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為什麼智慧家庭喜愛Zigbee：深入了解其優勢
创建于04.25
建立智能家居的目標是將家中的一切連接起來，特別是使所有物聯網的智能家居設備能夠共享信息。這是許多物聯網協議（如Zigbee）誕生的初衷。
什麼是Zigbee？
Zigbee 是一種安全、低速、低功耗的無線網絡技術。它被廣泛認為是 WiFi 和 Bluetooth 的優秀替代方案。它適用於不需要大量帶寬的低功耗設備，例如智能家居傳感器，這可以使物聯網應用更加高效。它被廣泛應用於智能家居和工業遠程監控與控制。
一個典型的例子是，當你擁有一個支持Zigbee的燈泡和一個支持Zigbee的燈開關時，你希望燈開關能控制燈泡。使用Zigbee，即使這兩個設備來自不同的製造商，它們也沒有通信障礙，因為它們使用相同的Zigbee語言。
Zigbee 的歷史和名稱的起源
Zigbee 是由 Zigbee 聯盟開發的，該聯盟是一個於 2002 年成立的非營利組織。. 該聯盟包括許多知名的科技公司，如飛利浦、三菱電機、精工愛普生、德州儀器等。Zigbee 的創建旨在為物聯網硬體、應用程式開發工程師和物聯網用戶提供一個統一、靈活且高度兼容的協議，以便不同的物聯網硬體和軟體能夠快速且廉價地無線連接。Zigbee 在使用設置方面非常簡單，減少了用戶的學習曲線。
Zigbee 聯盟於 2021 年 5 月 11 日正式更名為連接標準聯盟。它現在擁有超過 600 名成員，包括蘋果、亞馬遜、谷歌、宜家、三星等科技公司，並致力於推廣 Zigbee 及下一代智能家居 Matter 標準協議。
要字面理解Zigbee，我們可以首先簡單地拆解這個詞Zigbee。Zigbee與蜜蜂有關，因此它的名字中有一個詞Bee。什麼是Zig？它也與蜜蜂有關：每當一隻蜜蜂找到一個新的花叢時，它會使用一種特殊的通信方法稱為“Zig”來通知其他蜜蜂同伴新花叢的位置，而Zig是蜜蜂的通信網絡，因此Zigbee中的“Zig”指的是蜜蜂使用的網絡模式。Zig + Bee成為Zigbee的名稱，一種新一代的無線通信協議。
如何 Zigbee 運作
Zigbee 協議智能設備可以自動形成一個以每個設備為節點的網狀網絡，並且還可以形成一個部分區域網絡，以連接智能家居中電器和設備的數據，並協調運行它們。. 最多可以有 65,000 個 Zigbee 節點，每個智能設備作為一個節點可以彼此通信，而無需通過中央集線器。當其中一個節點失效時，網狀網絡中的其他節點將在網絡內找到一條新路徑來傳輸數據。節點越多，網狀網絡就越廣泛。網絡也有不同的形狀，包括星形拓撲、樹形拓撲和網狀拓撲。
Zigbee 網狀網絡
Zigbee 網狀網絡是指 Zigbee 無線節點之間的連接，這些節點可以在大範圍內進行通信和共享網絡連接。可以將節點視為小型發射器，其功能與無線路由器相同。Zigbee 支持網狀網絡的能力意味著它可以擴展數據傳輸範圍並提供更好的穩定性（即使當一個連接的節點失效或無法工作時）。
使用Zigbee，您可能會有一個主控制器節點來控制其他連接的節點，
Zigbee 閘道器. 如果一個節點失效並且無法與網狀網絡中的第二個節點通信，主節點和第二個節點可以通過連接到範圍內的第三個節點來進行通信。每個節點都充當重複器，所有節點在數據分發中協作 - 因此形成了網狀網絡。Zigbee 在單個網絡中支持最多 65,000 個節點。
這意味著您可以在遠離您的集線器的地方使用智能家居設備或傳感器，而不會失去連接。數據從一個節點傳遞到另一個節點，因此只要您擁有足夠的節點，就可以與智能家居集線器中的設備進行通信。
Zigbee 頻率頻段和許可證
Zigbee 使用 IEEE 802.15.4 的物理層和 MAC 層。它還在未授權的 2.4 GHz ISM 頻段上運行。雖然 2.4 GHz 在全球廣泛使用，但美國、歐洲和中國的設備分別使用 915 MHz、868 MHz 和 784 MHz。網絡中僅選擇一個通道/頻段進行使用。
- Channel 0: 868 MHz (歐洲)
- 頻道 1-10：915 MHz（美國和澳大利亞）
- 頻道 11-26：2.4 GHz（全球）
2.4 GHz 頻段是最廣泛使用的，因為它是無需許可的，並且在全球範圍內可用。它還以 250 kbps 的速度傳輸數據。
Zigbee 通訊範圍
Zigbee 的通信範圍因智能設備和智能家居產品的功率輸出、環境是否受阻以及使用的具體 Zigbee 協議而異。一般來說，每個 Zigbee 智能產品的覆蓋範圍在室內約可達 100 米，在開放空氣和戶外約可達 400 米；在理想條件下的最大理論範圍約為 1,600 米，但在大多數實際應用環境中（即室內），覆蓋範圍約為 10-30 米。
Zigbee 電源需求
Zigbee 智能產品通常在 2.1 - 3.6 V 的電壓範圍內運行。假設正常運行，功耗約為 20 - 50 mA。Zigbee 智能產品的功耗也可能因 Zigbee 協議、使用的頻段或智能產品之間的距離和數據速率而有所不同。例如，使用 2.4GHz 頻段的 Zigbee 智能產品將比使用 868 / 915 MHz 頻段的智能產品消耗更多的電力。
Zigbee 智能產品通常設計為低功耗，並可以由小型電池或其他常見的家庭電源供電，功率一般在 3 mW 和 600 mW 之間。
Zigbee 技術摘要
以下表格顯示了上述所有技術細節的摘要。
Zigbee 與 WiFi、藍牙和 Z-wave 的比較
Zigbee 與其他無線協議如 WiFi、Bluetooth、Z-Wave 和 LoRaWAN 有一些相似之處和關鍵差異。如下表所示：
無線通信技術如Zigbee、WiFi、藍牙和Z-Wave，各有其優勢和限制。
從協議的角度來看，WiFi的通信距離遠小於Zigbee協議。一般來說，牆壁會嚴重衰減WiFi信號，這對整個智能家居系統來說並不合適。WiFi協議的待機功耗較高，這對於像傳感器開關這樣的電池供電設備並不合適。WiFi協議設備的工作狀態或命令執行在很大程度上依賴於網絡狀態。如果智能家居設備無法接收信號，就像手機一樣，則很容易變得不穩定。
使用Zigbee協議的物聯網閘道器可以大大增加其能承載的設備數量。家中的智能開關、傳感器和電動機的數量可能達到數十個，而Zigbee閘道器可以輕鬆處理這些問題。
從數據傳輸的角度來看，WiFi 在與其他協議完全不同的路徑上執行控制命令。例如，在人感應照明的場景中，當傳感器感應到有人經過時，它會生成數據並將其上傳到雲伺服器，然後發送命令以打開燈。該命令無線傳輸到智能開關，發送信號以打開燈。
生成的數據如果使用Zigbee協議，則通過Zigbee網關進行傳輸。由於網關具有邊緣計算和邏輯設計能力，所有數據只需在家中通過網關傳輸即可完成控制命令。
與在手機上觀看視頻不同，視頻可以被緩存和加載。智能家居場景必須及時響應。當人們經過時，無法讓傳感器長時間等待雲伺服器處理數據並發送命令。如果網絡不佳，傳感器將不斷等待，這將導致傳感器響應延遲或不穩定，並且用戶體驗將變得非常糟糕。
因此，智能家居需要低延遲、高穩定性的協議。這就是為什麼Zigbee協議優於WiFi協議，以及為什麼智能家居必須使用Zigbee網關。儘管Zigbee在數據傳輸速率和信號覆蓋方面不如WiFi和藍牙強大，但它具有低功耗，更適合電池供電的設備。它也比Z-wave更開放且更便宜，因此智能家居產品喜愛使用Zigbee。
以下圖詳細顯示這些技術在信號覆蓋、使用成本、通信數據速率和功耗方面的清晰比較：
Zigbee 擁有以下優勢。
快速回應
一般來說，Zigbee Mesh 從睡眠模式切換到工作模式只需 15 毫秒，而一個節點接入網絡則需 30 毫秒。Zigbee Mesh 仍然是對於需要快速響應的智能家居設備的首選解決方案。當然，隨著藍牙 Mesh 的發展，藍牙 Mesh 的響應速度也在不斷提高。
強大的抗干擾能力
Zigbee 最初是為了工業生產而開發的。Zigbee 技術的 RF 物理層設計確保了強大的抗干擾能力和通信可靠性，因此其抗干擾能力比藍牙和 WiFi 更強。Zigbee 更適合在干擾較大的環境中部署。
安全可靠
該設計是安全的，並具有多種安全機制，包括 AES-128-CCM 無線加密，以滿足安全要求。
低功耗
兩顆普通的AA電池可以在低功耗模式下使用6到24個月。
基於Zigbee的智能應用解決方案有哪些？
基於Zigbee技術的傳感器網絡被廣泛應用，並能更好地實現萬物互聯的目標。Zigbee技術的應用包括智能家居、工業控制、自動抄表、醫療監測、傳感器網絡應用、電信應用、倉儲和物流系統等。
智慧家居
一般來說，許多電氣和電子設備都在家中，例如燈、電視、冰箱、洗衣機、電腦、空調等。還可能有煙霧傳感器、警報器、攝像頭等。在過去，可以實現點對點控制，但如果採用Zigbee技術，這些電子設備可以連接形成一個網絡。
您甚至可以通过智能家居 Zigbee 集线器连接到互联网。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 無線通信技術還可以實現實用的信號抗干擾功能，為人們創造便利的同時減少對其他用戶的信號干擾。
智慧長者照護
Zigbee 也可以廣泛應用於智慧老年護理領域。物聯網老年居家護理解決方案使老年人能夠更長時間獨立居家。它不僅可以檢測老年人的生活軌跡，還可以保護老年人的安全。該系統在整個家中使用不干擾的無線傳感器，以了解老年人的日常行為模式並檢測可能引起關注的行為變化。
它然後向家庭成員或護理人員發送消息以提醒他們。智能老年護理系統在住宅護理設施中成功測試多年，現在可由服務提供商、零售商和智能家居系統集成商進行家庭安裝。
智慧公寓
智能旨在為租戶提供生活方式整合的居住環境，提高租戶的租金，節省能源，並收集有價值的居民人口數據。智能公寓可以配備Zigbee網關集線器、門禁控制、門鎖、恆溫器、智能電表、水浸傳感器、人類運動傳感器、智能插座、智能開關及其他智能硬件設備。
智慧醫療
電子醫療監測近年來已成為研究熱點。許多傳感器被放置在人體上以測量脈搏、血壓、健康狀況等。監視器和警報器也被放置在醫院病房中，以隨時檢查身體狀況。一旦發生問題，可以及時作出反應，例如通知值班的醫院工作人員。
Zigbee 技術可以連接這些傳感器、監視器和警報器，以創建一個監控網絡。由於它是一種無線技術，因此不需要在傳感器之間進行有線連接，被監控的人可以自由移動。智能傳感器網絡的應用
感測器網絡近年來也成為研究熱點，並在貨物追蹤、建築監控、環境保護等方面具有良好的應用前景。低成本節點、低功耗、自動網絡、簡單維護和高可靠性是感測器網絡的要求。由於在網絡連接和低功耗方面的優勢，Zigbee已成為感測器網絡應用的優秀技術選擇。
智能倉儲和物流系統
隨著倉儲和物流系統的推廣，對無線數據傳輸系統的需求正在上升。這對無線通信技術提出了高效率和低成本的要求。Zigbee因其安全性、可靠性、多路徑路由等特點，特別適合倉儲和物流系統。其實踐體現在：
首先，现场车辆的调度。由於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使得保证传输距离变得困难，因此可以使用Zigbee网络来解决这一部分的问题。
其次，網絡結構的網狀Zigbee無線通信技術可以應用於倉儲和物流，依賴數據中繼、動態路由等手段來確保整個系統通信的可靠性和效率。
最後，倉儲和物流中的車輛始終需要不斷移動，而傳統的無線通信協議在尋找最佳路徑時總是顯示出靈活性不足的問題。憑藉其網絡拓撲，技術可以滿足信息傳輸路徑的變化需求，並靈活地提供理想的傳輸路徑，以確保通信質量。
智能電表讀取系統
感測器將儀表讀數轉換為數位信號，並通過 Zigbee 網絡將讀數直接發送給燃氣或水公司。使用 Zigbee 進行儀表讀數還可以帶來其他好處。例如，燃氣或水公司可以直接向用戶發送一些信息，並結合節能使用情況。當它發現使用速度過快時，可以自動降低使用率。
基於Zigbee的智能家居設備
物聯網市場的產品類型越來越多，技術也變得越來越成熟。隨著Zigbee技術的不斷改進，它將成為當今世界上最尖端的數字無線技術。Zigbee的顯著優勢，如低功耗、低成本、低速度和易用性，必將具有廣泛的應用前景。
恆溫器、智能電表、溫度和濕度傳感器、人類存在傳感器、亮度傳感器和二氧化碳傳感器、智能插座、帶有集成能量和功率計的執行器：一系列無線設備，旨在為智能建築項目提供最大化的能源效率。
Zigbee 閘道器
Zigbee 閘道器是一種物聯網閘道器，能夠橋接 Zigbee 網絡和其他無線或有線網絡，例如 WiFi 或以太網。Zigbee 橋接集線器閘道器允許 Zigbee 網絡上的 Zigbee 設備，如智能照明、恆溫器和安全攝像頭，與其他網絡上的設備進行通信，反之亦然。用戶可以使用智能手機監控他們的 Zigbee 設備。在 Zigbee 閘道器內，有一個 Zigbee 協調器來管理 Zigbee 網絡，還有另一個網絡接口將 Zigbee 網絡連接到其他網絡，主要取決於用戶的選擇。
智慧插座
WiFi 和 Zigbee 支援的插座與智能語音助手協作，實現對任何 Zigbee 插座的語音控制。支持多種功能：遠程控制、定時控制、自動開關燈具和小型電器。
智慧感測器
目前，市場上有許多 Zigbee 感測器，例如用於家庭自動化和智慧建築的感測器：
- 光感應器
- 水漏檢測器
- 門磁感應器
- 加熱/燃氣警報
- 煙霧探測器
- PIR 動態感應器
- 溫度和濕度傳感器
智慧開關
智能開關確實提供了許多增強家庭便利性、舒適性和效率的功能.智能開關可以遠程控制燈光、窗簾、熱水器、花園門、車庫門、門禁系統等。智能開關有許多種類，例如
智能調光開關抱歉，我無法處理該請求。
智能風扇開關抱歉，我無法處理該請求。
鍋爐智能開關, 智能運動感應燈開關、
智能風扇和燈開關，還有更多。
如何安裝和部署 Zigbee 智能家居設備？
假設您第一次添加 Zigbee 產品。在這種情況下，建議參考安裝手冊，因為安裝過程可能因品牌、製造商和型號而異。然而，Zigbee 網絡的安裝通常涉及以下步驟：
1. 購買必要的智能家居產品，包括 Zigbee 設備，如智能開關和控制器、Zigbee 集線器或網關（如有必要），以及任何其他配件，如設備所需的電池等。
2. 組織和準備安裝區域，包括選擇智能家居產品的位置，並確保它們與 Zigbee 集線器或網關之間有清晰且不受阻礙的視線。此外，檢查智能產品是否在 Zigbee 集線器或網關的覆蓋範圍內。
3.將Zigbee智能家居產品插入電源或安裝電池，然後根據產品手冊進行安裝
4.將智能家居產品與Zigbee網關配對，通常通過智能手機應用程序或網頁界面將智能家居產品連接到Zigbee集線器或網關
5. 設置 Zigbee 網絡，例如網絡頻道和網絡 ID
6. 測試 Zigbee 網絡，檢查並測試所有智能家居產品是否正常運作，並且能夠通過控制器進行控制
值得注意的是，Zigbee 設備通常需要一個 Zigbee 集線器網關來連接到互聯網或其他設備，而這些集線器或網關將需要電源和互聯網連接。
Zigbee智慧家庭市場的未來發展趨勢是什麼？
Zigbee 協議已經存在多年，是一項市場驗證的技術。由於其有前景的特性，Zigbee 在全球不同產業和領域得到了廣泛應用。許多知名的全球機構對 Zigbee 的全球趨勢和市場份額進行了廣泛研究。在這裡，我分享一些令人信服的數據及其參考資料，以展示 Zigbee 技術的價值。
Verified Market Research 估計 Zigbee 市場規模在 2021 年為 35 億美元，預計到 2030 年將達到 77.9 億美元，從 2023 年到 2030 年的年均增長率為 9.30%。
• 根據Reportslinker的數據，Zigbee市場預計在2020年至2025年的預測期間內，年均增長率將超過9.2%。
• 市場研究未來表示，到2030年，Zigbee自動化市場的淨值預計將達到79.1億美元，年均增長率為8.60%。
智能家居和連接設備的日益普及、對智慧城市的投資增加，以及對節能和低成本通信解決方案的需求，推動了Zigbee市場的快速增長。
使用 Zigbee 時常見的問題有哪些？
是否需要Zigbee網關？
Zigbee 設備需要一個 Zigbee 網關。目前，手機支持 WiFi 協議，因此需要一個 Zigbee 網關來將 WiFi 協議轉換為 Zigbee 協議，以便智能手機可以控制 Zigbee 設備。Zigbee 網關還可以集中維護 Zigbee 設備，並確保它們安全且正常運行。
如何處理Zigbee設備的延遲或無回應？
原因：網絡擁塞、信號干擾或設備固件問題。
解決方案：避免在WiFi和Zigbee設備之間放置金屬物體或其他干擾信號的物體—更新設備固件以確保所有設備具有兼容的固件版本。
如果找不到或無法識別Zigbee設備，該怎麼辦？
原因：Zigbee 設備距離控制中心或中繼設備太遠，或者它們之間有太多牆壁。
解決方案：在Zigbee設備和控制中心之間添加中繼設備，可以為距離控制中心過遠的Zigbee設備中繼無線信號，以擴大信號覆蓋範圍。
如何解決電池壽命短的問題？
原因：該設備消耗大量電力且電池質量差。
解決方案：檢查設備設置，減少不必要的頻繁通信或狀態報告。使用高品質電池，並在建議的時間週期內更換電池。
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