У многих устройств и датчиков умного дома Xiaomi мы видим приписку ZigBee, что это такое? Какие плюсы и минусы он несет?
Наверное все представляют как выглядит Wi-Fi сеть. Есть устройство передатчик (роутер) и приемники (телефон, ноутбук и другие устройства), их связывает единая сеть, которая создается на роутере. Схематично это выглядит как звезда.
Если вы обратите внимание на схему, то заметите, что все устройства, подключенные к сети, либо подключаются к розетке, либо требуют частой зарядки. Это и есть главный минус Wi-Fi в системе умного дома, а именно высокое энергопотребление. И если для устройств питающихся от розетки это не страшно, то для устройств и датчиков работающих от батарейки — это смертельно. Согласитесь, зачем нужен датчик, в котором нужно каждый день заряжать аккумулятор?
Но ведь есть протокол передачи данных, с низким энергопотреблением — Bluetooth, который раньше использовался для передачи данных, а сейчас занял нишу подключения беспроводных аудио-устройств и гаджетов, а теперь так же применяется в системе «Умный дом».
Отличный умный дом на ZigBee — обзор Aqara
Умный дом Xiaomi
Но Wi-Fi и Bluetooth использует топологию «Звезда». А значит у них малая дальность действия и низкая отказоустойчивость. Основное устройство необходимо размещать максимально по центру помещения, чтобы обеспечить связь со всеми устройствами. И если для квартиры это не так критично, то в частном доме просто не получится обеспечить постоянную связь между устройствами, находящимися на заметном удалении друг от друга. Для решения этой проблемы были внедрены шлюзы Bluetooth.
Умный дом Xiaomi совместно с Aqara
Нужен был протокол передачи данных с низким энергопотреблением и надежностью соединения. Поэтому еще в 2003 году была ратифицирована спецификация ZigBee. Основное отличие от Bluetooth — это топология «Mesh».
- Координатор — головное устройство, которое создает сеть. В умном доме сяоми эту роль выполняет один из шлюзов.
- Роутер — устройство, которое имеет постоянное питание. Эту роль берут на себя выключатели и розетки.
- Конечные устройства — датчики и гаджеты работающие от батарейки.
У нас на схеме есть шлюз Gateway 2, он выполняет роль координатора. К нему, в приложении Mi Home мы подключаем все остальные устройства. Как и в Wi-Fi и Bluetooth, только стрелочек тут заметно больше. Все это потому, что розетки и выключатели выполняют роль «Роутера», они принимают сигнал от головного устройства и транслируют его дальше по сети до конечных датчиков.
Это позволяет масштабировать сети до уровня дома или даже большого производственного здания. А выход из строя одного из устройств-роутеров не скажется на работоспособности всей сети.
Сравнительная таблица характеристик этих протоколов связи
Из минусов можно отметить низкую скорость передачи данных — до 250 кбит/сек. Ради низкого энергопотребления, приходится чем то жертвовать, но это не критично для задач домашней автоматизации.
ГЛОБАЛ ШЛЮЗ Xiaomi Gateway 3 в сравнении с Gateway 2 / все ПЛЮСЫ и МИНУСЫ / КАКОЙ ВЗЯТЬ?
Обратите внимание, если в вашей системе 2 шлюза, то это будет 2 разных, независимых ZigBee сети только в случае недосягаемости. А так второй и последующий шлюз подхватывает сеть первого. Но если вдруг один из шлюзов умрет, то датчики можно переподключить к другому.
На конец 2017 года, в системе Xiaomi 22 устройства, которые используют ZigBee протокол. Wi-Fi используют около 80, а блютуз около 25.
Главный блок управления умным домом Gateway 2
Да, самая маленькая доля устройств, но стоит отметить, что ZigBee устройства предназначены именно для автоматизации жилища, и их доля в вашей системе скорее будет доминировать.
Источник: dzen.ru
Технология Zigbee в умном доме: компоненты, частота, каналы
Zigbee – основной протокол связи в умном доме Xiaomi. Он построен на стандарте IEEE 802.15.4, имеет низкое потребление, невысокую стоимость чипов (в 2 раза ниже Bluetooth), скорость передачи данных до 250 кб/с и поддерживает различные топологии сети – точка-точка, звезда и mesh.
Благодаря низкому энергопотреблению можно надолго забыть о замене батарейки. Например, большинство датчиков в умном доме Xiaomi могут работать до двух лет от одной CR2032 батарейки. А низкая стоимость чипов позволяет выпускать максимально доступные устройства.
А некоторые устройства вообще могут работать без батареек. Например, Legrand совместно с CEA объявили о запуске полностью автономных Zigbee-выключателей. Тут все просто – благодаря низкому энергопотреблению, выключателю для работы достаточно той энергии, которая получается путем нажатия на клавишу. Нет батареек, нет и необходимости в их постоянной замене.
Построение сетей происходит по ячеистой (mesh) топологии, когда множество элементов системы связаны между собой, благодаря чему обрыв связи между отдельными узлами не влияет на работу системы в целом, данные продолжат передаваться, но уже другим путем.
Расстояние передачи данных в Zigbee, как и в случае с другими сетями зависит от количества преград и их материала и может составлять десятки метров в помещениях и сотни на открытом воздухе, но благодаря использованию ячеистой топологии покрываемая зона может быть куда больших размеров.
Содержание:
- Используемые частоты и каналы Zigbee
- Компоненты Zigbee: координатор, маршрутизаторы и конечные устройства
- Zigbee в умном доме Xiaomi
- Как работает Zigbee в умном доме Xiaomi
Используемые частоты и каналы Zigbee
Сети Зигби могут работать в трех частотных диапазонах: 868 и 915 МГц, а также в частотном диапазоне 2.4 ГГц, который и используется в большинстве стран мира. На 868 МГц доступен один канал, на 915 МГц – десять, а на 2.4 ГГц – 16 каналов:
Все Зигби устройства Xiaomi, Aqara и других популярных производителей работают в диапазоне 2.4 ГГц. В нем же, как мы знаем, работает и Wi-Fi, и Bluetooth, и множество других беспроводных сетей. Что это значит? При пересечении каналов Zigbee и Wi-Fi начнут мешать друг другу. На картинке ниже показаны первый, шестой и одиннадцатый (непересекающиеся) каналы Wi-Fi, а также все 16 каналов Зигби.
Как видим, большинство каналов данных беспроводных сетей пересекаются между собой, что не лучшим образом сказывается на их стабильности. Чтобы улучшить качество соединения можно:
- Разместить Зигби шлюз подальше от Wi-Fi роутера.
- Увеличить количество проводных Zigbee розеток и выключателей. Они являются маршрутизаторами, усиливая сигнал и повышая надежность системы.
- Попытаться разнести каналы Zigbee и Wi-Fi. Но скорее всего это особо не поможет, т к если вы живете в многоквартирном доме, то эфир в 2.4 ГГц уже давно полностью забит. Да и роутер сейчас выбирает канал в автоматическом режиме в зависимости от загруженности сети.
Компоненты Zigbee: координатор, маршрутизаторы и конечные устройства
Сеть состоит из трех основных элементов – координатора, маршрутизатора и конечных устройств. Рассмотрим их назначение:
- Основой и обязательным элементом сети является координатор. Он запускает сеть, управляет ей, а также устанавливает политику безопасности. В умном доме Xiaomi роль координатора выполняют шлюзы – Gateway 2, Gateway 3, шлюзы Aqara. Еще раз повторю – шлюз является обязательным элементом сети. Если вы планируете использовать Зигби датчики или любые другие устройства, работающие по данному протоколу, вам нужно будет купить и шлюз.
- Далее идут маршрутизаторы. В их обязанности входит трансляция пакетов, их маршрутизация, а также восстановление маршрутов в случае отказа какого-либо элемента системы. В умном доме маршрутизаторами являются устройства с постоянным питанием от сети 220 – Zigbee розетки и выключатели. С их помощью можно значительно увеличить дальность и повысить надежность сети.
- Заключительным элементом являются конечные устройства, отправляющие пакеты с данными коммутатору или маршрутизатору, при этом они не занимаются маршрутизацией информации от других устройств. Конечные устройства питаются от батарейки и большую часть времени находятся в спящем режиме, просыпаясь только в момент отправки данных. Такой подход позволяет добиться высоких показателей автономности – одной батарейки хватает примерно на 2 года работы. В умном доме их роль выполняют различные датчики – датчик освещенности, движения, протечки воды, открытия двери, температуры и влажности и т д.
Zigbee в умном доме Xiaomi
Zigbee – основной протокол, применяемый в умном доме Xiaomi. На нем работают все основные датчики и устройства в системе. Тем не менее стоит быть внимательным и перед покупкой проверять интерфейс связи, так как последнее время часть оборудования выпускается с Bluetooth интерфейсом. Еще один важный момент – большинство новых устройств, выпускаемых Xiaomi и Aqara, а также другими производителями (например, для умного дома Tuya Smart) имеет интерфейс связи Зигби третьей версии и для них нужен соответствующий шлюз.
Шлюз с поддержкой Zigbee 3 так же позволяет добавить и датчики, работающие на второй версии протокола.
В умном доме Xiaomi сейчас доступно несколько шлюзов на выбор – Gateway 2 (снимается с производства), Gateway 3 (актуальная модель, имеет поддержку Zigbee 3) и несколько от Aqara.
Как работает Zigbee в умном доме Xiaomi
На изображении выше приведена типовая схема умного дома Xiaomi. В роли координатора у нас выступает Xiaomi Gateway 2, к которому и подключаются все остальные устройства:
- датчик движения и датчик протечки (конечные устройства), ввиду небольшого расстояния и хорошего качества сигнала, передают информацию напрямую шлюзу;
- расположенный в дальнем углу комнаты датчик температуры передает все показания через выключатель, являющийся маршрутизатором. В случае, если выключатель выйдет из строя, датчик или напрямую подключится к шлюзу, или передаст все показания через другой маршрутизатор (например, через розетку справа). Таким образом работоспособность сети не нарушится и все данные будут доставлены.
К одному шлюзу в умном доме Xiaomi можно подключить до 32 устройств. Если же количество планируемых датчиков, розеток и выключателей превышает данное значение, то можно использовать несколько шлюзов. Все автоматизации будут работать в рамках одного аккаунта умного дома, то есть розетка, подключенная к одному шлюзу может участвовать в сценариях с датчиком протечки, подключенным к другому.
Вам также может понравиться
Wi-Fi 6 802.11ax: Target Wake Time, BSS Coloring, OFDMA
19.12.2020
Что такое Wi-Fi: стандарты, ширина канала, MIMO и Beamforming
17.10.2020
Источник: smarthomeinfo.ru
ZigBee
Что такое ZigBee протокол в системе «умный дом» Xiaomi?
У многих устройств и датчиков умного дома Xiaomi мы видим приписку ZigBee, что это за зверь, какие плюсы и минусы он несет, я постараюсь разобрать в этой статье.
ZigBee — протокол передачи данных
Наверное, все представляют что такое Wi-Fi сеть, которая есть почти в каждой квартире. Есть устройство передатчик (роутер) и приемники (телефон, ноутбук и другие устройства), их связывает единая сеть, которая создается на уровне роутера. Схематично это выглядит так:
Такой тип сети называется «Звезда», из-за визуального сходства (Центральное устройство и лучи отходящее от него). Тут все кажется довольно просто.
Как вы можете заметить, на схеме присутствуют устройства из системы «Умный дом» от Xiaomi. Получается, что на протоколе Wi-Fi можно построить свою систему автоматизации? Ответ — да, можно.
А зачем тогда что-то придумывать?
Если вы обратите внимание на схему, то заметите, что все устройства либо подключаются к розетке, либо требуют частой зарядки. Тут во всей красе предстает главный минус Wi-Fi сети, а именно высокое энергопотребление. И если для устройств питающихся от розетки это не страшно, то для устройств и датчиков работающих от батарейки — это смертельно. Согласитесь, зачем нужен датчик, в котором нужно каждый день заряжать аккумулятор?
Но ведь есть протокол передачи данных, с низким энергопотреблением, который нам давно известен и до сих пор активно используется. Вспомните фразу: «включи блютуз, я тебе перекину фотки.». Да, именно Bluetooth, который раньше использовался для передачи данных, а сейчас занял нишу подключения беспроводных аудио-устройств и гаджетов, так же применяется в системе «Умный дом». Чаще конечно идет в пару с Wi-Fi, но есть и устройства только с bluetooth, например чайник Mi Smart Kettle.
Но и тут все не так гладко, как хотелось бы. Как и Wi-Fi, Bluetooth использует топологию «Звезда». А что в этом страшного? Ответ прост, малая дальность действия и низкая отказоустойчивость. Основное устройство необходимо размещать максимально по центру помещения, чтобы обеспечить связь со всеми устройствами.
И если для квартиры это не так критично, то в частном доме просто не получится обеспечить постоянную связь между устройствами, находящимися на заметном удалении друг от друга. Для решения этой проблемы были внедрены Bluetooth шлюзы. И постепенно развивается система Mesh, для которой выпустили специальные лампочки.
ZigBee
Логично, что нужен был протокол передачи данных с низким энергопотреблением и надежностью соединения. Поэтому еще в 2003 году была ратифицирована спецификация ZigBee. Основное отличие от Bluetooth — это топология «Mesh».
В ней подразумевается наличие 3 типов устройств:
- Координатор — головное устройство, которое создает сеть. В умном доме сяоми эту роль выполняет один из шлюзов.
- Роутер — устройство, которое имеет постоянное питание. Эту роль берут на себя выключатели и розетки.
- Конечные устройства — датчики и гаджеты работающие от батарейки.
На схеме умного дома Xiaomi протокол будет выглядеть так:
Ничего не понятно? Давайте попробуем разобраться.
У нас на схеме есть шлюз Gateway 2, он выполняет роль координатора. К нему, в приложении MiHome мы подключаем все остальные устройства. Как и в Wi-Fi и Bluetooth, только стрелочек тут заметно больше. Все это потому, что розетки и выключатели выполняют роль «Роутера», они принимают сигнал от головного устройства и транслируют его дальше по сети до конечных датчиков.
Это позволяет масштабировать сети до уровня дома или даже большого производственного здания. А выход из строя одного из устройств-роутеров не скажется на работоспособности всей сети.
Сравнительная таблица характеристик этих протоколов связи:
| Технология | Wi-Fi | Bluetooth | ZigBee |
| Стандарт связи | IEEE 802.11 | IEEE 802.15.4 | IEEE 802.15.4 |
| Скорость передачи данных | 300+ Мбит/с | до 3 Мбит/с | 250 Кбит/с |
| Энергопотребление | Высокое | Низкое | Низкое |
| Частотный диапазон | 2.4 Ггц | 2.4 Ггц | 2.4 Ггц |
| Поддержка IP | + | — | — |
| Топология | «звезда» «mesh» | «звезда», «mesh» | «звезда», «mesh» |
Из минусов можно отметить низкую скорость передачи данных — до 250 кбит/сек. Ради низкого энергопотребления, приходится чем то жертвовать, но это не критично для задач домашней автоматизации.
Обратите внимание, если в вашей системе 2 шлюза, то это будет 2 разных, независимых ZigBee сети только в случае недосягаемости. А так второй и последующий шлюз подхватывает сеть первого. Но если вдруг один из шлюзов умрет, то датчики можно переподключить к другому.
Значимость ZigBee в системе умного дома Xiaomi
На конец 2017 года, в системе Xiaomi 22 устройства, которые используют ZigBee протокол. Wi-Fi используют около 80, а блютуз около 25.
Да, самая маленькая доля устройств, но стоит отметить, что ZigBee устройства предназначены именно для автоматизации жилища, и их доля в вашей системе скорее будет доминировать.
Если у вас появились вопросы, смело задавайте в комментариях.
Источник: xiaomi-smarthome.ru