Обзор, состояние и перспективы развития технологии беспроводной передачи данных ZigBee

Определение. Отличительные черты.

ZigBee — это беспроводной протокол, который использует маломощные радиосигналы для подключения устройств. Он основан на стандарте IEEE 802.15.4, который определяет физический уровень и уровень управления доступом к среде для низкоскоростных беспроводных персональных сетей (LR-WPAN). LR-WPAN предназначены для маломощных устройств с ограниченными вычислительными возможностями и памятью.

Отличительные черты ZigBee:

Низкое энергопотребление

Ячеистая сеть

Низкая задержка

Безопасность

Типовая структура сети ZigBee

В основе сети Zigbee лежит ячеистая топология (mesh-топология). В такой сети, каждое устройство может связываться с любым другим устройством как напрямую, так и через промежуточные узлы сети. Ячеистая топология предлагает альтернативные варианты выбора маршрута между узлами. Сообщения поступают от узла к узлу, пока не достигнут конечного получателя. Возможны различные пути прохождения сообщений, что повышает доступность сети в случае выхода из строя того или иного звена. Также возможна реализация более простых топологий, таких как "Дерево" или "Звезда".Малый объем передаваемых данных.

Сети Zigbee строятся из базовых станций трех основных типов: координаторов, маршрутизаторов и конечных устройств.

Zigbee в сравнении с другими протоколами

беспроводной связи

ZigBee — не единственный протокол беспроводной связи, используемый в IoT. К другим протоколам беспроводной связи относятся Wi-Fi, Bluetooth и Thread. В таблице ниже рассмотрены беспроводные протоколы связи для частоты 2,4 ГГц. Каждый протокол имеет свои преимущества и недостатки

Wi-Fi — это высокоскоростной протокол беспроводной связи, который широко используется для подключения к Интернету. Однако Wi-Fi потребляет много энергии, что делает его непригодным для устройств, работающих от батарей.

Bluetooth — это протокол беспроводной связи с низким энергопотреблением, который широко используется для связи на короткие расстояния. Однако Bluetooth имеет ограниченный радиус действия, что делает его непригодным для крупномасштабных приложений IoT.

Thread — это протокол беспроводной связи, который похож на ZigBee. Однако в Thread добавлена поддержка IP-протокола, что упрощает интеграцию сетей Thread с сетевыми приложениями.

По сравнению с другими протоколами, ZigBee — это маломощная, недорогая и надежная технология, которая широко используется в устройствах IoT.

Всетях Bluetooth и Wi-Fi сетевое взаимодействие идет через центральный шлюз. И если он выйдет из строя, то обмен данными станет невозможным. Кроме этого отдельные узлы могут остаться без связи, если неожиданно возникла преграда на пути следования радиосигнала.

Всетях ZigBee и Thread надежность связи повышается за счет наличия избыточных связей между устройствами. Все устройства, которые не уходят в спящий режим, выполняют роль роутеров, которые ответственны за маршрутизацию сетевого трафика, выбора оптимального маршрута следования и ретрансляцию пакетов. Даже если из строя выйдет устройство, которое выступало в качестве организатора сети, ZigBee-сеть продолжит функционировать дальше. Возникновение помехи или преграды, а также выход какого-либо из роутеров из строя не является критичным за счет наличия избыточных связей. Поэтому с введением дополнительных узлов, которые имеют стационарное питание и могут выполнять задачи роутера, сеть становится надежнее.

Назначение технологии

Технология Zigbee позиционировалась своими авторами для применения в системах контроля и управления, которые передают небольшие объемы данных, например, контроллеры освещенности помещения, термостаты, кондиционеры, пульты дистанционного управления, беспроводные клавиатуры и мыши для компьютера, датчики дыма и углекислого газа, устройства вызова помощи для пожилых людей и детей, устройства домашней автоматизации и т. п. В корпоративном секторе это могут быть, например, складские системы, системы автоматизации производства, различные датчики.

Таким образом, стандарт ZigBee ориентирован, главным образом, на использование в качестве средства связи между автономными приборами и оборудованием управления.

Альянс ZigBee

ZigBee Alliance — это некоммерческий альянс около 400 технологических компаний, созданный в 2002 году, со штаб-квартирой в Дэвисе, Калифорния. Причиной этого альянса является продвижение функциональной совместимости маломощных беспроводных продуктов.

На сегодняшний день ZigBee Alliance выпустил три поколения стандартов: ZigBee 1.0 (2004 г.), ZigBee 2.0 (2007 г.) и ZigBee 3.0 (2014 г.). ZigBee 3.0 является самой последней и всеобъемлющей стандартной версией, обеспечивающей значительные улучшения по сравнению с предыдущими версиями в отношении безопасности, дальности действия, скорости передачи данных и энергопотребления.

Преспективы развития ZigBee

Технология Zigbee имеет многообещающие перспективы развития, особенно в контексте расширения интернета вещей и развития умных систем.

Перспективы развития технологии:

-Оптимизация энергопотребления:

-Расширение дальности передачи данных

-Улучшение защиты данных

-Использование 5G