Mange smarte hjemmesensorer og belysningssystemer bruker den energieffektive ZigBee radioprotokollen. Smart home gateways muliggjør kommunikasjon med andre smart home-systemer. Vi forklarer hvordan ZigBee fungerer og hvilke smarte hjemmeprodukter som er kompatible.
ZigBee: De viktigste tingene med et øyeblikk
- ZigBee er en trådløs lavenergiprotokoll for det smarte hjemmet som utvikles av ZigBee Alliance.
- Fra og med ZigBee 3.0 er ZigBee-enheter fra forskjellige produsenter stort sett kompatible med hverandre.
- Med såkalte mesh-nettverk kan rekkevidden til enhetene økes, siden de enkelte nodene fungerer som repeatere.
- I et nettverk danner ZigBee Bridge en bro mellom enhetene og kontrollappen. I tillegg kan noen broer også kommunisere med WLAN og Bluetooth-enheter fra andre merker. ZigBee-produkter kan også brukes med Google Home eller Apple HomeKit.
- Amazon Echo Plus, Echo Show og Echo Studio er ZigBee-kompatible. Dette betyr at ZigBee-enheter også kan styres med Alexa uten en ekstra gateway.
Hva er ZigBee?
Bærbare datamaskiner, smarttelefoner og smartenheter bruker forskjellige radioprotokoller for trådløs kommunikasjon. De varierer når det gjelder frekvensområdet som brukes, båndbredden, nettverkstopologien og måten meldinger overføres på.
ZigBee Alliance utviklet lavenergiradioprotokollen ZigBee fra 2002. Foreningen inkluderer nå mer enn 230 selskaper, inkludert Samsung, Osram, Somfy, Amazon, Huawei og Ikea. De oppgitte målene er høy kompatibilitet mellom enheter fra forskjellige produsenter, lavt energiforbruk og en åpen standard.
Produkter sertifisert før ZigBee Alliance fungerer med hvilken som helst ZigBee-aktivert plattform.
Hvordan fungerer ZigBee?
Alle radioprotokoller består av flere lag i henhold til OSI-modellen. Disse styrer de ulike kommunikasjonsoppgavene. Dette inkluderer fysisk signaloverføring, kryptering, unngå datatrengsel og visning i de forskjellige appene. Brukere samhandler bare med det øvre laget, mens de nederste fungerer i bakgrunnen.
I de to første lagene, som Bluetooth, bruker ZigBee IEEE-standarden 802.15.4, som bruker ISM-båndet (Industrial, Scientific and Medical Band) i frekvensområdet 2,4 GHz. Lange pauser i dataoverføring er en funksjon av denne standarden. Dette betyr at hver nettverksnode kan gå i en slags hvilemodus, noe som sparer mye energi sammenlignet med andre standarder. Et knappebatteri innebygd i en ZigBee-sensor kan vare i flere år.
ZigBee er preget av lavt energiforbruk og høy interkompatibilitet.
ZigBee-spesifikasjonen definerer kommunikasjonen i de øvre lagene (3 til 7). De forskjellige ZigBee-enhetene danner et Wireless Personal Area Network (WPAN) for å kommunisere med hverandre. Hvert ZigBee-nettverk kan identifiseres unikt med en 64-biters adresse.
ZigBee definerer protokollen for lag 3 til 7 i OSI-modellen. Topplaget Dotdot muliggjør kommunikasjon med andre radiostandarder.
Hvordan fungerer et ZigBee-nettverk?
Et ZigBee-nettverk består av en koordinator, rutere og sluttapparater. Rutere utveksler datapakker med hverandre. Koordinatoren er en ruter som også aktiverer nettverket. Sluttapparater kommuniserer bare med ruteren sin. Du er i hvilemodus mesteparten av tiden og bruker derfor veldig lite strøm. De kobler seg til ruteren med faste intervaller og ser om den har noen meldinger for dem.
ZigBee-nettverk bruker stjerne-, tre- eller mesh-topologien. Stjernetopologien sørger for en koordinator / ruter og flere sluttapparater. Sistnevnte kan ikke kommunisere direkte med hverandre, men bare via koordinatoren. Hvis denne sentrale noden mislykkes, er ikke datautveksling lenger mulig.
I tretopologien er det en koordinator, noen få rutere og terminaler. Hver sluttanordning (underordnet) kommuniserer med den respektive ruteren (foreldre), ruteren med koordinatoren i en trestruktur.
I mesh-topologien er ruterne også koblet sammen. Dette muliggjør mange alternative stier for å transportere data fra node A til node B. Av denne grunn bruker de fleste ZigBee-opererte smarte hjemmesystemer nettverk. Opptil 65 000 noder er tillatt. På den annen side krever rutere mer energi enn enkle sluttapparater. Dette reduserer batteriets levetid.
I mesh-nettverk kan data videresendes til tross for defekte noder.
Hva er en ZigBee Bridge?
Broen fungerer som en bro mellom ZigBee smarte hjemmeenheter og kontrollappen på smarttelefonen eller skyen. Avhengig av produsent kalles broen også et nav eller en gateway. Noen ganger kan broer også kontrollere ZigBee-enheter fra andre produsenter. For eksempel er Philips Hue Bridge i stand til å kommunisere med Ikea Tradfri pærer. Dette sparer brukerne penger for en ny gateway.
I tillegg kan ZigBee-enheter ikke enkelt pares med WLAN-, Bluetooth- eller Z-Wave-enheter fordi de snakker et annet språk. Noen ZigBee-gateways som Homees hovedkvarter, Philips Hue Bridge eller SmartThings Hub kan imidlertid oversette mellom de forskjellige trådløse standardene. Dette betyr at Philips Hue smarte hjemmelyspærer kan brukes med Google Home-produkter, for eksempel for å lage rutiner, selv om Google Home er basert på WiFi.
Ikea Tradfri-lampene bruker ZigBee. Gatewayen danner broen mellom lyskildene og appen.
Hvor langt går ZigBee?
Utvalget av ZigBee Smart Home-produkter er 10 til 15 meter. Imidlertid kan den økes i nettverk. De enkelte enhetene danner nettverksnoder som fungerer som repeatere og forsterker signalet. Ifølge Signify (Philips Hue) er rekkevidder på opptil 100 meter mulig.
Hva er ZigBee 3.0?
Utover ZigBee-protokollen har det vært forskjellige spesifikasjoner tidligere.
Sammenlignet med standard ZigBee-protokollen tilbød ZigBee Pro (2007) forbedret sikkerhet og flere topologialternativer. I likhet med EnOcean trådløs standard brukte Green Power prinsippet om høsting av energi, som muliggjør energiselvforsynende sensorer. RF4CE (Radio Frequency for Consumer Electronics) ble brukt til å fjernstyre elektriske enheter med fjernkontroller. ZigBee IP-regulert kommunikasjon mellom et lokalt nettverk og Internett. Hver spesifikasjon besto av flere moduler, avhengig av bruksområdet (bygningsautomatisering, belysning, helsesektor).
På grunn av de forskjellige spesifikasjonene var ZigBee-smartenheter ofte ikke kompatible med hverandre. I 2015 kunngjorde ZigBee Alliance den nye trådløse ZigBee 3.0-standarden, som kombinerer ZigBee Pro, Green Power, IP og RF4CE. Det er ment å øke interoperabiliteten mellom smarte hjemmeenheter og er nedoverkompatibel.
Hvordan sikrer ZigBee datasikkerhet?
ZigBee bruker symmetrisk AES-kryptering med en nøkkelengde på 128 bits for å overføre data. På slutten av 2019 ble det imidlertid kjent et sikkerhetsproblem i Philips Hue-lys som utnyttet en svakhet i ZigBee-protokollen. Dette tillot angripere tilgang til nettverket via broen. I en påfølgende programvareoppdatering eliminerte produsenten Signify sårbarheten.
Hva er DotDot?
DotDot (også kjent som ZigBee Cluster Library) er applikasjonslaget til ZigBee-protokollen i OSI-modellen. Som et universelt språk for IoT-enheter, muliggjør DotDot også enkel kommunikasjon mellom smarte hjemmeenheter i forskjellige nettverk. For dette ble ZigBee Cluster Library tilpasset andre protokoller. Dette gir enheter med forskjellige radiostandarder som WiFi, Bluetooth, Z-Wave, NB-IoT og Sigfox et felles nivå som de kan kommunisere på.
DotDot gir et vanlig språk for smarte hjemmeprodukter.
Hva er forskjellen mellom ZigBee og andre trådløse standarder?
|
Maks. |
Rekkevidde |
frekvensområde |
energi |
applikasjonsområder |
|
|---|---|---|---|---|---|
|
ZigBee |
250 kbit / s |
10-15 m |
2,4 GHz |
lav |
Sensorer, |
|
TRÅDLØS INTERNETTILGANG |
1000 - |
50 m |
2,4-2,4835 GHz 5,0-5,7 GHz |
Høy |
Rutere, |
|
Bluetooth |
1 - 3 Mbit / s |
10 m |
2400 - 2483 MHz |
lav |
Forbrukerelektronikk |
|
Z-Wave |
9,6 - 40 Kbit / s |
30 m |
868 MHz |
lav |
Sensorer, |
|
EnOcean |
125 kbit / s |
30 m |
868 MHz |
veldig lav |
Sensorer, |
- WLAN: Den konvensjonelle WLAN-standarden WiFi 5 overfører data mer enn tusen ganger raskere enn ZigBee, men den bruker også mye strøm. Dette er nødvendig for videooverføring av et smart overvåkingskamera på grunn av den store datamengden. En batteridrevet termostat som bare sender temperaturen, derimot, krever ikke så stor båndbredde og drar fordel av en mer økonomisk trådløs standard som ZigBee.
- Bluetooth: Den tilbyr også en høyere dataoverføringshastighet enn ZigBee, men med kortere rekkevidde. Av denne grunn er Bluetooth dominerende i trådløse hodetelefoner og bærbare enheter som sender signaler innen få meter. Når det gjelder sensorer i forskjellige rom, er ZigBee helt klart et skritt foran.
- Z-Wave: Det er ZigBees hovedkonkurrent i det smarte hjemområdet. Lavenergiprotokollen brukes også med mange sensorer og lyskilder, gir høy kompatibilitet og, som ZigBee, et langt område takket være mesh-nettverk. Imidlertid eier det amerikanske selskapet Silicon Labs rettighetene til teknologien. I motsetning til ZigBee er Z-Wave ikke en åpen kildekodestandard. Dette betyr at produsenter ikke kan tilpasse protokollen.
- EnOcean: Brukes bare med sensorer med lavenergi som genererer elektrisitet gjennom temperaturforskjeller og bevegelser og dermed klarer seg uten batterier og eksterne strømkilder. ZigBee 3.0 støtter også denne funksjonen med Green Power-spesifikasjonen. Totalt sett er EnOcean mindre vanlig enn ZigBee.
Hva er fordelene og ulempene med ZigBee?
Fordeler med ZigBee
- Lavt energiforbruk: sensorer og andre smarte hjemmeenheter kan klare seg på batteriene i årevis.
- Høy kompatibilitet: ZigBee Alliance har flere hundre medlemmer, inkludert produsenter som Osram, IKEA, Belkin og Signify. Fra ZigBee 3.0 kan smarte hjemmeprodukter fra forskjellige produsenter kobles lettere.
- Åpen kildekode: ZigBee-koden er tilgjengelig for alle. Produsenter står dermed fritt til å implementere tilleggsfunksjoner i sine produkter.
- Lang rekkevidde: I mesh-nettverk fungerer nodene som repeatere. I store hus og leiligheter forbedrer dette rekkevidden betydelig sammenlignet med WLAN.
Ulemper med ZigBee
- Kompatibilitet blant ZigBee-enheter: Åpen kildekode var spesielt ufordelaktig tidligere med hensyn til kompatibilitet. Siden hver produsent implementerte tilleggsspesifikasjoner, er ikke eldre ZigBee-enheter fra forskjellige merker nødvendigvis kompatible med hverandre. Siden introduksjonen av ZigBee 3.0 har standarden imidlertid blitt mer ensartet.
- Kompatibilitet med andre trådløse standarder: Hvis du vil koble til ZigBee Smart Home-produkter med WLAN eller Bluetooth-enheter, trenger du en gateway. Siden mange smarte hjemmesystemer som HomeKit eller Google Home er avhengige av WLAN, må brukerne planlegge kostnadene for en gateway.
Støtter Amazon Alexa, Apple HomeKit og Google Smart Home ZigBee?
- Hvis du styrer dine smarte hjemmeenheter via Alexa, er Echo Plus, Echo Show eller Echo Studio et smarthus-hub som også kan kontrollere ZigBee-enheter. Med kommandoen “Oppdag enhetene mine” søker Alexa etter eksisterende smarte hjemmekomponenter.
- Google Home-produkter kan ikke kommunisere direkte med ZigBee-enheter. En gateway som SmartThings Hub fra Samsung eller Philips Hue Bridge løser problemet. Med dette kan for eksempel SmartThings-kontaktene slås på og av via Google Assistant.
- Apple HomeKit-produkter kan bare pares direkte med WLAN eller Bluetooth Smart Home-enheter. En gateway hjelper også her. Homee Smart Home Center er for eksempel HomeKit-kompatibelt. Mixtile Hub fra det kinesiske merket Focalcrest oversetter også mellom HomeKit og ZigBee-enheter.
Hvilke smarte hjemmesystemer bruker ZigBee?
- Philips Hue
- Ikea Tradfri
- Osram
- Xiaomi
- Samsung SmartThings
- Homee Smart Home
- Bosch
Hvilke smarte hjemmeprodukter bruker ZigBee?
ZigBee-kompatible lamper
- Philips Hue
- Osram Smart +
- Paulmann LED
- Sengled (Telekom Magenta)
- Ikea Tradfri
- Shyne
- Immax Neo Smart LED
- Q Smart Home Lights (Neuhaus Lightning Groups)
- LG på / av-neddemping LED-lys
- Müller lys
ZigBee-kompatible bevegelsessensorer, vannsensorer og temperatursensorer
- Philips Hue utendørs bevegelsesdetektor, bevegelsesdetektor
- Osram Smart + bevegelsesdetektor
- Schwaiger bevegelsesdetektor
- Samsung SmartThings (vindu- og dørsensor, vannsensor)
- Ecolink dør- og vindussensor
- Stol på smart hjemme bevegelsessensor
- Heiman smart hjemme vannsensor
- Zipato vannsensor
- Xiaomi vannsensor
- Stol på ZWLD-1000 vannsensor
- Aqara Smart Temperatursensor (Xiaomi)
- Somfy temperatur- og fuktighetssensor
- Lupus Electronics Mini temperatursensor
- Bitron temperatur- og fuktighetssensor
- WeMo alarmsensor (Belkin)
ZigBee-kompatible brytere, dimmesensorer og stikkontakter
- Tahoma-bryter
- Tint / Müller-Licht Smart Switch
- Sonoff Touch Smart Switch
- Ikea Tradfri stikkontakt
- Osram Smart + Plug
- Ledvance Smart + plugg
ZigBee-kompatible røykvarslere og alarmsirener
- Telekom Smart Home Smoke Detector (Bitron Home)
- Tuya røykvarsler
- W4 røykvarsler (Honeywell)
- SwannOne utendørssirene
- Heiman ZigBee alarmsirene
- Heiman ZigBee Carbon Monoxide Detector
ZigBee-kompatible smarte låser
- Intelligent dørlås 365plusZ3 (Samsung)
- Kwikset Smartcode SmartCode Deadbolt
