, сетевая структура технологии беспроводной связи Zigbee с ячеистой топологией может быть применена к складированию и логистике, полагаясь на реле данных, динамическую маршрутизацию и другие средства для обеспечения надежности и эффективности всей системы связи.
Наконец, транспортные средства на складах и в логистике всегда должны двигаться непрерывно, а традиционные протоколы беспроводной связи всегда демонстрируют проблему недостаточной гибкости при поиске наилучшего пути. Благодаря своей сетевой топологии технология может удовлетворять изменяющимся потребностям в путях передачи информации и гибко предоставлять идеальные пути передачи, чтобы обеспечить качество связи.
Система считывания умных счетчиков
Датчик преобразует показания счетчика в цифровой сигнал и отправляет показания непосредственно в газовую или водоснабжающую компанию через сеть Zigbee. Использование Zigbee для показаний счетчиков также может принести другие преимущества. Например, газовая или водоснабжающая компания может отправлять некоторую информацию непосредственно пользователю в сочетании с энергосберегающим использованием. Он может автоматически снижать уровень потребления, когда обнаруживает, что он слишком высок.
Устройства умного дома на базе Zigbee
Рынок IoT имеет все больше и больше типов продуктов, а технологии становятся все более зрелыми. Поскольку технология Zigbee продолжает совершенствоваться, она станет самой передовой цифровой беспроводной технологией в мире на сегодняшний день. Значительные преимущества Zigbee, такие как низкое потребление энергии, низкая стоимость, низкая скорость и простота использования, неизбежно будут иметь широкие перспективы применения.
Термостаты, умные счетчики, датчики температуры и влажности, датчики присутствия человека, датчики яркости и датчики CO2, умные розетки, актуаторы с интегрированными счетчиками энергии и мощности: широкий ассортимент беспроводных устройств для проектов умных зданий, разработанных для максимизации энергоэффективности.
Zigbee шлюз
Шлюз Zigbee — это шлюз IoT, который соединяет сеть Zigbee и другие беспроводные или проводные сети, такие как WiFi или Ethernet. Шлюзы моста Zigbee позволяют устройствам Zigbee в сети Zigbee mesh, таким как умное освещение, термостаты и камеры безопасности, взаимодействовать с устройствами в других сетях и наоборот. Пользователи могут контролировать свои устройства Zigbee с помощью своих смартфонов. Внутри шлюза Zigbee есть координатор Zigbee для управления сетью Zigbee и другой сетевой интерфейс для подключения сети Zigbee к другим сетям, в основном в зависимости от выбора пользователя.
Умная розетка
Сокеты с поддержкой WiFi и Zigbee работают с умными голосовыми помощниками, чтобы обеспечить голосовое управление любым сокетом Zigbee. Поддерживает несколько функций: дистанционное управление, управление таймером, автоматическое включение и выключение ламп и небольших приборов.
Умный датчик
В настоящее время на рынке существует множество датчиков Zigbee, таких как датчики для домашней автоматизации и умных зданий:
- Датчик света
- Детектор утечки воды
- Дверной магнитный датчик
- Сигнализация отопления/газа
- Датчик дыма
- Датчик движения PIR
- Датчик температуры и влажности
Умный переключатель
Умные переключатели действительно предлагают множество функций, которые повышают удобство, комфорт и эффективность в доме.Умные переключатели могут удаленно управлять светом, шторами, водонагревателями, садовыми дверями, гаражными дверями, системами контроля доступа и многим другим. Существует множество типов умных переключателей, таких как
умный диммерный переключатель,
умный переключатель вентилятора,
умный переключатель котла, умный датчик движения светового переключателя,
умный вентилятор и выключатель света, и многое другое.
Как установить и развернуть устройства умного дома Zigbee?
Предположим, вы добавляете продукт Zigbee в первый раз. В этом случае рекомендуется обратиться к руководству по установке, так как процесс установки может варьироваться в зависимости от бренда, производителя и модели. Тем не менее, установка сети Zigbee обычно включает в себя следующие шаги:
1. Приобретите необходимые продукты для умного дома, включая устройства Zigbee, такие как умные переключатели и контроллеры, хабы или шлюзы Zigbee (если необходимо), а также любые другие аксессуары, такие как батареи, необходимые для устройств и т.д.
2. Организуйте и подготовьте зону установки, включая выбор места для умных домашних продуктов и обеспечение их четкой и незагроможденной видимости с хаба или шлюза Zigbee. Кроме того, проверьте, находится ли умный продукт в зоне покрытия хаба или шлюза Zigbee.
3.Подключите продукт умного дома Zigbee к источнику питания или установите батареи, а затем установите его в соответствии с руководством пользователя
4. Сопрягите умный домашний продукт с шлюзом Zigbee, обычно через приложение для смартфона или веб-интерфейс, чтобы подключить умный домашний продукт к хабу или шлюзу Zigbee.
5. Настройте сеть Zigbee, такие как сетевой канал и сетевой идентификатор
6. Проверьте сеть Zigbee, проверьте и протестируйте, работают ли все смарт-устройства дома должным образом и могут ли они управляться через контроллер.
Стоит отметить, что устройства Zigbee обычно требуют шлюз Zigbee для подключения к Интернету или другим устройствам, и эти шлюзы или хабы будут требовать питания и подключения к Интернету.
Каковы тенденции будущего развития рынка умных домов Zigbee?
Протокол Zigbee существует уже много лет и является проверенной на рынке технологией. Zigbee широко используется в различных отраслях и сферах по всему миру благодаря своим многообещающим характеристикам. Многие известные мировые учреждения провели обширные исследования глобальных тенденций и доли рынка Zigbee. Здесь я делюсь некоторыми убедительными цифрами и их ссылками, чтобы показать ценность технологии Zigbee.
Verified Market Research оценивает, что размер рынка Zigbee составил 3,5 миллиарда долларов в 2021 году и ожидается, что он достигнет 7,79 миллиарда долларов к 2030 году, с совокупным годовым темпом роста 9,30% с 2023 по 2030 год.
• Согласно данным Reportslinker, ожидается, что рынок Zigbee вырастет с составным годовым темпом роста более 9,2% в прогнозируемый период с 2020 по 2025 год.
• Market Research Future сообщил, что к 2030 году рынок автоматизации Zigbee ожидается с чистой стоимостью 7,91 миллиарда долларов, с совокупным годовым темпом роста 8,60%.
Растущая популярность умных домов и подключенных устройств, увеличенные инвестиции в умные города и спрос на энергосберегающие и недорогие коммуникационные решения способствовали быстрому росту рынка Zigbee.
Какие распространенные проблемы возникают при использовании Zigbee?
Требуется ли шлюз Zigbee?
Устройства Zigbee требуют шлюз Zigbee. В настоящее время мобильные телефоны поддерживают протокол WiFi, поэтому необходим шлюз Zigbee для преобразования протокола WiFi в протокол Zigbee, чтобы смартфоны могли управлять устройствами Zigbee. Шлюзы Zigbee также могут централизованно обслуживать устройства Zigbee и обеспечивать их безопасность и правильное функционирование.
Как справиться с задержкой или отсутствием ответа от устройств Zigbee?
Причина: Сетевое congestion, помехи сигнала или проблемы с прошивкой устройства.
Решение: Избегайте размещения металлических объектов или других объектов, которые мешают сигналу между устройствами WiFi и Zigbee — обновите прошивку устройства, чтобы убедиться, что все устройства имеют совместимые версии прошивки.
Что делать, если устройство Zigbee не может быть найдено или распознано?
Причина: Устройство Zigbee слишком далеко от контрольного центра или релейного устройства, или между ними слишком много стен.
Решение: Добавление релейных устройств между устройством Zigbee и контрольным центром может ретранслировать беспроводные сигналы для устройств Zigbee, находящихся слишком далеко от контрольного центра, чтобы расширить зону покрытия сигнала.
Как решить проблему короткого времени работы батареи?
Причина: Устройство потребляет много энергии и имеет плохое качество батареи.
Решение: Проверьте настройки устройства и уменьшите ненужные частые коммуникации или отчеты о состоянии. Используйте высококачественные батареи и заменяйте батареи в рекомендованный цикл времени.
Присоединяйтесь к нашему сообществу
Присоединяйтесь к нашему сообществу
Нам доверяют более 2000+ клиентов. Присоединяйтесь к ним и развивайте свой бизнес.
Связаться с нами
WhatsApp
Tel