ZigBee

ZigBee — спецификация сетевых протоколов верхнего уровня — уровня приложений APS (англ. application support sublayer) и сетевого уровня NWK, — использующих сервисы нижних уровней — уровня управления доступом к среде MAC и физического уровня PHY, регламентированных стандартом IEEE 80k2.15.4. ZigBee и IEEE 802.15.4 описывают беспроводные персональные вычислительные сети (WPAN). Спецификация ZigBee ориентирована на приложения, требующие гарантированной безопасной передачи данных при относительно небольших скоростях и возможности длительной работы сетевых устройств от автономных источников питания (батарей). 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.Говоря простыми словами, Zigbee считается своего рода средством связи, подобным Wi-Fi и Bluetooth и может обеспечить беспроводное соединение между устройствами. В чем уникальные преимущества Zigbee в интеллектуальном домашнем поле, так это низкое энергопотребление (мощность передачи составляет всего 1 мВт), больше соединительных устройств (более 60 000 доступно теоретически), высокая безопасность (AES-128 алгоритм шифрования) и так далее.

Основными областями применения технологии ZigBee являются беспроводные сенсорные сети, автоматизация жилья («Умный дом» и «Интеллектуальное здание»), медицинское оборудование, системы промышленного мониторинга и управления, а также бытовая электроника и «периферия» персональных компьютеров.

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.Способность к самоорганизации и самовосстановлению, ячеистая (mesh-) топология, защищённость, высокая помехоустойчивость, низкое энергопотребление и отсутствие необходимости получения частотного разрешения делают ZigBee-сеть подходящей основой для беспроводной инфраструктуры систем позиционирования в режиме реального времени (RTLS).ZigBee — стандарт для набора высокоуровневых протоколов связи, использующих небольшие, маломощные цифровые трансиверы, основанный на стандарте IEEE 802.15.4-2006 для беспроводных персональных сетей, таких как, например, беспроводные наушники, соединённые с мобильными телефонами посредством радиоволн коротковолнового диапазона. Технология определяется спецификацией ZigBee, разработанной с намерением быть проще и дешевле, чем остальные персональные сети, такие как Bluetooth. ZigBee предназначен для радиочастотных устройств, где необходима длительная работа от батареек и безопасность передачи данных по сети.Альянс ZigBee является органом, обеспечивающим и публикующим стандарты ZigBee, он также публикует профили приложений, что позволяет производителям изначальной комплектации создавать совместимые продукты. Текущий список профилей приложений, опубликованных, или уже находящихся в работе:

Домашняя автоматизация
Рациональное использование энергии (ZigBee Smart Energy 1.0/2.0)
Автоматизация коммерческого строительства
Телекоммуникационные приложения
Персональный, домашний и больничный уход
Игрушки

Сотрудничество между IEEE 802.15.4 и ZigBee подобно тому, что было между IEEE 802.11 и альянсом Wi-Fi. Спецификация ZigBee 1.0 была ратифицирована 14 декабря 2004 и доступна для членов альянса ZigBee. 30 октября 2007 г., была размещена спецификация ZigBee 2007. О первом профиле приложения — «Домашняя автоматизация» ZigBee, было объявлено 2 ноября 2007. ZigBee работает в промышленных, научных и медицинских (ISM-диапазон) радиодиапазонах: 868 МГц в Европе, 915 МГц в США и в Австралии, и 2.4 ГГц в большинстве стран в мире (под большинством юрисдикций стран мира). Как правило, в продаже имеются чипы ZigBee, являющиеся объединёнными радио- и микроконтроллерами с размером Flash-памяти от 60К до 128К таких производителей, как Jennic JN5148, Freescale MC13213, Ember EM250, Texas Instruments CC2430, Samsung Electro-Mechanics ZBS240 и Atmel ATmega128RFA1. Радиомодуль также можно использовать отдельно с любым процессором и микроконтроллером. Как правило, производители радиомодулей предлагают также стек программного обеспечения ZigBee, хотя доступны и другие независимые стеки.

Так как ZigBee может активироваться (то есть переходить от спящего режима к активному) за 15 миллисекунд или меньше, задержка отклика устройства может быть очень низкой, особенно по сравнению с Bluetooth, для которого задержка, образующаяся при переходе от спящего режима к активному, обычно достигает трёх секунд. Так как ZigBee большую часть времени находится в спящем режиме, уровень потребления энергии может быть очень низким, благодаря чему достигается длительная работа от батарей.

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 значительно дешевле, чем приборы с Z-Wave.

В настоящее время Zigbee чаще всего используют вместе с Home Assistant.

Wi-Fi, ZigBee и Matter – это все технологии беспроводной связи, которые используются для создания сетей Интернета вещей (IoT). Однако у них есть различия в функциональности, скорости, дальности передачи данных и применении.
1. Wi-Fi:
– Высокая скорость передачи данных (до 1 Гбит/сек)
– Широко распространен и поддерживается многими устройствами
– Используется для передачи данных высококачественного видео и потокового аудио
– Имеет ограниченную дальность действия (обычно до 100 м)
– Требует большого объема энергии для работы, поэтому не подходит для устройств IoT с ограниченными ресурсами энергии
2. ZigBee:
– Низкая скорость передачи данных (обычно до 250 кбит/сек)
– Используется для создания сетей маломощных устройств IoT (например, умные датчики, умные устройства домашнего управления)
– Имеет дальность передачи данных до 100 м
– Работает на частоте 2,4 ГГц или 800/900 МГц
– Экономичен в использовании энергии и поддерживает батарейные устройства
3. Matter (ранее известный как Project CHIP):
– Это стандарт для беспроводной связи в домашних сетях IoT, разработанный Альянсом получателей умного дома.
– Поддерживает протоколы Bluetooth Low Energy, Wi-Fi и Thread
– Обеспечивает безопасную и надежную связь между устройствами IoT различных производителей
– Формирует сеть, где каждое устройство может быть управляемым и контролировать другие устройства
– Поддерживает дальность передачи данных до 100 м
Таким образом, Wi-Fi подходит для быстрой передачи данных на большие расстояния, ZigBee – для создания энергоэффективных сетей умного дома, а Matter – для обеспечения совместимости и безопасности устройств IoT. Каждая из этих технологий имеет свои преимущества и применение в зависимости от конкретной задачи.