ZigBee-teknikarkitektur och dess tillämpningar

I den nuvarande kommunikationsvärlden finns det många kommunikationsstandarder med hög datahastighet som är tillgängliga, men ingen av dessa uppfyller sensorernas och styrenheternas kommunikationsstandarder. Dessa kommunikationsstandarder med hög datahastighet kräver låg latens och låg energiförbrukning även vid lägre bandbredd. De tillgängliga proprietära trådlösa systemens Zigbee-teknik är låg kostnad och låg energiförbrukning och dess utmärkta och fantastiska egenskaper gör denna kommunikation bäst lämpad för flera inbäddade applikationer , industriell kontroll och hemautomation, och så vidare. Zigbee-teknikområdet för överföringsavstånd sträcker sig huvudsakligen från 10 - 100 meter baserat på effekteffekt samt miljöegenskaper.

Vad är Zigbee Technology?

Zigbee-kommunikation är speciellt byggd för kontroll- och sensornätverk på IEEE 802.15.4-standarden för trådlösa personliga nätverk (WPAN), och det är produkten från Zigbee alliance. Detta kommunikationsstandard definierar fysiska lager och MAC-lager (Media Access Control) för att hantera många enheter med låga datahastigheter. Dessa Zigbees WPAN-enheter arbetar vid 868 MHz, 902-928MHz och 2,4 GHz-frekvenser. Datahastigheten på 250 kbps passar bäst för både periodisk och mellanliggande tvåvägsöverföring av data mellan sensorer och styrenheter.

Vad är Zigbee Technology?

Zigbee är ett billigt nätverk med lågt nätverk som används i stor utsträckning för styrning och övervakning av applikationer där det täcker 10-100 meter inom intervallet. Detta kommunikationssystem är billigare och enklare än de andra egna korta räckvidden trådlösa sensornätverk som Bluetoot h och Wi-Fi.

Zigbee-modem

Zigbee stöder olika nätverkskonfigurationer för master-master eller master-slave-kommunikation. Och det kan också användas i olika lägen som ett resultat av att batteriet sparar. Zigbee-nätverk kan utökas med hjälp av routrar och gör det möjligt för många noder att ansluta till varandra för att bygga ett större nätverk.

Historia av Zigbee Technology

År 1990 implementerades de digitala radionätverken med självorganiserande ad hoc. Zigbee-specifikationen som IEEE 802.15.4-2003 godkändes 2004, den 14 december. Specifikationen 1.0 tillkännagavs av Zigbee Alliance år 2005, den 13 juni, kallad Specification of ZigBee 2004.

Cluster Library

År 2006, september, tillkännagavs specifikationen av Zigbee 2006 genom att ersätta 2004-stacken. Så denna specifikation ersätter huvudsakligen parstrukturen för nyckel-värde såväl som meddelande som används i 2004-stacken genom ett klusterbibliotek.

Ett bibliotek innehåller en uppsättning konsekventa kommandon, planerade under grupper som kallas kluster med namn som Home Automation, Smart Energy & Light Link of ZigBee. År 2017 döptes biblioteket om med Dotdot av Zigbee Alliance och tillkännagavs som ett nytt protokoll. Så denna Dotdot har fungerat för ungefär alla Zigbee-enheter som standard applikationslager.

Zigbee Pro

År 2007 slutfördes Zigbee Pro som Zigbee 2007. Det är en typ av enhet som fungerar på ett äldre Zigbee-nätverk. På grund av skillnaderna i alternativen för routing bör dessa enheter förvandlas till ZED-enheter eller Zigbee-slutenheter (ZED) i ett äldre Zigbee-nätverk. De äldre Zigbee-enheterna måste förvandlas till Zigbee-slutenheter i ett nätverk av Zigbee Pro. Den fungerar via 2,4 GHz ISM-bandet och inkluderar ett sub GHz-band.

Hur fungerar Zigbee Technology?

Zigbee-tekniken fungerar med digitala radioapparater genom att låta olika enheter konversera genom varandra. Enheterna som används i detta nätverk är en router, koordinator och slutenhet. Huvudfunktionen för dessa enheter är att leverera instruktioner och meddelanden från samordnaren till de enskilda enheterna, t.ex. en glödlampa.

I detta nätverk är samordnaren den viktigaste anordningen som placeras i systemets ursprung. För varje nätverk finns det bara en samordnare som används för att utföra olika uppgifter. De väljer en lämplig kanal för att skanna en kanal samt för att hitta den mest lämpliga genom minimalt med störningar, tilldela ett exklusivt ID samt en adress till varje enhet inom nätverket så att meddelanden annars instruktioner kan överföras i nätverket .

Routrar är ordnade bland samordnaren såväl som slutanordningar som är ansvariga för meddelandedirigering mellan de olika noderna. Routrar får meddelanden från samordnaren och lagrade dem tills deras slutenheter är i en situation för att få dem. Dessa kan också tillåta att andra slutenheter såväl som routrar kan ansluta nätverket

I detta nätverk kan den lilla informationen styras av slutenheter genom att kommunicera med föräldernoden som en router eller koordinator baserat på Zigbee-nätverkstyp. Slutanordningar konverserar inte direkt genom varandra. Först kan all trafik dirigeras mot föräldernoden som routern, som håller dessa data tills enhetens mottagande ände är i en situation för att få det att vara medveten om. Slutanordningar används för att begära meddelanden som väntar från föräldern.

Zigbee-arkitektur

Zigbees systemstruktur består av tre olika typer av enheter som Zigbee Coordinator, Router och End-enhet. Varje Zigbee-nätverk måste bestå av minst en samordnare som fungerar som en grund och bro för nätverket. Samordnaren är ansvarig för att hantera och lagra informationen medan du tar emot och överför datahantering.

Zigbee-routrar fungerar som mellanliggande enheter som tillåter data att passera fram och tillbaka genom dem till andra enheter. Slutanordningar har begränsad funktionalitet för att kommunicera med föräldernoderna så att batteriströmmen sparas som visas i figuren. Antalet routrar, koordinatorer och slutenheter beror på vilken typ av nätverk som stjärn-, träd- och nätverksnätverk.

Zigbees protokollarkitektur består av en stapel med olika lager där IEEE 802.15.4 definieras av fysiska och MAC-lager medan detta protokoll kompletteras med ackumulering av Zigbees egna nät- och applikationslager.

ZigBee Technology Architecture

Fysiskt lager : Detta lager gör modulerings- och demoduleringsoperationer vid sändning respektive mottagning av signaler. Lagerets frekvens, datahastighet och ett antal kanaler anges nedan.

MAC-lager : Detta lager är ansvarigt för tillförlitlig överföring av data genom att komma åt olika nätverk med bärvågsavkänning av kollisionsundvikelser (CSMA). Detta sänder också fyrramar för synkronisering av kommunikation.

Nätverksskikt : Detta lager tar hand om alla nätverksrelaterade operationer som nätverksinstallation, anslutning av slutenhet och frånkoppling till nätverk, routing, enhetskonfigurationer etc.

Applikationsstödunderskikt : Detta lager gör det möjligt för de tjänster som krävs för Zigbee-enhetsobjekt och applikationsobjekt att gränssnitt med nätverkslagren för datahanteringstjänster. Detta lager ansvarar för att matcha två enheter enligt deras tjänster och behov.

Application Framework : Den erbjuder två typer av datatjänster som nyckel-värdepar och generiska meddelandetjänster. Det generiska meddelandet är en utvecklardefinierad struktur, medan nyckel-värdeparet används för att få attribut inom applikationsobjekten. ZDO ger ett gränssnitt mellan applikationsobjekt och APS-skiktet i Zigbee-enheter. Det är ansvarigt för att upptäcka, initiera och binda andra enheter till nätverket.

Zigbees driftlägen och dess topologier

Zigbees tvåvägsdata överförs i två lägen: Icke-beacon-läge och Beacon-läge. I ett fyrläge övervakar koordinatorerna och routrarna kontinuerligt det aktiva tillståndet för inkommande data, varför mer ström förbrukas. I det här läget sover inte routrarna och koordinatorerna eftersom någon nod när som helst kan vakna och kommunicera.

Det kräver dock mer strömförsörjning och dess totala energiförbrukning är låg eftersom de flesta enheter är i inaktivt tillstånd under långa perioder i nätverket. I ett fyrläge, när det inte finns någon datakommunikation från slutenheter, går routrarna och koordinatorerna i viloläge. Denna koordinator vaknar regelbundet och överför fyrarna till routrarna i nätverket.

Dessa fyrnätverk fungerar för tidsluckor, vilket innebär att de fungerar när kommunikationen behövs resulterar i lägre arbetscykler och längre batterianvändning. Dessa signaler och icke-fyrlägen i Zigbee kan hantera periodiska (sensordata), intermittenta (ljusbrytare) och repetitiva datatyper.

Zigbee Topologier

Zigbee stöder flera nätverkstopologier, men de vanligaste konfigurationerna är stjärn-, nät- och klusterträdtopologier. Varje topologi består av en eller flera koordinatorer. I en stjärntopologi består nätverket av en samordnare som är ansvarig för att initiera och hantera enheterna över nätverket. Alla andra enheter kallas slutenheter som kommunicerar direkt med samordnaren.

Detta används i branscher där alla slutpunktenheter behövs kommunicera med den centrala styrenheten , och denna topologi är enkel och lätt att distribuera. Inom nät- och trädtopologier utökas Zigbee-nätverket med flera routrar där koordinator ansvarar för att stirra på dem. Dessa strukturer tillåter vilken enhet som helst att kommunicera med någon annan angränsande nod för att ge redundans till data.

Om någon nod misslyckas dirigeras informationen automatiskt till andra enheter av dessa topologier. Eftersom redundans är den viktigaste faktorn i branscher, används därför nät-topologi mestadels. I ett klusterträdnätverk består varje kluster av en koordinator med bladnoder, och dessa koordinatorer är anslutna till den överordnade koordinator som initierar hela nätverket.

På grund av fördelarna med Zigbee-teknik som lågkostnads- och lågeffektsdriftlägen och dess topologier, är denna kortdistanskommunikationsteknik bäst lämpad för flera applikationer jämfört med annan proprietär kommunikation, såsom Bluetooth, Wi-Fi, etc. några av dessa jämförelser såsom utbud av Zigbee, standarder etc. anges nedan.

Varför låga datahastigheter i Zigbee?

Vi vet att det finns olika typer av trådlös teknik på marknaden som Bluetooth samt WiFi som ger hög hastighet på data. Men datahastigheterna i Zigbee är mindre eftersom huvudsyftet med ZigBee-utvecklingen är att använda den i trådlös kontroll såväl som övervakning.

Mängden data, liksom frekvensen för kommunikation som används i sådana applikationer, är extremt låg. Även om det är troligt att ett nätverk som IEEE 802.15.4 uppnår höga datahastigheter, så är Zigbee-tekniken baserad på nätverket IEEE 802.15.4.

Zigbee Technology i IoT

Vi vet att Zigbee är en typ av kommunikationsteknik som liknar Bluetooth och WiFi, men det finns också många nya stigande nätverksalternativ som tråd som är ett alternativ för applikationerna för hemautomation. I större städer implementerades Whitespace-teknologin för IoT-baserade användningsfall för större regioner.

ZigBee är en WLAN (trådlöst lokalt nätverk) specifikation med låg effekt. Det ger färre data som använder mindre ström av ofta anslutna enheter för att stänga av ett batteri. På grund av detta har den öppna standarden anslutits via M2M (maskin-till-maskin) kommunikation såväl som den industriella IoT (sakernas internet).

Zigbee har blivit ett IoT-protokoll som accepteras globalt. Det tävlar redan med Bluetooth, WiFi och tråd.

Zigbee-enheter

Specifikationen för IEEE 802.15.4 Zigbee innehåller huvudsakligen två enheter som Full-Function Devices (FFD) samt Reduced-Function Devices (RFD). En FFD-enhet utför olika uppgifter som förklaras i specifikationen och den kan anta vilken uppgift som helst i nätverket.

En RFD-enhet har delvis kapacitet så den utför begränsade uppgifter och den här enheten kan konversera med vilken enhet som helst i nätverket. Det måste fungera såväl som uppmärksamma inom nätverket. En RFD-enhet kan konversera helt enkelt med en FFD-enhet och den används i enkla applikationer som att styra en switch genom att aktivera och avaktivera den.

I en IEEE 802.15.4 n / w spelar Zigbee-enheterna tre olika roller som Coordinator, PAN Coordinator & Device. Här är FFD-enheter såväl koordinator som PAN-koordinator medan enheten antingen är en RFD / FFD-enhet.

En samordnares huvudfunktion är att vidarebefordra meddelanden. I ett personligt nätverk är en PAN-styrenhet en viktig styrenhet och en enhet är känd som om enheten inte är en samordnare.
ZigBee-standarden kan skapa tre protokollenheter beroende på Zigbee-enheter, PAN-koordinator, koordinator och standardspecifikationen för ZigBee som koordinator, router och slutanordning som diskuteras nedan.

Zigbee-koordinator

I en FFD-enhet är det en PAN-koordinator som används för att bilda nätverket. När nätverket har upprättats, tilldelar det adressen till nätverket för de enheter som används i nätverket. Och det dirigerar meddelandena bland slutenheterna.

Zigbee Router

En Zigbee Router är en FFD-enhet som tillåter räckvidden för Zigbee Network. Denna router används för att lägga till fler enheter i nätverket. Ibland fungerar det som en Zigbee-slutenhet.

Zigbee-slutenhet

Detta är varken en router eller en koordinator som gränssnitt till en sensor utför fysiskt på annat sätt en kontrolloperation. Baserat på applikationen kan det vara antingen en RFD eller en FFD.

Varför är ZigBee bättre än WiFi?

I Zigbee är dataöverföringshastigheten mindre jämfört med WiFi, så det är den högsta hastigheten är helt enkelt 250 kbps. Det är mycket mindre jämfört med den mindre hastigheten på WiFi.

Ytterligare en bästa kvalitet på Zigbee är energiförbrukningshastigheten såväl som batteriets livslängd. Protokollet varar i flera månader, för när det väl är monterat kan vi glömma det.

Vilka enheter använder ZigBee?

Följande lista över enheter stöder ZigBee-protokollet.

• Belkin WeMo
• Samsung SmartThings
• Yale smarta lås
• Philips Hue
• Termostater från Honeywell
• Ikea Tradfri
• Säkerhetssystem från Bosch
• Comcast Xfinity Box från Samsung
• Hive Aktiv uppvärmning och tillbehör
• Amazon Echo Plus
• Amazon Echo Show

Istället för att ansluta varje Zigbee-enhet separat krävs ett centralt nav för styrning av alla enheter. Ovan nämnda enheter, nämligen SmartThings såväl som Amazon Echo Plus, kan också användas som ett Wink-nav för att spela en viktig roll inom nätverket. Den centrala hubben skannar nätverket för alla enheter som stöds och ger dig enkel kontroll av ovanstående enheter med en central app.

Vad är skillnaden mellan ZigBee och Bluetooth?

Skillnaden mellan Zigbee och Bluetooth diskuteras nedan.

Vad är skillnaden mellan LoRa och ZigBee?

Huvudskillnaden mellan LoRa och Zigbee diskuteras nedan.

Fördelar och nackdelar med Zigbee Technology

Fördelarna med Zigbee inkluderar följande.

• Detta nätverk har en flexibel nätverksstruktur
• Batteriets livslängd är bra.
• Strömförbrukningen är mindre
• Mycket enkelt att fixa.
• Den stöder cirka 6500 noder.
• Mindre kostnad.
• Det är självläkande och mer pålitligt.
• Nätverksinställningen är mycket enkel och enkel.
• Laster fördelas jämnt över nätverket eftersom det inte innehåller en central styrenhet
• Hushållsapparater övervakning och kontroll är extremt enkel med fjärrkontroll
• Nätverket är skalbart och det är enkelt att lägga till / fjärransluta ZigBee-slutenhet till nätverket.

Nackdelarna med Zigbee inkluderar följande.

• Det behöver systeminformationen för att styra Zigbeebaserade enheter för ägaren.
• Jämfört med WiFi är det inte säkert.
• Den höga ersättningskostnaden när något problem inträffar inom Zigbeebaserade hushållsapparater
• Överföringshastigheten för Zigbee är mindre
• Det innehåller inte flera slutenheter.
• Det är så mycket riskabelt att användas för officiell privat information.
• Det används inte som ett trådlöst kommunikationssystem utomhus eftersom det har mindre täckningsgräns.
• I likhet med andra typer av trådlösa system är detta ZigBee-kommunikationssystem benäget att stör från obehöriga personer.

Tillämpningar av Zigbee Technology

Tillämpningarna av ZigBee-teknik inkluderar följande.

Industriell automation: I tillverknings- och produktionsindustrin övervakar en kommunikationslänk kontinuerligt olika parametrar och kritisk utrustning. Därför minskar Zigbee denna kommunikationskostnad avsevärt och optimerar styrprocessen för större tillförlitlighet.

Hemautomation: Zigbee passar perfekt för fjärrstyrning av hushållsapparater som belysningssystemstyrning, apparatkontroll, värme- och kylsystemstyrning, säkerhetsutrustning och kontroll, övervakning och så vidare.

Smart mätning: Zigbees fjärroperationer i smart mätning inkluderar svar på energiförbrukning, prisstöd, säkerhet över maktstöld etc.

Smart Grid-övervakning: Zigbee-operationer i detta smarta nät involverar fjärrövervakning av temperaturen , felsökning, reaktiv energihantering och så vidare.

ZigBee-teknik används för att bygga tekniska projekt som trådlöst system för närvaro av fingeravtryck och hemautomation.

Det handlar om en kort beskrivning av Zigbee-teknikens arkitektur, driftlägen, konfigurationer och applikationer. Vi hoppas att vi har gett dig tillräckligt med innehåll om den här titeln för att du ska förstå den bättre. Detta handlar alltså om en översikt över Zigbee-tekniken och den är baserad på IEEE 802.15.4-nätverket. Utformningen av denna teknik kan göras extremt stark så att den fungerar i alla typer av miljöer.

Det ger flexibilitet och säkerhet för olika miljöer. Zigbee-tekniken har vunnit så mycket popularitet på marknaden eftersom den tillhandahåller konsekvent nätverksnätverk genom att möjliggöra för ett nätverk att kontrollera över en omfattande region, och det ger också kommunikation med låg effekt. Så detta är en perfekt IoT-teknik. Här är en fråga till dig, vilka olika trådlösa kommunikationsteknologier finns tillgängliga på marknaden? För ytterligare hjälp och teknisk hjälp kan du kontakta oss genom att kommentera nedan.