Zigbee 101: Ein Leitfaden für Anfänger

Smart Home: Automatisierung, Protokolle, Geräte, Ökosysteme und Open Source-Software. So viele Fragen und so wenige Antworten. Öffnen wir den Schleier der Geheimnisse eines der beliebtesten IOT-Protokolle - Zigbee.

Was ist ZigBee?

Zigbee ist eine Technologie, die auf dem Funkstandard IEEE 802.15.4 basiert und zur Standardisierung von M2M-Geräten mit geringem Stromverbrauch verschiedener Hersteller entwickelt wurde. Zu den Merkmalen des Netzwerks zählen eine hohe Fehlertoleranz, eine lange Lebensdauer der Endgeräte aus einer Batterie, die Unterstützung einer großen Anzahl von Verbindungen und der gemeinsame Betrieb von Geräten verschiedener Hersteller.



Zu den Merkmalen der Netzwerkarchitektur gehören: Unterstützung der Maschentopologie, die obligatorische Anwesenheit eines Koordinators und optional eines Routers. Mehr zur Netzwerkarchitektur hier .



ZigBee ermöglicht die Übertragung von Informationen in einem Radius von 5 bis 75 Metern (in offenen Bereichen bis zu 200 Metern) mit einer Höchstgeschwindigkeit von 250 kbps. Unterstützt den Betrieb in 27 Kanälen mit drei Frequenzbereichen:

2,4 GHz (16 Kanäle)

915 MHz (10 Kanäle)

868 MHz (1 Kanal)



Wissenswertes:

Nach einer Version stammt der Name ZigBee vom Zick-Zack-Tanz der Bienen, mit dem sie ihren Nachbarn den Weg zur nächsten Nahrungsquelle zeigen, auf die gleiche Weise wie und die Standarddatenpakete müssen ihren Weg in das Maschennetz finden.

Was ist neu in Zigbee 3.0

Durch direkte Bindung oder direkte Verbindung können Endgeräte verschiedener Hersteller ohne die Beteiligung eines Koordinators und eines Routers direkt arbeiten. Auf diese Weise können Sie die Szenarien des Geräteverhaltens flexibel konfigurieren und die Antwortgeschwindigkeit erhöhen.



Green Power ist eine Reihe von Technologien, die den Verbrauch von Batterieressourcen durch ein Gerät minimieren und diese auch aus kinetischer, Licht- und Wärmeenergie gewinnen können. Klingt etwas unverständlich; Mit anderen Worten, der Switch kann eine Nachricht senden, da Sie sie berühren. Weitere Details hier

Vereinheitlichung . Früher gab es viele sogenannte Profile. Zum Beispiel Hausautomation, Gebäudeautomation, Gesundheit. Zigbee 3.0 ist ein einheitliches Anwendungsprofil.

Abwärtskompatibel mit allen Produkten, die vor Version 3.0 veröffentlicht wurden

Warum wird das benötigt?

Kurzum - zur Messung von Messwerten und zur Automatisierung. Es gibt viele Anwendungen für diese Automatisierung. Und obwohl es in letzter Zeit einen Trend zur Vereinheitlichung gegeben hat, unterstützt die Technologie verschiedene Profile, die nach Umfang unterteilt sind. Hier sind einige davon.



Heimautomation - Steuerung und Skripterstellung für Heimgeräte.

Fernbedienung - Steuerung von Fernbedienungsgeräten.

Smart Energy - Steuerung und Automatisierung der Energieversorgung und -nutzung.

Green Power - Unterstützung für Stromerzeugungsgeräte.

Light Link - Lichtsteuerung.

Gesundheitswesen - Verwaltung von medizinischen und medizinischen Geräten (Armbänder zur Messung von Indikationen, „sos“ -Knöpfe) für Zwecke.

Gibt es viele ZigBee-Geräte?

Ungefähr 2600 Geräte ( Liste der zertifizierten Geräte ). Es sollte klargestellt werden, dass in den meisten Fällen jeder Hersteller seine eigenen Anwendungen hat, um nur seine Geräte anzuschließen. Mit Software von Drittanbietern können sie jedoch Freunde sein. Mehr dazu weiter unten.



Der Durchschnittspreis für ein Endgerät liegt bei 10 US-Dollar.

Hier ist ein Beispiel für Endgeräte mehrerer beliebter Hersteller:

Xiaomi Aqara - etwa 50 Geräte für verschiedene Zwecke.

Philips Hue - ungefähr 100 Geräte (die meisten Leuchten),

Ikea trådfri - ungefähr 40 Geräte (die meisten Leuchten),

Tuya - ungefähr 30 Geräte,

SONOFF - ungefähr 10 preiswerte Relais.

ZigBee USB-Geräte (Sticks)

Wofür sind ZigBee-Sticks?



Wenn Sie eine Lösung eines Drittanbieters verwenden, ist es zweckmäßig, den Stick als Netzwerkkoordinator zu verwenden und ihn als Router an einen Computer anzuschließen, um vom Koordinator entfernte Orte zu erreichen.



Hier ein Beispiel für einige beliebte Geräte: Der



cc2530 / 2531 ist ein billiger und beliebter Stick. Keine schlechte Wahl für Anfänger. Von den Minuspunkten: ein kleiner Abdeckungsradius (10-15 m ohne Antenne) und Einschränkungen bei der Anzahl der angeschlossenen Geräte.



cc2538 stick entwickelt von modkam.ru projektbegeisterten. Im Vergleich zu 2531 hat es eine große Reichweite und keine Einschränkungen hinsichtlich der Anzahl der Verbindungen (Tests ergaben mehr als 200 Geräte).



deCONZ ConbeeDer Stick unterstützt auch eine Vielzahl von Smart-Home-Systemen. Von den Minuspunkten der nativen Firmware fallen manchmal Endgeräte ab.



Auch Beispiele für weniger beliebte:



nRF52840 Dongle - ein Universal-Stick mit Unterstützung für Bluetooth 5, Bluetooth-Mesh, Thread, ZigBee, 802.15.4 und ANT und einer praktischen Entwicklungsumgebung.

ZigBee-Gateways

Fertige Xiaomi / Aquara -Lösungen sind die drei beliebtesten Geräte - Xiaomi Gateway 2- und 3-Versionen und Aqara Hub. Gateway 2 ist nicht Homekit-kompatibel und verfügt über ZigBee Version 2. Die dritte Version hat Zigbee 3.0 und Bluetooth Mesh 5.0 an Bord. Ein kurzes Video hilft Ihnen, zusätzliche Unterschiede zu verstehen .







Weniger beliebte ZigBee-Hubs führen nur die

Orvibo

Livolo

Wemo

Vera

Fibaro



Zigbee + Zvawe

Athom Homey

Wink Hub 2

SmartThings Hub

VeraPlus



DIY oder DIY

SLS Gateway auf- Ein Gerät basierend auf CC2538 + CC2592 und ESP32-Wrover-B. Unterstützt ZigBee 3.0 und ist im Gegensatz zu Xiaomi nicht auf ein Ökosystem beschränkt. Und im Gegensatz zu den Sticks CC2531, CC2538 und Deconz handelt es sich um ein fertiges Gerät, das sowohl unabhängig als auch im Home Assistant-Hausautomationssystem arbeiten kann. Derzeit werden 113 Geräte unterstützt . Video Review



ZESP32 ist eine Firmware für das Xiaomi Gateway. Genau wie SLS wurde es entwickelt, um ZigBee-Geräte verschiedener Hersteller anzuschließen. Das Grundkonzept besteht darin, das Hinzufügen eines neuen Geräts zum Netzwerk mithilfe bearbeitbarer Vorlagen zu vereinfachen.



cc25 + ComputerEine praktische Option, wenn Sie bereits einen Himbeer-Pi oder einen alten PC haben, der als Server fungiert. In diesem Fall können Sie ein beliebiges praktisches Hausautomationssystem auswählen, das im Folgenden beschrieben wird.

Was ist mit Ökosystemen?

Apple Home ist eine Softwarelösung von Apple. Die Anzahl der unterstützten Geräte ist gering, aber die Funktionalität kann mithilfe von Homebridge und Aqara Hub erweitert werden. Sie können Apple Home in Ihrem Heimnetzwerk nur mit einem iPhone und einem Hub (ZigBee) verwenden. Für die Fernbedienung benötigen Sie jedoch ein Heimcenter, bei dem es sich um ein iPad (iOS 10 oder höher), einen HomePod oder ein Apple TV handeln kann.



Google Home funktioniert auch nicht direkt mit ZigBee-Geräten, ist jedoch mit Alexa kompatibel.



Die Amazon- Assistenten Echo Show, Spot und Plus können direkt arbeiten, da sie über einen integrierten ZigBee-Koordinator verfügen. Das Problem ist jedoch die begrenzte Anzahl kompatibler Geräte und die Unbeliebtheit der Lösung in den GUS-Ländern.



Xiaomi / Aqara- Gateways von Xiaomi und Aqara unterstützen nur ihre ZigBee-Geräte. Im Gegensatz zu Xiaomi Gateway kann Aqara Hub nicht in alternative Hausautomationssysteme integriert werden.



Samsung SmartThings ist als universeller Hub positioniert. Funktioniert mit einer Vielzahl von Z-Wave- und ZigBee-Geräten. Benutzer beschweren sich häufig über den Fall der Cloud (keine Verbindung zum Server) und das mangelnde Interesse der Entwickler an der Entwicklung des Projekts.



Yandex Haus... Dialoge Yandex Station und für das Telefon sind verschiedene Dinge. Es gibt weniger Dialoge für die Spalte, sie sind primitiv. Die Unterstützung für ZigBee- und Bluetooth-Geräte ist deklariert, funktioniert jedoch nicht direkt mit ihnen. Viele Szenarien hängen vom Vorhandensein einer Internetverbindung ab. Die Lösung kann jedoch darin bestehen, Smart-Home-Controller von Drittanbietern beispielsweise über yandex2mqtt zu verbinden.

Was ist mit Software-Support?

Der Einfachheit halber werde ich die Softwarelösungen in Kategorien einteilen.



Heimautomation



Homebridge NodeJS- Server zur Integration von Geräten ohne HomeKit-Unterstützung.

HomeAssistant ist ein Open Source-System mit Schwerpunkt auf Datenschutz.

OpenHAB OpenSource-Projekt mit Schwerpunkt auf der Bequemlichkeit der Konfiguration von

MajorDoMo als Open Source-Integrationssystem.



Dashboard



RoboDomo Framework basierend auf MQTT mit einer attraktiven grafischen Oberfläche.

Node-Red-Dashboard Node-Red-Modul zum Erstellen eines Dashboards, integriert in die Zigbee2mqtt-



Integration



Es ist ein Bridge-Programm, mit dem Geräte verschiedener Hersteller zusammen verwendet werden können, indem ZigBee-Befehle in mqtt übersetzt werden.

MQTT Explorer benutzerfreundliche mqtt-Client-



Entwicklung



IAR Embedded Workbench- Umgebung mit einer benutzerfreundlichen Oberfläche und Unterstützung für eine große Anzahl von Mikrocontrollern

Simplicity Studio IDE und einer Reihe von Tools für die Entwicklung von Anwendungen, die auf der

SimpleLink SDK- Entwicklungsumgebung von Silicon Labs für Entwicklungschips von Texas Instruments basieren , einschließlich API, TI-RTOS und mehr ...

Red-Node- Blockprogrammierungstool zum Verbinden von Hardwaregeräten, APIs und Onlinediensten.



Testen und Auditieren



KillerBee ist ein Tool zum Testen von ZigBee-Netzwerken.

SecBee - Testen von ZigBee-Implementierungen auf Sicherheitsprobleme.

Z3sec ist das Hauptziel des Frameworks zum Testen zertifizierter Geräte, die den ZigBee Light Link (ZLL) oder den ZigBee 3.0-Standard implementieren.

pwnrf ist ein Sicherheitstest-Tool für Wi-Fi-, Bluetooth- und ZigBee-Netzwerke.

Sollte ich Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee oder Z-Wave wählen?

Es gibt Dutzende von IOT-Technologien auf dem Markt, aber die beliebtesten Lösungen sind Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee und Z-Wave.



WiFi ist eine sehr beliebte Technologie. Es ist praktisch und ideal für Sprachassistenten, Videoüberwachungssysteme, Fernseher oder wenn Sie eine kleine Anzahl intelligenter Geräte haben. WiFi ist jedoch sehr energieintensiv, und wenn es Dutzende oder Hunderte von intelligenten Geräten gibt, ist es problematisch, diese ständig aufzuladen. Darüber hinaus ist ein WLAN-Router nicht für eine große Anzahl von Verbindungen ausgelegt. Natürlich gibt es Lösungen für einen solchen Fall, aber dann steigen die Kosten für die Bereitstellung eines Netzwerks erheblich. WiFi hat einen einzigen Fehlerpunkt - einen Router.



Bluetooth LE(Low Energy) ist eine ebenso beliebte Technologie mit geringem Stromverbrauch, die es mehr als einem Jahr ermöglicht, den Akku nicht zu wechseln, und einer hohen Übertragungsrate von 1-2 Mbit / s. Hat eine Beacon-Funktion (anpassbares Verhalten von Geräten bei Annäherung) und arbeitet direkt mit Geräten. Arbeiten Sie von den Minuspunkten im 2,4-GHz-Band und in einem kleinen Bereich in einem Raum mit anderen Geräten. Außerdem arbeiten die meisten BLE-Geräte Punkt-zu-Punkt, was für die Erstellung fortschrittlicher Automatisierungsszenarien schlecht geeignet ist. Die Lösung für dieses Problem kann jedoch als Bluetooth-Netzspezifikation betrachtet werden.



ZigBeeoffener Standard mit geringem Stromverbrauch von Endgeräten (1-2 Jahre), Unterstützung einer Maschentopologie, hoher Störfestigkeit, guter Skalierbarkeit (theoretisch bis zu 65.000 Knoten) und hoher Marktdurchdringung. Von den Minuspunkten: Zigbee arbeitet im ausgelasteten 2,4-GHz-Band, was bei starken Interferenzen zu einer Verringerung der Störfestigkeit und einer Verringerung der Reichweite führen kann. Jeder Hersteller erstellt eine separate Anwendung, um nur seine Produkte zu unterstützen. Der größte Nachteil für mich ist jedoch, dass Geräte verschiedener Hersteller nicht „out of the box“ miteinander „kommunizieren“ können. Sie können mit Software von Drittanbietern kombiniert werden, aber das Fehlen gemeinsamer Lösungen führt zu einer relativ hohen Eintrittsschwelle. Die Allianz ist sich dieser Probleme bewusst und Arbeiten an DotDot zu behebenund Connected Home over IP .



Z-Wave ist ein bewährter proprietärer Standard. Es hat ein hohes Maß an Gerätekompatibilität, einen geringen Stromverbrauch, unterstützt die Maschentopologie und verfügt über ein stabiles Signal im Bereich von 800 bis 900 MHz, wodurch Hindernisse besser vermieden werden können (je länger die Wellenlänge (niedrigere Frequenz), desto besser werden Hindernisse überwunden). Unterstützt bis zu 232 Geräte in einem einzigen Netzwerk und beschleunigt bis zu 100 kbps. Von den Mängeln ist darauf hinzuweisen, dass in verschiedenen Ländern unterschiedliche Frequenzen für Geräte mit kurzer Reichweite zugewiesen werden. Geräte, die für ein Land entwickelt wurden, sind möglicherweise nicht für ein anderes Land kompatibel. Außerdem ist Z-Wave etwas teurer als ZigBee-Geräte.

Wo soll ich anfangen, wenn Sie ein Anfänger sind?

Wenn Sie versuchen zu entscheiden, worauf Sie Ihr Smart Home aufbauen möchten, beginnen Sie mit diesem unterhaltsamen Schema. Auch für mich persönlich war der Artikel Fool's House 2.0 inspirierend.

Wenn Sie Schwierigkeiten beim Einrichten Ihres Smart Homes haben, können Sie sich in der SmartHome- Gruppe um Rat fragen .

Wenn Sie in Zigberu ein SLS-Gateway und andere ZigBee-Geräte für Sie kaufen möchten

Diskussion über Geräte, Firmware und andere funktionierende Software mit ZigBee - Um und um Zigbee und

Zigbee

Anstelle einer Schlussfolgerung

Es ist schwer zu sagen, wer den Smart-Home-Protokollkrieg gewinnen wird. Zigbee ist nicht ohne Nachteile, es hat starke Konkurrenten, aber gleichzeitig ist seine Stärke die große interessierte Community (Zigbee Alliance, Enthusiasten und Geeks). Sowohl bedeutende Marken als auch junge Unternehmen zeigen Interesse an Zigbee.



Es ist zu beachten, dass es keine Einheitslösung gibt. Wählen Sie in Ihrem Fall, was für Sie richtig ist. Obwohl WiFi und Bluetooth umständlich sind, gibt es Zeiten, in denen ihre Verwendung gerechtfertigt ist.