Зачем нужен хаб Xiaomi

Просто и подробно о том, что такое Zigbee. Разница между Zigbee, Wi-Fi и Bluetooth. ZigBee и голосовые помощники.

Яндекс Станция 2 с Zigbee

Первая умная колонка в России с поддержкой протокола Zigbee. Смотреть видео

Когда человек начинает погружаться в тему умного дома, он сталкивается с новым для себя словом – Zigbee. Этот логотип часто встречается на упаковках различных устройств для умного дома, например его можно встретить на продукции Xiaomi Smart Home, на лампочках Philips Hue и IKEA TRÅDFRI.

При этом в комплекте с такими лампочками производитель продаёт еще и устройство, называемое «мост» или «хаб», которое необходимо для полноценной работы системы умного освещения. В этой статье мы доступным языком подробно расскажем о том, что такое «зигби», и почему именно этот стандарт всё чаще используется в системах умного дома.

Шлюз для умного дома Xiaomi: зачем, как работает, какой выбрать? WiFi Zigbee Bluetooth Mesh

Что такое Zigbee

Zigbee – это стандарт беспроводной связи, подобный Wi-Fi и Bluetooth, но созданный специально для интернета вещей и умного дома. Благодаря протоколу ZigBee устройства в умном доме “общаются” друг с другом.

Zigbee создан специально для интернета вещей и умного дома.

Существовавшие 15 лет назад стандарты беспроводных сетей, например WiFi и Bluetooth, не подходили для новых возникших потребностей – таких, как умный дом. Эти стандарты были недостаточно надёжны, а их модули были слишком дорогими. Для разработки нового сетевого протокола была создана ассоциация из ведущих технологических компаний (Philips, Samsung, LG, Siemens и другие) под названием Zigbee Alliance. И в 2004 году был принят международный стандарт, регламентирующий новый протокол Zigbee, работающий на частотах, не требующих специального разрешения.

Название Zigbee происходит от слов “зигзаг” (zigzag) и “пчела” (bee), на западе термином “зигби” называют танец медовых пчёл. Такое название по мнению разработчиков стандарта подчёркивает то, что сеть Zigbee имеет ячеистую топологию (структуру) и, благодаря специальным алгоритмам маршрутизации, является надёжной и способной к самовосстановлению при потере связи между отдельными узлами. При этом оборудование для Zigbee компактное и имеет низкую стоимость.

Разница между Zigbee, Wi-Fi и Bluetooth

По некоторым характеристикам стандарты Wi-Fi и Zigbee похожи:

• Оба работают на частоте 2.4 ГГц, не требующей специальных разрешений при использовании
• Оба протокола имеют радиус действия до 20 метров

Но у зигби есть ключевые отличия, которые и делают этот стандарт гораздо более подходящим для коммуникации между собой устройств умного дома.

В Zigbee-сети между узлами существует прямая связь, а не только связь с «центром».

Топология. Главное отличие Zigbee от Wi-Fi – это использование ячеистой топологии, а не топологии типа “звезда”, где все узлы сети соединяются через центральный роутер. В структуре “звезда” при потере соединения с роутером, узел не может связаться с остальными участниками сети. Например, если ваш компьютер отключится от роутера, вы не сможете передать на него фотографию с планшета – Wi-Fi не даёт возможности прямого соединения между устройствами в сети.

А вот благодаря ячеистой структуре, при обрыве одного соединения, будет проложен обходной маршрут, и сигнал дойдёт до получателя по новому пути. Это возможно благодаря тому, что между узлами существует прямая связь, а не только связь с «центром». Такая топология гораздо надежнее и используется, например, в самой сети интернет.

Конкретный пример. Датчик протечки воды, подключаемый через Wi-Fi, находится на большом расстоянии от Wi-Fi роутера и между ними стоят 2 бетонные стены. В момент аварии датчик может попросту не передать сигнал о протечке из-за слабого Wi-Fi сигнала.

Роутер не получит сигнал о срабатывании датчика, не передаст этот сигнал в центр управления, центр управления не перекроет вентиль, и произойдёт затопление. Но если бы ваш умный дом работал на зигби, то при слабой прямой связи между датчиком и центром управления сигнал был бы передан не напрямую, а через другие устройства: лампочку в коридоре, выключатель в комнате или умную розетку. То есть другие приборы выступили бы промежуточными станциями при передаче сигнала о протечке в контроллер умного дома и обратного сигнала о перекрытии вентиля.

Энергопотребление. Очень низкое энергопотребление Zigbee-модулей достигается за счёт специального режима “сна”, когда устройство не используется, и низкой пропускной способности передачи данных (250 Кбит/с против 300-1000 Мбит/с у Wi-Fi). Высокая пропускная способность не нужна зигби, ведь нужно передавать совсем небольшие объёмы данных от датчиков и электроприборов, а вот Wi-Fi должен обеспечивать просмотр видео в реальном времени и т.п. В результате Zigbee-модуль может работать несколько месяцев на простой батарейке.

Скорость. До появления Zigbee в системах умного дома пытались использовать Bluetooth. Радиус действия у этих протоколов примерно одинаковый, но у блютус слишком большие задержки. Задержка при передаче сигнала у Bluetooth-модуля составляет несколько секунд против 30 миллисекунд у Zigbee-модуля! 30мс это намного меньше скорости реакции у человека – для нас включение и выключение зигби-лампочки происходит моментально.

Количество узлов. Wi-Fi попросту не приспособлен к подключению большого количества участников к сети. В теории к одному Wi-Fi роутеру возможно подключить несколько сотен устройств, но каждому активному пользователю известно, что это не достижимо на практике.

Роутеры средней ценовой категории начинают зависать и требовать перезагрузки уже после подключения 15-20 гаджетов: ноутбуков, смартфонов, планшетов и других девайсов вашей семьи. А вот одна Zigbee-сеть может иметь тысячи узлов и при этом стабильно работать. Способность надёжно функционировать при большом количестве подключённых устройств – необходимая характеристика сети для умного дома и интернета вещей.

Устройства с Zigbee-модулем значительно дешевле, чем с Wi-Fi.

Стоимость. Производителям zigbee-модуль обходится дешевле, чем Wi-Fi. Устройства для умного дома с Zigbee-подключением тоже стоят значительно дешевле, чем аналогичные приборы с Wi-Fi. Пример: zigbee-лампочка IKEA Trådfri с регулировкой яркости стоит около 700 рублей, а аналогичный продукт wifi-лампочка TP-Link LB110 стоит 2300 рублей.

Умный дом и Zigbee

Сети Zigbee используются в промышленной автоматике, в коммерческой недвижимости и в медицинском оборудовании. Но, безусловно, наиболее широкое и популярное применение Zigbee – это системы умного дома.

До того как на рынок умного дома вышли компании Apple, Google и Amazon, некоторое время был популярен стандарт Z-Wave. Этот протокол был конкурентом Zigbee, но он закрытый, и производители устройств для умного дома должны покупать модуль Z-Wave у европейского производителя. Zigbee же – открытый стандарт, и любая компания может производить свои модули согласно открытой спецификации. Поэтому Zigbee-устройства дешевле, чем приборы с Z-Wave, и сейчас уже однозначно можно сказать, что протокол Zigbee победил и стал де-факто стандартом для систем умного дома. ZigBee используют все крупные компании на рынке умного дома: Amazon, Philips, Samsung, Xiaomi, LG, Logitech, IKEA и многие другие.

Наличие зигби-модуля не делает устройства разных брендов совместимыми.

В продаже есть все электроприборы с Zigbee, какие только можно себе представить: лампочки, выключатели, розетки; датчики движения, утечки и дыма, открытия дверей и окон; кондиционеры, термостаты, камеры и многое другое. Но нужно отметить, что само наличие Zigbee-модуля не делает устройства от разных производителей совместимыми между собой (также, как в устройствах для умного дома с Wi-Fi модулем). Например, зигби-лампочка Икея Тродфри не будет работать с зигби-хабом Xiaomi Smart Home Gateway. Но некоторые компании добавляют поддержку конкретных устройств от других производителей, например те же лампочки от Икеи будут работать совместно с мостом Philips Hue Bridge.

Поэтому, выбирая зигби-устройства для умного дома, нужно выбирать качественного производителя, которому вы доверяете, ведь подключать к его мосту вы сможете только его продукцию. Также нужно убедиться в том, что мост этого бренда поддерживает интеграцию с современными платформами: Apple HomeKit, Google Ассистент или Alexa (об этом ниже).

Хаб для умного дома – Zigbee мост

Современный умный дом нельзя себе представить без возможности удалённого управления. Например: открыть мобильное приложение на своём айфон или андроид и включить кондиционер в гостиной, возвращаясь с работы, или проверить, выключили ли вы утюг из розетки, находясь в такси, которое везёт вас в аэропорт, а если всё-таки забыли – отключить розетку.

Для удалённого управления, в том числе и из мобильного приложения на Android или iOS, сеть Zigbee-устройств должна быть подключена к интернету, и именно для этого используются сетевые мосты (Bridge, как их называет Apple и Philips), они же смарт хабы (Smart Hub, как их называет Google, Amazon и Samsung). Ещё одно название устройств такого типа – шлюз (Gateway), такое название используют IKEA и Xiaomi.

Сетевой мост является координатором в Zigbee-сети, и в отличии от конечных устройств (например, датчиков открытия двери на батарейке) он должен быть всегда подключён к электричеству, так как координатор в зигби-сети никогда не спит. Для связи с вашей домашней сетью и интернетом хаб подключается обычным проводом из витой пары к вашему Wi-Fi роутеру (проводное соединение является наиболее надёжным).

Как видно на картинке, хаб работает буквально как мост между устройствами умного дома и интернетом. Он позволяет вам из любой точки мира соединяться с домом, отслеживать его состояние и управлять всеми устройствами. Для соединения с умным домом используется мобильное приложение или голосовой помощник (об этом ниже).

Линейка Zigbee-устройств умного дома от конкретного производителя имеет и мост этого же бренда, к которому и подключаются приборы. При этом, как правило, зигби-устройства других брендов будут несовместимы с “чужим” мостом, и для того чтобы добавить устройства нового производителя в свою систему умного дома – нужно будет купить еще один хаб, «родной» для нового производителя.

Список самых популярных Zigbee хабов/мостов/шлюзов:

• Aqara Hub
• Xiaomi Smart Home Hub
• Xiaomi Gateway
• Philips Hue Bridge
• IKEA TRÅDFRI Gateway
• Samsung SmartThings Hub

Компания Яндекс выпустила умную колонку Яндекс Станция 2 поколения в которую встроен Zigbee хаб и колонка может искать zigbee устройства и управлять ими.

Apple Сири, Яндекс Алиса, Google Ассистент, Amazon Alexa и Zigbee

Современный хаб предоставляет возможность голосового управления умным домом через голосового помощника.

Помимо возможности удалённого использования, подключение умного дома из Zigbee устройств к интернету открывает ещё одну возможность, без которой в 2022 году нельзя себе представить современный умный дом. Это возможность голосового управления умным домом через голосового помощника: Яндекс Алиса, Apple Siri, Google Ассистент или Amazon Alexa.

Чтобы эта функция работала, у производителя хаба должна быть сертификация от соответствующей IT-компании. Скажем, если вы хотите управлять Zigbee лампочками с помощью Сири на iPhone или HomePod, вы должны выбирать умный хаб с поддержкой HomeKit – ищите логотип “Works with Apple HomeKit”.

На умных устройствах с поддержкой Яндекс Алисы пишут «Работает с Алисой». Хабом является умная колонка Яндекс Станция 2

Аналогично, если хотите управлять с помощью Ассистента в своём Android-телефоне или Google Home, ищите логотип “Works with the Google Assistant”.

Ну а если у вас есть колонка Amazon Echo и ваш любимый виртуальный помощник это Алекса, то вам нужны мосты с логотипом “Works with Amazon Alexa”

Будьте очень внимательны, некоторые хабы предоставляют интеграцию сразу со всеми голосовыми помощниками, например Philips Hue Bridge, в то время как другие поддерживают только одного помощника.

Надеемся, что наша статья помогла вам разобраться в отличиях Zigbee от Wi-Fi, и теперь вы понимаете, почему зигби так широко используется в системах умного дома, и зачем нужен сетевой мост. Будем рады, если вы поделитесь этой статьёй в социальных сетях.

Подпишитесь на YouTube канал и Telegram канал, чтобы узнавать больше об умных устройствах.

Источник: voiceapp.ru

Блок управления умным домом Xiaomi Hub Gateway

Новая версия центрального устройства умного дома от Xiaomi. Имеет более компактные размеры и расширенным списком подключаемых устройств. Он способен подключать до 300 различных гаджетов, обеспечивая их работу как по отдельности, так и в сложных сценариях.

Доступно для предзаказа

Блок управления умным домом Xiaomi Hub Gateway

Новая версия центрального устройства умного дома от Xiaomi. Имеет более компактные размеры и расширенным списком подключаемых устройств. Он способен подключать до 300 различных гаджетов, обеспечивая их работу как по отдельности, так и в сложных сценариях.

Bluetooth и Mesh

Шлюз Xiaomi Hub Gateway служит для получения и передачи данных от датчиков и устройств работающих на протоколах Bluetooth и Bluetooth Mesh. Он способен подключить до 200 устройств с поддержкой функции Bluetooth Mesh и ещё 100 по «обычному» протоколу Bluetooth в пределах дома, используя встроенный усилитель.

Четырёхъядерный процессор

Смарт-хаб Xiaomi Hub Gateway оснащен четырёхъядерным процессором и накопителем объёмом 4 ГБ, поддерживает соединение по кабелю и Wi-Fi, а также функцию резервного копирования настроек.

Множество сценариев работы

Артикул: TZHQ3SUORWVW Категория: Умный дом

Общие характеристики

Модель	Xiaomi Hub Gateway
Модель:	ZSWGO1CM
Размер	87 х 87 х 30,5 мм
Кол-во sub-устройств	300
Материал	Огнестойкий пластик
Связь	Wi-Fi IEEE 802.11b / g / n 2,4 ГГц, Bluetooth 5,0
Совместимость	Android 4, IOS 7 и более
Входное напряжение	100-240 переменного тока, 50 Гц / 60 Гц
Влажность при эксплуатации:	5% -95%
Рабочая температура:	0° C – 40° C

Источник: www.mijia-shop.ru

Данные летят в Китай? Только ты не допускай!

Большинство “умных” устройств всячески стараются затащить вас в свою постель экосистему и держать там как можно дольше. Всякие “умные” лампочки, розетки, камеры предлагают вам зарегистрировать устройство на собственном сервере, чтобы через приложение удобно им управлять.

“ Шибко умные! ”, — считают продвинутые пользователи, которым не сидится на месте ровно, и всячески пытаются перехватить управление этими устройствами в свои руки. Это отчасти связано с паранойей — “за нами следят”. Им кажется, что “товарищ майор”, либо “хитрый китаец” знают что происходит у них дома, следят за ними через камеру и в любой удобный момент могут отключить свет в туалете, пока они там находятся.

Поэтому, эти пользователи создают “хаки”, прошивки и другие обходные маневры, чтобы остановить слежку и перенаправить “умные” устройства на свой собственный сервер.

Сегодня я поддержу этих пользователей и расскажу как можно отобрать у компании Xiaomi контроль за их датчиками и кнопками, работающими по протоколу Zigbee. Эти датчики и устройства очень популярны среди любителей “этого дела” (домашней автоматизации и “Умных домов”) благодаря своей доступности и внешнему виду.

Пусть в Китай летят журавли , а наши данные останутся при нас.

Узкие места

Стратегически важным “местом утечки данных” считается Zigbee-Wifi-шлюз от Xiaomi, который подключен к сети и может отправлять какие-то данные на внешние сервера. Но это легко исправляется, если на роутере заблокировать внешний доступ этому устройству.

Еще одним “узким местом” является аккаунт в приложении MiHome, где настроено подключение к шлюзу и видны все устройства заведенные в него. Для этого случая уже давно известен способ включения developer-режима на шлюзе и получения управляющего токена. После чего, можно напрямую общаться со шлюзом по сети без приложения MiHome. Именно этим способом пользуются все системы “умного дома”, чтобы работать с датчиками и устройствами Xiaomi.

Но есть и более кардинальный способ — отказ от шлюза Xiaomi и MiHome. Т.е. организация своей собственной Zigbee-сети и подключение датчиков и устройств Xiaomi к ней. Вот об этом чуть более подробно.

Варианты решения

Один из вариантов — использовать иной хаб Zigbee-устройств. Например, Samsung SmartThings, Wink Hub 2, Mixtile Hub или какой-то иной. Но это “менять шило на мыло” и значительного профита никакого — данные как улетали, так и будут улетать, только в другие края.

Второй вариант — спец платы, добавляющие функционал Zigbee нашему серверу “Умного дома”. Это уже более удобный вариант для нашего параноика.

Эти устройства выступают в роли “Координатора” Zigbee-сети (вместо шлюза Xiaomi) и организуют сеть, регистрируют устройства и могут управлять ими. Дополнительно, эти решения позволяют подключать все разнообразные Zigbee-устройства, а не только от Xiaomi.

В Европе есть несколько экземпляров таких устройств.

Dresden Elektronik

Для работы требуют установки специального драйвера и приложения. А для возможности интеграции в систему “Умного дома”, требуется REST-плагин , обрабатывающий http-запросы:

Zigate

Совмещает в себе Zigbee и Wifi — может работать как шлюз.

Есть готовые наработки по интеграции в системы “Умного дома”:

А вот у российских пользователей есть надежда на другой вариант, правда не сразу готовый для потребления:

Texas Instruments

cc2531 или платы на базе cc2530

Для работы в качестве координатора Zigbee-сети, необходимо прошить специальную прошивку. После этого возможна интеграция с системами “Умного дома”:

Основная логика находится не в прошивке, а в модуле интеграции с системой “Умного дома”, который работает с устройством. Поэтому, на текущий момент, еще не все zigbee-устройства Xiaomi через такой шлюз поддерживаются в системах “Умного дома”. Но это дело времени.

Чуть подробнее

Этот последний вариант я решил попробовать на себе.

Началось всё с библиотеки zigbee-shepherd для node.js , именно там я обнаружил упоминания о подключении датчиков xiaomi через zigbee-стик cc2531. Там же есть и прошивка и инструкция по прошивке .

Для прошивки, необходимо присоединить стик через DEBUG-разъем на плате. Это 10 пинов (2*5) с шагом 1.27 мм. Поэтому, можно приобрести отдельно контакты для подключения к такому разъему , либо взять такую плату с кабелем .

Существует как минимум 2 варианта прошить USB-стик cc2531:

1. используя специализированные устройства, типа CCDebugger
2. используя Arduino-совместимые микроконтроллеры

Приобрести CCDebugger можно например тут , либо чуть иной блок .

Нужно установить прошивальщик и скачать прошивку . Процесс прошивки очень быстрый — несколько секунд . Вот еще один вариант описан . Можно попробовать прошить через Arduino, с использованием проекта https://github.com/wavesoft/CCLib , но с небольшими доработками. Один из пользователей описал, что смог прошить CC2531 используя CCLib и описал свои замечания .

Этот способ я тоже попробовал — не понравилось. Процесс прошивки длился около 1.5 часа.

После прошивки можно попробовать пример из библиотеки, либо установить проект https://github.com/oskarn97/xiaomi-zb2mqtt , работающий на указанной выше библиотеке и попытаться подключить устройства.

Именно так началась разработка драйвера для ioBroker . Не все zigbee-устройства xiaomi подключились сразу — где-то потребовалось доработать библиотеку, но т.к. ее автор пока забросил, то используется отдельный форк с изменениями.

В итоге, удалось подключить все доступные мне устройства и получить все их параметры.

Также можно попробовать устройства на базе cc2530 с внешними антеннами — они “бьют” дальше (~50м в пределах прямой видимости), но выглядят чуть хуже и подключаются через UART. Справа устройство с усилителем — оно “бьет” еще дальше, стоит дороже, но толку не больше — сами датчики Xiaomi не могут послать такой же сильный сигнал, поэтому устройство их не слышит на больших расстояниях.

Итого

Для нерешительных параноиков, подготовил сравнительную таблицу плюсов и минусов

Шлюз Xiaomi	cc253x (стик)
❌ Нужен аккаунт Xiaomi для начальной настройки в MiHome	✅ Независимость от аккаунта Xiaomi, Китая, наличия интернета
❌ Работает только с устройствами Xiaomi	✅ Возможность работы с другими Zigbee-устройствами (не только Xiaomi, уже проверено в IKEA TRÅDFRI bulb и FLOALT panel)
❌ Ограниченный (~10м) радиус доступности устройств	✅ Варианты с внешней антенной могут «услышать» устройства на достаточно большом расстоянии (~50м)
❌ Стоимость ~ $30	✅ Стоимость ~ $10
✅ Отличный внешний вид	❌ Голое устройство, с корпусом стоят дороже
✅ Свободная возможность размещения (там где есть розетка) и доступ по Wifi	❌ Вставляется в компьютер (или микрокомпьютер/одноплатник/малина) и зависит от его расположения
✅ Благодаря MiHome может управлять устройствами как со смартфона, так и из сторонней системы «Умного дома»	❌ Требует спец драйвер (софт), чтобы управлять устройствами из системы «Умного дома». Управление с телефона — только через систему «Умного дома».
? Сценарии работы устройств настраиваются в MiHome или в системе «Умного дома»	? Сценарии работы устройств настраиваются в системе «Умного дома»
✅ Можно использовать встроенную лампу, радио и датчик освещенности. Агрегирует также wifi-устройства Xiaomi	❌ Нет функций, кроме Zigbee
✅ Не требует специальной доработки и работает «из коробки»	❌ Требуется специальная прошивка, без нее не работает. Либо приобрести уже прошитый стик (в личку), но это увеличивает стоимость.

И если вы всё-таки решитесь избавиться от шлюза Xiaomi — спрашивайте поддержку описанных устройств у своего поставщика системы “Умного дома”.

Источник: inhomekit.ru