Sieć ZigBee - co to właściwie jest i gdzie się ją wykorzystuje?

Smart Home jest już rzeczywistością dla wielu z nas. Budowanie sieci domowych (PAN – Personal Area Networks) to często konieczność. Chcemy poprawić komfort i ekonomię użytkowania domu, dlatego sięgamy po sterowniki, czujniki, smart wtyczki, regulatory temperatury. Każde takie urządzenie potrzebuje jednak współpracy, a takie powiązania najczęściej działają bezprzewodowo. Producenci nowych technologii dostarczają nam coraz lepsze narzędzia pomagające w budowaniu zależności między domowy sprzętem oraz do transmisji danych, czyli tzw. protokołu komunikacyjnego. Przykładem jest właśnie sieć ZigBee.

Technologia ZigBee a automatyka domowa

ZigBee to protokół transmisji danych w sieciach bezprzewodowych, wykorzystywany do dwustronnej komunikacji między urządzeniami.

Dwustronność komunikacji pozwala zarówno odbierać, jak i wysyłać sygnał przez poszczególne urządzenia. Technologia ta powstała w 2002 roku, a jej autorem jest organizacja ZigBee Alliance, która nadal rozwija system i zajmuje jego promocją. Za podstawową cechę nowego standardu komunikacyjnego przyjęto niski pobór energii oraz prostą i tanią budowę. I to się udało. Z organizacją ZigBee Alliance współpracuje wiele znanych marek technologicznych, np. Philips, Siemens, Samsung, Amazon, Bosch.
 

Praktycznie nie można sobie wyobrazić Smart Home bez technologii ZigBee. Stosuje się ją do zarządzania urządzeniami domowymi: sterowanie oświetleniem, sterowanie roletami, ogrzewaniem, ale także do zwiększenia bezpieczeństwa (czujniki, alarmy). Oczywiście nie chodzi jedynie o zdalną obsługę urządzeń, ale również o tworzenie między nimi zależności. Na przykład: kiedy czujnik ruchu wykryje obecność człowieka, sygnał zostanie przesłany dalej, a w konsekwencji tego zapali się światło, zamkną się rolety, wzrośnie temperatura. Cały ciąg zdarzeń odbywa się to bez udziału człowieka – zaprogramowane urządzenia wysyłają sobie sygnały do działania. Współczesna automatyka budynkowa działa na scenariuszach (zależnościach), które użytkownik tworzy, kierując się własnymi potrzebami.

Zalety ZigBee

System ZigBee został stworzony do obsługi sieci domowej (PAN). Jego główne walory to:

• Niskie zużycie energii
• Natychmiastowy dostęp do sieci
• Łatwa obsługa
• Łatwa rozbudowa o kolejne elementy
• Uwierzytelniona transmisja danych (bezpieczeństwo przesyłania)
• Szeroki zasięg transmisji: od 10 do 100 metrów
• Przystępna cena urządzeń obsługujących standard ZigBee

Jak jest zorganizowana sieć ZigBee?

Domowa sieć ZigBee może być zorganizowana według trzech typologii: gwiazdy, drzewa, i kraty (inaczej: siatki, mesh). Chodzi o to, żeby pracujące w niej elementy – koordynator, wzmacniacz sygnału, końcowe urządzenia wykonawcze – dobrze realizowały schemat komunikacji, a tym samym pełniły swoją rolę w zautomatyzowanym domu.

Gwiazda

Prosta typologia zastosowana np. w Bluetooth. Koordynatorem jest pojedyncze urządzenie i wszystkie pozostałe są względem niego podrzędne (slave) – komunikują się bezpośrednio z koordynatorem i tylko z nim.

Drzewo

Typologia ma układ hierarchiczny. Koordynator jest „korzeniem” i zarządza „gałęziami”. Każdy węzeł posiada elementy sobie podległe. Urządzenia końcowe (wykonawcze) mogę się znajdować tylko na końcu gałęzi, nie komunikują się z innymi. Jedynie wykonują „polecenia”. W tym schemacie opóźnienia transmisji występują najczęściej.

Krata (mesh)

Typologia siatkowa nie jest hierarchiczna. Tutaj każde urządzenie może się komunikować z innym – bezpośrednio albo za pomocą urządzenia pośredniczącego. Ta cecha poprawia funkcjonalność systemu, dlatego uznaje się, że to najlepszy typ organizacji sieci ZigBee.

Sieć ZigBee w technologii SALUS Controls

Technologia SALUS Controls opiera się na typologii kraty: po instalacji koordynatora, należy zamontować urządzenia zasilane napięciowo (one jednocześnie stają się repeaterami sieci), a dopiero na końcu urządzenia zasilane bateryjnie. Dzięki temu komunikacja między wszystkimi elementami jest szybka i płynna.

Urządzenia w standardzie ZigBee współpracują ze sobą poprzez bramkę internetową, która w sieci domowej spina je w spójny system. W opcji sterowania online jest dodatkowo łącznikiem domowej sieci ze światem zewnętrznym. Wykorzystując do tego aplikację mobilną, możemy z udziałem bramki sterować domem z dowolnego miejsca.

ZigBee, Wi-Fi, Bluetooth – na czym polega różnica?

Wi-Fi (Wireless Fidelity) to popularny na całym świecie bezprzewodowy sposób łączności. Jest stosowany zarówno w sieciach domowych (PAN), jak i we wszelkich miejscach użyteczności publicznej. Co go różni od protokołu ZigBee? Po pierwsze pobiera więcej mocy. Poza tym ZigBee pozwala na tworzenie siatki połączeń między urządzeniami, poszerzając zasięg do 100 m. Jedno urządzenie emituje sygnał na mniej więcej 10 metrów. W systemach Wi-Fi potrzebne są dodatkowe repeatery, które zwiększą zasięg sieci przez siatkę. Z kolei oba te standardy zostawiają daleko w tyle pod względem zasięgu technologię Bluetooth – tutaj łączność możliwa jest na zaledwie 10 m. Niskie zużycie energii jest plusem, lecz transfer danych wymaga bezpośredniej łączności z innym urządzeniem obsługującym ten protokół. Sprzęty muszą się „zobaczyć”, dlatego jest on wykorzystywany głównie w urządzeniach przenośnych.