ZigBee Technology Architecture and its Applications

I denne nåværende kommunikasjonsverdenen er det mange høye datahastighetskommunikasjonsstandarder som er tilgjengelige, men ingen av disse oppfyller sensorene og kontrollenhetens kommunikasjonsstandarder. Disse kommunikasjonsstandardene med høy datahastighet krever lav latens og lavt energiforbruk selv ved lavere båndbredde. De tilgjengelige proprietære trådløse systemene 'Zigbee-teknologi er billig og lavt strømforbruk, og dens utmerkede og suveren egenskaper gjør denne kommunikasjonen best egnet for flere innebygde applikasjoner , industriell kontroll og hjemmeautomatisering, og så videre. Zigbee-teknologiområdet for overføringsavstander varierer hovedsakelig fra 10 - 100 meter basert på effekt og miljøegenskaper.

Hva er Zigbee Technology?

Zigbee-kommunikasjon er spesielt bygget for kontroll- og sensornettverk på IEEE 802.15.4-standarden for trådløse personlige nettverk (WPAN), og det er produktet fra Zigbee alliance. Dette kommunikasjonsstandard definerer fysiske og Media Access Control (MAC) lag for å håndtere mange enheter med lave datahastigheter. Disse Zigbees WPAN-ene opererer på 868 MHz, 902-928MHz og 2,4 GHz-frekvenser. Datahastigheten på 250 kbps er best egnet for periodisk så vel som mellom toveis overføring av data mellom sensorer og kontrollere.

Hva er Zigbee Technology?

Zigbee er et billig nettverk med lavt strømnett, mye brukt for å kontrollere og overvåke applikasjoner der det dekker 10-100 meter innenfor rekkevidden. Dette kommunikasjonssystemet er billigere og enklere enn det andre proprietære kortdistansen trådløse sensornettverk som Bluetoot h og Wi-Fi.

Zigbee-modem

Zigbee støtter forskjellige nettverkskonfigurasjoner for master å master eller master til slave kommunikasjon. Og også, den kan betjenes i forskjellige moduser som et resultat av at batteristrømmen spares. Zigbee-nettverk kan utvides ved bruk av rutere og tillater mange noder å koble sammen hverandre for å bygge et bredere nettverk.

Historie om Zigbee Technology

I år 1990 ble de digitale radionettverkene med selvorganiserende ad hoc implementert. Zigbee-spesifikasjonen som IEEE 802.15.4-2003 ble godkjent i 2004, 14. desember. Spesifikasjonen 1.0 ble kunngjort av Zigbee Alliance i 2005, 13. juni, kalt Specification of ZigBee 2004.

Klyngebibliotek

I året 2006, september, ble spesifikasjonen av Zigbee 2006 kunngjort ved å erstatte 2004-bunken. Så denne spesifikasjonen erstatter hovedsakelig parestrukturen til nøkkelverdien så vel som meldingen som brukes i 2004-stakken gjennom et klyngebibliotek.

Et bibliotek inneholder et sett med konsistente kommandoer, planlagt under grupper kalt klynger med navn som Home Automation, Smart Energy & Light Link of ZigBee. I år 2017 ble biblioteket omdøpt med Dotdot av Zigbee Alliance og kunngjort som en ny protokoll. Så denne Dotdot har fungert for omtrent alle Zigbee-enheter som standard applikasjonslag.

Zigbee Pro

I året 2007 ble Zigbee Pro som Zigbee 2007 avsluttet. Det er en slags enhet som fungerer på et eldre Zigbee-nettverk. På grunn av forskjellene i rutemulighetene, bør disse enhetene bli til ZED-er eller Zigbee-endenheter (ZED-er) på et eldre Zigbee-nettverk. De eldre Zigbee-enhetene må bli til Zigbee-sluttapparater i et nettverk av Zigbee Pro. Den fungerer gjennom 2,4 GHz ISM-båndet og inkluderer et sub GHz-bånd.

Hvordan fungerer Zigbee Technology?

Zigbee-teknologi fungerer med digitale radioer ved å la forskjellige enheter snakke gjennom hverandre. Enhetene som brukes i dette nettverket er en ruter, koordinator samt sluttenheter. Hovedfunksjonen til disse enhetene er å levere instruksjonene og meldingene fra koordinatoren til enhetene for enkeltendene, for eksempel en lyspære.

I dette nettverket er koordinatoren den viktigste enheten som er plassert ved systemets opprinnelse. For hvert nettverk er det bare en koordinator som brukes til å utføre forskjellige oppgaver. De velger en passende kanal for å skanne en kanal i tillegg til å finne den mest passende gjennom minimalt med forstyrrelser, tildele en eksklusiv ID samt en adresse til alle enheter i nettverket slik at meldinger ellers kan instruksjoner overføres i nettverket .

Rutere er arrangert blant koordinatoren samt sluttanordninger som er ansvarlige for meldingsruting mellom de forskjellige nodene. Rutere får meldinger fra koordinatoren og lagret dem til sluttapparatene deres er i en situasjon for å få dem. Disse kan også tillate at andre sluttapparater samt rutere kobler nettverket

I dette nettverket kan den lille informasjonen styres av sluttapparater ved å kommunisere med foreldrenoden som en ruter eller koordinator basert på Zigbee-nettverkstypen. Sluttapparater snakker ikke direkte gjennom hverandre. For det første kan all trafikk dirigeres mot foreldrenoden som ruteren, som holder disse dataene til enhetens mottakerside er i en situasjon for å få den gjennom å være klar over. Sluttapparater brukes til å be om meldinger som venter fra foreldrene.

Zigbee-arkitektur

Zigbees systemstruktur består av tre forskjellige typer enheter som Zigbee Coordinator, Router og End device. Hvert Zigbee-nettverk må bestå av minst én koordinator som fungerer som en rot og bro av nettverket. Koordinatoren er ansvarlig for å håndtere og lagre informasjonen mens du utfører mottak og overføring av datoperasjoner.

Zigbee-rutere fungerer som mellomliggende enheter som tillater data å passere frem og tilbake til andre enheter. Sluttapparater har begrenset funksjonalitet for å kommunisere med foreldrenodene slik at batteristrømmen spares som vist på figuren. Antall rutere, koordinatorer og sluttapparater avhenger av typen nettverk som stjerne-, tre- og mesh-nettverk.

Zigbee-protokollarkitektur består av en stabel med forskjellige lag hvor IEEE 802.15.4 er definert av fysiske og MAC-lag, mens denne protokollen fullføres ved å samle Zigbees eget nettverk og applikasjonslag.

ZigBee Technology Architecture

Fysisk lag : Dette laget utfører modulasjons- og demoduleringsoperasjoner ved henholdsvis sending og mottak av signaler. Lagets frekvens, datahastighet og et antall kanaler er gitt nedenfor.

MAC-lag : Dette laget er ansvarlig for pålitelig overføring av data ved å få tilgang til forskjellige nettverk med transportøren sense multiple access kollision unngåelser (CSMA). Dette overfører også fyrrammene for synkronisering av kommunikasjon.

Nettverkslag : Dette laget tar seg av alle nettverksrelaterte operasjoner som nettverksoppsett, sluttkobling av enheten og frakobling til nettverk, ruting, enhetskonfigurasjoner, etc.

Søknadsstøttelag : Dette laget gjør det mulig for tjenestene som er nødvendige for Zigbee-enhetsobjekter og applikasjonsobjekter å grensesnitt med nettverkslagene for datahåndteringstjenester. Dette laget er ansvarlig for å matche to enheter i henhold til deres tjenester og behov.

Application Framework : Den tilbyr to typer datatjenester som nøkkelverdipar og generiske meldingstjenester. Den generiske meldingen er en utviklerdefinert struktur, mens nøkkelverdiparet brukes til å få attributter i applikasjonsobjektene. ZDO gir et grensesnitt mellom applikasjonsobjekter og APS-laget i Zigbee-enheter. Det er ansvarlig for å oppdage, starte og binde andre enheter til nettverket.

Zigbee-driftsmåter og dets topologier

Zigbee toveis data overføres i to moduser: Ikke-fyrtårnmodus og Tyremodus. I en fyrtårnmodus overvåker koordinatorene og ruterne kontinuerlig den aktive tilstanden til innkommende data, og dermed forbrukes mer strøm. I denne modusen sover ikke rutere og koordinatorer fordi når som helst hvilken som helst node kan våkne og kommunisere.

Imidlertid krever det mer strømforsyning og det totale strømforbruket er lavt fordi de fleste enhetene er i inaktiv tilstand over lange perioder i nettverket. I en fyrtårnsmodus, når det ikke er datakommunikasjon fra sluttapparater, går ruterne og koordinatorene i hvilemodus. Med jevne mellomrom våkner denne koordinatoren og overfører fyrene til ruterne i nettverket.

Disse fyrtårnnettverkene fungerer for tidsluker, noe som betyr at de fungerer når kommunikasjonen trengs, resulterer i lavere driftssykluser og lengre batteriforbruk. Disse fyrtone- og ikke-fyrtypemodusene til Zigbee kan håndtere periodiske (sensordata), intermitterende (lysbrytere) og repeterende datatyper.

Zigbee Topologier

Zigbee støtter flere nettverkstopologier, men de mest brukte konfigurasjonene er stjerne-, maske- og klyngetre-topologier. Enhver topologi består av en eller flere koordinatorer. I en stjernetopologi består nettverket av en koordinator som er ansvarlig for å initiere og administrere enhetene over nettverket. Alle andre enheter kalles sluttapparater som kommuniserer direkte med koordinatoren.

Dette brukes i bransjer der det er behov for alle endepunktapparatene kommunisere med den sentrale kontrolleren , og denne topologien er enkel og enkel å distribuere. I mesh- og tretopologier utvides Zigbee-nettverket med flere rutere der koordinatoren er ansvarlig for å stirre dem. Disse strukturene tillater enhver enhet å kommunisere med en hvilken som helst annen tilstøtende node for å gi redundans til dataene.

Hvis en node mislykkes, blir informasjonen rutet automatisk til andre enheter av disse topologiene. Ettersom redundans er hovedfaktoren i bransjer, blir nettopp topologi derfor mest brukt. I et klyngetre-nettverk består hver klynge av en koordinator med bladnoder, og disse koordinatorene er koblet til foreldrekoordinatoren som initierer hele nettverket.

På grunn av fordelene med Zigbee-teknologi som driftsmodi med lave kostnader og lavt strømforbruk og dens topologier, er denne kortdistansekommunikasjonsteknologien best egnet for flere applikasjoner sammenlignet med annen proprietær kommunikasjon, som Bluetooth, Wi-Fi, etc. sammenligninger som utvalg av Zigbee, standarder osv. er gitt nedenfor.

Hvorfor lave datahastigheter i Zigbee?

Vi vet at forskjellige typer trådløs teknologi er tilgjengelig i markedet, for eksempel Bluetooth, så vel som WiFi som gir høy datahastighet. Men datahastighetene i Zigbee er mindre fordi hovedformålet bak ZigBee-utviklingen er å bruke den i trådløs kontroll så vel som overvåking.

Mengden data, samt frekvensen av kommunikasjon som brukes i slike applikasjoner, er ekstremt lav. Selv om det er sannsynlig at et nettverk som IEEE 802.15.4 oppnår høye datahastigheter, er Zigbee-teknologien basert på nettverket IEEE 802.15.4.

Zigbee Technology i IoT

Vi vet at Zigbee er en slags kommunikasjonsteknologi som ligner på Bluetooth, så vel som WiFi, men det er også mange nye stigende nettverksalternativer som tråd som er et alternativ for applikasjoner av hjemmeautomatisering. I større byer ble Whitespace-teknologiene implementert for IoT-baserte bruksområder for større regioner.

ZigBee er en WLAN (trådløst lokalnettverk) spesifikasjon med lav effekt. Det gir færre data som bruker mindre strøm av ofte tilkoblede enheter for å slå av et batteri. På grunn av dette har den åpne standarden blitt koblet gjennom M2M (maskin-til-maskin) kommunikasjon så vel som den industrielle IoT (internett av ting).

Zigbee har blitt en IoT-protokoll som aksepteres globalt. Den konkurrerer allerede med Bluetooth, WiFi og tråd.

Zigbee-enheter

Spesifikasjonen til IEEE 802.15.4 Zigbee inkluderer hovedsakelig to enheter som Full-Function Devices (FFD) samt Reduced-Function Devices (RFD). En FFD-enhet utfører forskjellige oppgaver som er forklart i spesifikasjonen, og den kan vedta en hvilken som helst oppgave i nettverket.

En RFD-enhet har delvis muligheter, slik at den utfører begrensede oppgaver, og denne enheten kan snakke med alle enheter i nettverket. Det må fungere så vel som være oppmerksomt i nettverket. En RFD-enhet kan bare snakke med en FFD-enhet, og den brukes i enkle applikasjoner som å kontrollere en bryter ved å aktivere og deaktivere den.

I en IEEE 802.15.4 n / w spiller Zigbee-enhetene tre forskjellige roller som Coordinator, PAN Coordinator & Device. Her er FFD-enheter både koordinator og PAN-koordinator, mens enheten enten er en RFD / FFD-enhet.

Hovedfunksjonen til en koordinator er for videreformidling av meldinger. I et personlig nettverk er en PAN-kontroller en viktig kontroller, og en enhet er kjent som om enheten ikke er en koordinator.
ZigBee-standarden kan opprette tre protokollenheter avhengig av Zigbee-enhetene, PAN-koordinator, koordinator og standardspesifikasjonen for ZigBee som koordinator, ruter og sluttanordning som er diskutert nedenfor.

Zigbee-koordinator

I en FFD-enhet er det en PAN-koordinator som brukes til å danne nettverket. Når nettverket er etablert, tildeler det adressen til nettverket for enhetene som brukes i nettverket. Og også ruter den meldingene mellom sluttapparatene.

Zigbee Router

En Zigbee Router er en FFD-enhet som tillater rekkevidden til Zigbee Network. Denne ruteren brukes til å legge til flere enheter i nettverket. Noen ganger fungerer det som en Zigbee-sluttanordning.

Zigbee-sluttapparat

Dette er verken en ruter eller en koordinator som grensesnitt til en sensor som ellers fysisk utfører en kontrolloperasjon. Basert på applikasjonen kan det være enten en RFD eller en FFD.

Hvorfor er ZigBee bedre enn WiFi?

I Zigbee er dataoverføringshastigheten mindre sammenlignet med WiFi, så den høyeste hastigheten er bare 250 kbps. Det er veldig mindre sammenlignet med mindre hastighet på WiFi.

En annen kvalitet på Zigbee er hastigheten på strømutnyttelsen samt batteriets levetid. Protokollen sin varer i flere måneder, for når den er samlet, kan vi glemme den.

Hvilke enheter bruker ZigBee?

Følgende liste over enheter støtter ZigBee-protokollen.

• Belkin WeMo
• Samsung SmartThings
• Yale smarte låser
• Philips Hue
• Termostater fra Honeywell
• Ikea Tradfri
• Sikkerhetssystemer fra Bosch
• Comcast Xfinity Box fra Samsung
• Hive Aktiv oppvarming og tilbehør
• Amazon Echo Plus
• Amazon Echo Show

I stedet for å koble til hver Zigbee-enhet separat, er det nødvendig med en sentral hub for å kontrollere alle enhetene. Ovennevnte enheter, nemlig SmartThings så vel som Amazon Echo Plus, kan også brukes som et Wink-hub for å spille en viktig rolle i nettverket. Den sentrale huben skanner nettverket for alle støttede enheter og gir deg enkel kontroll over de ovennevnte enhetene med en sentral app.

Hva er forskjellen mellom ZigBee og Bluetooth?

Forskjellen mellom Zigbee og Bluetooth er diskutert nedenfor.

Hva er forskjellen mellom LoRa og ZigBee?

Hovedforskjellen mellom LoRa og Zigbee er diskutert nedenfor.

Zigbee Technology Fordeler og ulemper

Fordelene med Zigbee inkluderer følgende.

• Dette nettverket har en fleksibel nettverksstruktur
• Batterilevetiden er god.
• Strømforbruket er mindre
• Veldig enkelt å fikse.
• Den støtter omtrent 6500 noder.
• Mindre kostnad.
• Det er selvhelbredende så vel som mer pålitelig.
• Nettverksinnstilling er veldig enkelt og enkelt.
• Belastning fordeles jevnt over nettverket fordi den ikke inkluderer en sentral kontroller
• Husholdningsapparater overvåking og kontroll er ekstremt enkel ved hjelp av fjernkontroll
• Nettverket er skalerbart, og det er enkelt å legge til / fjerne ZigBee-sluttenhet til nettverket.

Ulempene med Zigbee inkluderer følgende.

• Det trenger systeminformasjonen for å kontrollere Zigbee-baserte enheter for eieren.
• Sammenlignet med WiFi er det ikke sikkert.
• Den høye erstatningskostnaden når et problem oppstår innen Zigbee-baserte hvitevarer
• Overføringshastigheten til Zigbee er mindre
• Det inkluderer ikke flere sluttapparater.
• Det er veldig risikabelt å bli brukt til offisiell privat informasjon.
• Det brukes ikke som et trådløst utendørs kommunikasjonssystem fordi det har mindre dekningsgrense.
• I likhet med andre typer trådløse systemer, er dette ZigBee-kommunikasjonssystemet utsatt for plager fra uautoriserte mennesker.

Anvendelser av Zigbee Technology

Anvendelsene av ZigBee-teknologi inkluderer følgende.

Industriell automatisering: I produksjons- og produksjonsindustrien overvåker en kommunikasjonslink kontinuerlig forskjellige parametere og kritisk utstyr. Derfor reduserer Zigbee denne kommunikasjonskostnaden betydelig, og optimaliserer kontrollprosessen for større pålitelighet.

Hjemmeautomatisering: Zigbee passer perfekt til ekstern kontroll av husholdningsapparater som belysningssystemkontroll, apparatkontroll, oppvarming og kjølesystemkontroll, sikkerhetsutstyrs drift og kontroll, overvåking og så videre.

Smart måling: Zigbee fjernoperasjoner i smart måling inkluderer respons på energiforbruk, prisstøtte, sikkerhet over makttyveri, etc.

Smart Grid overvåking: Zigbee-operasjoner i dette smarte nettet involverer ekstern temperaturovervåking , feilsøking, reaktiv strømstyring og så videre.

ZigBee-teknologi brukes til å bygge ingeniørprosjekter som trådløst system til oppmøte av fingeravtrykk og hjemmeautomatisering.

Dette handler om en kort beskrivelse av Zigbee-teknologiens arkitektur, driftsmodi, konfigurasjoner og applikasjoner. Vi håper at vi har gitt deg nok innhold om denne tittelen, slik at du kan forstå det bedre. Dermed handler alt om en oversikt over Zigbee-teknologi, og den er basert på IEEE 802.15.4-nettverket. Utformingen av denne teknologien kan gjøres ekstremt sterk, slik at den fungerer i alle slags miljøer.

Det gir fleksibilitet så vel som sikkerhet for forskjellige miljøer. Zigbee-teknologien har fått så mye popularitet i markedet fordi den gir jevn nettverksnettverk ved å gjøre det mulig for et nettverk å kontrollere en omfattende region, og det gir også kommunikasjon med lav effekt. Så dette er en perfekt IoT-teknologi. Her er et spørsmål til deg, hva er de forskjellige trådløse kommunikasjonsteknologiene som er tilgjengelige på markedet? For ytterligere hjelp og teknisk assistanse, kan du kontakte oss ved å kommentere nedenfor.