ZigBee устройства: блок подсветки, сенсор, выключатель, реле, диммер

Описание технологии

ZigBee — это технология, предназначенная для построения распределенных, самоорганизующихся беспроводных сетей с низким энергопотреблением.

Существует множество беспроводных технологий со своими ноу-хау и эксклюзивностью. Например:

1. Wi-Fi: разработан для замены проводного интерфейса Ethernet. Wi-Fi предлагает довольно высокие скорости обмена данными, но не позволяет использовать узлы, работающие от источников питания малой мощности в течение длительного времени из-за значительного энергопотребления.
2. Bluetooth: Начиная с версии 4.0, эта технология стала широко использоваться разработчиками носимых электронных устройств, поскольку энергопотребление снизилось в несколько раз по сравнению с предыдущими стандартами. Технология хороша, но для такой задачи, как прикрытие устройств, расположенных на расстоянии нескольких комнат и зданий, она не подходит из-за топологии звезды».
3. ZigBee — это специально разработанная технология с ячеистой топологией, которая позволяет создавать надежные распределенные сети из основных датчиков и устройств с низкоскоростной передачей информации. Zigby реализует работу узлов, поддерживающих пересылку, самовосстановление. Добавлены мобильные и своеобразные «спящие» узлы. Используемая скорость передачи данных составляет 40 кбит / с, а в режиме ретрансляции — 5-25 кбит / с.

3 лучших Zigbee Hub

1) Wink Hub 2

Этот новый и переработанный домашний концентратор от Wink полностью поддерживает Zigbee, и вы также можете воспользоваться преимуществами других важных протоколов Z-Wave через Bluetooth и многое другое.

В то время как первая итерация позволяла использовать только 2,4 ГГц, эта обновленная модель добавляет 5 ГГц вместе с возможностью подключения к сети Ethernet, что делает ее еще более гибкой, чем когда-либо. Эта дополнительная опция поможет вам избежать некоторых перегрузок, которые могут испортить частоту 2,4 ГГц.

Втулка размером всего 7 x 7 x 1 дюйм меньше и тоньше, чем когда-либо, поэтому вы не испортите чистые линии своего дома неприглядным куском пластика.

Вы можете подключить 530 устройств к Hub 2, и с автоматическим обнаружением и хорошо управляемой настройкой вы сразу будете готовы к работе.

Для гибкого домашнего концентратора, который позволяет вам использовать устройства Zigbee, не ограничиваясь ими, Wink Hub 2 может быть не самым дешевым шлюзом на рынке, но, безусловно, одним из лучших.

Преимущества

• Получите полную поддержку Zigbee, а также Z-Wave, Bluetooth LE и Lutron Clear Connect, чтобы вы могли управлять устройствами от разных производителей, даже если они говорят на разных языках.
• Управляйте всеми совместимыми устройствами в вашем доме из одного адаптивного приложения
• Это работает как с Alexa, так и с Google Assistant, если у вас включено устройство для голосового управления.

2) Samsung Smart Things Hub (третье поколение)

Мощная экосистема SmartThings от Samsung не нуждается в представлении, гордостью является исключительный концентратор.

Персонализация не может быть намного проще. От беспроводного подключения до мастера настройки и процесса обнаружения у вас не должно возникнуть никаких проблем, даже если вы не самый большой дьявол в технологиях. Вам понадобится обновленное приложение Connect для настройки, но вы можете вернуться к исходному приложению SmartThings Classic, когда включите все цилиндры, если хотите.

Этот концентратор также обратно совместим со старыми датчиками и розетками, поэтому не беспокойтесь о том, что устаревшие устройства останутся позади.

Автоматизация лежит в основе любого успешного умного дома, и вы можете легко обучить этот умный центр различным процедурам, чтобы постоянно избавляться от утомительной повседневной работы устройств мониторинга. Позвольте SmartThings позаботиться о бизнесе и сохранить все в фоновом режиме с минимальным вмешательством пользователя.

Этот концентратор SmartThings третьего поколения — фантастический выбор, если в вашем доме есть устройства, которые используют больше, чем Zigbee. И давайте посмотрим правде в глаза, а кто нет?

Преимущества

• Непревзойденное соотношение цены и качества от бренда, которому можно доверять
• Отличная совместимость с широким спектром устройств и устройств, а также с впечатляющими супругами SmartThings.
• Настройка беспроводной сети позволяет обойти соединение Ethernet и разместить концентратор в любом месте дома.

Краткий обзор Zigbee

Теперь у нас есть большая часть технических деталей — и мы надеемся, что вы не спите! — мы дадим вам краткий обзор Zigbee для непрофессионалов в 6 важных категориях:

• Безопасность
• конфигурация сети
• Требования к питанию
• Диапазон сигнала
• Совместимость
• Надежность

Безопасность

Сети Zigbee, как и их конкурент Z-Wave, защищены 128-битными симметричными ключами. Это стандарт шифрования, обычно используемый банками для своих онлайн-транзакций. Это также обычное явление в государственных учреждениях, что делает его более чем достаточно безопасным для нужд большинства умных домов.

Всегда существует риск нарушения безопасности в любом подключенном доме, но это маловероятно из-за компрометации сигнала Zigbee.

конфигурация сети

В ячеистой сети — мы поговорим об этом в ближайшее время — каждое устройство действует как повторитель, ретранслируя сигнал следующему устройству, без необходимости постоянного взаимодействия с центральным концентратором.

Zigbee обеспечивает неограниченное количество переходов между устройствами.

Вы можете добавить до 65 000 устройств в сеть Zigbee, что делает ее достаточно большой для коммерческих операций с использованием интеллектуальных коммутаторов и, конечно же, более чем достаточно надежной даже для самого большого умного дома.

Требования к питанию

Wi-Fi и Bluetooth — мощные вампиры, а Zigbee очень компактен.

Поскольку у вас, вероятно, будет много устройств в вашем подключенном доме, которые работают от батарей, а не от кабелей, последнее, что вам нужно, — это протокол связи, который потребляет эту драгоценную энергию.

Требуя даже меньшей мощности, чем Z-Wave, Zigbee является идеальным выбором для интеллектуальных замков или датчиков — устройств, где перебои в подаче электроэнергии могут иметь разрушительные последствия.

Диапазон сигнала

Если вы думаете о создании своего умного дома, возможно, вам нужен сигнал, который может достичь внешнего мира. Все больше и больше людей благоустраивают свои сады, и, поскольку все больше сотрудников работают удаленно, домашние офисы становятся скорее нормой, чем исключением.

Zigbee разумен с точки зрения дальности сигнала, но определенно не мирового класса. Внутри вы можете рассчитывать на дальность до 40 футов, но это зависит от прямой видимости. Кроме того, любые препятствия, такие как стены, могут мешать сигналам Zigbee, иногда оставляя вас в пределах 10 футов от вас.

Что ж, высокие частоты не могут эффективно преодолевать препятствия. Вот почему Wi-Fi 5 ГГц может вызывать меньше помех, чем переполненная сеть 2,4 ГГц, но это не так хорошо, если ваш маршрутизатор находится внизу, а вы подключены к сети вверху.

Хотя, как правило, это не впечатляющее покрытие проблематично, Zigbee не подходит для традиционных умных домов.

Совместимость

Благодаря Zigbee Alliance — подробнее об этом — существует более 2500 устройств с поддержкой Zigbee.

Чтобы убедиться, что и оборудование, и программное обеспечение сертифицированы Zigbee, проверьте наличие сертификата Zigbee Home Automation, а не надеетесь, что Zigbee-совместимое устройство полностью соответствует требованиям. Без этой сертификации этого могло бы не произойти.

Надежность

Само собой разумеется, что вам понадобится абсолютно надежный сигнал для устройств умного дома.

Прерывание сигнала может быть неудобным для некоторых второстепенных устройств. С другой стороны, с устройствами, связанными с безопасностью, вы можете получить очень дорогое нарушение. Представьте, что детектор утечки воды или, что еще хуже, детектор дыма и угарного газа не сработал. Тогда есть беспроводная камера безопасности или умный замок.

При правильной настройке сеть Zigbee может быть достаточно надежной для самых разумных потребностей.

Проблема заключается в перегрузке, с которой вы можете столкнуться, если полагаетесь на частоту 2,4 ГГц. Поскольку большинство других устройств и ваша сеть Wi-Fi используют эту частоту, все становится немного переполненным, и возможны пропадания сигнала.

Мы упоминали Zigbee Alliance ранее, а теперь кратко рассмотрим, что это означает в реальном выражении.

Сравнение с другими технологиями

Для сравнения беспроводных технологий лучше всего взглянуть на таблицу.

ТехнологииWi-FiBluetoothZigBee

Протокол	802.11	802.15.4	802.15.4
Скорость обмена данными	300+ Мбит / с и 433 Мбит / с в перем	До 3 Мбит / с	Приемлемо 30-40 кбит / с Максимум 250 кбит / с
Потребление энергии	Высокий	Бас	Бас
Частота	2,4 и 5 ГГц	2,4 ГГц	2,4 ГГц
Поддержка IP	+	−	−
Топология	Звезда	Звезда	Свитер

Разница между звездообразной и сеточной топологиями четко видна на диаграмме взаимодействия между устройствами, расположенными в одном здании.

Wi-Fi и Bluetooth используют центральный шлюз, который обменивается данными со всеми подключенными устройствами по одному каналу. Эта схема уязвима, если:

• на пути группы элементов появится препятствие и они будут изолированы от шлюза;
• шлюз вышел из строя, и вся сеть упала вместе с ним.

В ZigBee все иначе. Каждый элемент связывается со своим соседом в сети и, в случае такого же препятствия, найдет альтернативный путь к главному шлюзу. Даже если шлюз по умолчанию отключен, устройства, которые не вошли в спящий режим, принимают на себя роль маршрутизаторов. Они создают новые оптимальные маршруты и ретранслируют пакеты.

Если вы используете дополнительные узлы с фиксированной мощностью, они смогут полностью заменить маршрутизатор до того, как он будет отремонтирован напрямую.

Что же в сухом остатке?

Zigbee и Bluetooth полезны в различных типах решений IoT. Что еще более важно, они могут работать вместе для создания очень гибких приложений, сочетающих сильные стороны каждого протокола. Сегодня с точки зрения доступности на рынке Zigbee вне конкуренции, есть полный набор обоих датчиков: конечные устройства и роутеры, устройства с фиксированным питанием. Сеть Bluetooth все еще находится в разработке, но, тем не менее, на рынке появляется все больше и больше новых устройств IoT с поддержкой этого протокола.

О государственном регулировании

В большинстве стран нет ограничений на использование беспроводных протоколов. Организованная сеть с этой сертификацией не может мешать другим сигналам или вызывать другие проблемы.

ZigBee на планете

Технология используется в Европе, России и Азии. Компании, использующие Zigbee:

• Samsung;
• Logitech;
• Амазония;
• Xiaomi;
• Philips;
• ИКЕА;
• LG.

А также ряд других производителей.

ZigBee в России. Есть ли ограничения

Использование сетей ZigBee на территории Российской Федерации на частотах 2400–2483,5 МГц не требует специальной регистрации или согласования. Правовая основа — документ Государственного комитета по радиочастотам Минкомсвязи России № 07-20-03-001. Хотя документ постоянно обновляется, по состоянию на 2019 год ограничений на использование технологии Zigby нет.

Zigbee — это безопасный и открытый стандарт беспроводной сети, который помогает управлять электронными устройствами дома, на рабочем месте и в других сферах бизнеса. Скорость Zigbee не считается большим недостатком, так как основное назначение сети — не передача больших объемов информации, а управление другими устройствами. В последние годы количество пользователей в Евразии, которые начали применять стандарт, быстро выросло. Но в США по-прежнему предпочитают Z-Wave, хотя знают, что такое Zigbee.

INFO

Мы поговорим о ZigBee, но ZigBee основан на IEEE 802.15.4. Более того, тот же стандарт взят за основу для WirelessHART и ISA100.11a.

ZigBee, а точнее IEEE 802.15.4, может работать в трех частотных диапазонах.

И, как видите, если вы выберете частоту 2,4 ГГц, Wi-Fi и ZigBee могут начать мешать друг другу. Чтобы уменьшить перекрестные помехи между Wi-Fi и ZigBee, лучше всего выбрать следующие каналы.

Хорошая новость заключается в том, что стандарт содержит такую ​​концепцию, как ED — Energy Detection. Эта функция используется в координаторе умного дома, чтобы он выбирал канал с наименьшими помехами.

Общий вид пакета для PHY выглядит следующим образом.

Если у вас дома валяется SDR и вы хотите проверить каждый бит в модуляции OQPSK, то эта схема вам поможет.

Этот тип модуляции используется на частоте 2,4 ГГц, а пока мы продвигаемся дальше по стеку протоколов, и нас ждет уровень MAC.

Структура сети

В сети ZigBee есть три основных узла:

1. Координатор: собирает данные с конечных устройств, дает им команды, устанавливает политику безопасности. В сети он всегда один. Этот узел также выполняет работу маршрутизатора.
2. Маршрутизатор: сочетает в себе функции конечного устройства и может пересылать пакеты от координатора другим элементам сети.
3. Конечные устройства: датчики, исполнительные устройства, подключенные к сети через родительский узел и лишенные возможности организовать маршрутизацию трафика.

Благодаря этой технологии и работе, проделанной по стандартизации сети и уровня приложений, появилась обширная библиотека ZCL, описывающая более 200 устройств. Например:

• Блок управления освещением;
• Переключатели;
• Интерфейсы для счетчиков и датчиков.

Рекомендуемая литература: узнайте о беспроводных переключателях света, которые работают с другими методами передачи данных.

Bluetooth

Bluetooth — это протокол беспроводной сети, предназначенный для связи на небольших расстояниях. Первоначально он был создан для замены кабелей, необходимых для подключения таких устройств, как компьютеры и смартфоны, к их периферийным устройствам, таким как наушники, клавиатуры и мыши. Подобно Wi-Fi и Zigbee, он работает в полосе частот 2,4 ГГц, которая не лицензируется во всем мире.

Устройства

Многие крупные производители запустили устройства Zigbee:

1. Xiaomi.
2. Sonoff.
3. Philips.
4. ИКЕА.

Рассмотрим интересные и нужные решения, необходимые в умном доме.

Управляемый блок подсветки IKEA

Ведущий мебельный бренд IKEA предлагает использовать блоки питания, управляемые ZigBee, для управления освещением. Сериал называется TRADFRI. В комплекте можно купить лампочки, пульты ДУ. Этот блок имеет несколько выходов для ламп. В целом этот диммер — настоящий диммер, но выполнен в несколько иной трактовке.

Сенсор

Датчики или сенсоры всегда были неотъемлемой частью любой автоматизации. Например, датчик открытия двери (окна) или датчик движения, управляемый напрямую контроллером через систему умного дома. С их помощью можно реализовать различную логику работы отдельных устройств, каналов или всей системы в целом.

Выключатель

Тактильный переключатель LIVOLO работает по технологии Mesh. В нейтрализации не нуждается. То есть его можно подключить к розетке, где ноль не складывается. Он получает фантомное питание от нагрузки и питается от этого тока. Задняя часть сделана под европейскую розетку, поэтому проблем с установкой возникнуть не должно.

Реле

Xiaomi с линейкой устройств Aqara запускает двухканальные реле с контролем энергопотребления. Он позволяет настраивать работу каждого канала, делая работу любого устройства интеллектуальной. Антенна для сигнала большая, но совершенно не мешает. Как и корпус, который без проблем прячется в розетке.

Диммер

Используя диммер, имеющий доступ к сети Zigbee, можно удаленно или с помощью любой логики уменьшить или увеличить яркость света. В качестве типичного решения EcoDim Dimmer будет хорошим устройством.

Чтобы эти устройства от разных производителей можно было объединить в единую сеть умного дома Zigbee, необходимо использовать такой координатор, как zigbee2mqtt.

Основные понятия

Топология сети может быть одной из следующих:

• звезда;
• кластерное дерево;
• стильно-модно-молодежный вариант — сетка.

Координатор (он же FFD) — самый важный узел. Создавайте сеть, выбирайте, по какому каналу общаться, может выступать в роли «центра доверия». Маршрутизатор: Устройства уже немного попроще. Они часто действуют как ретрансляторы сообщений от конечных устройств. Конечные устройства — это то, что мы объединяем в сеть: переключатели, лампочки, датчики движения и другие устройства.

Вот сводная таблица характеристик каждого из устройств.

Координатор Маршрутизатор Терминальное устройство

Сеть ZigBee	икс
Выдача разрешений на подключение к сети другим устройствам	икс	икс
Назначение 16-битного сетевого адреса	икс	икс
Отслеживание и регистрация маршрутов для эффективной доставки сообщений	икс	икс
Находите и сохраняйте список доступных соседей за один шаг	икс	икс
Маршрутизация сетевых пакетов	икс	икс	икс
Вход в сеть и выход из нее	икс	икс	икс
Спящий режим			икс

Теперь давайте откроем официальную спецификацию ZigBee. Там нас практически сразу встречает такая интересная картинка.

Архитектура стека ZigBee

Но пусть это вас не пугает, потому что в конце статьи вы поймете, что на самом деле это немного проще!

История создания сети

ZigBee Alliance был основан в 2002 году. Сейчас в него входят более трехсот компаний. Альянс был создан с целью разработки эффективных протоколов беспроводной сети. Кроме того, стояла задача обеспечить совместимость устройств разных производителей. Первоначальные стандарты были разработаны в 2003 году. С тех пор они постоянно совершенствовались и расширялись. Текущая спецификация ZigBee Pro Feature Set 2006 была принята осенью 2007 года.

В сети использовались механизмы стохастической адресации, маршрутизации «многие к одному» и маршрутизации от источника, а также возможность обнаружения асимметричных каналов. В результате для многих конкретных приложений эффективность сетей ZigBee повысилась.

Стандартные профили приложений уже разработаны. Как разрабатывается стандартная кластерная библиотека. Это упрощает разработку приложений. Ускорено и облегчено внедрение инновационных решений с использованием оборудования разных производителей. Было введено много новых механизмов, которые повысили уровень безопасности и надежности сети.

ВАЖНЫЙ! При появлении помех происходит автоматический переход в режим чистого «частотного канала.

Технические характеристики

ZigBee основан на стандарте IEEE 802.15.4-2006 и состоит из протоколов высокого уровня, которые работают с небольшими цифровыми трансиверами. Передача данных происходит по радиоканалу. Частота зависит от региона. Работа на частоте 2,4 ГГц не связана с местоположением. Стандарт был создан с целью упростить использование и снизить цену. Время отклика оборудования низкое. Период активации занимает не более 15 миллисекунд. При переходе в спящий режим потребность в электроэнергии значительно снижается. Система позволяет работать с приложениями для:

• телекоммуникации;
• игрушки;
• коммерческое строительство;
• повышение энергоэффективности;
• личный домашний уход за больными;
• автоматизация домашних процессов.

MAC

Общий вид кадров MAC представлен ниже.

Как видите, Frame Control отвечает за тип пакета данных (Beacon, Ack, Cmd, Data), тип адресации и наличие шифрования.

Теперь поговорим немного подробнее о каждом фрейме данных.

Фрейм данных — один из самых простых фреймов. Он передает данные из протоколов, работающих на IEEE 802.15.4. Оказывается, можно взять за основу IEEE 802.15.4 и разработать протокол под свои нужды.

ACK Frame — кадр подтверждения. К сожалению, мы живем в несовершенном мире, где много помех, а то и больше при вещании по радиоканалу. Следовательно, необходимо подтвердить полученные данные.

Здесь порядковый номер указывает, какой из предыдущих кадров мы подтверждаем.

Кадр Cmd MAC более или менее отвечает за «сеть» на уровне 802.15.4.

Ниже приведены команды, с которыми вы можете встретиться.

FFD — Full-function Device — координатор сети, основное оборудование, организующее сеть ZigBee.

RFD — Reduced Function Device — не так важно, как устройство, как координатор, оно действует как маршрутизатор при пересылке пакетов.

Каркас маяка — об этом кадре стоит поговорить подробнее.

Поскольку мы передаем данные по радиоканалу и имеем несколько устройств, эти устройства должны каким-то образом определять, в какое время данные могут быть переданы и когда оператор связи занят, и это стоит ожидания. Поэтому в сетях ZigBee / IEEE 802.15.4 есть два метода передачи данных: режим маяка и режим без маяка.

Для передачи данных в режиме NonBeacon используется так называемый бесшумный механизм доступа к каналу CSMA-CA. По моему опыту, он редко используется.

Наиболее частый случай — использование режима Beacon. В этом случае координатор отправляет так называемые маяки, на основе которых остальные устройства синхронизируют и передают данные.

Общий вид передачи данных в этом режиме представлен ниже.

Кадр маяка определяет, как будет иметься CSMA-CA, будет ли доступ без конкуренции и будет ли неактивная часть, время, когда конечные точки могут с чистой совестью перейти в спящий режим, чтобы продлить срок службы батареи.

PHY

Итак, давайте начнем с PHY, физического уровня, и поднимемся между уровнями.

Мы поговорим о ZigBee, но ZigBee основан на IEEE 802.15.4. Более того, тот же стандарт взят за основу для WirelessHART и ISA100.11a.

ZigBee, а точнее IEEE 802.15.4, может работать в трех частотных диапазонах.

И, как видите, если вы выберете частоту 2,4 ГГц, Wi-Fi и ZigBee могут начать мешать друг другу. Чтобы уменьшить перекрестные помехи между Wi-Fi и ZigBee, лучше всего выбрать следующие каналы.

Хорошая новость заключается в том, что стандарт содержит такую ​​концепцию, как ED — Energy Detection. Эта функция используется в координаторе умного дома, чтобы он выбирал канал с наименьшими помехами.

Общий вид пакета для PHY выглядит следующим образом.

Если у вас дома валяется SDR и вы хотите проверить каждый бит в модуляции OQPSK, то эта схема вам поможет.

Этот тип модуляции используется на частоте 2,4 ГГц, а пока мы продвигаемся дальше по стеку протоколов, и нас ждет уровень MAC.

Как пчелы научили нас строить умные дома

Когда мы подключаем беспроводные наушники, браслет и другие устройства к смартфону, мы можем ожидать, что все устройства будут рядом и могут напрямую подключаться друг к другу:

Такой тип топологии сети получил название «звезда» из-за внешнего сходства: есть центральное устройство, а все остальные подключены непосредственно к нему, образуя «лучи» звезды.

В доме приборы расположены на значительном расстоянии, их можно разделить стенами и перекрытиями. Все это будет мешать прямому подключению к Центру Умного Дома:

Чтобы преодолеть эту проблему, протокол Zigbee позволяет устройствам подключаться к ближайшим устройствам в поисках наилучшего пути к центру умного дома:

Здесь между центром умного дома и лампочкой находится умная розетка. Вместо того, чтобы «доходить» до концентратора, лампочка и датчик отправят сигнал в розетку, которая отправит его на концентратор.

Если прямое подключение дает лучший результат, чем подключение через соседнее устройство, умный дом угадает его использовать:

Такой тип соединения называется «сетка». И дело здесь не только в визуальном сходстве с клетками улья. Создатели протокола Zigbee развили метафору «пчелы» и обратили внимание на танец «зигзаг», который исполняют пчелы, возвращаясь с медом в улей — с помощью этого танца пчелы показывают друг другу, куда лететь дверь больше милая:

Розетки Aqara также работают — они отправляют сигнал другим интеллектуальным устройствам, помогая им быстро подключиться к Центру умного дома.

Всего к Aqara Hub можно подключить до 32 устройств. Но благодаря протоколу Zigbee сигнал умного дома равномерно покрывает большие площади, поддерживая надежное соединение с каждым из трех десятков устройств.

Качество сигнала можно проверить в приложении Aqara Home. Вот как это выглядит в реальной жизни:

Если вы хотите полностью автоматизировать большую квартиру или загородный дом, без умных розеток не обойтись, они также сделают дом безопаснее и научат привычным приемам прослушивания голосовых команд.

Купить умную розетку и получить годовую гарантию можно на Aqara.ru

Если вы хотите полностью автоматизировать большую квартиру или загородный дом, без умных розеток не обойтись, они также сделают дом безопаснее и научат привычным приемам прослушивания голосовых команд.

Купить умную розетку и получить годовую гарантию можно на Aqara.ru

Хаб для умного дома – Zigbee мост

Современный умный дом невозможно представить без возможности дистанционного управления. Например: откройте мобильное приложение на своем iPhone или Android и включите кондиционер в гостиной после возвращения с работы или проверьте, не выключили ли вы утюг из розетки, пока находитесь в такси, которое доставит вас к аэропорт, а если все же забыли, выключите розетку.

Для удаленного управления даже из мобильного приложения на Android или iOS сеть устройств Zigbee должна быть подключена к Интернету, и именно поэтому используются сетевые мосты (Bridge, как их называют Apple и Philips), они еще и умные хабы (Smart Hubs, как их называют в Google, Amazon и Samsung). Другое название этого типа устройства — Gateway, название, используемое IKEA и Xiaomi.

Сетевой мост является координатором в сети Zigbee и, в отличие от оконечных устройств (например, датчиков открытия дверцы аккумуляторной батареи), он всегда должен быть подключен к электричеству, поскольку координатор в сети zigbee никогда не спит. Для связи с домашней сетью и Интернетом хаб подключается с помощью обычной витой пары к маршрутизатору Wi-Fi (проводное соединение является наиболее надежным).

Сетевой мост соединяет беспроводную зигби-сеть умного дома с Интернетом

Как вы можете видеть на изображении, концентратор буквально действует как мост между устройствами умного дома и Интернетом. Он позволяет подключаться к вашему дому из любой точки мира, отслеживать его состояние и управлять всеми устройствами. Для подключения к умному дому используется мобильное приложение или голосовой помощник (подробнее ниже).

В линейке устройств для умного дома Zigbee от конкретного производителя также есть мост от того же бренда, к которому подключаются устройства. В то же время устройства Zigby других производителей обычно несовместимы с «чужим» мостом, и для добавления устройств нового производителя в систему умного дома вам потребуется приобрести другой, «родной» концентратор для нового производителя.

Список самых популярных хабов / мостов / шлюзов Zigbee:

• Philips Hue Bridge
• IKEA TRÅDFRI Шлюз
• Samsung SmartThings Hub
• Xiaomi Smart Home Gateway (купить на Aliexpress)

Zigbee в умном доме Xiaomi

Zigbee — это основной протокол, используемый в умном доме Xiaomi. На нем работают все основные датчики и устройства в системе. Однако вам необходимо обратить внимание и проверить интерфейс связи перед покупкой, так как некоторое оборудование недавно было произведено с интерфейсом Bluetooth. Еще один важный момент — большинство новых устройств, выпускаемых Xiaomi и Aqara, а также другими производителями (например, для умного дома Tuya), имеют интерфейс связи Zigby третьей версии и нуждаются в соответствующем шлюзе.

Шлюз с поддержкой Zigbee 3 также позволяет добавлять датчики, работающие по второй версии протокола.

В умном доме Xiaomi теперь есть несколько шлюзов на выбор: шлюз 2 (снят с производства), шлюз 3 (текущая модель, поддерживает Zigbee 3) и несколько шлюзов от Aqara.

Компоненты Zigbee: координатор, маршрутизаторы и конечные устройства

Сеть состоит из трех основных элементов: координатора, маршрутизатора и конечных устройств. Рассмотрим их назначение:

• Основа и существенный элемент сети — координатор. Он запускает сеть, управляет ею, а также устанавливает политику безопасности. В умном доме Xiaomi роль координатора выполняют шлюзы: Gateway 2, Gateway 3, Aqara gateway. Еще раз повторяю: шлюз — обязательный элемент сети. Если вы планируете использовать датчики Zigby или другие устройства, использующие этот протокол, вам также потребуется приобрести шлюз.
• Затем идут маршрутизаторы. В их обязанности входит передача пакетов, их маршрутизация и восстановление путей в случае отказа любого элемента системы. В умном доме роутеры — это устройства с постоянным питанием от сети 220В — розетки и выключатели Zigbee. С их помощью можно значительно увеличить радиус действия и повысить надежность сети.
• Последний элемент — это конечные устройства, которые отправляют пакеты данных на коммутатор или маршрутизатор без маршрутной информации от других устройств. Конечные устройства питаются от батареи и большую часть времени проводят в спящем режиме, просыпаясь только при отправке данных. Такой подход позволяет достичь высокого уровня автономности: одного аккумулятора хватает примерно на 2 года работы. В умном доме их роль выполняют различные датчики: датчик освещенности, датчик движения, утечки воды, открытия двери, температуры и влажности и т.д.

Организация сети

За последние два-три года появилось много умных домашних устройств с поддержкой технологии Zigbee и протокола mqtt. Он набирает популярность, и крупные производители пытаются тянуть одеяло в своем собственном направлении, выпуская свои собственные дополнительные устройства, которые представляют собой шлюз ZigBee-Wi-Fi или ZigBee-Ethernet.

С помощью этого решения устройства могут взаимодействовать с мобильным приложением производителя. А если производитель позволяет, позволяет интегрировать шлюз в системы умного дома.

У Xiaomi был аналогичный прецедент, когда он позволил Aqara Hub интегрировать системы умного дома.

Если встроенной автоматизации от данного производителя через шлюз и мобильное приложение недостаточно для реализации всех запланированных действий, этот шлюз не требуется.

Если у вас есть умный домашний сервер и устройство, желательно подключить их напрямую и избавиться от всего этого парка шлюзов.

Координатор Zigbee2mqtt позволяет использовать небольшой USB-накопитель, подключенный к серверу умного дома, и отдельное программное обеспечение для прямого подключения устройств Zigbee от разных производителей к серверу.

USB-стик

Существуют различные варианты аппаратной конструкции USB-накопителя. Многие проекты были разработаны на базе Zigbee2mqtt. В микроконтроллерах есть различия, которые зависят от:

• количество оконечных устройств ZigBee, напрямую подключенных к координатору;
• отличия прошивки для выбранного микроконтроллера;
• автономность заявлена ​​в условиях идеальной видимости.

Многие USB-флешки можно купить на Aliexpress и поставить через программистов нужную прошивку.

Дальность связи

Благодаря низким скоростям и технологическим характеристикам дальность межмодульной связи устройств достаточно высока.

Диапазон зависит от антенны, расположенной на плате модуля. Например:

1. EBYTE E18 MS1PA1-PCB — с заявленной дальностью 800м.
2. EBYTE E18 MS1PA1-IPX — с разъемом для подключения внешней антенны с заявленной дальностью 1000 м.
3. EBYTE E18 2G4Z27SI — с разъемом для вставной антенны обеспечивает дальность действия до 2500 м.

Эта функция предоставляется в условиях хорошей видимости между связанными устройствами.

Используя узлы ретранслятора на схеме, можно увеличить дальность действия сети на километры. Специальная прошивка GitHub поможет назначить USB-накопителю роль «роутера» в сети Zigby.

Прошивка

Практически все прошивки доступны в репозитории проекта на Github. Вы можете прошить довольно популярную прошивку Z-Stack, чтобы создать координатор с USB-накопителя.

В репозитории также есть прошивка для тех же флешек, которые будут работать как маршрутизатор ZigBee.

прошивать нужно оригинальной утилитой SmartRF от Texas Instruments.

После этих операций координатор электронного ключа можно установить на сервер умного дома.

Программное обеспечение

Следующим шагом в создании сети является установка программного обеспечения Zigbee2mqtt на сервер умного дома. Установка выполняется через диспетчер пакетов node.js. Подробную информацию можно найти на официальном сайте проекта zigbee2mqtt.io

Интеграция с системой

Далее его необходимо интегрировать с системой умного дома. Вы можете использовать MajorDoMo как таковой. Но перед интеграцией в систему нужно через маркет установить дополнительный модуль. Модуль называется zigbee2mqtt.

В модуле есть настройки, в которых необходимо правильно ввести настройки для подключения к серверу MQTT. На странице со списком устройств ZigBee не будет. Их нужно добавить сюда.

Он использует механизм сопряжения и настроен на прием всех подключений в режиме сопряжения.

Чтобы добавить устройство в систему, просто нажмите и удерживайте кнопку на нем в течение 5 секунд. Индикатор будет мигать, и начнется процесс сопряжения с координатором.

После подключения интеллектуальных устройств вы можете настроить их через систему умного дома, а затем управлять ими. Поскольку Zigbee2mqtt подключается напрямую, пульт дистанционного управления обеспечивает более быстрое и стабильное выполнение команд, чем шлюзы ZigBee-to-Wi-Fi, предлагаемые компаниями.

Как избежать перегрузки Wi-Fi сети

Мы уже говорили о высоком энергопотреблении WiFi: если бы в умном доме использовался такой тип подключения, датчикам потребовались бы мощные батареи: сделать их такими же миниатюрными было бы невозможно.

Но у WiFi есть еще одна проблема: чем больше устройств подключается к WiFi-роутеру, тем больше нагрузка на роутер и тем менее стабильна сеть.

Покупателям WiFi-лампочек это удалось: одна-две лампочки никак не влияют на работу сети. Но когда есть пять или десять лампочек, многие маршрутизаторы перестают справляться, начинают перезагружаться, а скорость интернета на смарт-телевизорах, ноутбуках и смартфонах становится все ниже и ниже.

В умном доме Aqara к роутеру подключено только одно устройство: сам Aqara Hub. Таким образом, умный дом не будет мешать интернету на основных устройствах пользователя — нагрузка равномерно распределяется между устройствами:

Но как всегда есть тонкости.

Zigbee работает на той же частоте, что и WiFi-роутеры — 2,4 ГГц.Хотя протоколы различаются, физику обмануть не удастся: пересечение радиоканалов негативно сказывается на стабильности соединения. Также, как показывают отзывы пользователей, чаще страдает подключение устройств умного дома, при этом WiFi продолжает работать без перебоев.

Вы можете заметить проблему с длинным ответом: если между нажатием переключателя беспроводной связи и выключением света проходит более пары секунд, вам следует поискать способ оптимизации вашей домашней сети.

Есть несколько способов решить эту проблему.

3) Amazon Echo Plus

Если вы думали, что Echo Plus — это просто еще одна умная колонка, вы ошибались. Он поставляется со встроенным радио Zigbee, что делает его де-факто автономным концентратором, а также предлагает множество других функций.

По иронии судьбы, большинство умных динамиков являются колоссальным недостатком звука, но эта вторая версия Echo Plus имеет высокопроизводительный твитер и вуфер, обеспечивающие звук по всей комнате со всех сторон. Вы также можете использовать Alexa для управления потоковой передачей музыки, используя только свой голос.

Когда дело доходит до выполнения ваших команд с помощью Alexa, 7 шумоподавляющих микрофонов с технологией формирования луча позволяют вам быть услышанными на расстоянии даже в шумной обстановке.

Удобство громкой связи распространяется также на обмен сообщениями и звонки. И если вы предпочитаете протестировать Alexa в приложении, вы тоже можете это сделать.

Echo Plus, доступный в 3 цветовых вариантах, идеально сочетающихся с любым умным домом, представляет собой новую версию умного динамика с важнейшим концентратором Zigbee, встроенным в торт со льдом.

Преимущества

• Встроенный концентратор Zigbee позволяет вам управлять широким спектром интеллектуальных устройств в вашем доме с помощью Alexa и голосовых команд или гибкого приложения Alexa на вашем смартфоне
• 360-градусный звук Dolby для более насыщенного и захватывающего звука, чем у многих интеллектуальных динамиков
• Звонки и текстовые сообщения без помощи рук, включая инновационное Direct Connect, чтобы оставаться на связи с близкими