Senibina Teknologi ZigBee dan Aplikasinya

Dalam dunia komunikasi sekarang ini, terdapat banyak standard komunikasi kadar data tinggi yang tersedia, tetapi tidak satupun yang memenuhi piawaian komunikasi alat kawalan dan sensor. Piawaian komunikasi kadar data tinggi ini memerlukan penggunaan latensi rendah dan penggunaan tenaga rendah walaupun pada lebar jalur yang lebih rendah. Teknologi Zigbee sistem tanpa wayar proprietari yang ada adalah penggunaan kos rendah dan kuasa rendah dan ciri-ciri yang sangat baik dan hebat menjadikan komunikasi ini paling sesuai untuk beberapa aplikasi terbenam , kawalan industri, dan automasi rumah, dan sebagainya. Julat teknologi Zigbee untuk jarak transmisi terutama berkisar antara 10 - 100 meter berdasarkan output daya dan juga ciri-ciri persekitaran.

Apa itu Teknologi Zigbee?

Komunikasi Zigbee dibuat khas untuk rangkaian kawalan dan sensor pada standard IEEE 802.15.4 untuk rangkaian kawasan peribadi tanpa wayar (WPAN), dan ia adalah produk dari pakatan Zigbee. Ini standard komunikasi mentakrifkan lapisan Kawalan Akses fizikal dan Media (MAC) untuk mengendalikan banyak peranti pada kadar data rendah. WPAN Zigbee ini beroperasi pada frekuensi 868 MHz, 902-928MHz, dan 2.4 GHz. Kadar data 250 kbps sangat sesuai untuk penghantaran data dua hala berkala dan antara antara sensor dan pengawal.

Apa itu Teknologi Zigbee?

Zigbee adalah rangkaian mesh rendah dan berkuasa rendah yang banyak digunakan untuk mengawal dan memantau aplikasi di mana ia meliputi jarak 10-100 meter. Sistem komunikasi ini lebih murah dan sederhana daripada jarak pendek proprietari yang lain rangkaian sensor tanpa wayar sebagai Bluetoot h dan Wi-Fi.

Modem Zigbee

Zigbee menyokong konfigurasi rangkaian yang berbeza untuk master untuk menguasai atau master ke hamba komunikasi. Dan juga, ia dapat dikendalikan dalam mod yang berbeza sehingga daya baterinya dijimatkan. Rangkaian Zigbee dapat diperluas dengan penggunaan penghala dan memungkinkan banyak nod saling berhubungan antara satu sama lain untuk membina rangkaian kawasan yang lebih luas.

Sejarah Teknologi Zigbee

Pada tahun 1990, rangkaian radio digital dengan ad hoc yang mengatur sendiri dilaksanakan. Spesifikasi Zigbee seperti IEEE 802.15.4-2003 telah disetujui pada tahun 2004, pada 14 Disember. Spesifikasi 1.0 diumumkan oleh Zigbee Alliance pada tahun 2005, pada 13 Jun, yang disebut Spesifikasi ZigBee 2004.

Perpustakaan Kluster

Pada tahun 2006, September, Spesifikasi Zigbee 2006 diumumkan dengan menggantikan timbunan tahun 2004. Jadi spesifikasi ini terutamanya menggantikan struktur pasangan kunci-nilai dan juga pesan yang digunakan dalam timbunan 2004 melalui perpustakaan kluster.

Perpustakaan merangkumi sekumpulan arahan yang konsisten, dirancang di bawah kumpulan yang disebut kluster dengan nama seperti Automasi Rumah, Tenaga Pintar & Pautan Ringan ZigBee. Pada tahun 2017, perpustakaan ini diganti namanya dengan Dotdot oleh Zigbee Alliance dan diumumkan sebagai protokol baru. Jadi, Dotdot ini telah berfungsi untuk hampir semua peranti Zigbee sebagai lapisan aplikasi lalai.

Zigbee Pro

Pada tahun 2007, Zigbee Pro seperti Zigbee 2007 telah dimuktamadkan. Ini adalah salah satu jenis peranti yang beroperasi pada rangkaian Zigbee yang lama. Kerana perbezaan dalam pilihan penghalaan, peranti ini harus berubah menjadi ZED bukan penghala atau peranti akhir Zigbee (ZED) pada rangkaian Zigbee yang lama. Peranti Zigbee yang lama harus berubah menjadi peranti akhir Zigbee pada rangkaian Zigbee Pro. Ia berfungsi melalui jalur ISM 2,4 GHz dan juga merangkumi jalur sub-GHz.

Bagaimana Teknologi Zigbee Berfungsi?

Teknologi Zigbee berfungsi dengan radio digital dengan membolehkan peranti yang berlainan bercakap antara satu sama lain. Peranti yang digunakan dalam rangkaian ini adalah penghala, koordinator dan juga peranti akhir. Fungsi utama peranti ini adalah untuk menyampaikan arahan dan mesej dari koordinator ke peranti hujung tunggal seperti bola lampu.

Dalam rangkaian ini, koordinator adalah peranti terpenting yang diletakkan di tempat asal sistem. Untuk setiap rangkaian, hanya ada satu koordinator, yang digunakan untuk melakukan tugas yang berbeza. Mereka memilih saluran yang sesuai untuk mengimbas saluran dan juga untuk mencari yang paling sesuai melalui gangguan minimum, memperuntukkan ID eksklusif serta alamat ke setiap peranti dalam rangkaian supaya mesej sebaliknya arahan dapat dipindahkan di rangkaian .

Penghala disusun di antara penyelaras dan juga alat akhir yang bertanggungjawab untuk menghantar mesej di antara pelbagai nod. Penghala mendapatkan mesej dari penyelaras dan menyimpannya sehingga peranti akhir mereka berada dalam keadaan untuk mendapatkannya. Ini juga boleh membenarkan peranti akhir lain serta penghala untuk menghubungkan rangkaian

Dalam rangkaian ini, maklumat kecil dapat dikendalikan oleh peranti akhir dengan berkomunikasi dengan nod induk seperti penghala atau koordinator berdasarkan jenis rangkaian Zigbee. Peranti akhir tidak bercakap antara satu sama lain. Pertama, semua lalu lintas dapat diarahkan ke simpul induk seperti penghala, yang menyimpan data ini sehingga hujung penerima peranti berada dalam situasi untuk mendapatkannya dengan sadar. Peranti akhir digunakan untuk meminta sebarang mesej yang sedang menunggu daripada ibu bapa.

Senibina Zigbee

Struktur sistem Zigbee terdiri daripada tiga jenis peranti yang berbeza seperti Zigbee Coordinator, Router, dan End device. Setiap rangkaian Zigbee mesti terdiri daripada sekurang-kurangnya satu koordinator yang bertindak sebagai akar dan jambatan rangkaian. Penyelaras bertanggungjawab mengendalikan dan menyimpan maklumat semasa melakukan operasi penerimaan dan penghantaran data.

Router Zigbee bertindak sebagai peranti perantara yang membolehkan data menyebarkannya ke sana ke peranti lain. Peranti akhir mempunyai fungsi terhad untuk berkomunikasi dengan nod induk sehingga kuasa bateri dijimatkan seperti yang ditunjukkan dalam gambar. Jumlah router, koordinator, dan peranti akhir bergantung pada jenis rangkaian seperti jaringan bintang, pokok, dan jaringan.

Senibina protokol Zigbee terdiri daripada timbunan pelbagai lapisan di mana IEEE 802.15.4 ditakrifkan oleh lapisan fizikal dan MAC sementara protokol ini diselesaikan dengan mengumpulkan lapisan jaringan dan aplikasi Zigbee sendiri.

Senibina Teknologi ZigBee

Lapisan Fizikal : Lapisan ini melakukan operasi modulasi dan demodulasi setelah menghantar dan menerima isyarat masing-masing. Kekerapan lapisan ini, kadar data, dan sebilangan saluran diberikan di bawah.

Lapisan MAC : Lapisan ini bertanggungjawab untuk penghantaran data yang boleh dipercayai dengan mengakses rangkaian yang berbeza dengan pembawa merasakan penghindaran pelanggaran akses (CSMA). Ini juga menghantar bingkai suar untuk menyegerakkan komunikasi.

Lapisan Rangkaian : Lapisan ini mengurus semua operasi yang berkaitan dengan jaringan seperti penyediaan rangkaian, sambungan perangkat akhir, dan pemutusan ke rangkaian, perutean, konfigurasi peranti, dll.

Sub-Lapisan Sokongan Aplikasi : Lapisan ini membolehkan perkhidmatan yang diperlukan untuk objek peranti Zigbee dan objek aplikasi untuk berinteraksi dengan lapisan rangkaian untuk perkhidmatan pengurusan data. Lapisan ini bertanggungjawab untuk memadankan dua peranti mengikut perkhidmatan dan keperluan mereka.

Rangka Kerja Aplikasi : Ia menyediakan dua jenis perkhidmatan data sebagai pasangan nilai-kunci dan perkhidmatan pesanan umum. Mesej generik adalah struktur yang ditentukan oleh pemaju, sedangkan pasangan nilai-kunci digunakan untuk mendapatkan atribut dalam objek aplikasi. ZDO menyediakan antara muka antara objek aplikasi dan lapisan APS dalam peranti Zigbee. Ini bertanggung jawab untuk mengesan, memulakan, dan mengikat peranti lain ke rangkaian.

Mod Pengoperasian Zigbee dan Topologinya

Data dua arah Zigbee dipindahkan dalam dua mod: Mod bukan suar dan mod Beacon. Dalam mod suar, koordinator dan penghala terus memantau keadaan aktif data masuk sehingga lebih banyak tenaga habis. Dalam mod ini, router dan koordinator tidak tidur kerana pada bila-bila masa mana-mana nod boleh bangun dan berkomunikasi.

Walau bagaimanapun, ia memerlukan lebih banyak bekalan kuasa dan penggunaan daya keseluruhannya rendah kerana kebanyakan peranti berada dalam keadaan tidak aktif untuk jangka masa yang panjang dalam rangkaian. Dalam mod suar, apabila tidak ada komunikasi data dari peranti akhir, maka penghala dan penyelaras memasuki keadaan tidur. Secara berkala koordinator ini bangun dan menghantar suar ke penghala dalam rangkaian.

Rangkaian suar ini berfungsi untuk slot waktu yang bermaksud, mereka beroperasi apabila komunikasi yang diperlukan menghasilkan siklus tugas yang lebih rendah dan penggunaan bateri yang lebih lama. Mod suar dan bukan suar Zigbee ini dapat menguruskan jenis data berkala (data sensor), berselang (suis cahaya), dan berulang.

Topologi Zigbee

Zigbee menyokong beberapa topologi rangkaian namun, konfigurasi yang paling biasa digunakan adalah topologi pokok, mesh, dan cluster tree. Sebarang topologi terdiri daripada satu atau lebih penyelaras. Dalam topologi bintang, rangkaian terdiri daripada satu koordinator yang bertanggungjawab untuk memulakan dan menguruskan peranti melalui rangkaian. Semua peranti lain dipanggil peranti akhir yang berkomunikasi secara langsung dengan penyelaras.

Ini digunakan dalam industri di mana semua peranti titik akhir diperlukan berkomunikasi dengan pengawal pusat , dan topologi ini mudah dan senang digunakan. Dalam topologi jejaring dan pokok, rangkaian Zigbee diperluas dengan beberapa penghala di mana penyelaras bertanggungjawab untuk menatapnya. Struktur ini membolehkan mana-mana peranti untuk berkomunikasi dengan nod bersebelahan lain untuk memberikan kelebihan data.

Sekiranya sebarang node gagal, maklumat tersebut disalurkan secara automatik ke peranti lain oleh topologi ini. Oleh kerana redundansi adalah faktor utama dalam industri, maka topologi mesh kebanyakannya digunakan. Dalam rangkaian pohon-kluster, setiap kluster terdiri dari koordinator dengan simpul daun, dan koordinator ini dihubungkan dengan koordinator induk yang memulai seluruh rangkaian.

Oleh kerana kelebihan teknologi Zigbee seperti mod operasi kos rendah dan kuasa rendah serta topologinya, teknologi komunikasi jarak pendek ini sangat sesuai untuk beberapa aplikasi berbanding komunikasi proprietari lain, seperti Bluetooth, Wi-Fi, dll. Beberapa di antaranya perbandingan seperti julat Zigbee, standard, dan lain-lain, diberikan di bawah.

Mengapa Kadar Data Rendah di Zigbee?

Kami tahu bahawa pelbagai jenis teknologi tanpa wayar tersedia di pasaran seperti Bluetooth dan juga WiFi yang menyediakan data berkelajuan tinggi. Tetapi, kadar data di Zigbee kurang kerana tujuan utama di sebalik pengembangan ZigBee adalah menggunakannya dalam kawalan tanpa wayar dan juga monitor.

Jumlah data, serta frekuensi komunikasi yang digunakan dalam aplikasi tersebut, sangat rendah. Walaupun, ada kemungkinan rangkaian seperti IEEE 802.15.4 mencapai kadar data yang tinggi, jadi teknologi Zigbee didasarkan pada jaringan IEEE 802.15.4.

Teknologi Zigbee di IoT

Kami tahu bahawa Zigbee adalah salah satu jenis teknologi komunikasi yang serupa dengan Bluetooth dan juga WiFi, namun, terdapat juga banyak alternatif rangkaian baru yang meningkat seperti Thread yang merupakan pilihan untuk aplikasi automasi rumah. Di bandar-bandar besar, teknologi Whitespace diimplementasikan untuk kes penggunaan wilayah yang lebih luas berasaskan IoT.

ZigBee adalah spesifikasi WLAN (rangkaian kawasan tempatan tanpa wayar) berkuasa rendah. Ia menyediakan lebih sedikit data menggunakan lebih sedikit kuasa oleh peranti yang sering disambungkan untuk mematikan bateri. Oleh kerana itu, standard terbuka telah dihubungkan melalui komunikasi M2M (mesin ke mesin) dan juga IoT industri (internet barang).

Zigbee telah menjadi protokol IoT yang diterima secara global. Ini sudah bersaing dengan Bluetooth, WiFi, dan Thread.

Peranti Zigbee

Spesifikasi IEEE 802.15.4 Zigbee terutamanya merangkumi dua peranti seperti Full-Function Devices (FFD) dan juga Reduced-Function Devices (RFD). Peranti FFD melakukan tugas yang berbeza yang dijelaskan dalam spesifikasi & ia dapat mengadopsi tugas apa pun dalam rangkaian.

Peranti RFD mempunyai kemampuan separa sehingga dapat melakukan tugas yang terbatas dan peranti ini dapat berkomunikasi dengan peranti apa pun dalam rangkaian. Ia mesti bertindak serta memberi perhatian dalam rangkaian. Peranti RFD dapat berkomunikasi hanya dengan Peranti FFD & ia digunakan dalam aplikasi mudah seperti mengawal suis dengan mengaktifkan dan menyahaktifkannya.

Dalam IEEE 802.15.4 n / w, peranti Zigbee memainkan tiga peranan berbeza seperti Koordinator, Penyelaras PAN & Peranti. Di sini, peranti FFD adalah Penyelaras dan juga Penyelaras PAN sedangkan Peranti adalah Peranti RFD / FFD.

Fungsi utama penyelaras adalah untuk menyampaikan mesej. Dalam rangkaian kawasan peribadi, pengawal PAN adalah pengawal penting dan peranti dikenali seolah-olah peranti itu bukan penyelaras.
Standard ZigBee dapat membuat tiga peranti protokol bergantung pada peranti Zigbee, koordinator PAN, koordinator, dan spesifikasi standard ZigBee seperti koordinator, penghala, dan peranti akhir yang dibincangkan di bawah.

Penyelaras Zigbee

Dalam peranti FFD, itu adalah PAN Coordinator yang digunakan untuk membentuk jaringan. Setelah rangkaian dibentuk, maka ia memberikan alamat rangkaian untuk peranti yang digunakan dalam rangkaian. Dan juga, ia menghantar mesej di antara peranti akhir.

Penghala Zigbee

Router Zigbee adalah Peranti FFD yang membolehkan rangkaian Zigbee Rangkaian. Router ini digunakan untuk menambahkan lebih banyak peranti ke rangkaian. Kadang-kadang, ia berfungsi sebagai Zigbee End Device.

Peranti Akhir Zigbee

Ini bukan Router atau Coordinator yang menghubungkan ke sensor secara fizikal sebaliknya melakukan operasi kawalan. Berdasarkan aplikasi, ia boleh menjadi RFD atau FFD.

Mengapa ZigBee lebih baik daripada WiFi?

Di Zigbee, kelajuan pemindahan data kurang dibandingkan dengan WiFi, jadi kelajuan tertinggi hanya 250kbps. Ia sangat kurang jika dibandingkan dengan kelajuan WiFi yang kurang.

Satu lagi kualiti terbaik Zigbee adalah kadar penggunaan kuasa dan jangka hayat bateri. Protokolnya berlangsung selama beberapa bulan kerana setelah dipasang maka kita dapat melupakan.

Peranti apa yang menggunakan ZigBee?

Senarai peranti berikut menyokong protokol ZigBee.

• Belkin WeMo
• Samsung SmartThings
• Kunci pintar Yale
• Philips Hue
• Termostat dari Honeywell
• Ikea Tradfri
• Sistem Keselamatan dari Bosch
• Comcast Xfinity Box dari Samsung
• Pemanas & aksesori Aktif Hive
• Amazon Echo Plus
• Pertunjukan Gema Amazon

Daripada menghubungkan setiap peranti Zigbee secara berasingan, hub pusat diperlukan untuk mengawal semua peranti. Peranti yang disebutkan di atas iaitu SmartThings dan juga Amazon Echo Plus juga dapat digunakan seperti hub Wink untuk memainkan peranan penting dalam rangkaian. Hab pusat akan mengimbas rangkaian untuk semua peranti yang disokong dan memberi anda kawalan mudah pada peranti di atas dengan aplikasi pusat.

Apakah perbezaan antara ZigBee dan Bluetooth?

Perbezaan antara Zigbee dan Bluetooth dibincangkan di bawah.

Apakah perbezaan antara LoRa dan ZigBee?

Perbezaan utama antara LoRa dan Zigbee dibincangkan di bawah.

Kelebihan dan Kekurangan Teknologi Zigbee

Kelebihan Zigbee merangkumi yang berikut.

• Rangkaian ini mempunyai struktur rangkaian yang fleksibel
• Hayat bateri baik.
• Penggunaan kuasa kurang
• Sangat mudah untuk dibetulkan.
• Ia menyokong kira-kira 6500 nod.
• Kos kurang.
• Ia penyembuhan diri dan lebih dipercayai.
• Pengaturan rangkaian sangat mudah dan sederhana.
• Beban diedarkan secara merata ke seluruh rangkaian kerana tidak termasuk pengawal pusat
• Pemantauan perkakas rumah dan kawalan sangat mudah menggunakan alat kawalan jauh
• Rangkaian boleh diskalakan dan mudah untuk menambah / menjauhkan peranti akhir ZigBee ke rangkaian.

Kelemahan Zigbee merangkumi perkara berikut.

• Ia memerlukan maklumat sistem untuk mengawal peranti berasaskan Zigbee untuk pemiliknya.
• Berbanding dengan WiFi, ia tidak selamat.
• Kos penggantian yang tinggi apabila ada masalah berlaku dalam perkakas rumah berasaskan Zigbee
• Kadar penghantaran Zigbee kurang
• Ia tidak termasuk beberapa peranti akhir.
• Sangat berisiko untuk digunakan untuk maklumat peribadi rasmi.
• Ia tidak digunakan sebagai sistem komunikasi tanpa wayar luar kerana ia mempunyai had liputan yang lebih sedikit.
• Sama seperti sistem wayarles jenis lain, sistem komunikasi ZigBee ini cenderung mengganggu orang yang tidak dibenarkan.

Aplikasi Teknologi Zigbee

Aplikasi teknologi ZigBee merangkumi yang berikut.

Automasi Industri: Dalam industri pembuatan dan pengeluaran, hubungan komunikasi sentiasa memantau pelbagai parameter dan peralatan kritikal. Oleh itu, Zigbee mengurangkan kos komunikasi ini serta mengoptimumkan proses kawalan untuk kebolehpercayaan yang lebih besar.

Automasi Rumah: Zigbee sangat sesuai untuk mengawal perkakas rumah dari jauh sebagai kawalan sistem pencahayaan, kawalan perkakas, kawalan sistem pemanasan, dan penyejukan, operasi dan kawalan peralatan keselamatan, pengawasan, dan sebagainya.

Pemeteran Pintar: Operasi jarak jauh Zigbee dalam pemeteran pintar merangkumi tindak balas penggunaan tenaga, sokongan harga, keselamatan terhadap kecurian kuasa, dll.

Pemantauan Grid Pintar: Operasi Zigbee di grid pintar ini melibatkan pemantauan suhu jauh , mencari kesalahan, pengurusan daya reaktif, dan sebagainya.

Teknologi ZigBee digunakan untuk membina projek kejuruteraan seperti sistem kehadiran cap jari tanpa wayar dan automasi rumah.

Ini semua mengenai penerangan ringkas mengenai seni bina, mod operasi, konfigurasi, dan aplikasi teknologi Zigbee. Kami harap kami telah memberi anda cukup banyak kandungan mengenai tajuk ini, agar anda dapat memahaminya dengan lebih baik. Oleh itu, ini semua mengenai gambaran keseluruhan teknologi Zigbee dan ia berdasarkan rangkaian IEEE 802.15.4. Perancangan teknologi ini dapat dilakukan dengan sangat kuat sehingga dapat beroperasi di semua jenis persekitaran.

Ini memberikan fleksibiliti dan keselamatan untuk persekitaran yang berbeza. Teknologi Zigbee telah mendapat begitu banyak popularitas di pasar karena menyediakan jaringan jaringan yang konsisten dengan memungkinkan jaringan untuk mengendalikan wilayah yang luas, dan juga menyediakan komunikasi daya rendah. Jadi ini adalah teknologi IoT yang sempurna. Berikut adalah soalan untuk anda, apakah teknologi komunikasi tanpa wayar yang tersedia di pasaran? Untuk bantuan lebih lanjut dan bantuan teknikal, anda boleh menghubungi kami dengan memberi komen di bawah.