ZigBee Technology Architecture og dens applikationer

I denne nuværende kommunikationsverden er der adskillige kommunikationsstandarder med høj datahastighed, der er tilgængelige, men ingen af ​​disse opfylder sensorernes og kontrolenhedernes kommunikationsstandarder. Disse kommunikationsstandarder med høj datahastighed kræver lav latenstid og lavt energiforbrug selv ved lavere båndbredder. De tilgængelige proprietære trådløse systems Zigbee-teknologi er billig og lavt strømforbrug, og dens fremragende og fremragende egenskaber gør denne kommunikation bedst egnet til flere indlejrede applikationer , industriel kontrol og hjemmeautomatisering osv. Zigbee-teknologiområdet til transmissionsafstande spænder hovedsageligt fra 10 - 100 meter baseret på effektens effekt samt miljømæssige egenskaber.

Hvad er Zigbee Technology?

Zigbee-kommunikation er specielt bygget til kontrol- og sensornetværk på IEEE 802.15.4-standarden for trådløse personlige netværk (WPAN), og det er produktet fra Zigbee alliance. Det her kommunikationsstandard definerer fysiske og Media Access Control (MAC) lag til at håndtere mange enheder med lave datahastigheder. Disse Zigbees WPAN'er fungerer ved 868 MHz, 902-928MHz og 2,4 GHz frekvenser. Datahastigheden på 250 kbps er bedst egnet til periodisk såvel som mellemliggende tovejs transmission af data mellem sensorer og controllere.

Hvad er Zigbee Technology?

Zigbee er et billigt og lavt strømnetnet, der er bredt anvendt til styring og overvågning af applikationer, hvor det dækker 10-100 meter inden for området. Dette kommunikationssystem er billigere og enklere end det andet proprietære kortdistance trådløse sensornetværk som Bluetoot h og Wi-Fi.

Zigbee-modem

Zigbee understøtter forskellige netværkskonfigurationer for master til master eller master til slave kommunikation. Og det kan også betjenes i forskellige tilstande, som et resultat af, at batteristrømmen er bevaret. Zigbee-netværk kan udvides med brug af routere og giver mange noder mulighed for at forbinde hinanden for at opbygge et bredere områdennetværk.

Historie om Zigbee Technology

I år 1990 blev de digitale radionetværk med selvorganiserende ad hoc implementeret. Zigbee-specifikationen som IEEE 802.15.4-2003 blev godkendt i 2004, den 14. december. Specifikationen 1.0 blev annonceret af Zigbee Alliance i år 2005, den 13. juni, kaldet Specification of ZigBee 2004.

Klyngebibliotek

I året 2006, september, blev specifikationen af ​​Zigbee 2006 annonceret ved at erstatte stakken fra 2004. Så denne specifikation erstatter hovedsageligt parstrukturen af ​​nøgleværdi såvel som besked, der bruges i 2004-stakken gennem et klyngebibliotek.

Et bibliotek indeholder et sæt sammenhængende kommandoer, planlagt under grupper kaldet klynger med navne som Home Automation, Smart Energy & Light Link of ZigBee. I året 2017 blev biblioteket omdøbt med Dotdot af Zigbee Alliance og annonceret som en ny protokol. Så denne Dotdot har fungeret for cirka alle Zigbee-enheder som standard applikationslag.

Zigbee Pro

I året 2007 blev Zigbee Pro ligesom Zigbee 2007 afsluttet. Det er en slags enhed, der fungerer på et ældre Zigbee-netværk. På grund af forskellene inden for routingmulighederne skal disse enheder blive til ikke-routing ZED'er eller Zigbee-slutenheder (ZED'er) på et ældre Zigbee-netværk. De ældre Zigbee-enheder skal blive til Zigbee-slutenheder på et netværk af Zigbee Pro. Det fungerer gennem 2,4 GHz ISM-båndet og inkluderer et sub GHz-bånd.

Hvordan fungerer Zigbee Technology?

Zigbee-teknologi fungerer med digitale radioer ved at lade forskellige enheder konversere gennem hinanden. De enheder, der bruges i dette netværk, er en router, koordinator såvel som slutenheder. Hovedfunktionen for disse enheder er at levere instruktioner og meddelelser fra koordinatoren til de enkelte slutenheder såsom en pære.

I dette netværk er koordinatoren den mest vigtige enhed, der placeres i systemets oprindelse. For hvert netværk er der simpelthen en koordinator, der bruges til at udføre forskellige opgaver. De vælger en passende kanal til at scanne en kanal såvel som for at finde den mest passende gennem minimalt med interferens, tildele et eksklusivt ID samt en adresse til hver enhed i netværket, så beskeder ellers kan instruktioner overføres i netværket .

Routere er arrangeret blandt koordinatoren såvel som slutanordninger, der er ansvarlige for routing af meddelelser mellem de forskellige noder. Routere får beskeder fra koordinatoren og gemt dem, indtil deres slutenheder er i en situation for at hente dem. Disse kan også tillade andre slutenheder såvel som routere at forbinde netværket

I dette netværk kan de små oplysninger styres af slutenheder ved at kommunikere med den overordnede knude som en router eller koordinatoren baseret på Zigbee-netværkstypen. Enhederne konverserer ikke direkte gennem hinanden. For det første kan al trafik dirigeres mod moderknudepunktet ligesom routeren, som holder disse data, indtil enhedens modtagende ende er i en situation for at få det gennem at være opmærksom. Afslutningsenheder bruges til at anmode om eventuelle meddelelser, der venter fra forældrene.

Zigbee-arkitektur

Zigbee systemstruktur består af tre forskellige typer enheder som Zigbee Coordinator, Router og End device. Hvert Zigbee-netværk skal bestå af mindst en koordinator, der fungerer som en rod og bro af netværket. Koordinatoren er ansvarlig for håndtering og lagring af informationen under udførelse af modtagelse og transmission af datoperationer.

Zigbee-routere fungerer som mellemliggende enheder, der tillader data at passere frem og tilbage gennem dem til andre enheder. Enhedsenheder har begrænset funktionalitet til at kommunikere med overordnede knudepunkter, så batteristrømmen spares som vist i figuren. Antallet af routere, koordinatorer og slutenheder afhænger af typen af ​​netværk såsom stjerne-, træ- og mesh-netværk.

Zigbee-protokolarkitektur består af en stak med forskellige lag, hvor IEEE 802.15.4 er defineret af fysiske lag og MAC-lag, mens denne protokol afsluttes ved at akkumulere Zigbees eget netværk og applikationslag.

ZigBee Technology Architecture

Fysisk lag : Dette lag udfører modulerings- og demodulationsoperationer efter henholdsvis transmission og modtagelse af signaler. Dette lags frekvens, datahastighed og et antal kanaler er angivet nedenfor.

MAC-lag : Dette lag er ansvarlig for pålidelig transmission af data ved at få adgang til forskellige netværk med transportørfølsom multipel adgangskollisionsundgåelse (CSMA). Dette transmitterer også fyrrammerne til synkronisering af kommunikation.

Netværkslag : Dette lag tager sig af alle netværksrelaterede operationer såsom netværksopsætning, slutning af enhedsforbindelse og afbrydelse til netværk, routing, enhedskonfigurationer osv.

Understøttelse af applikationsunderstøttelse : Dette lag gør det muligt for de tjenester, der er nødvendige for Zigbee-enhedsobjekter og applikationsobjekter, at grænseflade med netværkslagene for datahåndteringstjenester. Dette lag er ansvarlig for at matche to enheder i henhold til deres tjenester og behov.

Applikationsramme : Det leverer to typer datatjenester som nøgleværdipar og generiske meddelelsestjenester. Den generiske besked er en udviklerdefineret struktur, hvorimod nøgleværdipar bruges til at hente attributter inden for applikationsobjekterne. ZDO giver en grænseflade mellem applikationsobjekter og APS-laget i Zigbee-enheder. Det er ansvarligt for at detektere, igangsætte og binde andre enheder til netværket.

Zigbee-driftstilstande og dens topologier

Zigbee-tovejsdata overføres i to tilstande: Ikke-beacon-tilstand og Beacon-tilstand. I en fyrtilstand overvåger koordinatorerne og routerne kontinuerligt den aktive tilstand for indgående data, hvorfor der forbruges mere strøm. I denne tilstand sover ikke routere og koordinatorer, fordi ethvert knudepunkt til enhver tid kan vågne op og kommunikere.

Det kræver dog mere strømforsyning, og dets samlede strømforbrug er lavt, fordi de fleste enheder er i inaktiv tilstand i længere tid i netværket. I en fyrtilstand, når der ikke er datakommunikation fra slutenheder, går routere og koordinatorer i dvale. Med jævne mellemrum vågner denne koordinator og sender fyrene til routerne i netværket.

Disse fyrværksnetværk fungerer i tidsslots, hvilket betyder, at de fungerer, når kommunikationen er nødvendig, resulterer i lavere driftscyklusser og længere batteriforbrug. Disse beacon- og ikke-beacon-tilstande i Zigbee kan styre periodiske (sensordata), intermitterende (lyskontakter) og gentagne datatyper.

Zigbee Topologier

Zigbee understøtter adskillige netværkstopologier, men de mest anvendte konfigurationer er stjerne-, maske- og klyngetræstopologier. Enhver topologi består af en eller flere koordinatorer. I en stjernetopologi består netværket af en koordinator, der er ansvarlig for at initiere og administrere enhederne over netværket. Alle andre enheder kaldes slutenheder, der direkte kommunikerer med koordinatoren.

Dette bruges i industrier, hvor alle slutpunktsenheder er nødvendige kommunikere med den centrale controller , og denne topologi er enkel og nem at implementere. I mesh- og trætopologier udvides Zigbee-netværket med flere routere, hvor koordinatoren er ansvarlig for at stirre dem. Disse strukturer tillader enhver enhed at kommunikere med en hvilken som helst anden tilstødende node for at give redundans til dataene.

Hvis en node fejler, dirigeres oplysningerne automatisk til andre enheder af disse topologier. Da redundans er den vigtigste faktor i brancher, anvendes derfor net-topologi mest. I et klyngetrænetværk består hver klynge af en koordinator med bladnoder, og disse koordinatorer er forbundet til den overordnede koordinator, der initierer hele netværket.

På grund af fordelene ved Zigbee-teknologi som driftsformer med lave omkostninger og lavt strømforbrug og dets topologier er denne kortdistancekommunikationsteknologi bedst egnet til flere applikationer sammenlignet med anden proprietær kommunikation, såsom Bluetooth, Wi-Fi osv. Nogle af disse sammenligninger såsom række af Zigbee, standarder osv. er angivet nedenfor.

Hvorfor lave datahastigheder i Zigbee?

Vi ved, at forskellige typer trådløse teknologier er tilgængelige på markedet, såsom Bluetooth samt WiFi, der giver høj hastighed på data. Men datahastighederne i Zigbee er mindre, fordi hovedformålet med ZigBee-udviklingen er at bruge det til trådløs kontrol såvel som til monitor.

Mængden af ​​data såvel som frekvensen af ​​kommunikation, der anvendes i sådanne applikationer, er ekstremt lav. Selvom det er sandsynligt, at et netværk som IEEE 802.15.4 opnår høje datahastigheder, så Zigbee-teknologien er baseret på netværket IEEE 802.15.4.

Zigbee-teknologi i IoT

Vi ved, at Zigbee er en slags kommunikationsteknologi, der ligner Bluetooth såvel som WiFi, men der er også mange nye stigende netværksalternativer som tråd, som er en mulighed for anvendelser af hjemmeautomatisering. I større byer blev Whitespace-teknologierne implementeret til IoT-baserede anvendelsesområder i større regioner.

ZigBee er en WLAN-specifikation (trådløst lokalnetværk) med lav effekt. Det giver færre data, der bruger mindre strøm af ofte tilsluttede enheder til at slukke for et batteri. På grund af dette er den åbne standard forbundet via M2M (maskine-til-maskine) kommunikation såvel som den industrielle IoT (tingens internet).

Zigbee er blevet en IoT-protokol, der accepteres globalt. Det konkurrerer allerede med Bluetooth, WiFi og tråd.

Zigbee-enheder

Specifikationen af ​​IEEE 802.15.4 Zigbee inkluderer hovedsageligt to enheder som FFD (Full-Function Devices) samt Reduced-Function Devices (RFD). En FFD-enhed udfører forskellige opgaver, som forklares i specifikationen, og den kan vedtage enhver opgave inden for netværket.

En RFD-enhed har delvis kapacitet, så den udfører begrænsede opgaver, og denne enhed kan tale med enhver enhed inden for netværket. Den skal fungere såvel som være opmærksom inden for netværket. En RFD-enhed kan bare tale med en FFD-enhed, og den bruges i enkle applikationer såsom at styre en switch ved at aktivere og deaktivere den.

I en IEEE 802.15.4 n / w spiller Zigbee-enhederne tre forskellige roller som Coordinator, PAN Coordinator & Device. Her er FFD-enheder både koordinator og PAN-koordinator, mens enheden enten er en RFD / FFD-enhed.

En koordinator har som hovedfunktion at videresende meddelelser. I et personligt netværk er en PAN-controller en vigtig controller, og en enhed er kendt som om enheden ikke er en koordinator.
ZigBee-standarden kan oprette tre protokolenheder afhængigt af Zigbee-enhederne, PAN-koordinator, koordinator og standardspecifikationen for ZigBee som koordinator, router og slutenhed, som diskuteres nedenfor.

Zigbee-koordinator

I en FFD-enhed er det en PAN-koordinator, der bruges til at danne netværket. Når netværket er oprettet, tildeler det netværksadressen til de enheder, der bruges i netværket. Og det ruter også beskederne mellem slutenhederne.

Zigbee Router

En Zigbee Router er en FFD-enhed, der tillader rækkevidden af ​​Zigbee-netværket. Denne router bruges til at tilføje flere enheder til netværket. Nogle gange fungerer det som en Zigbee-slutenhed.

Zigbee-slutenhed

Dette er hverken en router eller en koordinator, der grænseflader til en sensor, der ellers fysisk udfører en kontroloperation. Baseret på applikationen kan det enten være en RFD eller en FFD.

Hvorfor er ZigBee bedre end WiFi?

I Zigbee er dataoverførselshastigheden mindre sammenlignet med WiFi, så det er den højeste hastighed er simpelthen 250 kbps. Det er meget mindre sammenlignet med den mindre hastighed på WiFi.

En yderligere kvalitet af Zigbee er strømforbrugshastigheden såvel som batteriets levetid. Dens protokol varer i flere måneder, for når den er samlet, kan vi glemme den.

Hvilke enheder bruger ZigBee?

Den følgende liste over enheder understøtter ZigBee-protokollen.

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

I stedet for at forbinde hver Zigbee-enhed separat, kræves der en central hub til styring af alle enhederne. De ovennævnte enheder, nemlig SmartThings såvel som Amazon Echo Plus, kan også bruges som et Wink-hub til at spille en vital rolle inden for netværket. Den centrale hub scanner netværket for alle understøttede enheder og giver dig enkel kontrol over ovenstående enheder med en central app.

Hvad er forskellen mellem ZigBee og Bluetooth?

Forskellen mellem Zigbee og Bluetooth diskuteres nedenfor.

Hvad er forskellen mellem LoRa og ZigBee?

Den største forskel mellem LoRa og Zigbee diskuteres nedenfor.

Fordele og ulemper ved Zigbee-teknologi

Fordelene ved Zigbee inkluderer følgende.

• Dette netværk har en fleksibel netværksstruktur
• Batteriets levetid er god.
• Strømforbruget er mindre
• Meget enkel at rette.
• Det understøtter ca. 6500 noder.
• Mindre omkostninger.
• Det er selvhelbredende såvel som mere pålideligt.
• Netværksindstilling er meget let såvel som enkel.
• Belastninger fordeles jævnt over netværket, fordi det ikke inkluderer en central controller
• Overvågning af husholdningsapparater samt kontrol er ekstremt enkel ved hjælp af fjernbetjening
• Netværket er skalerbart, og det er nemt at tilføje / fjern ZigBee-slutenhed til netværket.

Ulemperne ved Zigbee inkluderer følgende.

• Det har brug for systemoplysningerne til at kontrollere Zigbee-baserede enheder til ejeren.
• Sammenlignet med WiFi er det ikke sikkert.
• De høje udskiftningsomkostninger, når et problem opstår inden for Zigbee-baserede husholdningsapparater
• Transmissionshastigheden for Zigbee er mindre
• Det inkluderer ikke flere slutenheder.
• Det er så meget risikabelt at blive brugt til officiel privat information.
• Det bruges ikke som et udendørs trådløst kommunikationssystem, fordi det har mindre dækningsgrænse.
• I lighed med andre typer trådløse systemer er dette ZigBee-kommunikationssystem tilbøjeligt til at genere fra uautoriserede mennesker.

Anvendelser af Zigbee Technology

Anvendelserne af ZigBee-teknologi inkluderer følgende.

Industriel automatisering: I fremstillings- og produktionsindustrien overvåger et kommunikationslink konstant forskellige parametre og kritisk udstyr. Derfor reducerer Zigbee disse kommunikationsomkostninger betydeligt samt optimerer kontrolprocessen for større pålidelighed.

Hjemmeautomatisering: Zigbee er perfekt egnet til fjernstyring af husholdningsapparater som belysningssystemkontrol, apparatkontrol, opvarmning og kølesystemkontrol, sikkerhedsudstyrs drift og kontrol, overvågning og så videre.

Smart måling: Zigbee fjernbetjeninger i smart måling inkluderer respons på energiforbrug, prisstøtte, sikkerhed i forhold til tyveri mv.

Smart Grid overvågning: Zigbee-operationer i dette smart grid involverer fjernovervågning af temperatur , lokalisering af fejl, reaktiv strømstyring osv.

ZigBee-teknologi bruges til at opbygge ingeniørprojekter som trådløst system til deltagelse i fingeraftryk og hjemmeautomatisering.

Dette handler om en kort beskrivelse af Zigbee-teknologiens arkitektur, driftstilstande, konfigurationer og applikationer. Vi håber, at vi har givet dig nok indhold til denne titel, så du kan forstå det bedre. Således handler alt om en oversigt over Zigbee-teknologi, og den er baseret på IEEE 802.15.4-netværket. Designet af denne teknologi kan udføres ekstremt stærkt, så det fungerer i alle slags miljøer.

Det giver fleksibilitet såvel som sikkerhed i forskellige miljøer. Zigbee-teknologien har vundet så stor popularitet på markedet, fordi den giver ensartet mesh-netværk ved at gøre det muligt for et netværk at kontrollere over en omfattende region, og det giver også kommunikation med lav effekt. Så dette er en perfekt IoT-teknologi. Her er et spørgsmål til dig, hvad er de forskellige trådløse kommunikationsteknologier tilgængelige på markedet? For yderligere hjælp og teknisk assistance kan du kontakte os ved at kommentere nedenfor.