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    一文讀懂ZigBee協(xié)議的技術(shù)特點(diǎn)及用例

    我們知道,智能家居的總體目標(biāo)是讓家里的一切事物相互連接,特別是讓所有聯(lián)網(wǎng)的智能家居設(shè)備都可以共享信息。而不是單獨(dú)連接來(lái)自不同品牌方的設(shè)備。因此,溝通需要共同的語(yǔ)言。這就是ZigBee等眾多物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議誕生的初衷。

    那么,什么是ZigBee?

    簡(jiǎn)單說(shuō),ZigBee 是一種低功耗無(wú)線技術(shù),與 Wi-Fi 配合使用,使家庭更智能、更安全、更舒適、更節(jié)能。借助ZigBee網(wǎng)關(guān),我們管理眾多的ZigBee節(jié)點(diǎn),處理數(shù)據(jù)并向上連接云平臺(tái),從而使智能家居系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠。

    接下來(lái),我們將詳細(xì)介紹什么是 ZigBee、其全球市場(chǎng)、工作原理(頻率、范圍、功率要求、架構(gòu)、拓?fù)?、通道訪問(wèn)、安全性、變體等)、與其他協(xié)議的比較、常見(jiàn)的用例、構(gòu)建ZigBee 網(wǎng)絡(luò)所需的設(shè)備以及安裝指南等等。

    什么是 Zigbee?

    Zigbee是一種全棧解決方案,通常遵循 IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行并采用無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它是一種基于標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線技術(shù),旨在實(shí)現(xiàn)低成本、低功耗無(wú)線機(jī)器對(duì)機(jī)器 (M2M) 和物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 網(wǎng)絡(luò)。

    ZigBee標(biāo)準(zhǔn)由ZigBee聯(lián)盟創(chuàng)建(現(xiàn)更名為:連接標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟,CSA),該聯(lián)盟包括許多全球領(lǐng)先的科技公司,例如飛利浦、三菱電機(jī)、愛(ài)普生、德州儀器等。該聯(lián)盟成立于 2002 年,是一個(gè)全球性的非營(yíng)利組織。

    ZigBee為物聯(lián)網(wǎng)硬件和應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員以及最終用戶提供靈活性以及出色的兼容性。該協(xié)議由于其低成本、低功耗和更快的無(wú)線連接的顯著特點(diǎn)而具有多種用途。例如,它是智能家居的首選技術(shù),因?yàn)樗诙鄠€(gè)方面優(yōu)于其他無(wú)線技術(shù)。

    首先,ZigBee 設(shè)備值得信賴,因?yàn)橥ㄐ攀请p向的。其次,它服務(wù)于所有行業(yè),包括照明、安防、家電、家居門(mén)禁等。第三,也是最重要的一點(diǎn),該技術(shù)由于其低延遲和低占空比而消耗很少的功率。此外,它采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò),減少節(jié)點(diǎn)故障的可能性

    Zigbee全球市場(chǎng)概況

    Zigbee 協(xié)議已經(jīng)存在多年,是一項(xiàng)經(jīng)過(guò)市場(chǎng)驗(yàn)證的技術(shù)。Zigbee 因其有前景的特性而已在全球不同行業(yè)和領(lǐng)域得到廣泛采用。全球多家知名機(jī)構(gòu)對(duì)Zigbee的全球趨勢(shì)和市場(chǎng)份額進(jìn)行了大量的市場(chǎng)調(diào)研。在這里,我分享一些令人信服的數(shù)字及其參考資料,以展示 Zigbee 技術(shù)的價(jià)值。

    據(jù)Verified MarketResearch研究估計(jì),2021年 ZigBee 市場(chǎng)規(guī)模為 35 億美元,預(yù)計(jì)到 2030 年將達(dá)到 77.9 億美元,2023 年至 2030 年復(fù)合年增長(zhǎng)率為 9.30%。據(jù)Reportslinker數(shù)據(jù),ZigBee市場(chǎng)在2020年至2025年的預(yù)測(cè)期內(nèi)預(yù)計(jì)復(fù)合年增長(zhǎng)率將超過(guò)9.2%。而Market Research Future 則表示,到 2030 年,ZigBee 自動(dòng)化市場(chǎng)預(yù)計(jì)凈值達(dá) 79.1 億美元,復(fù)合年增長(zhǎng)率為 8.60%。

    智能家居和互聯(lián)設(shè)備的日益普及、智慧城市投資的增加以及對(duì)節(jié)能和低成本通信解決方案的需求推動(dòng)了Zigbee市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)。

    ZigBee工作原理

    ZigBee 是一種用于家庭網(wǎng)絡(luò)的個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)技術(shù),旨在監(jiān)控和檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)。ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)由 Zigbee 聯(lián)盟設(shè)計(jì),基于標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.15.4。在標(biāo)準(zhǔn) Zigbee 網(wǎng)絡(luò)中,IEEE 802.15.4 定義了由 ZigBee 協(xié)議處理的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)層。

    ZigBee 頻段和許可

    Zigbee 使用 IEEE 802.15.4 的物理層和 MAC 層。它也在無(wú)需許可的 2.4 GHz ISM 頻段上運(yùn)行。盡管 2.4 GHz 在全球范圍內(nèi)廣泛使用,但美國(guó)、歐洲和中國(guó)的設(shè)備分別使用 915 MHz、868 MHz 和 784 MHz 等頻率。僅選擇一個(gè)信道/頻帶用于網(wǎng)絡(luò)中。

    頻道 0:868 MHz(歐洲)頻道 1-10:915 MHz(美國(guó)和澳大利亞)頻道 11-26:2.4 GHz(全球)

    2.4 GHz 頻段使用最廣泛,因?yàn)樗鼰o(wú)需許可且在全球范圍內(nèi)可用。它還以250 kbps的速率傳輸數(shù)據(jù)。

    ZigBee 通訊范圍

    Zigbee 無(wú)線通信的范圍可能會(huì)有所不同,具體取決于設(shè)備的功率輸出、設(shè)備運(yùn)行環(huán)境以及所使用的特定 Zigbee 協(xié)議等因素。一般來(lái)說(shuō),Zigbee 設(shè)備的范圍在室內(nèi)可達(dá)約100 米,在室外露天可達(dá)400米,在理想條件下最大理論范圍約為1600 米。然而,在室內(nèi)環(huán)境中,大多數(shù)實(shí)際場(chǎng)景中的典型范圍在 10-30 米之間。

    ZigBee 電源要求

    Zigbee 設(shè)備通常在 2.1 至 3.6 伏的電壓范圍內(nèi)運(yùn)行,正常運(yùn)行期間的典型電流消耗約為 20-50mA。Zigbee 設(shè)備的功耗也會(huì)根據(jù)所使用的特定 Zigbee 協(xié)議和頻率以及設(shè)備之間的距離和數(shù)據(jù)速率而有所不同。例如,使用2.4GHz頻段的Zigbee設(shè)備將比使用868/915 MHz頻段的Zigbee設(shè)備消耗更多的功率。

    Zigbee 設(shè)備設(shè)計(jì)為低功耗,使用小型電池或其他低功耗電源運(yùn)行,額定功率通常在幾毫瓦到幾百毫瓦范圍內(nèi)。

    ZigBee架構(gòu)

    ZigBee 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議遵循物理層和 MAC 層及其自身大型網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用層的 IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)。Zigbee 網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)由 4 層組合組成。頂部?jī)蓪佑?Zigbee 聯(lián)盟定義,底部?jī)蓪踊?IEEE 標(biāo)準(zhǔn)。連接到無(wú)線鏈路的最終用戶應(yīng)用仍然位于 4 個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)層的頂部。

    物理層

    物理層由IEEE 802.15.4規(guī)范定義,直接控制硬件并負(fù)責(zé)與Zigbee收發(fā)器進(jìn)行通信。該層通過(guò)無(wú)線通信介質(zhì)解釋并傳輸數(shù)據(jù)包。它還在發(fā)送和接收信號(hào)的同時(shí)執(zhí)行調(diào)制和解調(diào)操作。物理層的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)定義了頻帶、數(shù)據(jù)速率、范圍和其他關(guān)鍵參數(shù)。

    媒體訪問(wèn)控制層(MAC層)

    該層也是由 IEEE 802.15.4 規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)定義的。它制定了物理層和網(wǎng)絡(luò)層之間的接口。MAC 層提供 PAN ID 以及通過(guò)信標(biāo)請(qǐng)求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)。

    網(wǎng)絡(luò)層

    該層充當(dāng)MAC層和應(yīng)用層之間的通信接口。這里我們將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涠x為網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。

    應(yīng)用層

    Zigbee 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的最頂層是應(yīng)用層。它由作為子層的應(yīng)用支持層和 Zigbee 設(shè)備組成。它還包含由不同制造商設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序。

    Zigbee 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/strong>

    Zigbee 連接協(xié)議采用標(biāo)準(zhǔn) 802.15.4 物理無(wú)線設(shè)計(jì),該設(shè)計(jì)于 2003 年獲得電氣和電子工程師協(xié)會(huì) (IEEE) 的委員會(huì)批準(zhǔn)。該規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)是基于數(shù)據(jù)包的無(wú)線協(xié)議,旨在用于電池供電的低成本創(chuàng)新電池壽命長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的產(chǎn)品。Zigbee 協(xié)議與設(shè)備進(jìn)行通信,以在不同類型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲袀鬏敂?shù)據(jù)。可以使用 Zigbee 協(xié)議設(shè)備在多種網(wǎng)絡(luò)中連接您的智能家居設(shè)備,如圖所示。

    ZigBee 星形拓?fù)?/strong>

    星形拓?fù)湟卜Q為Zigbee Smart Energy,由 Zigbee 協(xié)調(diào)器和多個(gè)最終用戶設(shè)備組成。設(shè)備僅與協(xié)調(diào)器通信。

    ZigBee 網(wǎng)狀拓?fù)?/strong>

    網(wǎng)狀拓?fù)湟卜Q為Self-Healing Process(自我修復(fù)),由 Zigbee 協(xié)調(diào)器、多個(gè)路由器和最終用戶設(shè)備組成。每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)專用電纜鏈路分別連接到每個(gè)其他節(jié)點(diǎn),從而在網(wǎng)絡(luò)中形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。對(duì)于 n 個(gè)節(jié)點(diǎn),必須有 n (n-1)/2 個(gè)鏈接。由于如此大量的鏈路需求,網(wǎng)狀拓?fù)浔徽J(rèn)為非常昂貴,因?yàn)槠洳季€成本非常高。

    ZigBee 樹(shù)形拓?fù)?/strong>

    在樹(shù)形拓?fù)渲校?jié)點(diǎn)以樹(shù)的形式構(gòu)建。Zigbee 網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)作為協(xié)調(diào)器的中心節(jié)點(diǎn)、多個(gè)路由器和終端設(shè)備組成。這種拓?fù)涞闹饕康氖窃鰪?qiáng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。樹(shù)形拓?fù)溆梢粋€(gè)基節(jié)點(diǎn)和多個(gè)分支節(jié)點(diǎn)組成。

    分支電纜從基本節(jié)點(diǎn)開(kāi)始,以順序或分層方式將基本設(shè)備節(jié)點(diǎn)與智能家居網(wǎng)絡(luò)的其他設(shè)備連接起來(lái)。與網(wǎng)狀拓?fù)湎啾?,該拓?fù)涓鼮榻?jīng)濟(jì)。

    ZigBee 通道接入

    正如前面所定義的,Zigbee 協(xié)議由多個(gè)通道組成,因此必須有某種機(jī)制來(lái)訪問(wèn)這些通道。有兩種通道訪問(wèn)方法,如下所述。

    基于競(jìng)爭(zhēng)的方法(Contention-based method )

    該方法包含具有沖突避免機(jī)制的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)。此方法速度很快,因?yàn)樵O(shè)備不必等待輪到它,但多個(gè)訪問(wèn)請(qǐng)求之間可能會(huì)發(fā)生沖突。

    無(wú)爭(zhēng)用方法 (Contention-Free Method )

    在此方法中,Zigbee 協(xié)調(diào)器為每個(gè)設(shè)備分配一個(gè)特定的時(shí)隙。它的優(yōu)點(diǎn)是保證時(shí)隙,但可能會(huì)很慢。

    Zigbee安全

    無(wú)線技術(shù)主要有四種類型:藍(lán)牙、WiFi、Zwave和ZigBee。理論上沒(méi)有一種技術(shù)能夠完全免受攻擊,而ZigBee 在小范圍無(wú)線技術(shù)中相對(duì)安全。所有 Zigbee 設(shè)備都使用內(nèi)置加密來(lái)防止黑客攻擊。

    連接標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟是一個(gè)為 Zigbee 技術(shù)制定標(biāo)準(zhǔn)的組織,它使用認(rèn)證計(jì)劃來(lái)確保制造商遵守這些安全標(biāo)準(zhǔn)。

    Zigbee的不同版本

    一般來(lái)說(shuō),Zigbee有兩種變體,包括Zigbee 3.0(最新)和 Zigbee Pro。然而,還有一些專為特定領(lǐng)域/應(yīng)用而設(shè)計(jì)的其他變體,包括 Zigbee Green Power、Zigbee Smart Energy、Zigbee Light Link 和 Zigbee Home Automation。每個(gè)版本都有其獨(dú)特的特性和功能,但所有版本都設(shè)計(jì)為在 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)中協(xié)同工作。

    Zigbee 3.0是最新的版本,旨在為不同制造商的設(shè)備無(wú)縫協(xié)作提供通用標(biāo)準(zhǔn),使消費(fèi)者更輕松地創(chuàng)建和控制智能家居網(wǎng)絡(luò)。

    Zigbee 3.0

    Zigbee 3.0是 Zigbee 的最新版本,Zigbee 是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)。與以前版本的 Zigbee 相比,它旨在提供增強(qiáng)的特性和功能。Zigbee 3.0 的一些主要特性如下:

    不同設(shè)備類型和供應(yīng)商之間的互操作性改進(jìn)的安全功能,例如加密和身份驗(yàn)證通過(guò)支持更多設(shè)備提高網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性針對(duì)低功耗進(jìn)行了優(yōu)化提高網(wǎng)絡(luò)性能和可靠性

    Zigbee Pro

    Zigbee Pro 專為商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它具有更大的網(wǎng)絡(luò)容量、更長(zhǎng)的電池壽命、增強(qiáng)的安全性、先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)和輕松的設(shè)備調(diào)試等功能。它旨在為樓宇自動(dòng)化、工業(yè)控制系統(tǒng)和智能能源管理等商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用提供強(qiáng)大、可擴(kuò)展且安全的無(wú)線通信解決方案。

    Zigbee Green Power (ZGP)

    Zigbee Green Power (ZGP) 是 Zigbee 的專門(mén)版本,針對(duì)低功耗和電池供電設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化,并具有允許設(shè)備網(wǎng)絡(luò)中節(jié)能通信和安全的功能。

    下面是它的一些主要功能:

    ZGP 使用一種稱為“綠色電力隧道”的獨(dú)特通信方法,使設(shè)備無(wú)需中央集線器或協(xié)調(diào)器即可相互通信。這可以降低功耗并延長(zhǎng)設(shè)備的電池壽命。Zigbee Green Power 設(shè)備通過(guò)實(shí)施多項(xiàng)節(jié)能功能(例如睡眠模式、減少無(wú)線傳輸活動(dòng)、降低數(shù)據(jù)速率、節(jié)能設(shè)計(jì)和能量收集)來(lái)消耗更少的能源。ZGP 使用 Zigbee Pro 堆棧,該堆棧比 Zigbee 家庭自動(dòng)化堆棧更強(qiáng)大,允許更大的網(wǎng)絡(luò)和更多設(shè)備,并且還具有更好的安全功能。

    Zigbee Smart Energy (ZSE)

    Zigbee Smart Energy (ZSE) 是 Zigbee 的專門(mén)版本,具有以下獨(dú)特功能。

    ZSE 專門(mén)設(shè)計(jì)用于能源管理應(yīng)用,例如智能電表、負(fù)載控制和高級(jí)計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施 (AMI)。ZSE 使用 Zigbee 智能能源應(yīng)用配置文件 (SEP),該配置文件定義了網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備使用的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)模型。這允許不同類型的能源管理設(shè)備無(wú)縫地協(xié)同工作。ZSE 包括自動(dòng)抄表 (AMR)、遠(yuǎn)程斷開(kāi)/重新連接和需求響應(yīng)等功能,這些功能對(duì)于管理能源使用和成本非常有用。ZSE 還包括先進(jìn)的安全功能,例如高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn) (AES) 加密、安全密鑰建立和安全無(wú)線 (OTA) 升級(jí),以保護(hù)網(wǎng)絡(luò)和連接到網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備。

    Zigbee Light Link (ZLL)

    Zigbee Light Link (ZLL) 是 Zigbee 的專用版本,針對(duì)照明應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。它具有以下特點(diǎn):

    ZLL 專為照明應(yīng)用而設(shè)計(jì),具有非常適合控制燈光的功能,例如顏色和強(qiáng)度控制。ZLL 使用一種稱為“touchlink 調(diào)試”的更簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置過(guò)程,該過(guò)程允許將設(shè)備輕松添加到網(wǎng)絡(luò),而無(wú)需中央集線器或協(xié)調(diào)器。ZLL 還具有“燈光鏈接”功能,可以對(duì)燈光進(jìn)行分組和控制,從而輕松創(chuàng)建場(chǎng)景并在智能家居或建筑中實(shí)現(xiàn)照明自動(dòng)化。ZLL 還向后兼容其他 Zigbee 設(shè)備,使其能夠與其他基于 Zigbee 的產(chǎn)品和生態(tài)系統(tǒng)配合使用。

    Zigbee Home Automation(ZHA)

    Zigbee Home Automation(ZHA) 是 Zigbee 的更通用版本,專為廣泛的家庭自動(dòng)化應(yīng)用而設(shè)計(jì),具有允許更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜透鼜V泛的設(shè)備集成到單個(gè)設(shè)備中的功能。ZHA 的主要特點(diǎn)是:

    ZHA 使用 Zigbee 應(yīng)用配置文件 (ZAP),允許不同類型的設(shè)備無(wú)縫協(xié)作。ZHA 使用 Zigbee Home Automation 堆棧,該堆棧的穩(wěn)健性不如 Zigbee Pro 堆棧,但電源效率更高,這對(duì)于電池供電的設(shè)備很有好處。

    ZigBee 技術(shù)總結(jié)

    為了更好地理解和清晰地了解情況,下表展示了上述所有技術(shù)細(xì)節(jié)的摘要:

    特征描述
    頻率2.4GHz、868/915 MHz 以及其他頻率(取決于區(qū)域)
    數(shù)據(jù)速率20 kbps 至 250 kbps
    范圍10至100米
    網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò),其中每個(gè)設(shè)備都可以充當(dāng)路由器來(lái)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)范圍
    安全用于安全通信的 AES-128 加密
    能量消耗低功耗,設(shè)計(jì)用于使用小型電池或其他低功耗電源運(yùn)行
    互操作性可與其他 Zigbee 設(shè)備互操作,無(wú)論制造商如何
    標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn),不依賴于任何特定供應(yīng)商或產(chǎn)品。

    Zigbee與WiFi、藍(lán)牙、LoRaWAN、Z-wave對(duì)比

    Zigbee 和其他無(wú)線協(xié)議(例如 Wi-Fi、藍(lán)牙、Z-Wave 和 LoRaWAN)有一些相似之處和一些關(guān)鍵區(qū)別。如下表:

    特征ZigbeeWiFi藍(lán)牙Z-WaveLoRaWAN
    頻帶2.4GHz2.4GHz 和 5GHz2.4GHz908.42兆赫868 MHz(歐洲)/915 MHz(北美)
    范圍30-100米30-100米10-30米30-100米5-15公里(鄉(xiāng)村)/1-2公里(城市)
    最大設(shè)備數(shù)65,0002547-8232數(shù)千(取決于網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì))
    功耗
    安全AES-128WPA2-AESAES-128AES-128AES-128 / AES-256
    應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)和多媒體個(gè)人設(shè)備連接家庭自動(dòng)化IoT 設(shè)備、資產(chǎn)跟蹤和機(jī)器對(duì)機(jī)器通信
    網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)狀星型微微網(wǎng)網(wǎng)星型(帶網(wǎng)關(guān))
    數(shù)據(jù)速率40-250kbps600 Mbps 至 3 Gbps1Mbps100kbps0.3 kbps 至 50 kbps
    協(xié)議棧IEEE 802.15.4IEEE 802.11藍(lán)牙4.2IT G.9959LoRaWAN

    Zigbee 與 Wi-Fi、藍(lán)牙和 Z-Wave 等其他技術(shù)相比,但每種技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)和局限性。雖然與 Wi-Fi 和藍(lán)牙相比,Zigbee 在數(shù)據(jù)速率和范圍方面不如 Wi-Fi 和藍(lán)牙強(qiáng)大,但它的功耗效率更高,更適合電池供電的設(shè)備,而且比 Z-wave 更開(kāi)放、更便宜。

    下圖詳細(xì)展示了這幾種技術(shù)的范圍、成本、數(shù)據(jù)速率和功耗方面的清晰比:

    ZigBee 的優(yōu)點(diǎn)

    全球采用——全球數(shù)百家企業(yè)使用的廣泛移動(dòng)應(yīng)用和設(shè)備庫(kù)。

    可互操作——有一個(gè)龐大的 Zigbee 產(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng)可供選擇,可以協(xié)同工作。

    可靠且低功耗——自愈網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可消除單點(diǎn)故障,同時(shí)消耗很少的電量。

    安全可靠——設(shè)計(jì)安全,具有多種安全機(jī)制,包括 AES-128-CCM 無(wú)線加密,以滿足安全要求。

    誰(shuí)使用 Zigbee?

    住宅和商業(yè)用戶

    Zigbee 是一項(xiàng)成熟的、經(jīng)過(guò)市場(chǎng)驗(yàn)證的技術(shù),可為智能家居和商業(yè)應(yīng)用提供靈活性和互操作性。它是一種可靠、安全、節(jié)能且經(jīng)濟(jì)高效的解決方案,具有可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模,可滿足各種 Zigbee 使用案例。

    Zigbee 的持續(xù)發(fā)展得到了一些全球最大的公用事業(yè)公司、能源服務(wù)提供商、產(chǎn)品制造商和技術(shù)企業(yè)的支持。Zigbee 作為一項(xiàng)技術(shù)仍在不斷發(fā)展,新功能正在開(kāi)發(fā)中并計(jì)劃發(fā)布。

    物聯(lián)網(wǎng)硬件開(kāi)發(fā)商

    Zigbee 是一項(xiàng)成熟的、經(jīng)過(guò)市場(chǎng)驗(yàn)證的技術(shù),目前物聯(lián)網(wǎng)中已有數(shù)百萬(wàn)智能設(shè)備使用。Zigbee 是唯一由從芯片供應(yīng)商到集成服務(wù)的全球成員生態(tài)系統(tǒng)支持的全?;ゲ僮餍约夹g(shù),允許物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)和進(jìn)入市場(chǎng)的靈活性,同時(shí)保持供應(yīng)鏈多樣性的安全。

    物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商/生態(tài)系統(tǒng)

    Zigbee 的持續(xù)發(fā)展得到了一些全球最大的公用事業(yè)公司、能源服務(wù)提供商、產(chǎn)品制造商和技術(shù)企業(yè)的支持。它是一個(gè)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn),允許各種供應(yīng)商形成競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng),從而降低成本。全球 2.4GHz(以及即將發(fā)布的 Sub-GHz)頻譜、標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)和經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的兼容性使采用和客戶服務(wù)變得更加容易。

    物聯(lián)網(wǎng)公用事業(yè)

    Zigbee 的持續(xù)發(fā)展得到了一些全球最大的公用事業(yè)公司、能源服務(wù)提供商、產(chǎn)品制造商和技術(shù)企業(yè)的支持。

    哪些設(shè)備使用 ZigBee?

    連接標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟是Zigbee的管理機(jī)構(gòu)。該聯(lián)盟注冊(cè)會(huì)員超過(guò)400家,使用設(shè)備超過(guò) 2500 臺(tái)。以下是該標(biāo)準(zhǔn)的一些主要會(huì)員單位:

    亞馬遜三星蘋(píng)果康卡斯特霍尼韋爾飛利浦博世諾基亞……簡(jiǎn)單說(shuō),差不多你能想到的IT企業(yè)都是他們的會(huì)員。

    Zigbee的用例

    基于Zigbee技術(shù)的傳感器網(wǎng)絡(luò)得到廣泛應(yīng)用,可以幫助更好地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。Zigbee技術(shù)應(yīng)用包括智能家居、工業(yè)控制、自動(dòng)抄表、醫(yī)療監(jiān)控、傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、電信應(yīng)用、倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)等。

    智能家居

    一般情況下,家里會(huì)有很多電器電子設(shè)備,比如燈、電視、冰箱、洗衣機(jī)、電腦、空調(diào)等,還可能有煙霧傳感器、報(bào)警器、攝像頭等設(shè)備。過(guò)去可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的控制,但如果采用ZigBee技術(shù),這些電子設(shè)備就可以鏈接起來(lái)形成網(wǎng)絡(luò)。

    甚至可以通過(guò)智能家居 ZigBee 集線器連接到互聯(lián)網(wǎng)。因此人們可以從任何地方快速檢查自己的家,而無(wú)需布線。將ZigBee無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用到智能家居設(shè)備領(lǐng)域,可以提高操作的便利性,降低家庭的成本。

    此外,ZigBee無(wú)線通信技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)實(shí)用的信號(hào)抗干擾功能在為人們創(chuàng)造便利的同時(shí)減少對(duì)其他用戶的信號(hào)干擾。

    智慧養(yǎng)老

    Zigbee還可以廣泛應(yīng)用于智慧養(yǎng)老領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)老人居家護(hù)理解決方案讓老人能夠更長(zhǎng)時(shí)間地獨(dú)立在家。可以檢測(cè)老人的生命軌跡,也保護(hù)老人的安全。系統(tǒng)采用遍布整個(gè)家庭的不顯眼的無(wú)線傳感器來(lái)了解老年人的日常行為模式并檢測(cè)可能引起關(guān)注的行為變化。

    然后它會(huì)向家庭成員或護(hù)理人員發(fā)送消息以提醒他們。智能養(yǎng)老系統(tǒng)已在住宅護(hù)理設(shè)施中成功測(cè)試多年,現(xiàn)已可供服務(wù)提供商、零售商和智能家居系統(tǒng)集成商家庭安裝。

    智能公寓

    智能旨在為租戶提供生活方式融合的住宅,并提高租戶的租金,節(jié)省能源并收集有價(jià)值的居民人口數(shù)據(jù)作為回報(bào)。智能公寓可以配備zigbee網(wǎng)關(guān)集線器、門(mén)禁、門(mén)鎖、恒溫器、智能電表、漏液傳感器、人體運(yùn)動(dòng)傳感器、智能插座、智能開(kāi)關(guān)等智能硬件設(shè)備。

    醫(yī)療監(jiān)測(cè)

    電子醫(yī)療監(jiān)護(hù)是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。許多傳感器被放置在人的身體上來(lái)測(cè)量脈搏、血壓和健康狀況等。醫(yī)院病房?jī)?nèi)還放置了監(jiān)視器和警報(bào)器,以便隨時(shí)檢查身體狀況。一旦出現(xiàn)問(wèn)題,可以及時(shí)做出反應(yīng),比如通知醫(yī)院值班人員。

    通過(guò) ZigBee 技術(shù),這些傳感器、監(jiān)視器和警報(bào)器可以連接起來(lái)創(chuàng)建一個(gè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。由于是無(wú)線技術(shù),傳感器之間不需要有線連接,被監(jiān)控的人可以自由移動(dòng)。

    傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

    傳感器網(wǎng)絡(luò)也是近年來(lái)的研究熱點(diǎn),在貨物跟蹤、建筑監(jiān)控、環(huán)境保護(hù)等方面具有良好的應(yīng)用前景。低成本節(jié)點(diǎn)、低功耗、自動(dòng)組網(wǎng)、維護(hù)簡(jiǎn)單、可靠性高是傳感器網(wǎng)絡(luò)的要求。ZigBee 因其在聯(lián)網(wǎng)和低功耗方面的優(yōu)勢(shì)而成為傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的絕佳技術(shù)選擇。

    倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)

    隨著倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)的推廣,無(wú)限數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的需求呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。它對(duì)無(wú)線通信技術(shù)提出了高效率、低成本的要求。ZigBee以其安全可靠、多路徑路由等特點(diǎn)特別適合倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)。其實(shí)踐體現(xiàn)在:

    首先,是現(xiàn)場(chǎng)車(chē)輛的調(diào)度。由于車(chē)輛與控制臺(tái)之間的連接非常重要,而在倉(cāng)庫(kù)、物流等場(chǎng)所,傳統(tǒng)的無(wú)線通信協(xié)議很難保證傳輸距離,因此可以使用ZigBee來(lái)解決這部分問(wèn)題。

    其次,網(wǎng)狀ZigBee無(wú)線通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于倉(cāng)儲(chǔ)物流,依靠數(shù)據(jù)中繼、動(dòng)態(tài)路由等手段保證整個(gè)系統(tǒng)通信的可靠性和高效性。

    第三,倉(cāng)儲(chǔ)物流中的車(chē)輛總是需要不斷移動(dòng),傳統(tǒng)的無(wú)線通信協(xié)議在尋找最佳路徑時(shí)總是表現(xiàn)出靈活性不足的問(wèn)題。技術(shù)的應(yīng)用以其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),可以滿足信息傳輸路徑不斷變化的需求,可以靈活地提供理想的傳輸路徑,保證通信質(zhì)量。

    自動(dòng)抄表

    傳感器將儀表讀數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),通過(guò) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)將讀數(shù)直接發(fā)送給供應(yīng)天然氣或水的公司。使用 ZigBee 進(jìn)行抄表還可以帶來(lái)其他好處。例如,天然氣或自來(lái)水公司可以直接向用戶發(fā)送一些信息或?qū)⑵渑c節(jié)能相結(jié)合。當(dāng)發(fā)現(xiàn)能量使用過(guò)快時(shí),它可以自動(dòng)降低使用速度。

    無(wú)線 ZigBee 設(shè)備

    物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的產(chǎn)品種類越來(lái)越多,技術(shù)也越來(lái)越成熟。隨著ZigBee技術(shù)的不斷完善,它將成為當(dāng)今世界最前沿的數(shù)字無(wú)線技術(shù)。ZigBee低功耗、低成本、低速率、使用方便等顯著優(yōu)點(diǎn)使其必將具有廣闊的應(yīng)用前景。

    恒溫器、電表、溫度、存在、亮度和二氧化碳傳感器、智能插座、帶有集成能量和功率計(jì)的執(zhí)行器:用于智能建筑項(xiàng)目的各種無(wú)線設(shè)備,旨在最大限度地提高能源效率。

    Zigbee網(wǎng)關(guān)

    ZigBee 網(wǎng)關(guān)是一種 IoT 網(wǎng)關(guān),充當(dāng) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)與其他無(wú)線或有線網(wǎng)絡(luò)(例如 Wi-Fi 或以太網(wǎng))之間的橋梁。ZigBee 橋集線器網(wǎng)關(guān)允許 ZigBee 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)上的 ZigBee 設(shè)備(例如智能照明、恒溫器和安全攝像頭)與其他網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備進(jìn)行通信,反之亦然。用戶可以使用智能手機(jī)監(jiān)控其 ZigBee 設(shè)備。在ZigBee網(wǎng)關(guān)內(nèi),有一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器來(lái)管理ZigBee網(wǎng)絡(luò),還有另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口將ZigBee網(wǎng)絡(luò)連接到其他網(wǎng)絡(luò),主要取決于用戶的選擇。

    智能插座

    支持 Wi-Fi 和 Zigbee 的插座與智能語(yǔ)音助手配合使用,使任何插座都可以進(jìn)行語(yǔ)音控制。支持多功能:遙控、定時(shí)器、定時(shí)燈、燈具、小家電自動(dòng)開(kāi)/關(guān)。

    傳感器

    目前,市場(chǎng)上有很多Zigbee傳感器,如用于家庭自動(dòng)化和智能建筑的傳感器:

    光傳感器泄漏傳感器門(mén)磁暖氣/燃?xì)鈭?bào)警器煙霧探測(cè)器煙霧探測(cè)傳感器PIR人體紅外傳感器溫濕度傳感器

    無(wú)線模塊

    除了傳感器之外,還有許多供嵌入式無(wú)線模塊,允許用戶開(kāi)發(fā)滿足個(gè)性化需求的Zigbee網(wǎng)關(guān)。未來(lái),越來(lái)越多具有ZigBee功能的智能產(chǎn)品將走進(jìn)我們的生活,給我們的生活和工作帶來(lái)極大的便利和快捷。

    智能開(kāi)關(guān)

    智能開(kāi)關(guān)可用于無(wú)線控制花園門(mén)、車(chē)庫(kù)門(mén)、門(mén)禁系統(tǒng)和對(duì)講機(jī)等物品。

    ZigBee 兼容性

    Zigbee 認(rèn)證的設(shè)備使用標(biāo)準(zhǔn) IoT 協(xié)議相互連接。有助于將數(shù)百萬(wàn)個(gè)已開(kāi)發(fā)的 Zigbee 智能產(chǎn)品添加到智能商業(yè)和家庭建筑中。Zigbee 的兼容性提高了用戶和設(shè)計(jì)人員混合和匹配來(lái)自不同供應(yīng)商的多種 Zigbee 產(chǎn)品的靈活性。

    ZigBee 安裝

    要?jiǎng)?chuàng)建自己的智能 Zigbee 網(wǎng)絡(luò),需要以下類型的設(shè)備:

    通用 ZigBee 網(wǎng)關(guān)該設(shè)備充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的中央控制器,負(fù)責(zé)管理網(wǎng)絡(luò)并協(xié)調(diào)設(shè)備之間的通信。

    ZigBee 路由器:這些設(shè)備充當(dāng)協(xié)調(diào)器和終端設(shè)備之間的中介,轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)并維護(hù)網(wǎng)絡(luò)連接。

    ZigBee 終端設(shè)備:這些設(shè)備執(zhí)行特定功能,例如傳感或控制,并通過(guò)路由器與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信,例如燈泡、運(yùn)動(dòng)傳感器、電表等。

    ZigBee 安裝指南

    安裝過(guò)程需要遵循供應(yīng)商特定的說(shuō)明,因?yàn)榘惭b過(guò)程可能會(huì)因制造商和型號(hào)而異。然而,Zibgee 網(wǎng)絡(luò)的安裝通常涉及以下步驟:

    獲取必要的設(shè)備

    包括 Zigbee 設(shè)備(例如傳感器、開(kāi)關(guān)和控制器)、Zigbee 集線器或網(wǎng)關(guān)(如果需要)以及任何其他配件,例如電源適配器和電池

    準(zhǔn)備安裝場(chǎng)地

    包括選擇設(shè)備的位置并確保它們與集線器或網(wǎng)關(guān)之間有清晰的視線。檢查設(shè)備是否在集線器或網(wǎng)關(guān)的范圍內(nèi)也很重要。

    安裝 ZigBee 設(shè)備

    包括將設(shè)備物理安裝在所需位置、將其連接到電源以及根據(jù)需要進(jìn)行配置。

    將設(shè)備與 ZigBee 網(wǎng)關(guān)集線器配對(duì)

    通常涉及使用智能手機(jī)應(yīng)用程序或 Web 界面將設(shè)備連接到集線器或網(wǎng)關(guān)。

    配置 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)

    包括設(shè)置網(wǎng)絡(luò)參數(shù),例如通道和網(wǎng)絡(luò) ID

    測(cè)試 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)

    驗(yàn)證所有設(shè)備是否正常工作并與集線器或網(wǎng)關(guān)通信。

    值得注意的是,ZigBee 設(shè)備通常需要ZigBee 集線器網(wǎng)關(guān)來(lái)連接到互聯(lián)網(wǎng)或其他設(shè)備,而這些集線器或網(wǎng)關(guān)將需要電源和互聯(lián)網(wǎng)連接。

    ZigBee 網(wǎng)關(guān)常見(jiàn)問(wèn)題

    1、是否需要 zigbee 網(wǎng)關(guān)?

    為了進(jìn)行控制,ZigBee 設(shè)備需要 ZigBee 網(wǎng)關(guān)。目前手機(jī)尚不支持Zigbee協(xié)議。因此需要一個(gè) Zigbee 網(wǎng)關(guān)將 Zigbee 協(xié)議轉(zhuǎn)換為 Wi-Fi 協(xié)議,以便可以通過(guò)智能手機(jī)控制 Zigbee 設(shè)備。ZigBee 網(wǎng)關(guān)還可以集中維護(hù) ZigBee 設(shè)備并確保它們安全且正常運(yùn)行。

    即使網(wǎng)絡(luò)中斷,ZigBee 網(wǎng)關(guān)也可以連接到這些 Zigbee 小工具。最好使用標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee協(xié)議或接受標(biāo)準(zhǔn)ZigBee協(xié)議的設(shè)備,以避免不同制造商的設(shè)備正常運(yùn)行,因?yàn)椴煌放频腪igBee設(shè)備會(huì)創(chuàng)建自己專有的ZigBee協(xié)議。

    2、Zigbee 集線器與網(wǎng)關(guān)有什么區(qū)別?

    “集線器”這個(gè)詞有相當(dāng)廣泛的定義,可以指任何東西,甚至是一個(gè)簡(jiǎn)單的協(xié)議集線器。包括純硬件集線器、純軟件集線器或結(jié)合了這兩種類型的硬件和軟件集線器。

    如果想找到一個(gè)可以將不同網(wǎng)絡(luò)類型的網(wǎng)絡(luò)(例如 Zwave 到 TCP/IP)連接在一起的 ZigBee 集線器,那么你需要尋找純硬件ZigBee集線器。需要注意它們:

    支持多種協(xié)議,包括藍(lán)牙、Z-wave、Wi-Fi 和 LoRaWAN可以使用OpenWRT、Ubuntu、Debian、Android等進(jìn)行控制支持使用 IFTTT 規(guī)則(If This then That)MQTT 幫助連接云端需要IP支持安全

    如果想找到一個(gè) ZigBee 集線器,允許您通過(guò) Home Assistant 等家庭自動(dòng)化軟件控制智能家居小工具,那么你需要尋找純軟件集線器。在家庭自動(dòng)化軟件的幫助下,所有智能家居小工具都將集成到單一、無(wú)縫的體驗(yàn)中。以免費(fèi)開(kāi)源平臺(tái) Home Assistant 為例,該平臺(tái)強(qiáng)調(diào)本地自治和隱私,同時(shí)充當(dāng)智能家居小工具的中央控制系統(tǒng)。可以使用受支持的虛擬助手(例如 Google Assistant 或 Amazon Alexa)、基于網(wǎng)絡(luò)的用戶界面或適用于 Android 和 iOS 的配套應(yīng)用程序通過(guò)語(yǔ)音命令來(lái)訪問(wèn)它。集成集線器是 ZigBee 集線器的子集。

    通常,軟件需要硬件來(lái)執(zhí)行其指令,但硬件同樣需要軟件來(lái)通知它要做什么。ZigBee集線器也可以是與家庭自動(dòng)化軟件相結(jié)合的ZigBee網(wǎng)關(guān),這對(duì)于ZigBee集線器的使用而言是有意義的,因?yàn)榛旌蟽烧邥r(shí),可以執(zhí)行各種操作。這就是所謂的硬件和軟件樞紐。

    3、LoRaWAN 與 Zigbee:選擇哪一種可以獲得更好的連接?

    在覆蓋范圍和功耗方面,LoRaWAN肯定優(yōu)于Zigbee。ZigBee 是室內(nèi)環(huán)境和短距離通信的首選。顯然,使用情況將決定哪種無(wú)線技術(shù)最適合用于物聯(lián)網(wǎng)連接。

    智能水表抄表、智慧農(nóng)業(yè)、智能停車(chē)場(chǎng)、車(chē)輛監(jiān)控、人員位置追蹤、智慧社區(qū)等是LoRaWAN的典型應(yīng)用。

    雖然Zigbee用于遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制,但它在工業(yè)領(lǐng)域有著悠久的歷史。Zigbee 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)解決方案將顯著提高物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的效率和互操作性。

    資料來(lái)源:Dusun

    CIBIS峰會(huì)

    由千家網(wǎng)主辦的2023年第24屆CIBIS筑智能化峰會(huì)即將正式拉開(kāi)帷幕,本屆峰會(huì)主題為“智慧連接,‘筑’就未來(lái)”, 將攜手全球知名智能化品牌及業(yè)內(nèi)專家,共同探討物聯(lián)網(wǎng)、AI、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、IoT、智慧建筑、智能家居、智慧安防等熱點(diǎn)話題與最新技術(shù)應(yīng)用,分享如何利用更知慧、更高效、更安全的智慧連接技術(shù),“筑”就未來(lái)美好智慧生活。歡迎建筑智能化行業(yè)同仁報(bào)名參會(huì),分享交流!

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    2023-09-20
    一文讀懂ZigBee協(xié)議的技術(shù)特點(diǎn)及用例
    ZigBee是一種安全、低功耗的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù),可讓物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用更加高效,其廣泛應(yīng)用于智能家居和工業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制。

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