Många smarta hemsensorer och ljussystem använder det energieffektiva ZigBee-radioprotokollet. Smarta hemportaler möjliggör kommunikation med andra smarta hemsystem. Vi förklarar hur ZigBee fungerar och vilka smarta hemprodukter som är kompatibla.
ZigBee: De viktigaste sakerna en överblick
- ZigBee är ett trådlöst lågt energiprotokoll för det smarta hemmet som utvecklas av ZigBee Alliance.
- Från och med ZigBee 3.0 är ZigBee-enheter från olika tillverkare till stor del kompatibla med varandra.
- Med så kallade mesh-nätverk kan räckvidden för enheterna ökas, eftersom de enskilda noderna fungerar som repeater.
- Inom ett nätverk bildar ZigBee Bridge en bro mellan enheterna och kontrollappen. Dessutom kan vissa broar också kommunicera med WLAN och Bluetooth-enheter från andra märken. ZigBee-produkter kan också användas med Google Home eller Apple HomeKit.
- Amazon Echo Plus, Echo Show och Echo Studio är ZigBee-kompatibla. Detta innebär att ZigBee-enheter också kan styras med Alexa utan ytterligare en gateway.
Vad är ZigBee?
Bärbara datorer, smartphones och smarta hemapparater använder olika radioprotokoll för trådlös kommunikation. De skiljer sig åt när det gäller frekvensområdet som används, bandbredden, nätverkstopologin och hur meddelanden överförs.
ZigBee Alliance utvecklade lågpresterande radioprotokollet ZigBee från 2002. Föreningen omfattar nu mer än 230 företag, inklusive Samsung, Osram, Somfy, Amazon, Huawei och Ikea. De angivna målen är hög kompatibilitet mellan enheter från olika tillverkare, låg energiförbrukning och en öppen standard.
Produkter som certifierats före ZigBee Alliance fungerar med någon ZigBee-aktiverad plattform.
Hur fungerar ZigBee?
Alla radioprotokoll består av flera lager enligt OSI-modellen. Dessa reglerar de olika uppgifterna för kommunikation. Detta inkluderar fysisk signalöverföring, kryptering, undvikande av överbelastning av data och visning i olika appar. Användare interagerar bara med det övre lagret, medan de nedre fungerar i bakgrunden.
I de två första skikten, som Bluetooth, använder ZigBee IEEE-standarden 802.15.4, som använder ISM-bandet (Industrial, Scientific and Medical Band) i frekvensområdet 2,4 GHz. Långa pauser i dataöverföring är en funktion i denna standard. Detta innebär att varje nätverksnod kan gå in i ett slags viloläge, vilket sparar mycket energi jämfört med andra standarder. Ett knappbatteri inbyggt i en ZigBee-sensor kan hålla i flera år.
ZigBee kännetecknas av låg energiförbrukning och hög interkompatibilitet.
ZigBee-specifikationen definierar kommunikationen i de övre lagren (3 till 7). De olika ZigBee-enheterna bildar ett Wireless Personal Area Network (WPAN) för att kommunicera med varandra. Varje ZigBee-nätverk kan identifieras unikt med en 64-bitarsadress.
ZigBee definierar protokollet för lager 3 till 7 i OSI-modellen. Det översta lagret Dotdot möjliggör kommunikation med andra radiostandarder.
Hur fungerar ett ZigBee-nätverk?
Ett ZigBee-nätverk består av en koordinator, routrar och slutenheter. Routrar utbyter datapaket med varandra. Koordinator är en router som också aktiverar nätverket. Slutenheter kommunicerar bara med sin router. Du är i viloläge för det mesta och använder därför mycket lite ström. De ansluter till routern med bestämda intervaller och ser om den har några meddelanden för dem.
ZigBee-nätverk använder stjärn-, träd- eller mesh-topologin. Stjärntopologin ger en koordinator / router och flera slutenheter. Den senare kan inte kommunicera direkt med varandra utan bara via samordnaren. Om denna centrala nod misslyckas är datautbyte inte längre möjligt.
I trädtopologin finns en koordinator, några routrar och terminaler. Varje slutanordning (barn) kommunicerar med respektive router (förälder), routern med koordinator i en trädstruktur.
I mesh-topologin är routrarna också nätverkade med varandra. Detta möjliggör många alternativa vägar för att transportera data från nod A till nod B. Av denna anledning använder de flesta ZigBee-drivna smarta hemsystem nätverk. Upp till 65 000 noder är tillåtna. Å andra sidan kräver routrar mer energi än enkla slutenheter. Detta minskar batteriets livslängd.
I nätverk kan data vidarebefordras trots felaktiga noder.
Vad är en ZigBee Bridge?
Bron fungerar som en brygga mellan ZigBee smart home-enheter och kontrollappen på smarttelefonen eller molnet. Beroende på tillverkare kallas bron också ett nav eller en gateway. Ibland kan broar också styra ZigBee-enheter från andra tillverkare. Till exempel kan Philips Hue Bridge kommunicera med Ikea Tradfri päron. Detta sparar användare pengar för en andra gateway.
Dessutom kan ZigBee-enheter inte enkelt kopplas ihop med WLAN-, Bluetooth- eller Z-Wave-enheter eftersom de talar ett annat språk. Men vissa ZigBee-gateways som Homees huvudkontor, Philips Hue Bridge eller SmartThings Hub kan översättas mellan de olika trådlösa standarderna. Detta innebär att Philips Hue-smarta glödlampor kan användas med Google Home-produkter, till exempel för att skapa rutiner, även om Google Home är baserat på WiFi.
Ikea Tradfri-lampor använder ZigBee. Gatewayen bildar bron mellan ljuskällorna och appen.
Hur långt går ZigBee?
Utbudet av ZigBee Smart Home-produkter är 10 till 15 meter. Det kan dock ökas i nätverk. De enskilda enheterna bildar nätverksnoder som fungerar som repeater och förstärker signalen. Enligt Signify (Philips Hue) är räckvidd upp till 100 meter möjliga.
Vad är ZigBee 3.0?
Utöver ZigBee-huvudprotokollet har det funnits olika specifikationer tidigare.
Jämfört med ZigBee-standardprotokollet erbjöd ZigBee Pro (2007) förbättrad säkerhet och fler topologialternativ. Precis som den trådlösa EnOcean-standarden använde Green Power principen om energiupptagning, vilket möjliggör energisäker sensorer. RF4CE (Radio Frequency for Consumer Electronics) användes för att fjärrstyra elektriska enheter med fjärrkontroller. ZigBee IP-reglerad kommunikation mellan ett lokalt nätverk och Internet. Varje specifikation bestod av flera moduler beroende på tillämpningsområde (byggnadsautomation, belysning, hälsosektor).
På grund av de olika specifikationerna var ZigBee-enheter för smarta hem ofta inte kompatibla med varandra. 2015 tillkännagav ZigBee Alliance den nya trådlösa ZigBee 3.0-standarden, som kombinerar ZigBee Pro, Green Power, IP och RF4CE. Den är avsedd att öka interoperabiliteten mellan smarta hemapparater och är nedåtkompatibel.
Hur säkerställer ZigBee datasäkerhet?
ZigBee använder symmetrisk AES-kryptering med en nyckellängd på 128 bitar för att överföra data. I slutet av 2019 blev dock en säkerhetsproblem i Philips Hue-lampor känd som utnyttjade en svaghet i ZigBee-protokollet. Detta gjorde det möjligt för angripare att komma åt nätverket via bron. I en efterföljande programuppdatering eliminerade tillverkaren Signify sårbarheten.
Vad är DotDot?
DotDot (även känt som ZigBee Cluster Library) är applikationslagret för ZigBee-protokollet i OSI-modellen. Som ett universellt språk för IoT-enheter möjliggör DotDot också enkel kommunikation mellan smarta hemenheter i olika nätverk. För detta anpassades ZigBee Cluster Library till andra protokoll. Detta ger enheter med olika radiostandarder som WiFi, Bluetooth, Z-Wave, NB-IoT och Sigfox en gemensam nivå på vilken de kan kommunicera.
DotDot ger ett vanligt språk för smarta hemprodukter.
Vad är skillnaderna mellan ZigBee och andra trådlösa standarder?
|
Max. |
Räckvidd |
frekvensintervall |
energikonsumtion |
Applikations |
|
|---|---|---|---|---|---|
|
ZigBee |
250 kbit / s |
10-15 m |
2,4 GHz |
låg |
Sensorer, |
|
TRÅDLÖS INTERNTILLGÅNG |
1000 - |
50 m |
2,4-2,4835 GHz 5,0-5,7 GHz |
Hög |
Routrar, |
|
Bluetooth |
1-3 Mbit / s |
10 m |
2400 - 2483 MHz |
låg |
Konsumentelektronik |
|
Z-Wave |
9,6 - 40 Kbit / s |
30 m |
868 MHz |
låg |
Sensorer, |
|
EnOcean |
125 kbit / s |
30 m |
868 MHz |
väldigt låg |
Sensorer, |
- WLAN: Den konventionella WLAN-standarden WiFi 5 överför data mer än tusen gånger snabbare än ZigBee, men den förbrukar också mycket el. Detta är nödvändigt vid överföring av video från en smart övervakningskamera på grund av den stora mängden data. En batteridriven termostat som bara sänder temperaturen å andra sidan kräver inte så stor bandbredd och drar nytta av en mer ekonomisk trådlös standard som ZigBee.
- Bluetooth: Det erbjuder också en högre dataöverföringshastighet än ZigBee, men med ett kortare intervall. Av denna anledning är Bluetooth övervägande i trådlösa hörlurar och bärbara datorer som skickar signaler inom några meter. När det gäller sensorer i olika rum är ZigBee helt klart ett steg före.
- Z-Wave: Det är ZigBees huvudkonkurrent inom området smarta hem. Lågenergiprotokollet används också med många sensorer och ljuskällor, erbjuder hög kompatibilitet och, som ZigBee, ett långt intervall tack vare nätverk. Det amerikanska företaget Silicon Labs äger dock rättigheterna till tekniken. Till skillnad från ZigBee är Z-Wave inte en öppen källkodsstandard. Detta innebär att tillverkare inte kan anpassa protokollet.
- EnOcean: Används endast med ultralågenergisensorer som genererar elektricitet genom temperaturskillnader och rörelser och därmed hanterar utan batterier och externa strömkällor. ZigBee 3.0 stöder också denna funktion med Green Power-specifikationen. Sammantaget är EnOcean mindre vanligt än ZigBee.
Vilka är för- och nackdelarna med ZigBee?
Fördelar med ZigBee
- Låg energiförbrukning: sensorer och andra smarta hemapparater kan klara sig på sina batterier i flera år.
- Hög kompatibilitet: ZigBee Alliance har flera hundra medlemmar, inklusive tillverkare som Osram, IKEA, Belkin och Signify. Från och med ZigBee 3.0 kan smarta hemprodukter från olika tillverkare lättare nätverkas.
- Öppen källkod: ZigBee-koden är tillgänglig för alla. Tillverkarna står således fritt att implementera ytterligare funktioner i sina produkter.
- Lång räckvidd: I nätverk fungerar noderna som repeater. I stora hus och lägenheter förbättrar detta utbudet avsevärt jämfört med WLAN.
Nackdelar med ZigBee
- Kompatibilitet bland ZigBee-enheter: Öppen källkod var särskilt ogynnsam tidigare under kompatibilitetsaspekten. Eftersom varje tillverkare implementerade ytterligare specifikationer är äldre ZigBee-enheter från olika märken inte nödvändigtvis kompatibla med varandra. Sedan introduktionen av ZigBee 3.0 har standarden dock blivit mer enhetlig.
- Kompatibilitet med andra trådlösa standarder: Om du vill nätverka ZigBee Smart Home-produkter med WLAN eller Bluetooth-enheter behöver du en gateway. Eftersom många smarta hemsystem som HomeKit eller Google Home är beroende av WLAN, måste användare planera kostnaderna för en gateway.
Stöder Amazon Alexa, Apple HomeKit och Google Smart Home ZigBee?
- Om du styr dina smarta hemenheter via Alexa, är Echo Plus, Echo Show eller Echo Studio ett smart home hub som också kan styra ZigBee-enheter. Med kommandot ”Upptäck mina enheter” söker Alexa efter befintliga smarta hemkomponenter.
- Google Home-produkter kan inte kommunicera direkt med ZigBee-enheter. En gateway som SmartThings Hub från Samsung eller Philips Hue Bridge löser problemet. Med detta kan till exempel SmartThings-uttagen slås på och av via Google Assistant.
- Apple HomeKit-produkter kan endast kopplas ihop med WLAN eller Bluetooth Smart Home-enheter. En gateway hjälper också här. Homee Smart Home Center är till exempel HomeKit-kompatibelt. Mixtile Hub från det kinesiska märket Focalcrest översätts också mellan HomeKit och ZigBee-enheter.
Vilka smarta hemsystem använder ZigBee?
- Philips Hue
- Ikea Tradfri
- Osram
- Xiaomi
- Samsung SmartThings
- Homee Smart Home
- Bosch
Vilka smarta hemprodukter använder ZigBee?
ZigBee-kompatibla lampor
- 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-dämpning LED-ljus
- Müller-ljus
ZigBee-kompatibla rörelsesensorer, vattensensorer och temperatursensorer
- Philips Hue rörelsedetektor utomhus, rörelsedetektor
- Osram Smart + rörelsedetektor
- Schwaiger rörelsedetektor
- Samsung SmartThings (fönster- och dörrsensor, vattensensor)
- Ecolink dörr- och fönstersensor
- Lita på smart hemrörelsesensor
- Heiman smart hemvattensensor
- Zipato vattensensor
- Xiaomi vattensensor
- Trust ZWLD-1000 vattensensor
- Aqara Smart Temperatursensor (Xiaomi)
- Somfy temperatur- och luftfuktighetssensor
- Lupus Electronics Mini temperatursensor
- Bitron temperatur- och luftfuktighetssensor
- WeMo larmsensor (Belkin)
ZigBee-kompatibla brytare, dimningsgivare och uttag
- Tahoma-omkopplare
- Tint / Müller-Licht Smart Switch
- Sonoff Touch Smart Switch
- Ikea Tradfri uttag
- Osram Smart + -kontakt
- Ledvance Smart + -kontakt
ZigBee-kompatibla rökdetektorer och larmsirener
- Telekom Smart Home rökdetektor (Bitron Home)
- Tuya smart hem rökdetektor
- W4 rökdetektor (Honeywell)
- SwannOne utomhus siren
- Heiman ZigBee alarmsiren
- Heiman ZigBee kolmonoxiddetektor
ZigBee-kompatibla smarta lås
- Intelligent dörrlås 365plusZ3 (Samsung)
- Kwikset Smartcode SmartCode Deadbolt
