Протокол ZigBee

Протокол ZigBee описывает беспроводной обмен информацией с относительно разнообразными исполнительными устройствами, в том числе и осветительным оборудованием. Скорость передачи составляет до 250 кбит/с.

Важной особенностью протокола ZigBee является разнообразие топологии беспроводной сети. Возможны конфигурации «точка-точка», «звезда» и mesh (ячеистая). В таких mesh-сетях определенные устройства может быть как приемниками/передатчиками, так и ретранслятором. Сигналы идут по оптимальному маршруту. Если на пути передаваемого потока данных есть участок с высоким уровнем помех или препятствиями для распространения радиоволн, автоматически выбирается альтернативный путь.

В России для ZigBee выделен диапазон 2,4 ГГц. В случае использования ZigBee в помещениях лицензию на этот диапазон брать не нужно. Для использования ZigBee на открытом пространстве следует ознакомиться с ограничениями, накладываемых действующим законодательством на использование данного диапазона в России.

Применения

ZigBee изначально создавался для управления самым разнообразным оборудованием, не только светильниками. Двусторонняя передача информации, что позволяет осуществлять дистанционный контроль за состоянием осветительных приборов, а также собирать информацию с датчиков.

По сравнению с другими аналогичными беспроводными протоколами, ZigBee более распространен при реализации крупных проектов, связанных с освещением заводских цехов, архитектурной подсветкой, уличным освещением. Тем не менее, ZigBee нашел свое применение и в домашней автоматизации.

Принцип работы ZigBee

В сети ZigBee присутствуют три типа устройств:

Координатор. В этом устройстве хранится всю информация о сети. Координатор осуществляет управление данными и маршрутизацию, регулирует политику безопасности, переводит связь на другой канал передачи данных. На сеть приходится один координатор.
Маршрутизатор. Распределяет данные по сети, прокладывает оптимальные пути распространения сигнала. При возникновении помех или препятствий распространению радиоволн на определенном участке сети ищет обходные маршруты. Количество маршрутизаторов определяется количеством конечных устройств. На каждые 32 конечных устройства приходится 1 маршрутизатор. Вместо конечных устройств к маршрутизатору могут подключаться и другие маршрутизаторы.
Конечное устройство. Это может быть как исполнительное устройство, управляющее оборудованием (реле, диммер и т. п.), так и датчик. Конечное устройство осуществляет прием и передачу информации, но не занимается маршрутизацией либо ретрансляцией сигналов. Значительную часть времени находится в спящем режиме, из которого по специальному сигналу быстро переходит в рабочий при необходимости приема или передачи информации.

Координаторы и маршрутизаторы, как правило, питаются от электрической сети. Конечные устройства, при необходимости, могут иметь автономное питание.

Используемое оборудование

Для профессионального использования выпускаются светильники со встроенной поддержкой ZigBee. Из-за высокой стоимости такие светильники редко применяются в жилом секторе и небольших офисах. Использование светильников со встроенной поддержкой ZigBee экономически более оправдано для освещения автомобильных дорог. Там они позволяют реализовать интеллектуальную регулировку уровня освещенности в зависимости от уровня потока автомашин.

При необходимости поддержку ZigBee можно добавить в уже существующий светодиодный светильник, заменив в нем драйвер.

Умная розетка с протоколом ZigBee — «Умная розетка» с поддержкой ZigBee

В быту в качестве конечных устройств ZigBee часто используются так называемые «умные розетки» - переходники, включаемые между розеткой электропитания и управляемым прибором.

Светодиодный драйвер с протоколом ZigBee — Светодиодный драйвер, позволяющий управлять по протоколу ZigBee встроенным

Большое распространение протокол ZigBee получил в так называемых «умных лампах» - светодиодных ретрофитах, предназначенных для установки в обычные бытовые светильники. Благодаря «умным лампам» можно реализовать у себя дома отдельные элементы концепции «умного света» при минимуме затрат на оборудование.

При необходимости освещением по ZigBee можно управлять с компьютера через специальный шлюз.

Развитие стандарта

В настоящее время активно внедряется новая версия стандарта ZigBee 3.0. Ее главное преимущество по сравнению с предыдущими версиями — обеспечение более высокого уровня совместимости между оборудованием от различных производителей. Также планируется (в рамках еще более новой версии) увеличить скорость передачи данных до 2 Мбит/с.

Преимущества и недостатки

Стандарт ZigBee активно используется с середины 2000-х годов, поэтому методики установки и настройки оборудования для него хорошо отработаны. ZigBee в большинстве стран мира использует диапазон 2,4 ГГц, отличающийся крайне высокой перегруженностью. С другой стороны, это можно рассматривать и как преимущество, так как единый рабочий диапазон позволяет выпускать оборудование сразу для использования в разных странах.

Слабым местом у ZigBee является совместимость оборудования. Стандарт регулируется международным альянсом, в который входят крупнейшие мировые игроки со своими интересами и ни у кого нет «контрольного пакета».

Теоретически, в условиях отсутствия помех и препятствий на пути распространения радиоволн, возможна связь на расстояние до 100 м. Но в реальности дальность связи обычно составляет не более 20 — 30 м. Для достижения дальности связи, близкой к теоретической, применяют специальные антенны.