Что такое zigbee Xiaomi

Многие хозяева все чаще оборудуют свое жилье технологиями «Умный дом». Система размещается в комнатах и состоит из специальных датчиков. Человек сам может контролировать температуру, управлять кондиционером, освещением, отоплением и другой техникой на расстоянии. Система сигнализирует о возникновении аварийной ситуации (утечка воды, газа и т.д.).

Главный плюс – возможность контроля удаленно, непосредственно через мобильный телефон или планшет. Уезжая в отпуск, можно не пытаться вспомнить о том, отключен ли утюг. Чтобы проверить обстановку дома, нужно только открыть специальное приложение. Программа позволяет управлять коммуникациями с любой точки планеты.

Датчики могут соединяться между собой при помощи проводов или образовывать беспроводную систему. Последний вариант имеет преимущество перед первым. При установке беспроводного оборудования не нужно прокладывать множество проводов, которые могут испортить ремонт. А сам монтаж требует больше времени. Одной из таких систем является система строящаяся на основа протокола ZigBee.

Aqara LLKZMK11LM — двухканальное ZigBee реле с опцией интерлок, для умного дома Xiaomi

Это стандарт беспроводной связи, похожий на Wifi и Bluetooth. С ее помощью все приборы в доме или квартире взаимодействуют. Технология активно применяется и в сфере промышленности и здравоохранения.

История создания

Изначально несколько компаний объединились для совместной разработки новых стандартов беспроводной сети. Приоритетным направлением являлось решение проблемы совместимости сети с оборудованием разных производителей. Альянс появился в 2002 году и его состав насчитывал более 300 участников. Начиная с 2003 года стали появляться новые стандарты.

• были созданы стандартные конфигурации программ и архив шаблонных кластеров;
• использование стохастической переадресации;
• внедрение механизмов маршрутизации (Source Routing и другие);
• появилась способность определять ассиметричные связи;
• при возникновении перебоев система автоматически начинает использовать другой канал без помех;
• появилась дополнительная система защиты сети.

Окончательный вариант технологии ZigBee Pro Feature Set 2006 утвержден в 2007 году.

Технические характеристики

• телекоммуникаций;
• игрушек;
• коммерческого строительства;
• повышения энергоэффективности;
• персонального домашнего ухода за больными;
• автоматизации процессов дома.

Топология сети

Изначально поддерживалась ячеистая топология сети. Сигнал передавался между устройствами «по цепочке» пока информация не достигнет цели. Все Зигби гаджеты выступают, при необходимости, в качестве промежуточной ячейки.

Сравнение с Wifi и Bluetooth

Главное сходство с Wifi заключается в том, что обе сети работают на частоте 2,4 ГГц, не требую специальных разрешений, а радиус захвата сигнала равен 20 метрам.

Aqara Xiaomi — лучшие (бюджетные) устройства для умного дома Zigbee?

• Зигби работает по ячеистому типу, в то время как Wifi и Bluetooth присоединяются к центральному роутеру (топология «звезда»). При отсутствии связи с роутером узел не может подключиться к другим членами сети. Например, если телевизор выходит в интернет через модем, то он не сможет воспроизвести фильм или получить его с планшета, если роутер не подключен к сети. В ячеистой структуре узлы связаны напрямую. Благодаря этому обрыв связи не является помехой для передачи данных. Этот механизм намного надежнее и применяется в самой сети интернет. Для реализации технологии «Умный дом» этот фактор очень важен. При аварии сигнал по Wifi может не передаться на большую дальность через бетонные стены.
• ZigBee устройства потребляют минимальный объем энергии, поскольку функционируют в спящем режиме. Пропускная возможность Зигби (250 Кбит/секунду) намного ниже, чем у Wifi (300–1000 Мбит/секунду). Это связано с тем, что Зигби доставляет маленькие пакеты данных, а Wifi позволяет получить крупные файлы (видео и т.д.).
• Скорость. Период задержки передачи сигнала Зигби намного меньше, чем у Bluetooth (несколько секунд) и составляет 30 миллисекунд. Показатель Зигби примерно равен времени от нажатия выключателя и возникновения света в люстре. В связи с этим, в последнее время Bluetooth стал меньше использоваться при установке системы «Умный дом».
• Количество узлов у Зигби намного больше. Теоретически, к сети Wifi может присоединиться от 300 до 1000 участников. Но пользователи отмечают, что при работе уже с несколькими устройствами происходят задержки в работе и вряд-ли удастся проверить показатель. ZigBee система функционирует при любом количестве участников, что необходимо при установке «умного дома» на больших площадях.
• Цена. Стоимость модуля ZigBee на порядок дешевле, чем цена Wifi модема.

Сравнение с Z-wave, Insteon, Tread

Система Insteon обеспечивает передачу информации по двум каналам: беспроводной и проводной. Этот фактор уменьшает риск потери данных при неисправности. Функционирование сети Insteon возможно без центрального контроллера, поскольку нет разделения устройств на группы. Минус – она не совместима с отечественными электросетями.

Для стандарта Z-wave выпущено меньше программного обеспечения, но система гарантировано работает с оборудованием своего производства.

ZigBee устройства и производители

На современный рынок, выпускается много ZigBee устройств: к ним относится розетка, диммер, лампочка, датчики движения, сенсоры контроля воды, температуры, и другие. На данный момент (май 2019 года) по большому количеству причин среди производителей устройств на протоколе ZigBee лидирует китайская компания Xiaomi. Полный обзор системы умного дома от этого производителя мы делали ранее.

Составные части сети

1. Координаторы (ZC). Прибор запускает сеть и задает все команды для управления ее действиями. Также контроллер обеспечивает безопасность всех процессов.
2. Маршрутизаторы (ZR). Функционируют непрерывно и обеспечивают работу устройств, находящихся в режиме сна (до 32 штук). Также переносят данные и занимаются восстановлением гаджетов в случае большой загруженности или неисправности системы. Образуют соединение с координатором, другим маршрутизаторам, а также с дочерними периферийными приборами и оборудованием для передачи информации.
3. Конечные устройства (ZED). Выполняют получение и отправку пакетов данных. Подключаются к двум гаджетам, перечисленным выше. Не подключают дочерние приборы. Работают с сенсорами, контроллерами и механизмами, выполняющими команды. Для сохранения энергии часто работают в спящем режиме.

На начальном этапе формирования сети используется PAN координатор. Он вычисляет радиоканал, в котором нет помех, и ждет запросы на подключение, которые отправляют разные устройства. Изначально подключать других участников может только координатор, а в дальнейшем и другие устройства для пересылки данных. После получения запроса происходит обмен сообщениями.

Бывает два варианта присоединения: MAC ассоциация, повторное сетевое присоединение. В первом случае устройство, желающее стать частью сети на MAC уровне, отправляет запрос маячка. Когда маячки достигают цели, управляющее устройство сканирует сети и выбирает, какую лучше подключить в конкретной ситуации, высылает притязание о присоединении со значком «повторное присоединение». Получив ответ, управляющее устройство высылает сообщение с адресом. Такой способ присоединения не достаточно безопасен, поскольку все данные не защищены кодированием.

Повторное сетевое присоединение также часто используется при первичном обращении. В таком случае участник, желающий вступить в сеть, знает текущий ключ. Поэтому, такой способ присоединения намного безопаснее. Узнать ключ можно при настройке оборудования. При повторном подключении оборудование обменивается между собой пакетами запроса и ответа на присоединение.

Структура может измениться, когда участник покидает сеть или при перезагрузке подключается в другом узле.

Координатор

Устройство обеспечивает взаимосвязь между всеми участниками сети, когда нет подключения к интернету.

Хаб (сетевой мост)

Устройство обеспечивает подключение системы «Smart Home» к сети интернет. Благодаря этому появляется возможность управлять системой удаленно. Различные приложения для гаджетов помогают контролировать и менять параметры (теплый пол, кондиционер ит.д.). Хаб постоянно должен находиться в активном состоянии, поскольку выполняет функции координатора сети. Для подключения к интернету можно использовать как сеть WiFi, так и проводное подключение к роутеру.

Для удаленного управления с гаджетов созданы приложения на Android или iOS. Для подключения к интернету применяются сетевые мосты Smart Hub, Bridge, Gateway. Для серии оснащения «Умного Дома» от бренда выпускается и хаб того же производителя. При покупке оборудования важно проверить его на совместимость с ZigBee. Оснащение, отличающееся производителем, может между собой не взаимодействовать.

Кроме того, домом можно управлять голосом. Некоторые хабы работают со всеми голосовыми программами.

Типы поддерживаемых датчиков и устройств

Протоколом предусмотрены некоторые приложения, которые отличаются по назначению. К таким профилям относятся: Telecom Services. Light Link, Home Automation и другие. Последний используется всеми системами автоматического управления домом. В случае если один из приборов поддерживает программу, а второй нет, то они не смогут работать корректно.

Множество компаний изготавливают чипы с поддержанием ZigBee. Приложения может немного отличаться, совершенствоваться производителем. По этой причине бывает, что устройства поддерживают протокол, но между собой не взаимодействуют.

• ZigBee RF4CE – спецификация для управления бытовой техникой;
• ZigBee Pro – усовершенствованная версия ZigBee.

В продаже есть всевозможные электроприборы с ZigBee. При внедрении системы важно смотреть описание и подбирать оборудование одного производителя и выпущенное примерно в одно время.

О программной части протокола

При создании программного обеспечения брались за основу упрощения методики построения недорогих маленьких микропроцессоров. Для быстрого старта разработаны стандартные модули с прошивкой ETRX357. Они позволяют работать с аналоговой, цифровой периферией и сетевыми функциями, используя набор АТ команд. Если стандартного функционала недостаточно, можно воспользоваться программным стеком производства Silicon Labs. Все модули изготавливаются на базе микросхемы ЕМ357 и, чтобы перейти от стандартной прошивки к собственному приложению, необходим программный отладчик ISA3.

Для упрощения процедуры существует специальный компоновщик приложений. Он, исходя из конфигурации ZigBee оборудования, создает каркас и функции будущего приложения. Далее разработчик самостоятельно вносит необходимые изменения.

Технология ZigBee отличается рядом преимуществ и успешно реализуется в системе «Умный Дом». Помимо совместимости с платформами для автоматизации на данном рынке присутствует множество ZigBee оборудования, что облегчает процесс установки и дальнейшего обслуживания.

Источник: future2day.ru

Протокол ZigBee «умного дома» Xiaomi: что это и зачем нужен

Надпись ZigBee вы можете увидеть на большинстве элементов, входящих в состав «умного дома» от Xiaomi. Что она означает и зачем нужна?

Под ZigBee Xiaomi понимается специальный протокол передачи данных, который является уникальным, так как создан исключительно для работы с устройствами производства Сяоми. Синхронизация и совместная работа приборов по известным беспроводным технологиям Wi-Fi и Bluetooth доказала свою малоэффективность. Это обуславливается высоким энергопотреблением, достаточно малым радиусом действия (касается Блютуз), а также слабой устойчивостью к помехам.

Если представить эти технологии в действии, то передачу сигналов можно отобразить в виде «звезды», т.е. они расходятся в разные стороны от основного управляющего блока.

Компания Ксиаоми решила все эти проблемы, создав топологию Mesh, состоящую из:

• Координатора, т.е. главного устройства, ответственного за создание сети. Эту функцию выполняют шлюзы;
• Роутера, чьей задачей является обеспечение постоянного питания. В этой роли выступают выключатели и розетки Xiaomi ZigBee;
• Конечных приборов. Речь идет об аппаратах, функционирующих на батарейках.

Как работает ZigBee Xiaomi

Координатором выступает один из шлюзов Gateway. Подключение к нему гаджетов осуществляется при помощи специализированного приложения Mi Home. От него сигнал передается к розеткам/выключателям, которые принимают на себя функцию «модема».

Фактически, они производят принятие сигнала от координатора и обеспечивают его последующую передачу к конечным датчикам, которые работают на батарейках. Тем самым достигается значительная экономия энергопотребления, что приводит к увеличению срока службы элементов питания.

Преимущества протокола Xiaomi Mi Smart Zigbee:

• Возможность создания как мелких, так и крупных сетей, в том числе в производственных масштабах;
• Подключение одного и более шлюзов для исключения вероятности прекращения работы системы «умный дом» Сяоми;
• Если используется несколько шлюзов, то при неисправности одного из них работоспособность системы не нарушается, т.е. она продолжает нормально функционировать.

Единственный минус – пониженные скоростные характеристики передачи информации, которые составляют 250 кбит/сек. Однако, как показывает практика, на качестве работы системы это никак не сказывается.

Источник: xiacom.ru

Zigbee 101: руководство для начинающих

Умный дом: автоматизация, протоколы, устройства, экосистемы и открытое ПО. Так много вопросов и так мало ответов. Приоткроем же завесу тайны одного из популярнейших IOT протоколов — Zigbee.

Что такое Zigbee?

Zigbee — технология, которая основана на радио стандарте IEEE 802.15.4 и предназначена для стандартизации маломощных M2M устройств разных производителей. Из особенностей сети можно выделить высокую отказоустойчивость, длительный срок службы конечных устройств от одной батареи, поддержку большого количества подключений и совместную работу устройств разных производителей.
Из особенностей архитектуры сети: поддержка топологии mesh, обязательное наличие координатора и, необязательное, роутера. Больше об архитектуре сети здесь.

ZigBee предусматривает передачу информации в радиусе от 5 до 75 (на открытой местности до 200) метров с максимальной скоростью 250 кбит/с. Поддерживает работу в 27 каналах трех частотных диапазонов:
2,4 ГГц (16 каналов)
915 МГц (10 каналов)
868 МГц (1 канал)

Занимательный факт:
Согласно одной из версий, название ZigBee происходит от зигзагообразного танца пчел, которым они указывают своим соседям путь к следующему источнику пищи, аналогично, как и пакеты данных стандарта должны найти свой путь в mesh сети.

Что нового в Zigbee 3.0

Direct binding, или прямое соединение позволяет конечным устройствам разных производителей работать напрямую без участия координатора и роутера. Это позволяет гибко настраивать сценарии поведения устройств и увеличить скорость срабатывания.
Green Power — набор технологий, которые минимизируют использование ресурсов батареи устройством, а также могут ее собирать за счет кинетической, световой, и тепловой энергии. Немного непонятно звучит; говоря иначе, переключатель сможет передать сообщение за счет того, что вы к нему прикоснулись. Детальнее тут
Унификация. Раньше существовало множество так называемых профилей. Например, Home Automation, Building Automation, Health. Zigbee 3.0 — это единый профиль приложений.
Обратная совместимость со всеми продуктами выпущенными до v3.0

Зачем это нужно?

Если кратко — для измерения показаний и автоматизации. Сфер применения этой автоматизации много. И хотя в последнее время прослеживается тенденция унификации, технология поддерживает различные профили, которые делятся по сфере применения. Вот некоторые из них.
Home Automation — управление домашними устройствами и создание сценариев.
Remote Control — управление устройствами дистанционного управления.
Smart Energy — контроль и автоматизация доставки и использования энергии.
Green Power — поддержка устройств генерации электроэнергии.
Light Link — управление освещением.
Health Care — управление устройств медицинского и около медицинского (браслеты измерения показаний, кнопки “sos”) назначения.

Много ли устройств Zigbee?

Приблизительно 2600 устройств (список сертифицированных устройств). Стоит уточнить, что в большинстве случаев каждый производитель имеет свое приложения для подключения только своих устройств, но, используя стороннее программное обеспечение, их можно подружить. Об этом ниже.

Средняя цена одного конечного устройства варьируется в районе 10$.
Вот пример конечных устройств нескольких популярных производителей:
Xiaomi Aqara — около 50 устройств разного назначения (Mi Home приложение не работает с устройствами Aqara).
Philips Hue — около 100 устройств, (большинство светильники),
Ikea trådfri — около 40 устройств (большинство светильники),
Tuya — около 30 устройств,
SONOFF — около 10 недорогих реле.

Zigbee USB устройства (стики)

Для чего нужны Zigbee стики?
Если вы используете стороннее решение, стик удобно использовать как координатор сети, подключив к компьютеру как роутер, чтобы достичь отдаленных от координатора мест.

Вот пример нескольких популярных устройств:
cc2530/2531 — дешевый и популярный стик. Неплохой выбор для начинающих. Из минусов: небольшой радиус покрытия (10-15 м без антенны) и ограничения по количеству подключаемых устройств.
cc2538 стик разработанный энтузиастами проекта modkam.ru. По сравнению с 2531, обладает большим радиусом действия и не имеет ограничений по количеству подключений (тесты показали больше 200 устройств).
deCONZ Conbee стик также поддерживает большое количество систем умного дома. Из минусов родной прошивки — иногда отваливаются конечные устройства.
Также примеры менее популярных:
nRF52840 Dongle — универсальный стик с поддержкой Bluetooth 5, Bluetooth mesh, Thread, ZigBee, 802.15.4 и ANT и удобной средой разработки.

Zigbee шлюзы

Готовые решения
Xiaomi/Aquara три самых популярных устройства — Xiaomi Gateway 2 и 3 версии и Aqara Hub. Gateway 2 не совместим с homekit и имеет 2 версию протокола Zigbee. Третья версия имеет на борту Zigbee 3.0 и Bluetooth Mesh 5.0. С дополнительными различиями поможет разобраться краткий ролик.

Менее популярные zigbee концентраторы просто перечислю
Orvibo
livolo
Wemo
Vera
Fibaro

Zigbee+ Zvawe
Athom Homey
Wink hub 2
SmartThings Hub
VeraPlus

DIY, или сделай сам
SLS шлюз — Устройство на основе СС2538+СС2592 и ESP32-Wrover-B. Поддерживает Zigbee 3.0 и в отличие от Xiaomi он не ограничен одной экосистемой. А в отличие от стиков CC2531, CC2538 и Deconz — он является готовым устройством и может работать как самостоятельно, так и в системе домашней автоматизации Home Assistant. На данный момент поддерживается 113 устройств. Видео обзор
ZESP32 — Zigbee между собой “из коробки”. Их можно объединить при использовании стороннего ПО, но отсутствие общих решений приводит к относительно высокому порогу вхождения. Альянс знает об этих проблемах и для устранения работает над DotDot и Connected Home over IP.

Z-Wave — зарекомендовавший себя закрытый стандарт. Обладает высоким уровнем совместимости устройств, низким энергопотреблением, поддержкой ячеистой топологии, имеет стабильный сигнал в диапазоне 800–900 МГц, что позволяет лучше огибать препятствия (чем больше длина волны (ниже частота), тем лучше она преодолевает препятствия).

Поддерживает до 232 устройств в одной сети и скорость до 100 кбит/с. Из недостатков стоит указать, что в разных странах для устройств малого радиуса действия выделены разные частоты. И устройства созданные для одной страны могут быть несовместимы для другой. Также Z-Wave несколько дороже ZigBee устройств.

С чего начать, если вы новичок?

Если вы пытаетесь выбрать на чем построить свой умный дом начните с этой занимательной схемы. Также лично для меня вдохновляющими была статья Дом Дурачок 2.0
Если у вас возникают трудности в настройке своего умного дома, вы можете попросить совета в группе SmartHome
Если вы хотите купить SLS шлюз и другие Zigbee устройства вам в Zigberu
Обсуждение устройств, прошивок и прочего софта, работающего с Zigbee — Вокруг да около Zigbee и
Zigbee

Вместо заключения

Тяжело сказать кто победит в войне протоколов умного дома. Zigbee не лишен недостатков, имеет сильных конкурентов, но вместе с тем его сильная сторона это большое заинтересованное сообщество (Zigbee Альянс, энтузиастов и гиков). Интерес к Zigbee проявляют как именитые бренды, так и молодые компании.
Стоит отметить, что не существует универсального решения на все случаи жизни. Выбирайте, то что подходит именно вам, именно в вашем случае. WiFi и Bluetooth хотя и громоздки, но есть случаи, когда их использование оправдано.

Источник: temofeev.ru