En aquest món de la comunicació actual, hi ha nombrosos estàndards de comunicació de velocitat de dades elevats disponibles, però cap d’ells compleix els estàndards de comunicació dels sensors i dels dispositius de control. Aquests estàndards de comunicació d’alta velocitat de dades requereixen una baixa latència i un consum d’energia baix fins i tot amb amplades de banda més baixes. La tecnologia Zigbee dels sistemes sense fils propietaris disponibles és de baix cost i baix consum d’energia i les seves excel·lents i excel·lents característiques fan que aquesta comunicació sigui la més adequada per a diverses aplicacions incrustades , control industrial i domòtica, etc. La gamma de tecnologia Zigbee per a distàncies de transmissió oscil·la principalment entre 10 i 100 metres en funció de la potència i de les característiques ambientals.
Què és la tecnologia Zigbee?
La comunicació Zigbee està especialment dissenyada per a xarxes de control i de sensors a l'estàndard IEEE 802.15.4 per a xarxes d'àrea personal sense fils (WPAN), i és el producte de l'aliança Zigbee. Això estàndard de comunicació defineix capes físiques i de control d’accés a suports (MAC) per gestionar molts dispositius a velocitats de dades baixes. Aquests WPAN de Zigbee funcionen a freqüències de 868 MHz, 902-928 MHz i 2,4 GHz. La velocitat de dades de 250 kbps és la més adequada per a la transmissió periòdica i bidireccional de dades entre sensors i controladors.
Què és la tecnologia Zigbee?
Zigbee és una xarxa de malla de baix cost i poca potència àmpliament desplegada per controlar i controlar aplicacions on cobreix entre 10 i 100 metres dins del seu abast. Aquest sistema de comunicació és menys costós i senzill que l’altre curt abast propietari xarxes de sensors sense fils com Bluetoot h i Wi-Fi.
Mòdem Zigbee
Zigbee admet diferents configuracions de xarxa per a comunicacions mestre a mestre o mestre a esclau. A més, es pot operar en diferents modes, ja que es conserva la potència de la bateria. Les xarxes Zigbee es poden ampliar amb l’ús de routers i permeten que molts nodes s’interconectin entre si per construir una xarxa d’àrea més àmplia.
Història de la tecnologia Zigbee
L’any 1990 es van implementar les xarxes de ràdio digital amb autoorganització ad hoc. L'especificació Zigbee com la IEEE 802.15.4-2003 es va aprovar l'any 2004, el 14 de desembre. L'especificació 1.0 va ser anunciada per Zigbee Alliance l'any 2005, el 13 de juny, anomenada Especificació de ZigBee 2004.
Biblioteca Clúster
L'any 2006, setembre, es va anunciar l'especificació de Zigbee 2006 substituint la pila del 2004. Per tant, aquesta especificació substitueix principalment l’estructura de parells de valor-clau, així com el missatge utilitzat dins de la pila 2004 a través d’una biblioteca de clústers.
Una biblioteca inclou un conjunt d’ordres consistents, planificats sota grups anomenats clústers amb noms com Domòtica, Smart Energy & Light Link de ZigBee. L’any 2017, Zigbee Alliance va canviar el nom de la biblioteca amb Dotdot i es va anunciar com a nou protocol. Per tant, aquest Dotdot ha funcionat per a tots els dispositius Zigbee aproximadament com a capa d’aplicació per defecte.
Zigbee Pro
L’any 2007 es va finalitzar Zigbee Pro com Zigbee 2007. És un tipus de dispositiu que funciona en una xarxa Zigbee heretada. A causa de les disparitats de les opcions d’encaminament, aquests dispositius haurien de convertir-se en ZED no encaminats o dispositius finals Zigbee (ZED) en una xarxa Zigbee heretada. Els dispositius Zigbee heretats s'han de convertir en dispositius finals Zigbee en una xarxa de Zigbee Pro. Funciona a través de la banda ISM de 2,4 GHz i inclou una banda sub-GHz.
Com funciona la tecnologia Zigbee?
La tecnologia Zigbee funciona amb ràdios digitals, ja que permet que diferents dispositius conversin entre ells. Els dispositius que s’utilitzen en aquesta xarxa són un encaminador, un coordinador i també dispositius finals. La funció principal d’aquests dispositius és lliurar les instruccions i els missatges del coordinador als dispositius finals, com ara una bombeta.
En aquesta xarxa, el coordinador és el dispositiu més essencial que es situa a l'origen del sistema. Per a cada xarxa, només hi ha un coordinador que s’utilitza per realitzar tasques diferents. Escullen un canal adequat per escanejar un canal i trobar-ne el més adequat a través del mínim d’interferències, assignen un identificador exclusiu i una adreça a tots els dispositius de la xarxa perquè es puguin transferir instruccions en cas contrari. .
Els routers s’organitzen entre el coordinador i els dispositius finals que són responsables de l’enrutament de missatges entre els diversos nodes. Els routers reben missatges del coordinador i els emmagatzemen fins que els seus dispositius finals estan en una situació per aconseguir-los. Aquests també poden permetre connectar la xarxa a altres dispositius finals i enrutadors
En aquesta xarxa, la petita informació es pot controlar mitjançant dispositius finals comunicant-se amb el node pare com un encaminador o el coordinador en funció del tipus de xarxa Zigbee. Els dispositius finals no conversen directament entre ells. En primer lloc, es pot encaminar tot el trànsit cap al node pare, com l’encaminador, que conté aquestes dades fins que el dispositiu receptor del dispositiu estigui en una situació per aconseguir que se n’adoni. Els dispositius finals s’utilitzen per sol·licitar qualsevol missatge que estigui esperant al pare.
Zigbee Architecture
L’estructura del sistema Zigbee consta de tres tipus de dispositius diferents, com ara Zigbee Coordinator, Router i End device. Totes les xarxes Zigbee han de constar d'almenys un coordinador que actuï com a arrel i pont de la xarxa. El coordinador és responsable de gestionar i emmagatzemar la informació mentre realitza les operacions de recepció i transmissió de dades.
Els encaminadors Zigbee actuen com a dispositius intermediaris que permeten que les dades passin per ells a altres dispositius. Els dispositius finals tenen una funcionalitat limitada per comunicar-se amb els nodes pares, de manera que s’estalvia l’energia de la bateria tal com es mostra a la figura. El nombre d’encaminadors, coordinadors i dispositius finals depèn del tipus de xarxes, com ara les xarxes estrella, arbre i malla.
L'arquitectura de protocol Zigbee consisteix en una pila de diverses capes on IEEE 802.15.4 es defineix per capes físiques i MAC mentre aquest protocol es completa acumulant capes de xarxa i aplicació pròpies de Zigbee.
ZigBee Technology Architecture
Capa física : Aquesta capa fa operacions de modulació i demodulació en transmetre i rebre senyals respectivament. A continuació es mostren la freqüència, la velocitat de dades i diversos canals d’aquesta capa.
Capa MAC : Aquesta capa és responsable de la transmissió fiable de dades accedint a diferents xarxes amb l'evidència de col·lisions d'accés múltiple (CSMA) de l'operador. Això també transmet els marcs de balisa per sincronitzar la comunicació.
Capa de xarxa : Aquesta capa s'encarrega de totes les operacions relacionades amb la xarxa, com ara la configuració de la xarxa, la connexió final del dispositiu i la desconnexió a la xarxa, l'encaminament, la configuració del dispositiu, etc.
Sub-capa de suport a l'aplicació : Aquesta capa habilita els serveis necessaris perquè els objectes del dispositiu Zigbee i els objectes d'aplicació interactuïn amb les capes de xarxa per a la gestió de dades. Aquesta capa s'encarrega de fer coincidir dos dispositius segons els seus serveis i necessitats.
Marc d'aplicació : Proporciona dos tipus de serveis de dades com a parell clau-valor i serveis de missatges genèrics. El missatge genèric és una estructura definida pel desenvolupador, mentre que el parell clau-valor s’utilitza per obtenir atributs dins dels objectes de l’aplicació. ZDO proporciona una interfície entre objectes d'aplicació i la capa APS en dispositius Zigbee. És responsable de detectar, iniciar i enllaçar altres dispositius a la xarxa.
Modes operatius Zigbee i les seves topologies
Les dades bidireccionals de Zigbee es transfereixen en dos modes: mode no far i mode far. En un mode de balisa, els coordinadors i encaminadors monitoritzen contínuament l'estat actiu de les dades entrants, de manera que es consumeix més energia. En aquest mode, els routers i els coordinadors no dormen, ja que en qualsevol moment qualsevol node pot despertar-se i comunicar-se.
Tot i això, requereix més subministrament elèctric i el seu consum general d’energia és baix, perquè la majoria dels dispositius estan en estat inactiu durant llargs períodes a la xarxa. En mode de balisa, quan no hi ha comunicació de dades des de dispositius finals, els routers i els coordinadors entren en estat de suspensió. Periòdicament aquest coordinador es desperta i transmet les balises als encaminadors de la xarxa.
Aquestes xarxes de balises funcionen durant franges horàries, és a dir, funcionen quan la comunicació necessària resulta en cicles de treball més baixos i un ús més llarg de la bateria. Aquests modes de balisa i no balisa de Zigbee poden gestionar tipus de dades periòdics (dades de sensors), intermitents (commutadors de llum) i repetitius.
Topologies de Zigbee
Zigbee admet diverses topologies de xarxa, però, les configuracions més utilitzades són les topologies d’estrelles, de malla i d’arbres de clústers. Qualsevol topologia consta d’un o més coordinadors. En una topologia estrella, la xarxa consisteix en un coordinador que s’encarrega d’iniciar i gestionar els dispositius a través de la xarxa. La resta de dispositius s’anomenen dispositius finals que es comuniquen directament amb el coordinador.
S’utilitza en indústries on es necessiten tots els dispositius de punt final comunicar-se amb el controlador central , i aquesta topologia és senzilla i fàcil de desplegar. En topologies de malla i arbre, la xarxa Zigbee s’amplia amb diversos routers on el coordinador s’encarrega de mirar-los. Aquestes estructures permeten que qualsevol dispositiu es comuniqui amb qualsevol altre node adjacent per proporcionar redundància a les dades.
Si falla algun node, la informació s’encamina automàticament a altres dispositius mitjançant aquestes topologies. Com que la redundància és el principal factor a les indústries, per tant, s’utilitza sobretot la topologia de malla. En una xarxa d'arbres de clústers, cada clúster consta d'un coordinador amb nodes fulls, i aquests coordinadors estan connectats al coordinador pare que inicia tota la xarxa.
A causa dels avantatges de la tecnologia Zigbee com els modes de funcionament de baix cost i poca potència i les seves topologies, aquesta tecnologia de comunicació de curt abast és la més adequada per a diverses aplicacions en comparació amb altres comunicacions propietàries, com Bluetooth, Wi-Fi, etc. a continuació es presenten comparacions com ara el rang de Zigbee, els estàndards, etc.
Per què baixes taxes de dades a Zigbee?
Sabem que hi ha disponibles diferents tipus de tecnologies sense fils al mercat, com ara Bluetooth i WiFi, que proporcionen dades de gran velocitat. Però, les velocitats de dades a Zigbee són menors perquè el propòsit principal del desenvolupament de ZigBee és utilitzar-lo tant en el control sense fils com en el monitor.
La quantitat de dades, així com la freqüència de comunicació utilitzada en aquestes aplicacions, és extremadament baixa. Tot i que és probable que una xarxa com IEEE 802.15.4 aconsegueixi taxes de dades elevades, de manera que la tecnologia Zigbee es basa en la xarxa IEEE 802.15.4.
Tecnologia Zigbee a IoT
Sabem que Zigbee és un tipus de tecnologia de comunicació similar a Bluetooth i WiFi, però, també hi ha nombroses noves alternatives de xarxa en augment com Thread, que és una opció per a les aplicacions de domòtica. A les principals ciutats, les tecnologies de l'espai en blanc es van implementar per a casos d'ús de regions més àmplies basades en l'IoT.
ZigBee és una especificació de WLAN (xarxa d’àrea local sense fils) de baix consum. Proporciona menys dades utilitzant menys energia dels dispositius connectats amb freqüència per apagar la bateria. A causa d'això, l'estàndard obert s'ha connectat a través de la comunicació M2M (màquina a màquina), així com l'IoT industrial (Internet de les coses).
Zigbee s’ha convertit en un protocol IoT que s’accepta a nivell mundial. Ja competeix amb Bluetooth, WiFi i Thread.
Dispositius Zigbee
L’especificació de IEEE 802.15.4 Zigbee inclou principalment dos dispositius com ara dispositius de funció completa (FFD) i dispositius de funció reduïda (RFD). Un dispositiu FFD realitza diferents tasques que s’expliquen a l’especificació i pot adoptar qualsevol tasca a la xarxa.
Un dispositiu RFD té funcions parcials, de manera que realitza tasques limitades i aquest dispositiu pot conversar amb qualsevol dispositiu de la xarxa. Ha d’actuar i prestar atenció a la xarxa. Un dispositiu RFD pot conversar simplement amb un dispositiu FFD i s’utilitza en aplicacions senzilles com controlar un commutador activant-lo i desactivant-lo.
En un IEEE 802.15.4 n / w, els dispositius Zigbee tenen tres funcions diferents com Coordinador, Coordinador PAN i Dispositiu. Aquí, els dispositius FFD són coordinador i coordinador PAN, mentre que el dispositiu és un dispositiu RFD / FFD.
La funció principal d’un coordinador és transmetre missatges. En una xarxa d'àrea personal, un controlador PAN és un controlador essencial i es coneix com a dispositiu com si el dispositiu no fos un coordinador.
L'estàndard ZigBee pot crear tres dispositius de protocol en funció dels dispositius Zigbee, el coordinador PAN, el coordinador i l'especificació estàndard de ZigBee, com ara el coordinador, l'encaminador i el dispositiu final, que es descriuen a continuació.
Coordinador de Zigbee
En un dispositiu FFD, és un coordinador PAN que s'utilitza per formar la xarxa. Un cop establerta la xarxa, assigna l'adreça de la xarxa als dispositius que s'utilitzen a la xarxa. A més, encamina els missatges entre els dispositius finals.
Zigbee Router
Un router Zigbee és un dispositiu FFD que permet l'abast de la xarxa Zigbee. Aquest router s’utilitza per afegir més dispositius a la xarxa. De vegades, actua com un dispositiu final Zigbee.
Dispositiu final Zigbee
No es tracta ni d'un encaminador ni d'un coordinador que, d'una altra manera, fa interfícies amb un sensor, realitza una operació de control. Segons l’aplicació, pot ser un RFD o un FFD.
Per què ZigBee és millor que el WiFi?
A Zigbee, la velocitat de transferència de dades és menor en comparació amb el WiFi, de manera que la velocitat més alta és simplement de 250 kbps. És molt menor en comparació amb la menor velocitat de WiFi.
Una de les millors qualitats de Zigbee és la velocitat d’ús d’energia i la vida útil de la bateria. El seu protocol té una durada de diversos mesos, ja que un cop muntat el podem oblidar.
Quins dispositius utilitzen ZigBee?
La següent llista de dispositius admet el protocol ZigBee.
- Belkin WeMo
- Samsung SmartThings
- Panys intel·ligents de Yale
- Philips Hue
- Termòstats de Honeywell
- Ikea Tradfri
- Sistemes de seguretat de Bosch
- Comcast Xfinity Box de Samsung
- Calefacció activa i accessoris Hive
- Amazon Echo Plus
- Amazon Echo Show
En lloc de connectar tots els dispositius Zigbee per separat, cal un concentrador central per controlar tots els dispositius. Els dispositius esmentats anteriorment, SmartThings i Amazon Echo Plus, també es poden utilitzar com un centre Wink per tenir un paper vital a la xarxa. El concentrador central explorarà la xarxa per trobar tots els dispositius compatibles i us proporciona un control senzill dels dispositius anteriors amb una aplicació central.
Quina diferència hi ha entre ZigBee i Bluetooth?
A continuació es parla de la diferència entre Zigbee i Bluetooth.
Bluetooth | Zigbee |
| El rang de freqüència del Bluetooth oscil·la entre els 2,4 GHz i els 2,483 GHz | El rang de freqüències de Zigbee és de 2,4 GHz
|
| Té 79 canals de RF | Té 16 canals de RF |
| La tècnica de modulació utilitzada a Bluetooth és GFSK | Zigbee utilitza diferents tècniques de modulació com BPSK, QPSK i GFSK. |
| Bluetooth inclou nodes de 8 cel·les | Zigbee inclou més de 6500 nodes de cel·la |
| Bluetooth utilitza l'especificació IEEE 802.15.1 | Zigbee utilitza l'especificació IEEE 802.15.4 |
| Bluetooth cobreix el senyal de ràdio fins a 10 metres | Zigbee cobreix el senyal de ràdio fins a 100 metres |
| El Bluetooth triga 3 segons a unir-se a una xarxa | Zigbee triga 3 segons a unir-se a una xarxa |
| La gamma de xarxes de Bluetooth oscil·la entre 1 i 100 metres segons la classe de ràdio.
| L’abast de la xarxa de Zigbee és de fins a 70 metres |
| La mida de la pila de protocols d’un Bluetooth és de 250 Kbytes | La mida de la pila de protocols d’un Zigbee és de 28 Kbytes |
| L'altura de l'antena TX és de 6 metres mentre que l'antena RX és d'1 metre | L'altura de l'antena TX és de 6 metres mentre que l'antena RX és d'1 metre |
| La dent blava fa servir bateries recarregables
| Zigbee no utilitza bateries recarregables |
| El Bluetooth requereix menys amplada de banda | En comparació amb el Bluetooth, necessita un ample de banda elevat |
| La potència TX del Bluetooth és de 4 dBm | La potència TX de Zigbee és de 18 dBm
|
| La freqüència del Bluetooth és de 2400 MHz | La freqüència de Zigbee és de 2400 MHz |
| El guany d'antena Tx de Bluetooth és de 0 dB mentre que el RX -6 dB | El guany d'antena Tx de Zigbee és 0dB mentre que el RX -6dB |
| La sensibilitat és de -93 dB | La sensibilitat és de -102 dB |
| El marge de Bluetooth és de 20 dB | El marge de zigbee és de 20 dB |
| L’abast de Bluetooth és de 77 metres | El rang Zigbee és de 291 metres |
Quina diferència hi ha entre LoRa i ZigBee?
A continuació es discuteix la principal diferència entre LoRa i Zigbee.
| Lora | Zigbee |
| Les bandes de freqüència de LoRa oscil·len entre 863-870 MHz, 902-928 MHz i 779-787 MHz | Les bandes de freqüència de Zigbee són de 868 MHz, 915 MHz i 2450 MHz |
| LoRa cobreix la distància a les zones urbanes, com ara de 2 a 5 km, mentre que a les zones rurals 15 km | Zigbee cobreix la distància de 10 a 100 metres |
| L’ús d’energia de LoRa és baix en comparació amb Zigbee | L’ús d’energia és baix |
| La tècnica de modulació utilitzada a LoRa és FSK en cas contrari GFSK | La tècnica de modulació utilitzada a Zigbee és OQPSK i BPSK, utilitza el mètode DSSS per canviar bits a xips. |
| La velocitat de dades de LoRa és de 0,3 a 22 Kbps per a la modulació LoRa i de 100 Kbps per a GFSK | La velocitat de dades de Zigbee és de 20 kbps per a la banda de freqüència 868, 40 Kbps per a la banda de freqüència 915 i 250 kbps per a la banda de freqüència 2450) |
| L'arquitectura de xarxa de LoRa inclou servidors, passarel·la LoRa i dispositius finals. | L'arquitectura de xarxa dels encaminadors, coordinadors i dispositius finals de Zigbee. |
| La pila de protocols de LoRa inclou capes PHY, RF, MAC i aplicacions | La pila de protocols de Zigbee inclou capes PHY, RF, MAC, seguretat de xarxa i aplicacions. |
| La capa física de LoRa utilitza principalment un sistema de modulació i inclou capacitats de rectificació d’errors. Inclou un preàmbul a efectes de sincronització i utilitza un CRC de capçalera CRC de marc complet i PHY. | Zigbee inclou dues capes físiques com 868/915 Mhz i 2450 MHz. |
| LoRa s’utilitza com a WAN (xarxa d’àrea ampla) | Zigbee s'utilitza com LR-WPAN (xarxa d'àrea personal sense fils de baixa taxa) |
| Utilitza l'estàndard IEEE 802.15.4g i Alliance és LoRa | Zigbee utilitza l'especificació IEEE 802.15.4 i Zigbee Alliance |
Avantatges i desavantatges de la tecnologia Zigbee
Els avantatges de Zigbee inclouen els següents.
- Aquesta xarxa té una estructura de xarxa flexible
- La durada de la bateria és bona.
- El consum d’energia és menor
- Molt senzill de solucionar.
- Admet aproximadament 6500 nodes.
- Menys cost.
- És autocurativa i més fiable.
- La configuració de xarxa és molt senzilla i senzilla.
- Les càrregues es distribueixen uniformement a la xarxa perquè no inclou un controlador central
- El control dels electrodomèstics i el control són extremadament senzills mitjançant control remot
- La xarxa és escalable i és fàcil afegir un dispositiu final ZigBee remot a la xarxa.
Els desavantatges de Zigbee inclouen els següents.
- Necessita la informació del sistema per controlar els dispositius basats en Zigbee per al propietari.
- En comparació amb el WiFi, no és segur.
- L’alt cost de la substitució un cop es produeix un problema als electrodomèstics basats en Zigbee
- La velocitat de transmissió del Zigbee és menor
- No inclou diversos dispositius finals.
- És molt arriscat que s’utilitzi per obtenir informació privada oficial.
- No s’utilitza com a sistema de comunicació sense fils a l’aire lliure perquè té un límit de cobertura inferior.
- Similar a altres tipus de sistemes sense fils, aquest sistema de comunicació ZigBee és propens a molestar per part de persones no autoritzades.
Aplicacions de la tecnologia Zigbee
Les aplicacions de la tecnologia ZigBee inclouen el següent.
Automatització industrial: A les indústries de fabricació i producció, un enllaç de comunicació monitoritza contínuament diversos paràmetres i equips crítics. Per tant, Zigbee redueix considerablement aquest cost de comunicació i optimitza el procés de control per obtenir una major fiabilitat.
Domòtica: Zigbee és perfecte per a control remot dels electrodomèstics com a control d’un sistema d’il·luminació, control d’aparells, control de sistemes de calefacció i refrigeració, operacions i control d’equips de seguretat, vigilància, etc.
Mesurament intel·ligent: Les operacions remotes de Zigbee en mesurament intel·ligent inclouen resposta al consum d’energia, assistència de preus, seguretat contra robatoris d’energia, etc.
Monitorització de la xarxa intel·ligent: Les operacions de Zigbee en aquesta xarxa intel·ligent impliquen control remot de temperatura , localització d'errors, gestió de l'energia reactiva, etc.
La tecnologia ZigBee s’utilitza per construir projectes d’enginyeria com ara el sistema d’assistència d’empremtes digitals sense fils i la domòtica.
Es tracta d’una breu descripció de l’arquitectura, els modes d’operació, les configuracions i les aplicacions de la tecnologia Zigbee. Esperem que us haguem proporcionat prou contingut sobre aquest títol perquè el pugueu entendre millor. Per tant, es tracta d’una visió general de la tecnologia Zigbee i es basa en la xarxa IEEE 802.15.4. El disseny d'aquesta tecnologia es pot fer de manera extremadament forta, de manera que opera en tot tipus d'entorns.
Proporciona flexibilitat i seguretat per a diferents entorns. La tecnologia Zigbee ha guanyat tanta popularitat al mercat perquè proporciona xarxes de malla consistents en permetre que una xarxa controli una regió extensa i també proporciona comunicacions de baixa potència. Per tant, es tracta d’una tecnologia IoT perfecta. Aquí teniu una pregunta, quines són les diferents tecnologies de comunicació sense fils disponibles al mercat? Per obtenir més ajuda i assistència tècnica, podeu posar-vos en contacte amb nosaltres fent un comentari a continuació.
