ZigBee-technologiearchitectuur en zijn toepassingen

In deze huidige communicatiewereld zijn er talloze communicatiestandaarden met hoge datasnelheden beschikbaar, maar geen van deze voldoet aan de communicatiestandaarden van sensoren en besturingsapparatuur. Deze communicatiestandaarden met hoge datasnelheid vereisen een lage latentie en een laag energieverbruik, zelfs bij lagere bandbreedtes. De Zigbee-technologie van de beschikbare gepatenteerde draadloze systemen is goedkoop en laag energieverbruik en de uitstekende en uitmuntende eigenschappen maken deze communicatie het meest geschikt voor verschillende embedded applicaties , industriële controle en domotica, enzovoort. Het Zigbee-technologiebereik voor transmissieafstanden varieert voornamelijk van 10 - 100 meter op basis van de output van vermogen en omgevingskenmerken.

Wat is Zigbee-technologie?

Zigbee-communicatie is speciaal gebouwd voor besturings- en sensornetwerken op de IEEE 802.15.4-standaard voor draadloze persoonlijke netwerken (WPAN's) en is het product van de Zigbee-alliantie. Dit communicatie standaard definieert fysieke en Media Access Control (MAC) -lagen om veel apparaten met lage gegevenssnelheden te verwerken. De WPAN's van deze Zigbee werken op 868 MHz, 902-928 MHz en 2,4 GHz-frequenties. De datasnelheid van 250 kbps is het meest geschikt voor zowel periodieke als tussentijdse tweewegtransmissie van gegevens tussen sensoren en controllers.

Wat is Zigbee-technologie?

Zigbee is een low-cost en low-power mesh-netwerk dat op grote schaal wordt ingezet voor het besturen en bewaken van toepassingen met een bereik van 10-100 meter. Dit communicatiesysteem is minder duur en eenvoudiger dan het andere gepatenteerde korte bereik draadloze sensornetwerken als Bluetoot h en Wi-Fi.

Zigbee-modem

Zigbee ondersteunt verschillende netwerkconfiguraties voor de communicatie tussen master en master of master naar slave. En het kan ook in verschillende modi worden gebruikt, waardoor de batterij wordt bespaard. Zigbee-netwerken zijn uitbreidbaar met behulp van routers en maken het mogelijk dat veel knooppunten met elkaar kunnen worden verbonden voor het bouwen van een groter netwerk.

Geschiedenis van Zigbee-technologie

In het jaar 1990 werden de digitale radionetwerken met zelforganiserende ad hoc geïmplementeerd. De Zigbee-specificatie zoals IEEE 802.15.4-2003 werd goedgekeurd in het jaar 2004, op 14 december. Specificatie 1.0 werd aangekondigd door Zigbee Alliance in het jaar 2005, op 13 juni, genaamd de specificatie van ZigBee 2004.

Clusterbibliotheek

In het jaar 2006, september, werd de specificatie van Zigbee 2006 aangekondigd door de stapel uit 2004 te vervangen. Deze specificatie vervangt dus voornamelijk de paarstructuur van sleutel-waarde en bericht dat wordt gebruikt in de stapel van 2004 via een clusterbibliotheek.

Een bibliotheek bevat een reeks consistente commando's, gepland onder groepen die clusters worden genoemd met namen als Home Automation, Smart Energy & Light Link of ZigBee. In het jaar 2017 werd de bibliotheek door Zigbee Alliance omgedoopt tot Dotdot en aangekondigd als een nieuw protocol. Deze Dotdot heeft dus voor ongeveer alle Zigbee-apparaten gewerkt als de standaard applicatielaag.

Zigbee Pro

In het jaar 2007 werd Zigbee Pro net als Zigbee 2007 voltooid. Het is een soort apparaat dat werkt op een oud Zigbee-netwerk. Vanwege de verschillen in de opties van routering, zouden deze apparaten moeten veranderen in niet-routerende ZED's of Zigbee-eindapparaten (ZED's) op een verouderd Zigbee-netwerk. De oudere Zigbee-apparaten moeten in een Zigbee Pro-netwerk worden omgezet in Zigbee-eindapparaten. Het werkt zowel via de 2,4 GHz ISM-band als via een sub-GHz-band.

Hoe werkt Zigbee Technology?

Zigbee-technologie werkt met digitale radio's door verschillende apparaten via elkaar te laten communiceren. De apparaten die in dit netwerk worden gebruikt, zijn een router, coördinator en eindapparaten. De belangrijkste functie van deze apparaten is om de instructies en berichten van de coördinator door te geven aan de enkelvoudige apparaten, zoals een gloeilamp.

In dit netwerk is de coördinator het meest essentiële apparaat dat aan de oorsprong van het systeem wordt geplaatst. Voor elk netwerk is er gewoon één coördinator, die wordt gebruikt om verschillende taken uit te voeren. Ze kiezen een geschikt kanaal om een ​​kanaal te scannen en om het meest geschikte kanaal te vinden door middel van een minimum aan interferentie, wijzen een exclusieve ID en een adres toe aan elk apparaat in het netwerk zodat berichten, anders kunnen instructies worden overgedragen in het netwerk .

Routers zijn gerangschikt onder de coördinator en eindapparaten die verantwoordelijk zijn voor het routeren van berichten tussen de verschillende knooppunten. Routers ontvangen berichten van de coördinator en slaan deze op totdat hun eindapparaten in staat zijn om ze op te halen. Hiermee kunnen ook andere eindapparaten en routers verbinding maken met het netwerk

In dit netwerk kan de kleine informatie worden bestuurd door eindapparaten door te communiceren met het bovenliggende knooppunt zoals een router of de coördinator op basis van het Zigbee-netwerktype. Eindapparaten communiceren niet rechtstreeks via elkaar. Ten eerste kan al het verkeer naar het bovenliggende knooppunt worden gerouteerd, zoals de router, die deze gegevens vasthoudt totdat het ontvangende uiteinde van het apparaat zich in een situatie bevindt waarin het zich bewust is. Eindapparaten worden gebruikt om alle wachtende berichten van de ouder op te vragen.

Zigbee Architectuur

De systeemstructuur van Zigbee bestaat uit drie verschillende soorten apparaten: Zigbee-coördinator, router en eindapparaat. Elk Zigbee-netwerk moet bestaan ​​uit minimaal één coördinator die fungeert als root en bridge van het netwerk. De coördinator is verantwoordelijk voor het afhandelen en opslaan van de informatie tijdens het ontvangen en verzenden van gegevensbewerkingen.

Zigbee-routers fungeren als intermediaire apparaten die het mogelijk maken gegevens heen en weer te sturen naar andere apparaten. Eindapparaten hebben beperkte functionaliteit om te communiceren met de bovenliggende knooppunten, zodat de batterij wordt bespaard, zoals weergegeven in de afbeelding. Het aantal routers, coördinatoren en eindapparaten is afhankelijk van het type netwerk, zoals ster-, boom- en mesh-netwerken.

Zigbee-protocolarchitectuur bestaat uit een stapel van verschillende lagen waar IEEE 802.15.4 wordt bepaald door fysieke en MAC-lagen, terwijl dit protocol wordt voltooid door Zigbee's eigen netwerk- en applicatielagen te verzamelen.

ZigBee-technologiearchitectuur

Fysieke laag : Deze laag voert modulatie- en demodulatiebewerkingen uit bij respectievelijk het verzenden en ontvangen van signalen. De frequentie, gegevenssnelheid en een aantal kanalen van deze laag worden hieronder gegeven.

MAC-laag : Deze laag is verantwoordelijk voor betrouwbare gegevensoverdracht door toegang te krijgen tot verschillende netwerken met de carrier sense multiple access collision vermijden (CSMA). Dit verzendt ook de bakenframes voor het synchroniseren van communicatie.

Netwerklaag : Deze laag zorgt voor alle netwerkgerelateerde bewerkingen, zoals netwerkinstellingen, verbinding met het eindapparaat en verbroken verbinding met het netwerk, routing, apparaatconfiguraties, enz.

Sublaag voor toepassingsondersteuning : Deze laag zorgt ervoor dat de services die nodig zijn voor Zigbee-apparaatobjecten en applicatie-objecten kunnen communiceren met de netwerklagen voor gegevensbeheerservices. Deze laag is verantwoordelijk voor het matchen van twee apparaten op basis van hun diensten en behoeften.

Toepassingskader : Het biedt twee soorten datadiensten als sleutelwaardepaar en generieke berichtendiensten. Het generieke bericht is een door de ontwikkelaar gedefinieerde structuur, terwijl het sleutel / waarde-paar wordt gebruikt om attributen binnen de toepassingsobjecten op te halen. ZDO biedt een interface tussen applicatieobjecten en de APS-laag in Zigbee-apparaten. Het is verantwoordelijk voor het detecteren, initiëren en binden van andere apparaten aan het netwerk.

Zigbee-bedrijfsmodi en zijn topologieën

Zigbee-tweeweggegevens worden in twee modi overgedragen: niet-bakenmodus en bakenmodus. In een bakenmodus bewaken de coördinatoren en routers continu de actieve toestand van inkomende gegevens, waardoor er meer stroom wordt verbruikt. In deze modus slapen de routers en coördinatoren niet omdat elk knooppunt op elk moment kan ontwaken en communiceren.

Het vereist echter meer stroomvoorziening en het totale stroomverbruik is laag omdat de meeste apparaten gedurende lange tijd in een inactieve toestand in het netwerk zijn. In een bakenmodus, wanneer er geen datacommunicatie is vanaf eindapparaten, gaan de routers en coördinatoren in een slaapstand. Deze coördinator wordt periodiek wakker en zendt de bakens naar de routers in het netwerk.

Deze bakennetwerken werken voor tijdvakken, wat betekent dat ze werken wanneer de benodigde communicatie resulteert in lagere werkcycli en een langer batterijgebruik. Deze baken- en niet-bakenmodi van Zigbee kunnen periodieke (sensordata), intermitterende (lichtschakelaars) en repetitieve gegevenstypen beheren.

Zigbee-topologieën

Zigbee ondersteunt verschillende netwerktopologieën, maar de meest gebruikte configuraties zijn ster-, mesh- en clusterboomtopologieën. Elke topologie bestaat uit een of meer coördinatoren. In een stertopologie bestaat het netwerk uit één coördinator die verantwoordelijk is voor het initiëren en beheren van de apparaten via het netwerk. Alle andere apparaten worden eindapparaten genoemd die rechtstreeks communiceren met de coördinator.

Dit wordt gebruikt in industrieën waar alle endpoint-apparaten voor nodig zijn communiceren met de centrale controller , en deze topologie is eenvoudig en gemakkelijk te implementeren. In mesh- en boomtopologieën wordt het Zigbee-netwerk uitgebreid met verschillende routers waarvan de coördinator verantwoordelijk is voor het staren. Dankzij deze structuren kan elk apparaat communiceren met elk ander aangrenzend knooppunt om redundantie aan de gegevens te bieden.

Als een knooppunt uitvalt, wordt de informatie automatisch door deze topologieën naar andere apparaten gestuurd. Omdat redundantie de belangrijkste factor is in industrieën, wordt daarom meestal mesh-topologie gebruikt. In een clusterboomnetwerk bestaat elk cluster uit een coördinator met bladknooppunten, en deze coördinatoren zijn verbonden met de oudercoördinator die het hele netwerk initieert.

Vanwege de voordelen van Zigbee-technologie, zoals goedkope en energiezuinige bedrijfsmodi en zijn topologieën, is deze communicatietechnologie over korte afstanden het meest geschikt voor verschillende toepassingen in vergelijking met andere bedrijfseigen communicatie, zoals Bluetooth, Wi-Fi, enz. vergelijkingen zoals bereik van Zigbee, standaarden, etc., worden hieronder gegeven.

Waarom lage datasnelheden in Zigbee?

We weten dat er verschillende soorten draadloze technologieën op de markt beschikbaar zijn, zoals Bluetooth en WiFi, die een hoge datasnelheid bieden. Maar de datasnelheden in Zigbee zijn minder, omdat het belangrijkste doel van de ZigBee-ontwikkeling is om het te gebruiken voor zowel draadloze bediening als voor monitor.

De hoeveelheid gegevens, evenals de communicatiefrequentie die in dergelijke toepassingen wordt gebruikt, is extreem laag. Hoewel het waarschijnlijk is dat een netwerk als IEEE 802.15.4 hoge gegevenssnelheden haalt, is de Zigbee-technologie gebaseerd op het netwerk IEEE 802.15.4.

Zigbee-technologie in IoT

We weten dat Zigbee een soort communicatietechnologie is die vergelijkbaar is met Bluetooth en WiFi, maar er zijn ook tal van nieuwe opkomende netwerkalternatieven zoals Thread, een optie voor toepassingen van domotica. In grote steden werden de Whitespace-technologieën geïmplementeerd voor IoT-gebaseerde gebruiksscenario's in grotere regio's.

ZigBee is een WLAN-specificatie (draadloos lokaal netwerk) met laag vermogen. Het levert minder gegevens op met minder stroom door vaak aangesloten apparaten om een ​​batterij uit te schakelen. Hierdoor is de open standaard verbonden via M2M (machine-to-machine) communicatie en het industriële IoT (internet of things).

Zigbee is een IoT-protocol geworden dat wereldwijd wordt geaccepteerd. Het concurreert al met Bluetooth, WiFi en Thread.

Zigbee-apparaten

De specificatie van IEEE 802.15.4 Zigbee omvat voornamelijk twee apparaten, zoals Full-Function Devices (FFD) en Reduced-Function Devices (RFD). Een FFD-apparaat voert verschillende taken uit die worden uitgelegd in de specificatie en het kan elke taak binnen het netwerk overnemen.

Een RFD-apparaat heeft gedeeltelijke mogelijkheden, zodat het beperkte taken uitvoert en dit apparaat kan communiceren met elk apparaat binnen het netwerk. Het moet zowel handelen als opletten binnen het netwerk. Een RFD-apparaat kan eenvoudig communiceren met een FFD-apparaat en wordt gebruikt in eenvoudige toepassingen, zoals het bedienen van een schakelaar door deze te activeren en deactiveren.

In een IEEE 802.15.4 n / w spelen de Zigbee-apparaten drie verschillende rollen, zoals coördinator, PAN-coördinator en apparaat. Hier zijn FFD-apparaten zowel coördinator als PAN-coördinator, terwijl het apparaat een RFD / FFD-apparaat is.

De belangrijkste functie van een coördinator is het doorgeven van berichten. In een persoonlijk netwerk is een PAN-controller een essentiële controller en staat een apparaat bekend alsof het geen coördinator is.
De ZigBee-standaard kan drie protocolapparaten maken, afhankelijk van de Zigbee-apparaten, PAN-coördinator, coördinator en de standaardspecificatie van ZigBee, zoals de coördinator, router en eindapparaat die hieronder worden besproken.

Zigbee-coördinator

In een FFD-apparaat is het een PAN-coördinator die wordt gebruikt om het netwerk te vormen. Zodra het netwerk tot stand is gebracht, wijst het het adres van het netwerk toe aan de apparaten die binnen het netwerk worden gebruikt. En ook routeert het de berichten tussen de eindapparaten.

Zigbee-router

Een Zigbee-router is een FFD-apparaat dat het bereik van het Zigbee-netwerk mogelijk maakt. Deze router wordt gebruikt om meer apparaten aan het netwerk toe te voegen. Soms fungeert het als een Zigbee-eindapparaat.

Zigbee-eindapparaat

Dit is noch een router, noch een coördinator die fysiek met een sensor communiceert en anders een besturingsoperatie uitvoert. Afhankelijk van de applicatie kan het een RFD of een FFD zijn.

Waarom is ZigBee beter dan wifi?

In Zigbee is de gegevensoverdrachtsnelheid lager in vergelijking met wifi, dus de hoogste snelheid is gewoon 250 kbps. Het is veel minder in vergelijking met de lagere snelheid van wifi.

Nog een beste kwaliteit van Zigbee is het energieverbruik en de levensduur van de batterij. Het protocol duurt enkele maanden, want als het eenmaal is samengesteld, kunnen we het vergeten.

Welke apparaten gebruiken ZigBee?

De volgende lijst met apparaten ondersteunt het ZigBee-protocol.

• Belkin WeMo
• Samsung SmartThings
• Yale slimme sloten
• Philips Hue
• Thermostaten van Honeywell
• Ikea Tradfri
• Beveiligingssystemen van Bosch
• Comcast Xfinity Box van Samsung
• Hive Active Verwarming & accessoires
• Amazon Echo Plus
• Amazon Echo Show

In plaats van elk Zigbee-apparaat afzonderlijk te verbinden, is een centrale hub vereist voor het aansturen van alle apparaten. De bovengenoemde apparaten, namelijk SmartThings en Amazon Echo Plus, kunnen ook worden gebruikt als een Wink-hub om een ​​vitale rol binnen het netwerk te spelen. De centrale hub scant het netwerk voor alle ondersteunde apparaten en biedt u eenvoudige bediening van de bovenstaande apparaten met een centrale app.

Wat is het verschil tussen ZigBee en Bluetooth?

Het verschil tussen Zigbee en Bluetooth wordt hieronder besproken.

Wat is het verschil tussen LoRa en ZigBee?

Het belangrijkste verschil tussen LoRa en Zigbee wordt hieronder besproken.

Zigbee Technology Voordelen en nadelen

De voordelen van Zigbee zijn onder meer de volgende.

• Dit netwerk heeft een flexibele netwerkstructuur
• Levensduur van de batterij is goed.
• Het stroomverbruik is minder
• Heel eenvoudig op te lossen.
• Het ondersteunt ongeveer 6500 knooppunten.
• Minder kosten.
• Het is zowel zelfherstellend als betrouwbaarder.
• Netwerkinstelling is zowel heel gemakkelijk als eenvoudig.
• Belastingen worden gelijkmatig over het netwerk verdeeld omdat er geen centrale controller is
• Controle van huishoudelijke apparaten en bediening is uiterst eenvoudig met de afstandsbediening
• Het netwerk is schaalbaar en het is eenvoudig om een ​​ZigBee-apparaat op afstand aan het netwerk toe te voegen.

De nadelen van Zigbee zijn onder meer de volgende.

• Het heeft de systeeminformatie nodig om op Zigbee gebaseerde apparaten voor de eigenaar te bedienen.
• In vergelijking met wifi is het niet veilig.
• De hoge vervangingskosten als er zich een probleem voordoet met op Zigbee gebaseerde huishoudelijke apparaten
• De overdrachtssnelheid van de Zigbee is lager
• Het bevat niet meerdere eindapparaten.
• Het is zo riskant om te worden gebruikt voor officiële privé-informatie.
• Het wordt niet gebruikt als een draadloos communicatiesysteem buitenshuis omdat het minder dekkingslimiet heeft.
• Net als bij andere soorten draadloze systemen, is dit ZigBee-communicatiesysteem gevoelig voor hinder van onbevoegde personen.

Toepassingen van Zigbee-technologie

De toepassingen van ZigBee-technologie omvatten de volgende.

Industriële automatie: In de productie- en productie-industrie bewaakt een communicatieverbinding continu verschillende parameters en kritische apparatuur. Daarom verlaagt Zigbee deze communicatiekosten aanzienlijk en optimaliseert het het controleproces voor meer betrouwbaarheid.

Domotica: Zigbee is daar perfect geschikt voor huishoudelijke apparaten op afstand bedienen als een verlichtingssysteem controle, apparaat controle, verwarming en koelsysteem controle, veiligheidsapparatuur bediening en controle, bewaking, enzovoort.

Slimme meting: Zigbee-operaties op afstand in slimme meters omvatten respons op energieverbruik, prijsondersteuning, beveiliging tegen stroomdiefstal, enz.

Smart Grid-bewaking: Zigbee-operaties in dit slimme netwerk betrekken temperatuurbewaking op afstand , foutopsporing, blindvermogenbeheer, enzovoort.

ZigBee-technologie wordt gebruikt om technische projecten te bouwen, zoals een draadloos aanwezigheidssysteem voor vingerafdrukken en domotica.

Dit gaat allemaal over een korte beschrijving van de architectuur, bedieningsmodi, configuraties en applicaties van Zigbee-technologie. We hopen dat we u genoeg inhoud over deze titel hebben gegeven, zodat u deze beter kunt begrijpen. Dit gaat dus allemaal over een overzicht van Zigbee-technologie en het is gebaseerd op het IEEE 802.15.4-netwerk. Het ontwerp van deze technologie kan extreem sterk worden gedaan, zodat deze in allerlei omgevingen kan worden gebruikt.

Het biedt zowel flexibiliteit als beveiliging voor verschillende omgevingen. Zigbee-technologie is zo populair geworden op de markt omdat het consistente mesh-netwerken biedt door een netwerk in staat te stellen controle te hebben over een uitgestrekte regio, en het ook zorgt voor communicatie met een laag stroomverbruik. Dit is dus een perfecte IoT-technologie. Hier is een vraag voor u, wat zijn de verschillende draadloze communicatietechnologieën die op de markt beschikbaar zijn? Voor verdere hulp en technische assistentie kunt u contact met ons opnemen door hieronder te reageren.