ZigBee tehnoloogiaarhitektuur ja selle rakendused

Selles praeguses suhtlusmaailmas on saadaval arvukalt kõrge andmeedastuskiirusega sidestandardeid, kuid ükski neist ei vasta andurite ja juhtimisseadmete kommunikatsioonistandarditele. Need suure andmeedastuskiirusega kommunikatsioonistandardid nõuavad madalat latentsusaega ja väikest energiatarbimist ka väiksema ribalaiuse korral. Saadaval olevate traadita süsteemide Zigbee tehnoloogia on odav ja madal energiatarve ning selle suurepärased ja suurepärased omadused muudavad selle side kõige paremini mitu manustatud rakendust , tööstuse juhtimine ja koduautomaatika jne. Ülekandekauguste Zigbee tehnoloogia vahemik ulatub peamiselt 10–100 meetrini, lähtudes nii võimsuse väljundist kui ka keskkonnaomadustest.

Mis on Zigbee tehnoloogia?

Zigbee-side on spetsiaalselt loodud juhtmeta ja andurivõrkude jaoks IEEE 802.15.4 standardis traadita isiklikele võrkudele (WPAN) ning see on Zigbee liidu toode. See kommunikatsioonistandard määratleb füüsilise ja meediumipääsukontrolli (MAC) kihid paljude seadmete töötlemiseks madala andmesidekiirusega. Need Zigbee WPAN-id töötavad sagedustel 868 MHz, 902–928 MHz ja 2,4 GHz. Andmekiirus 250 kbps sobib kõige paremini andmete perioodiliseks ja vahepealseks kahesuunaliseks edastamiseks andurite ja kontrollerite vahel.

Mis on Zigbee tehnoloogia?

Zigbee on odav ja väikese võimsusega võrgusilma võrk, mida kasutatakse laialdaselt rakenduste juhtimiseks ja jälgimiseks ning mille leviala on 10–100 meetrit. See sidesüsteem on odavam ja lihtsam kui teine ​​patenteeritud lähiala traadita andurite võrgud nagu Bluetoot h ja WiFi.

Zigbee modem

Zigbee toetab erinevaid võrgukonfiguratsioone, mis võimaldavad masteril hallata või masterdada sidet. Samuti saab seda kasutada erinevates režiimides, mille tulemusel säästetakse akut. Zigbee võrgud on ruuterite abil laiendatavad ja võimaldavad paljudel sõlmedel laiema võrgu loomiseks üksteisega ühendust võtta.

Zigbee tehnoloogia ajalugu

1990. aastal rakendati isekorralduvate ad hoc digitaalsed raadiovõrgud. Zigbee spetsifikatsioon nagu IEEE 802.15.4-2003 kiideti heaks 2004. aastal 14. detsembril. Spetsifikatsiooni 1.0 kuulutas Zigbee Alliance välja 2005. aastal, 13. juunil, nimega ZigBee 2004 spetsifikatsioon.

Klastri raamatukogu

Aastal 2006, september, kuulutati välja Zigbee 2006 spetsifikatsioon, asendades 2004. aasta virna. Seega asendab see spetsifikatsioon peamiselt võtmeväärtuste paaristruktuuri ja ka 2004. aasta virnas klastriteegi kaudu kasutatud sõnumi.

Raamatukogu sisaldab järjepidevate käskude komplekti, mis on kavandatud rühmade alla, mida nimetatakse klastriteks nimedega nagu Koduautomaatika, ZigBee nutikas energia ja valguse link. 2017. aastal nimetas Zigbee Alliance raamatukogu Dotdot'iga ümber ja kuulutas välja uue protokollina. Niisiis, see Dotdot on vaikimisi rakenduskihina töötanud ligikaudu kõigi Zigbee seadmete puhul.

Zigbee Pro

2007. aastal valmis Zigbee Pro nagu Zigbee 2007. See on ühte tüüpi seade, mis töötab Zigbee pärandvõrgus. Marsruutimisvõimaluste erinevuste tõttu peaksid need seadmed muutuma mujal marsruutimata ZED-ideks või Zigbee lõppseadmeteks (ZED) päritud Zigbee-võrgus. Päritud Zigbee seadmed peavad muutuma Zigbee Pro võrgus Zigbee lõppseadmeteks. See toimib nii 2,4 GHz ISM-sagedusribal kui ka alam-GHz sagedusribal.

Kuidas Zigbee tehnoloogia töötab?

Zigbee tehnoloogia töötab digitaalraadiodega, võimaldades erinevatel seadmetel üksteise kaudu vestelda. Selles võrgus kasutatavad seadmed on nii ruuter, koordinaator kui ka lõppseadmed. Nende seadmete põhiülesanne on edastada koordinaatorilt saadud juhised ja teated ühe otsaga seadmetele, näiteks lambipirnile.

Selles võrgus on koordinaator kõige olulisem seade, mis asetatakse süsteemi alguspunkti. Iga võrgu jaoks on lihtsalt üks koordinaator, mida kasutatakse erinevate ülesannete täitmiseks. Nad valivad sobiva kanali nii kanali skannimiseks kui ka minimaalse häirega sobivaima leidmiseks, eraldavad igale võrgus olevale seadmele nii ainuõigusliku ID kui ka aadressi, et muidu saaksid võrgus juhtnööre edastada .

Ruuterid on paigutatud nii koordinaatori kui ka lõppseadmete vahel, mis vastutavad erinevate sõlmede vahel marsruutivate sõnumite eest. Ruuterid saavad koordinaatorilt sõnumeid ja salvestasid neid seni, kuni nende lõppseadmed on nende kättesaamiseks olukorras. Need võivad lubada ka teistel lõppseadmetel ning ruuteritel võrku ühendada

Selles võrgus saab väikest teavet juhtida lõppseadmete kaudu, suheldes vanemsõlmega nagu marsruuter või koordinaator Zigbee võrgutüübi põhjal. Lõppseadmed ei räägi üksteise kaudu otse. Esiteks saab kogu liikluse suunata vanemsõlme suunas, nagu ruuter, mis hoiab neid andmeid seni, kuni seadme vastuvõtupunkt on olukorrast teadlik. Lõppeseadmeid kasutatakse vanemalt ootavate sõnumite taotlemiseks.

Zigbee arhitektuur

Zigbee süsteemi struktuur koosneb kolmest erinevat tüüpi seadmetest, näiteks Zigbee koordinaator, ruuter ja lõppseade. Iga Zigbee võrk peab koosnema vähemalt ühest koordinaatorist, mis toimib võrgu juur- ja sillana. Koordinaator vastutab teabe töötlemise ja salvestamise eest andmete toimingute vastuvõtmise ja edastamise ajal.

Zigbee ruuterid toimivad vahendusseadmetena, mis võimaldavad andmeid edasi ja edasi liikuda teistesse seadmetesse. Lõppseadmetel on vanemasõlmedega suhtlemiseks piiratud funktsioonid, nii et aku säästetakse, nagu joonisel näidatud. Ruuterite, koordinaatorite ja lõppseadmete arv sõltub selliste võrkude tüübist nagu tähe-, puu- ja võrgusilma võrgud.

Zigbee protokolli arhitektuur koosneb virnast erinevatest kihtidest kus IEEE 802.15.4 on määratletud füüsiliste ja MAC-kihtidega, samal ajal kui see protokoll valmib Zigbee enda võrgu- ja rakenduskihtide kogunemisega.

ZigBee tehnoloogiaarhitektuur

Füüsiline kiht : See kiht teeb vastavalt signaalide edastamisele ja vastuvõtmisele modulatsiooni ja demoduleerimise toiminguid. Selle kihi sagedus, andmeedastuskiirus ja kanalite arv on toodud allpool.

MAC-kiht : See kiht vastutab andmete usaldusväärse edastamise eest, pääsedes erinevatesse võrkudesse läbi operaatori tajutava mitmekordse juurdepääsu kokkupõrke vältimise (CSMA). See edastab ka majakaadrid side sünkroonimiseks.

Võrgukiht : See kiht hoolitseb kõigi võrguga seotud toimingute eest, nagu võrgu seadistamine, seadme lõppseadme ühendamine ja võrguga ühenduse katkestamine, marsruutimine, seadme konfiguratsioonid jne.

Rakenduse toe alamkiht : See kiht võimaldab Zigbee seadmeobjektidel ja rakenduseobjektidel vajalikel teenustel liidestuda võrgu kihtidega andmete haldamisteenuste jaoks. See kiht vastutab kahe seadme sobitamise eest vastavalt nende teenustele ja vajadustele.

Rakenduse raamistik : See pakub kahte tüüpi andmesideteenuseid võtme-väärtuste paari ja üldiste sõnumiteenustena. Üldine sõnum on arendaja määratletud struktuur, kusjuures võtme-väärtuste paari kasutatakse atribuutide saamiseks rakenduse objektides. ZDO pakub liidese Zigbee seadmetes rakendusobjektide ja APS-kihi vahel. See vastutab muude seadmete tuvastamise, käivitamise ja võrku sidumise eest.

Zigbee töörežiimid ja selle topoloogiad

Zigbee kahesuunalisi andmeid edastatakse kahes režiimis: mitte majakarežiimis ja majakarežiimis. Majakarežiimis jälgivad koordinaatorid ja ruuterid pidevalt sissetulevate andmete aktiivset olekut, seega kulutatakse rohkem energiat. Selles režiimis ruuterid ja koordinaatorid ei maga, sest mis tahes ajal võib ükskõik milline sõlm üles ärgata ja suhelda.

Kuid see nõuab rohkem toiteallikaid ja selle üldine energiatarve on väike, kuna enamik seadmeid on võrgus pikka aega passiivses olekus. Majaka režiimis, kui lõppseadmetest pole andmesidet, lähevad ruuterid ja koordinaatorid unerežiimi. Perioodiliselt see koordinaator ärkab ja edastab majakad võrgus olevatele ruuteritele.

Need majakavõrgud töötavad ajapilude jaoks, mis tähendab, et nad töötavad siis, kui vajaliku side tulemuseks on madalam töötsükkel ja pikem aku kasutus. Need Zigbee majakas- ja mittemajakas režiimid võimaldavad hallata perioodilisi (andurite andmed), katkendlikke (valguslülitid) ja korduvaid andmetüüpe.

Zigbee topoloogiad

Zigbee toetab mitut võrgutopoloogiat, kuid kõige sagedamini kasutatakse konfiguratsiooni tähe, võrgusilma ja klastripuu topoloogiatena. Mis tahes topoloogia koosneb ühest või mitmest koordinaatorist. Tärnitopoloogias koosneb võrk ühest koordinaatorist, kes vastutab seadmete algatamise ja haldamise eest üle võrgu. Kõiki muid seadmeid nimetatakse lõppseadmeteks, mis suhtlevad otse koordinaatoriga.

Seda kasutatakse tööstusharudes, kus on vaja kõiki lõpp-seadmeid suhelda keskkontrolleriga ja see topoloogia on lihtne ja hõlpsasti juurutatav. Võrgusilma ja puude topoloogiates laiendatakse Zigbee võrku mitme ruuteriga, kus nende vahtimise eest vastutab koordinaator. Need struktuurid võimaldavad mis tahes seadmel suhelda mis tahes muu külgneva sõlmega, et tagada andmetele üleliigsus.

Kui mõni sõlm ebaõnnestub, suunatakse teave nende topoloogiate abil automaatselt teistesse seadmetesse. Kuna tööstuses on koondamine põhitegur, kasutatakse seetõttu võrgusilma topoloogiat. Klastripuu võrgus koosneb iga klaster lehesõlmedega koordinaatorist ja need koordinaatorid on ühendatud vanemkoordinaatoriga, mis käivitab kogu võrgu.

Tänu Zigbee tehnoloogia eelistele, nagu madalate kuludega ja väikese energiatarbega töörežiimid ning selle topoloogiad, sobib see lühimaa kommunikatsioonitehnoloogia mitmete rakenduste jaoks kõige paremini võrreldes teiste patenteeritud sideteenustega, näiteks Bluetooth, Wi-Fi jne. Allpool on toodud võrdlused, näiteks Zigbee vahemik, standardid jne.

Miks on Zigbee madalad andmeedastuskiirused?

Me teame, et turul on saadaval erinevat tüüpi traadita tehnoloogiaid, nagu näiteks Bluetooth ja WiFi, mis tagab kiire andmeside. Kuid andmesidekiirused Zigbee's on väiksemad, kuna ZigBee arenduse peamine eesmärk on kasutada seda nii traadita juhtimisel kui ka jälgimisel.

Sellistes rakendustes kasutatavate andmete hulk ja suhtlemise sagedus on äärmiselt väike. Kuigi on tõenäoline, et selline võrk nagu IEEE 802.15.4 saavutab suure andmeedastuskiiruse, põhineb Zigbee tehnoloogia võrgul IEEE 802.15.4.

Zigbee tehnoloogia IoT-s

Me teame, et Zigbee on üht tüüpi sidetehnoloogia, mis sarnaneb nii Bluetoothi ​​kui ka WiFi-ga, kuid on ka arvukalt uusi tõusvaid võrguvõimalusi nagu Thread, mis on võimalus koduautomaatika rakenduste jaoks. Suuremates linnades rakendati Whitespace'i tehnoloogiaid IoT-põhiste laiemate piirkondade kasutusjuhtumite jaoks.

ZigBee on madala energiatarbega WLAN (traadita kohtvõrk) spetsifikatsioon. See annab vähem andmeid, kasutades sageli ühendatud seadmete abil vähem energiat, et aku välja lülitada. Tänu sellele on avatud standard ühendatud nii M2M-i (masin-masin) kui ka tööstusliku IoT (asjade internet) kaudu.

Zigbee'st on saanud IoT-protokoll, mida aktsepteeritakse ülemaailmselt. See konkureerib juba Bluetoothi, WiFi ja Threadiga.

Zigbee seadmed

IEEE 802.15.4 Zigbee spetsifikatsioon sisaldab peamiselt kahte seadet, nagu täisfunktsionaalsed seadmed (FFD), samuti vähendatud funktsiooniga seadmed (RFD). FFD-seade täidab erinevaid ülesandeid, mida on spetsifikatsioonis selgitatud, ja see võib võrgus vastu võtta mis tahes ülesandeid.

RFD-seadmel on osalised võimalused, nii et see täidab piiratud ülesandeid ja see seade saab suhelda mis tahes võrgus oleva seadmega. See peab nii toimima kui ka tähelepanu pöörama võrgus. RFD-seade saab vestelda lihtsalt FFD-seadmega ja seda kasutatakse lihtsates rakendustes, näiteks lüliti juhtimisel selle sisse- ja väljalülitamise teel.

IEEE 802.15.4 n / w korral mängivad Zigbee seadmed kolme erinevat rolli nagu koordinaator, PAN-koordinaator ja seade. Siin on FFD-seadmed nii koordinaator kui ka PAN-koordinaator, samas kui seade on kas RFD / FFD-seade.

Koordinaatori põhiülesanne on sõnumite edastamine. Isiklikus võrgus on PAN-kontroller hädavajalik kontroller ja seade on tuntud justkui seade pole koordinaator.
ZigBee standard võib luua kolm protokolliseadet sõltuvalt Zigbee seadmetest, PAN-koordinaatorist, koordinaatorist ja ZigBee standardspetsifikatsioonidest nagu koordinaator, ruuter ja lõppseade, mida käsitletakse allpool.

Zigbee koordinaator

FFD-seadmes kasutatakse võrgu moodustamiseks PAN-koordinaatorit. Kui võrk on loodud, määrab see võrgus kasutatavate seadmete jaoks võrgu aadressi. Samuti suunab see sõnumeid lõppseadmete vahel.

Zigbee ruuter

Zigbee ruuter on FFD-seade, mis võimaldab Zigbee võrgu leviala. Seda ruuterit kasutatakse võrku täiendavate seadmete lisamiseks. Mõnikord toimib see Zigbee lõppseadmena.

Zigbee lõppseade

See ei ole ruuter ega koordinaator, mis anduriga liidesena muul viisil füüsiliselt juhtimisoperatsiooni teeb. Rakenduse põhjal võib see olla kas RFD või FFD.

Miks on ZigBee parem kui WiFi?

Zigbee's on andmeedastuskiirus WiFi-ga võrreldes väiksem, seega on suurim kiirus lihtsalt 250 kbps. See on WiFi-ühenduse väiksema kiirusega võrreldes palju väiksem.

Veel üks Zigbee parima kvaliteediga on nii energiatarbimise määr kui ka aku eluiga. Selle protokoll kestab mitu kuud, sest kui see on kokku pandud, võime selle unustada.

Millised seadmed kasutavad ZigBee-d?

Järgmine seadmete loend toetab protokolli ZigBee.

• Belkin WeMo
• Samsung SmartThings
• Yale'i nutikad lukud
• Philipsi toon
• Honeywelli termostaadid
• Ikea Tradfri
• Turvasüsteemid firmalt Bosch
• Comcast Xfinity Box Samsungilt
• Taru aktiivküte ja tarvikud
• Amazon Echo Plus
• Amazoni kaja näitus

Iga Zigbee seadme eraldi ühendamise asemel on kõigi seadmete juhtimiseks vajalik keskne jaotur. Eespool nimetatud seadmeid, nimelt SmartThingsit ja ka Amazon Echo Plusi, saab Wink-jaoturina kasutada ka võrgus olulise rolli mängimiseks. Keskne jaotur kontrollib võrku kõigi toetatud seadmete osas ja pakub ülaltoodud seadmete lihtsat juhtimist keskse rakendusega.

Mis vahe on ZigBee'l ja Bluetoothil?

Allpool käsitletakse Zigbee ja Bluetoothi ​​erinevust.

Mis vahe on LoRa ja ZigBee vahel?

LoRa ja Zigbee peamist erinevust käsitletakse allpool.

Zigbee tehnoloogia eelised ja puudused

Zigbee eelised hõlmavad järgmist.

• Sellel võrgul on paindlik võrgustruktuur
• Aku kestvus on hea.
• Elektritarbimist on vähem
• Väga lihtne parandada.
• See toetab umbes 6500 sõlme.
• Vähem kulusid.
• See on nii iseparanev kui ka usaldusväärsem.
• Võrgu seadistamine on nii lihtne kui ka lihtne.
• Koormused jaotuvad kogu võrgus ühtlaselt, kuna see ei sisalda keskset kontrollerit
• Kodumasinate jälgimine ja juhtimine on kaugjuhtimispuldi abil äärmiselt lihtne
• Võrk on skaleeritav ja ZigBee lõppseadet on võrku lihtne lisada / kaugjuhtida.

Zigbee puudused hõlmavad järgmist.

• See vajab süsteemi teavet, et juhtida omaniku jaoks Zigbee-põhiseid seadmeid.
• Võrreldes WiFi-ga pole see turvaline.
• Kõrge asenduskulu, kui mõni probleem juhtub Zigbee-põhistes kodumasinates
• Zigbee edastuskiirus on väiksem
• See ei sisalda mitut lõppseadet.
• Ametliku isikliku teabe kasutamiseks on nii väga riskantne.
• Seda ei kasutata välise traadita sidesüsteemina, kuna sellel on väiksem katvuspiirang.
• Sarnaselt muud tüüpi traadita süsteemidele on ka see ZigBee sidesüsteem volitamata inimeste poolt häiriv.

Zigbee tehnoloogia rakendused

ZigBee tehnoloogia rakendused hõlmavad järgmist.

Tööstusautomaatika: Tootmis- ja tootmistööstuses jälgib sideühendus pidevalt erinevaid parameetreid ja olulisi seadmeid. Seetõttu vähendab Zigbee seda sidekulusid märkimisväärselt ning optimeerib juhtimisprotsessi suurema töökindluse tagamiseks.

Koduautomaatika: Zigbee sobib suurepäraselt kodumasinate kaugjuhtimine nagu valgustussüsteemi juhtimine, seadme juhtimine, kütte- ja jahutussüsteemi juhtimine, ohutusseadmete toimimine ja juhtimine, järelevalve jne.

Nutikas mõõtmine: Nutika mõõtmise Zigbee kaugoperatsioonid hõlmavad energiatarbimist, hinnatoetust, elektrivarguste turvalisust jne.

Nutika võrgu jälgimine: Zigbee toimingud selles nutikas võrgus hõlmavad temperatuuri kaugseire , rikete leidmine, reaktiivvõimsuse haldamine ja nii edasi.

ZigBee tehnoloogiat kasutatakse selliste inseneriprojektide ehitamiseks nagu traadita sõrmejälgede jälgimise süsteem ja koduautomaatika.

See kõik puudutab Zigbee tehnoloogia arhitektuuri, töörežiimide, konfiguratsioonide ja rakenduste lühikirjeldust. Loodame, et oleme selle pealkirja jaoks piisavalt sisu andnud, et saaksite sellest paremini aru. Seega on see kõik Zigbee tehnoloogia ülevaade ja see põhineb IEEE 802.15.4 võrgul. Selle tehnoloogia kujundamine võib olla väga tugev, nii et see töötab kõikvõimalikes keskkondades.

See pakub paindlikkust ja turvalisust erinevates keskkondades. Zigbee tehnoloogia on turul nii palju populaarsust kogunud, kuna see tagab võrgusilma järjepideva võrgu loomise, võimaldades võrgul kontrollida ulatuslikku piirkonda, samuti vähese energiatarbega sidet. Nii et see on ideaalne Interneti-tehnoloogia. Siin on teile küsimus, millised on erinevad traadita sidetehnoloogiad, mis turul saadaval on? Täiendava abi ja tehnilise abi saamiseks võite meiega ühendust võtta, kommenteerides allpool.