深入探討智能家居中Zigbee技術應用

2020-12-03 千家智客

導讀

如今，物聯網設備已經有許多不同的選擇，並且也很多不同的方法將這些設備連接起來，例如WiFi，藍牙，Z-Wave等

Zigbee是一種低功耗低數據網絡傳輸協議，非常適合諸如家庭自動化之類的應用，這些應用中的設備所傳輸的數據量和頻率都非常小，而且設備相互之間距離非常短。

如今，物聯網設備已經有許多不同的選擇，並且也很多不同的方法將這些設備連接起來，例如WiFi，藍牙，Z-Wave等。今天，我們將重點討論Zigbee在智能家居中的優點，缺點和應用。

什麼是Zigbee？

Zigbee是基於IEEE.802.15.4規範的網絡協議，IEEE.802.15.4規範是低速率無線個人區域網（WPAN）的標準。Zigbee通過「增加網格網絡和安全層以及一個應用層框架，成為一個完整的，可認證的，可互操作的解決方案」來擴展IEEE規範。

Zigbee設備通常具有四層架構-IEEE.802.15.4無線電，Zigbee Pro，Zigbee群集庫和Zigbee認證（參見下圖）。 Zigbee Pro是網絡基礎架構，其實現的功能範圍從通信頻段規範和配對機制到安全密鑰生成和節能。Zigbee群集庫是應用層，用於定義群集，該群集是消息/設備行為的標準集合，以允許Zigbee設備在設備之間以標準方式運行。這有助於實現互操作性，因此來自不同製造商的Zigbee設備可以相互配合使用。

圖片來源：Zigbee Alliance


Zigbee設備通常在2.4GHz上進行通信，但也可以在特定於區域的sub-GHz頻段（即頻率為1GHz以下,27MHz~960MHz）中進行通信。Zigbee可以在2.4GHz下傳輸到10到100米範圍內。也可以在sub-GHz頻段上傳輸長達1公裡的距離。由於WiFi也在使用2.4GHz，因此Zigbee設備通過具有16個獨立的通信通道來處理2.4GHz以上的幹擾問題。還可以自動重傳數據以減少所發送的數據包，從而使傳輸失敗的可能性很小，穩定性高。

Zigbee具備可互操作性，這意味著如果購買兩種不同的Zigbee設備，它們就可以通過Zigbee網絡相互通信。儘管由於多種應用配置文件（例如家庭自動化和智能能源）的互操作性受到限制，但是Zigbee的設備互操作性仍然是非常有用的功能。

Zigbee能夠在其設備之間形成各種網絡排列或網絡拓撲。下面顯示了最常見的網絡拓撲-星型，群集樹和網格。每個Zigbee網絡可以由三種類型的設備組成：終端設備，路由器和協調器。協調器負責創建網絡以及通過網絡路由流量。一個網絡只能有一個協調器。路由器負責路由流量，而終端設備不通過網絡路由流量。 (更多詳情，參考  Silicon Labs and Elprocus)  。

圖片來源: Elprocus


最後，Zigbee相對於其他網絡協議（如WiFi）的主要優勢在於它的功耗非常低。這是因為它是IEEE.802.15.4標準以及Zigbee協議本身要求較低功率運行的結果。

雖然這的確也意味著Zigbee設備不能大範圍傳輸或傳輸大量數據，但它們確實節省了功率，金錢和維護工作。Zigbee甚至具有Green Power功能，該功能允許無電池設備加入網絡。根據Zigbee聯盟的說法，「Green Power [可以]通過普通的能量收集技術利用用於翻轉典型電燈開關的能量，該能量足以通過Zigbee PRO網絡發送命令。」

圖片來源：: Elprocus

家庭自動化

現在，我們已經了解了Zigbee的基本概念，下面讓我們看一下Zigbee的家庭自動化應用。 Zigbee非常適合家庭環境，家裡大多數設備之間的距離基本上應在10至100米之間。

目前，Zigbee聯盟網站列出了約數百種可用於家庭自動化的設備。家庭自動化Zigbee設備包括所有常見的IoT家庭設備，例如智能燈泡，智能開關，智能鎖，運動傳感器和智能恆溫器等等。

市場上已經推測Zigbee產品的主要公司包括三星，博世，霍尼韋爾，德州儀器和亞馬遜。實際上，亞馬遜的Echo Plus帶有內置的Zigbee模塊來控制Zigbee設備。三星的SmartThings設備也使用Zigbee進行通信（當然，它們還支持Z-wave）。因此，今天我們很高興看到Zigbee得到了很多知名公司和各種設備的支持。

總結

總之，Zigbee是一種低功耗低數據傳輸網絡協議，基於Zigbee協議的設備可以輕鬆添加到網絡以相互通信。非常適用於家庭自動化之類的應用，這些應用中的設備之間不需要經常通信，並且彼此之間的距離很近，傳輸數據量也非常小。Zigbee的內置省電功能也是一項非常好的功能，使得設備的電池續航時間比其他網絡協議更長。也因此，Zigbee也得到了越來越多家庭自動化企業的支持。（編譯/蒙光偉）

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