ZigBee-teknologiaarkkitehtuuri ja sen sovellukset

Tässä tietoliikennemaailmassa on käytettävissä lukuisia korkean datanopeuden tiedonsiirtostandardeja, mutta mikään näistä ei täytä antureiden ja ohjauslaitteiden tiedonsiirtostandardeja. Nämä korkean datanopeuden tiedonsiirtostandardit vaativat matalan viiveen ja matalan energiankulutuksen myös pienemmillä kaistanleveyksillä. Saatavilla olevien langattomien järjestelmien Zigbee-tekniikka on edullinen ja pieni virrankulutus, ja sen erinomaiset ja erinomaiset ominaisuudet tekevät tästä viestinnästä parhaiten useita upotettuja sovelluksia , teollisuuden ohjaus ja kodin automaatio ja niin edelleen. Zigbee-tekniikka-alue välitysetäisyyksien välillä vaihtelee pääasiassa 10 - 100 metrin välillä sähköntuotannon ja ympäristöominaisuuksien perusteella.

Mikä on Zigbee Technology?

Zigbee-tietoliikenne on rakennettu erityisesti IEEE 802.15.4 -standardin mukaisille langattomien henkilökohtaisten verkkojen (WPAN) IEEE 802.15.4 -standardin mukaisille ohjaus- ja anturiverkkoille, ja se on Zigbee-allianssin tuote. Tämä tiedonsiirtostandardi määrittelee fyysiset ja Media Access Control (MAC) -kerrokset käsittelemään monia laitteita pienellä datanopeudella. Nämä Zigbeen WPAN-verkot toimivat taajuuksilla 868 MHz, 902-928 MHz ja 2,4 GHz. 250 kbps: n tiedonsiirtonopeus sopii parhaiten sekä säännölliseen että välitietoon kaksisuuntaiseen tiedonsiirtoon antureiden ja ohjaimien välillä.

Mikä on Zigbee Technology?

Zigbee on edullinen ja pienitehoinen verkkoverkko, jota käytetään laajasti sovellusten hallintaan ja valvontaan, kun se kattaa 10–100 metriä kantaman sisällä. Tämä viestintäjärjestelmä on halvempi ja yksinkertaisempi kuin muu oma lyhyt kantama langattomat anturiverkot Bluetoot h ja Wi-Fi.

Zigbee-modeemi

Zigbee tukee erilaisia ​​verkkokonfiguraatioita, jotta isäntä voi hallita tai isäntä-orja-viestintää. Ja sitä voidaan käyttää myös eri tiloissa, mikä johtaa akun virran säästämiseen. Zigbee-verkot ovat laajennettavissa reitittimien avulla, ja niiden avulla monet solmut voivat muodostaa yhteyden toisiinsa laajemman alueverkon rakentamiseksi.

Zigbee-tekniikan historia

Vuonna 1990 otettiin käyttöön digitaaliset radioverkot itseorganisoituvilla ad hoc -työkaluilla. Zigbee-spesifikaatio, kuten IEEE 802.15.4-2003, hyväksyttiin vuonna 2004 14. joulukuuta. Zigbee Alliance ilmoitti eritelmän 1.0 vuonna 2005 13. kesäkuuta, nimeltään ZigBee 2004 Specification.

Klusterkirjasto

Vuonna 2006, syyskuussa, Zigbee 2006: n eritelmä ilmoitettiin korvaamalla vuoden 2004 pino. Joten tämä määrittely korvaa pääasiassa avain-arvo-parirakenteen sekä vuoden 2004 pinossa käytetyn sanoman klusterikirjaston kautta.

Kirjasto sisältää joukon johdonmukaisia ​​komentoja, jotka on suunniteltu klustereiksi kutsuttujen ryhmien alle ja joiden nimet ovat esimerkiksi kotiautomaatio, älykäs energia ja ZigBee Light Link. Vuonna 2017 Zigbee Alliance kirjastolle nimettiin uudelleen Dotdot ja se ilmoitettiin uudeksi protokollaksi. Joten tämä Dotdot on toiminut suunnilleen kaikissa Zigbee-laitteissa oletussovelluskerroksena.

Zigbee Pro

Vuonna 2007 valmistui Zigbee Pro, kuten Zigbee 2007. Se on eräänlainen laite, joka toimii vanhassa Zigbee-verkossa. Reititysvaihtoehtojen erojen vuoksi näiden laitteiden tulisi muuttua reitittämättömiksi ZED-laitteiksi tai Zigbee-päätelaitteiksi (ZED) vanhassa Zigbee-verkossa. Vanhojen Zigbee-laitteiden on muututtava Zigbee-päätelaitteiksi Zigbee Pro -verkossa. Se toimii 2,4 GHz: n ISM-kaistan kautta ja sisältää myös alle GHz: n kaistan.

Kuinka Zigbee Technology toimii?

Zigbee-tekniikka toimii digitaalisten radioiden kanssa sallimalla eri laitteiden keskustella keskenään. Tässä verkossa käytetyt laitteet ovat sekä reititin, koordinaattori että loppulaitteet. Näiden laitteiden päätehtävä on toimittaa ohjeet ja viestit koordinaattorilta yksittäislaitteille, kuten hehkulampulle.

Tässä verkossa koordinaattori on tärkein laite, joka sijoitetaan järjestelmän lähtöpaikkaan. Kutakin verkkoa varten on yksinkertaisesti yksi koordinaattori, jota käytetään erilaisten tehtävien suorittamiseen. He valitsevat sopivan kanavan skannaamaan kanavan sekä etsimään sopivimman kanavan mahdollisimman vähän häiriöitä käyttämällä, jakamaan yksinoikeuden tunnuksen sekä osoitteen kaikille verkon laitteille, jotta muuten viestit voidaan siirtää verkossa .

Reitittimet on järjestetty sekä koordinaattorin että loppulaitteiden kesken, jotka ovat vastuussa eri solmujen välisestä reitityksestä. Reitittimet saavat viestit koordinaattorilta ja tallensivat ne, kunnes loppulaitteet ovat tilanteessa saadakseen ne. Ne voivat myös sallia muiden päätelaitteiden sekä reitittimien muodostaa yhteyden verkkoon

Tässä verkossa pientä tietoa voidaan ohjata päätelaitteilla kommunikoimalla vanhemman solmun kanssa kuten reititin tai koordinaattori Zigbee-verkkotyypin perusteella. Loppulaitteet eivät keskustele suoraan keskenään. Ensinnäkin kaikki liikenne voidaan ohjata kohti vanhempaa solmua, kuten reititintä, joka säilyttää näitä tietoja, kunnes laitteen vastaanottopää on tilanteessa, joka saa sen tietämään. Päätelaitteita käytetään pyytämään vanhemmalta odottavia viestejä.

Zigbee-arkkitehtuuri

Zigbee-järjestelmän rakenne koostuu kolmesta erityyppisestä laitteesta, kuten Zigbee Coordinator, Router ja End device. Jokaisessa Zigbee-verkossa on oltava vähintään yksi koordinaattori, joka toimii verkon juurena ja sillana. Koordinaattori on vastuussa tietojen käsittelystä ja tallentamisesta samalla, kun hän suorittaa ja vastaanottaa dataa.

Zigbee-reitittimet toimivat välityslaitteina, jotka sallivat datan siirtymisen edestakaisin niiden kautta muihin laitteisiin. Loppulaitteiden toiminnot ovat rajalliset kommunikoimaan vanhempien solmujen kanssa siten, että akkuvirta säästyy kuvan osoittamalla tavalla. Reitittimien, koordinaattorien ja päätelaitteiden määrä riippuu verkkotyypistä, kuten tähti-, puu- ja mesh-verkot.

Zigbee-protokollaarkkitehtuuri koostuu pinosta useita kerroksia missä IEEE 802.15.4 määritetään fyysisillä ja MAC-kerroksilla, kun tämä protokolla on valmis kertymällä Zigbeen omat verkko- ja sovelluskerrokset.

ZigBee-teknologiaarkkitehtuuri

Fyysinen kerros : Tämä kerros suorittaa modulointi- ja demodulointitoimintoja vastaavasti signaalien lähettämisen ja vastaanottamisen yhteydessä. Tämän tason taajuus, tiedonsiirtonopeus ja joukko kanavia on annettu alla.

MAC-kerros : Tämä kerros on vastuussa luotettavasta tiedonsiirrosta siirtymällä eri verkkoihin operaattorin mielessä monipääsyn välttämisen (CSMA) avulla. Tämä lähettää myös majakkakehykset tiedonsiirron synkronointia varten.

Verkkokerros : Tämä kerros huolehtii kaikista verkkoon liittyvistä toiminnoista, kuten verkon asetuksista, päätelaitteen liitännästä ja verkkoyhteydestä, reitityksestä, laitekokoonpanoista jne.

Sovellustuen alikerros : Tämän tason avulla Zigbee-laite- ja sovellusobjektien tarvittavat palvelut voivat olla yhteydessä verkkokerroksiin tiedonhallintapalveluita varten. Tämä kerros on vastuussa kahden laitteen sovittamisesta niiden palvelujen ja tarpeiden mukaan.

Sovelluskehys : Se tarjoaa kahden tyyppisiä datapalveluja avainarvopareina ja yleisinä viestipalveluina. Yleinen viesti on kehittäjän määrittelemä rakenne, kun taas avain-arvo-paria käytetään attribuuttien hakemiseen sovellusobjekteihin. ZDO tarjoaa käyttöliittymän sovellusobjektien ja APS-kerroksen välillä Zigbee-laitteissa. Se on vastuussa muiden laitteiden havaitsemisesta, käynnistämisestä ja liittämisestä verkkoon.

Zigbee-toimintatilat ja sen topologiat

Zigbee kaksisuuntaista dataa siirretään kahdessa tilassa: Ei-majakatila ja Majakkatila. Majakkamoodissa koordinaattorit ja reitittimet seuraavat jatkuvasti saapuvan datan aktiivista tilaa, joten kulutetaan enemmän virtaa. Tässä tilassa reitittimet ja koordinaattorit eivät nuku, koska milloin tahansa mikä tahansa solmu voi herätä ja kommunikoida.

Se vaatii kuitenkin enemmän virtalähdettä ja sen kokonaistehonkulutus on pieni, koska suurin osa laitteista on verkon ulkopuolella pitkiä aikoja passiivisessa tilassa. Majakkatilassa, kun päätelaitteista ei ole tiedonsiirtoa, reitittimet ja koordinaattorit siirtyvät lepotilaan. Tämä koordinaattori herää ajoittain ja lähettää majakat verkon reitittimille.

Nämä majakkaverkot ovat töitä aikaväleille, mikä tarkoittaa, että ne toimivat, kun tarvittava tiedonsiirto johtaa pienempiin käyttöjaksoihin ja pidempään akun käyttöön. Nämä Zigbeen majakatilat ja muut kuin majakatilat voivat hallita jaksollisia (anturitiedot), ajoittaisia ​​(valokytkimet) ja toistuvia tietotyyppejä.

Zigbee-topologiat

Zigbee tukee useita verkkotopologioita, mutta yleisimmin käytetyt kokoonpanot ovat tähti-, mesh- ja klusteripuun topologiat. Mikä tahansa topologia koostuu yhdestä tai useammasta koordinaattorista. Tähtitopologiassa verkko koostuu yhdestä koordinaattorista, joka vastaa laitteiden käynnistämisestä ja hallinnasta verkon kautta. Kaikkia muita laitteita kutsutaan päätelaitteiksi, jotka kommunikoivat suoraan koordinaattorin kanssa.

Tätä käytetään teollisuudessa, jossa tarvitaan kaikkia päätelaitteita kommunikoida keskusohjaimen kanssa , ja tämä topologia on yksinkertainen ja helppo ottaa käyttöön. Verkko- ja puupopologioissa Zigbee-verkkoa laajennetaan useilla reitittimillä, joissa koordinaattori on vastuussa niiden tuijottamisesta. Nämä rakenteet mahdollistavat minkä tahansa laitteen kommunikoida minkä tahansa muun vierekkäisen solmun kanssa redundanssin tarjoamiseksi tiedoille.

Jos jokin solmu epäonnistuu, nämä reitit ohjaavat tiedot automaattisesti muihin laitteisiin. Koska irtisanominen on tärkein tekijä teollisuudessa, käytetään siis enimmäkseen verkkotopologiaa. Klusteripuun verkossa kukin klusteri koostuu lehtisolmuilla toimivasta koordinaattorista, ja nämä koordinaattorit on kytketty koko verkon aloittavaan pääkoordinaattoriin.

Zigbee-tekniikan etujen, kuten edullisten ja pienitehoisten toimintatilojen ja sen topologioiden, vuoksi tämä lyhyen kantaman viestintätekniikka soveltuu parhaiten useisiin sovelluksiin verrattuna muihin omistettuihin viestintiin, kuten Bluetooth, Wi-Fi jne. Jotkut näistä Vertailut, kuten Zigbee-alue, standardit jne., on annettu alla.

Miksi matala datanopeus Zigbee?

Tiedämme, että markkinoilla on saatavilla erityyppisiä langattomia tekniikoita, kuten Bluetooth ja WiFi, joka tarjoaa suurta datanopeutta. Mutta tiedonsiirtonopeudet Zigbee: ssä ovat pienemmät, koska ZigBee-kehityksen pääasiallinen tarkoitus on käyttää sitä langattomassa ohjauksessa ja valvonnassa.

Tällaisissa sovelluksissa käytetyn datan määrä ja viestinnän taajuus on erittäin pieni. Vaikka on todennäköistä, että IEEE 802.15.4: n kaltainen verkko saavuttaa korkean tiedonsiirtonopeuden, joten Zigbee-tekniikka perustuu verkkoon IEEE 802.15.4.

Zigbee-tekniikka IoT: ssä

Tiedämme, että Zigbee on eräänlainen viestintätekniikka, joka on samanlainen kuin Bluetooth ja WiFi, mutta on myös lukuisia uusia nousevia verkkovaihtoehtoja, kuten Thread, joka on vaihtoehto koti-automaation sovelluksille. Suurimmissa kaupungeissa Whitespace-tekniikat otettiin käyttöön esineiden internetiin perustuvissa laajempien alueiden käyttötapauksissa.

ZigBee on pienitehoinen WLAN (langaton lähiverkko) -määritys. Se tarjoaa vähemmän dataa käyttämällä vähemmän virtaa usein kytkettyjen laitteiden avulla katkaistakseen akun. Tämän vuoksi avoin standardi on yhdistetty M2M (kone-kone) -viestinnän sekä teollisen IoT: n (esineiden internet) kautta.

Zigbee on tullut IoT-protokolla, joka on hyväksytty maailmanlaajuisesti. Se kilpailee jo Bluetoothin, WiFi: n ja Threadin kanssa.

Zigbee-laitteet

IEEE 802.15.4 Zigbee -erittely sisältää pääasiassa kaksi laitetta, kuten täysitoimilaitteet (FFD) sekä pienitoimilaitteet (RFD). FFD-laite suorittaa erilaisia ​​tehtäviä, jotka selitetään spesifikaatiossa, ja se voi hyväksyä minkä tahansa tehtävän verkossa.

RFD-laitteella on osittaisia ​​ominaisuuksia, joten se suorittaa rajoitettuja tehtäviä ja tämä laite voi keskustella minkä tahansa verkon laitteen kanssa. Sen on toimittava sekä kiinnitettävä huomiota verkon sisällä. RFD-laite voi keskustella yksinkertaisesti FFD-laitteen kanssa, ja sitä käytetään yksinkertaisissa sovelluksissa, kuten kytkimen ohjaamisessa aktivoimalla ja deaktivoimalla se.

IEEE 802.15.4 n / w: ssä Zigbee-laitteilla on kolme erilaista roolia, kuten koordinaattori, PAN-koordinaattori ja laite. Tässä FFD-laitteet ovat sekä koordinaattori että PAN-koordinaattori, kun taas laite on joko RFD / FFD-laite.

Koordinaattorin päätehtävä on viestien välittäminen. Henkilökohtaisessa verkossa PAN-ohjain on välttämätön ohjain ja laite tunnetaan ikään kuin laite ei ole koordinaattori.
ZigBee-standardi voi luoda kolme protokollalaitetta riippuen Zigbee-laitteista, PAN-koordinaattorista, koordinaattorista ja ZigBee-standardin spesifikaatiosta, kuten koordinaattori, reititin ja päätelaite, joita käsitellään jäljempänä.

Zigbee-koordinaattori

FFD-laitteessa verkko muodostetaan PAN-koordinaattorilla. Kun verkko on muodostettu, se antaa verkon osoitteen verkon sisällä käytetyille laitteille. Lisäksi se reitittää viestit loppulaitteiden kesken.

Zigbee-reititin

Zigbee-reititin on FFD-laite, joka sallii Zigbee-verkon kantaman. Tätä reititintä käytetään lisäämään laitteita verkkoon. Joskus se toimii Zigbee-päätelaitteena.

Zigbee-päätelaite

Tämä ei ole reititin eikä koordinaattori, joka liitetään anturiin fyysisesti muuten suorittamalla ohjaustoiminnon. Sovelluksen perusteella se voi olla joko RFD tai FFD.

Miksi ZigBee on parempi kuin WiFi?

Zigbee-palvelussa tiedonsiirtonopeus on pienempi kuin WiFi, joten suurin nopeus on yksinkertaisesti 250 kbps. Se on hyvin pienempi verrattuna pienempään WiFi-nopeuteen.

Vielä yksi Zigbeen paras laatu on virrankäyttö ja akun käyttöikä. Sen protokolla kestää useita kuukausia, koska kun se on koottu, voimme unohtaa.

Mitkä laitteet käyttävät ZigBeeä?

Seuraava laiteluettelo tukee ZigBee-protokollaa.

• Belkin WeMo
• Samsung SmartThings
• Yalen älykkäät lukot
• Philips Hue
• Honeywellin termostaatit
• Ikea Tradfri
• Boschin turvajärjestelmät
• Samsungin Comcast Xfinity Box
• Hive Active Lämmitys ja tarvikkeet
• Amazon Echo Plus
• Amazon Echo -näyttely

Sen sijaan, että jokainen Zigbee-laite kytketään erikseen, kaikkien laitteiden ohjaamiseen tarvitaan keskitin. Edellä mainittuja laitteita, nimittäin SmartThingsia ja Amazon Echo Plus -sovellusta, voidaan myös käyttää Wink-keskittimen tavoin tärkeänä roolina verkon sisällä. Keskitin etsii verkon kaikista tuetuista laitteista ja tarjoaa yllä mainittujen laitteiden yksinkertaisen hallinnan keskussovelluksella.

Mitä eroa on ZigBee: llä ja Bluetoothilla?

Zigbeen ja Bluetoothin välistä eroa käsitellään jäljempänä.

Mitä eroa on LoRa: lla ja ZigBee: llä?

Suurinta eroa LoRan ja Zigbeen välillä käsitellään jäljempänä.

Zigbee-tekniikan edut ja haitat

Zigbeen etuihin kuuluvat seuraavat.

• Tällä verkolla on joustava verkkorakenne
• Akun kesto on hyvä.
• Virrankulutus on pienempi
• Erittäin helppo korjata.
• Se tukee noin 6500 solmua.
• Vähemmän kustannuksia.
• Se on itsensä parantavaa ja luotettavampaa.
• Verkon asettaminen on erittäin helppoa ja yksinkertaista.
• Kuormat jakautuvat tasaisesti verkon yli, koska se ei sisällä keskusohjainta
• Kodinkoneiden valvonta ja hallinta on erittäin helppoa kaukosäätimen avulla
• Verkko on skaalautuva ja ZigBee-päätelaitteen lisääminen verkkoon on helppoa.

Zigbeen haittoja ovat seuraavat.

• Se tarvitsee järjestelmätiedot hallitakseen omistajan Zigbee-pohjaisia ​​laitteita.
• WiFi-verkkoon verrattuna se ei ole turvallinen.
• Korkeat korvauskustannukset, kun ongelma ilmenee Zigbee-pohjaisissa kodinkoneissa
• Zigbeen siirtonopeus on pienempi
• Se ei sisällä useita päätelaitteita.
• On niin riskialtista käyttää virallista yksityistä tietoa.
• Sitä ei käytetä ulkoisena langattomana viestintäjärjestelmänä, koska sillä on vähemmän peittorajoja.
• Kuten muutkin langattomat järjestelmät, tämä ZigBee-viestintäjärjestelmä on taipumus häiritä luvattomilta ihmisiltä.

Zigbee-tekniikan sovellukset

ZigBee-tekniikan sovellukset sisältävät seuraavat.

Teollinen automaatio: Valmistus- ja tuotantoteollisuudessa tietoliikenneyhteys valvoo jatkuvasti erilaisia ​​parametreja ja kriittisiä laitteita. Siksi Zigbee vähentää huomattavasti näitä viestintäkustannuksia ja optimoi ohjausprosessin luotettavuuden lisäämiseksi.

Kodin automatisointi: Zigbee sopii täydellisesti kodinkoneiden etähallinta valaistusjärjestelmän ohjauksena, laitteen ohjauksena, lämmitys- ja jäähdytysjärjestelmän ohjauksena, turvalaitteiden toiminnassa ja ohjauksessa, valvonnassa ja niin edelleen.

Älykäs mittaus: Zigbee-etäkäyttö älykkäässä mittauksessa sisältää energiankulutuksen, hinnoittelun tuen, sähkövarkauksien suojauksen jne.

Smart Grid -valvonta: Zigbee-toiminnot tässä älyverkossa sisältävät etälämpötilan valvonta , vianetsintä, loistehon hallinta ja niin edelleen.

ZigBee-tekniikkaa käytetään rakentamaan suunnitteluprojekteja, kuten langaton sormenjälkien valvontajärjestelmä ja kodin automaatio.

Tässä on kyse lyhyt kuvaus Zigbee-tekniikan arkkitehtuurista, toimintatiloista, kokoonpanoista ja sovelluksista. Toivomme, että olemme antaneet sinulle tarpeeksi sisältöä tästä otsikosta, jotta ymmärrät sen paremmin. Näin ollen kyse on yleiskatsauksesta Zigbee-tekniikasta ja se perustuu IEEE 802.15.4 -verkkoon. Tämän tekniikan suunnittelu voidaan tehdä erittäin vahvasti, joten se toimii kaikenlaisissa ympäristöissä.

Se tarjoaa joustavuutta ja turvallisuutta erilaisille ympäristöille. Zigbee-tekniikka on saavuttanut niin paljon suosiota markkinoilla, koska se tarjoaa tasaisen verkkoverkoston mahdollistamalla verkon hallinnan laajalla alueella, ja se tarjoaa myös pienitehoisen viestinnän. Joten tämä on täydellinen IoT-tekniikka. Tässä on kysymys sinulle, mitä erilaisia ​​langattoman viestinnän tekniikoita on saatavilla markkinoilla? Jos tarvitset lisäapua ja teknistä apua, ota meihin yhteyttä kommentoimalla alla.