ZigBee

Что такое ZigBee протокол в системе "умный дом" Xiaomi?

У многих устройств и датчиков умного дома Xiaomi мы видим приписку ZigBee, что это за зверь, какие плюсы и минусы он несет, я постараюсь разобрать в этой статье.

Набор Xiaomi ZigBee

ZigBee - протокол передачи данных

Наверное, все представляют что такое Wi-Fi сеть, которая есть почти в каждой квартире. Есть устройство передатчик (роутер) и приемники (телефон, ноутбук и другие устройства), их связывает единая сеть, которая создается на уровне роутера. Схематично это выглядит так:

Схема подключения Wi-Fi с устройствами Xiaomi

Такой тип сети называется "Звезда", из-за визуального сходства (Центральное устройство и лучи отходящее от него). Тут все кажется довольно просто.

Как вы можете заметить, на схеме присутствуют устройства из системы "Умный дом" от Xiaomi. Получается, что на протоколе Wi-Fi можно построить свою систему автоматизации? Ответ - да, можно.

А зачем тогда что-то придумывать?

Если вы обратите внимание на схему, то заметите, что все устройства либо подключаются к розетке, либо требуют частой зарядки. Тут во всей красе предстает главный минус Wi-Fi сети, а именно высокое энергопотребление. И если для устройств питающихся от розетки это не страшно, то для устройств и датчиков работающих от батарейки - это смертельно. Согласитесь, зачем нужен датчик, в котором нужно каждый день заряжать аккумулятор?

Но ведь есть протокол передачи данных, с низким энергопотреблением, который нам давно известен и до сих пор активно используется. Вспомните фразу: "включи блютуз, я тебе перекину фотки.". Да, именно Bluetooth, который раньше использовался для передачи данных, а сейчас занял нишу подключения беспроводных аудио-устройств и гаджетов, так же применяется в системе "Умный дом". Чаще конечно идет в пару с Wi-Fi, но есть и устройства только с bluetooth, например чайник Mi Smart Kettle.

Xiaomi bluetooth mitu

Но и тут все не так гладко, как хотелось бы. Как и Wi-Fi, Bluetooth использует топологию "Звезда". А что в этом страшного? Ответ прост, малая дальность действия и низкая отказоустойчивость. Основное устройство необходимо размещать максимально по центру помещения, чтобы обеспечить связь со всеми устройствами. И если для квартиры это не так критично, то в частном доме просто не получится обеспечить постоянную связь между устройствами, находящимися на заметном удалении друг от друга. Для решения этой проблемы были внедрены Bluetooth шлюзы. И постепенно развивается система Mesh, для которой выпустили специальные лампочки.

ZigBee

Логично, что нужен был протокол передачи данных с низким энергопотреблением и надежностью соединения. Поэтому еще в 2003 году была ратифицирована спецификация ZigBee. Основное отличие от Bluetooth - это топология "Mesh".

В ней подразумевается наличие 3 типов устройств:

  1. Координатор - головное устройство, которое создает сеть. В умном доме сяоми эту роль выполняет один из шлюзов.
  2. Роутер - устройство, которое имеет постоянное питание. Эту роль берут на себя выключатели и розетки.
  3. Конечные устройства - датчики и гаджеты работающие от батарейки.

На схеме умного дома Xiaomi протокол будет выглядеть так:

Xiaomi Связь устройств ZigBee

Ничего не понятно? Давайте попробуем разобраться.

У нас на схеме есть шлюз Gateway 2, он выполняет роль координатора. К нему, в приложении MiHome мы подключаем все остальные устройства. Как и в Wi-Fi и Bluetooth, только стрелочек тут заметно больше. Все это потому, что розетки и выключатели выполняют роль "Роутера", они принимают сигнал от головного устройства и транслируют его дальше по сети до конечных датчиков. Это позволяет масштабировать сети до уровня дома или даже большого производственного здания. А выход из строя одного из устройств-роутеров не скажется на работоспособности всей сети.

Сравнительная таблица характеристик этих протоколов связи:

Технология Wi-Fi Bluetooth ZigBee
Стандарт связи IEEE 802.11 IEEE 802.15.4 IEEE 802.15.4
Скорость передачи данных 300+ Мбит/с до 3 Мбит/с 250 Кбит/с
Энергопотребление Высокое Низкое Низкое
Частотный диапазон 2.4 Ггц 2.4 Ггц 2.4 Ггц
Поддержка IP + - -
Топология "звезда" "mesh" "звезда", "mesh" "звезда", "mesh"

Из минусов можно отметить низкую скорость передачи данных - до 250 кбит/сек. Ради низкого энергопотребления, приходится чем то жертвовать, но это не критично для задач домашней автоматизации.

Обратите внимание, если в вашей системе 2 шлюза, то это будет 2 разных, независимых ZigBee сети только в случае недосягаемости. А так второй и последующий шлюз подхватывает сеть первого. Но если вдруг один из шлюзов умрет, то датчики можно переподключить к другому.

Значимость ZigBee в системе умного дома Xiaomi

На конец 2017 года, в системе Xiaomi 22 устройства, которые используют ZigBee протокол. Wi-Fi используют около 80, а блютуз около 25.

Да, самая маленькая доля устройств, но стоит отметить, что ZigBee устройства предназначены именно для автоматизации жилища, и их доля в вашей системе скорее будет доминировать.

Если у вас появились вопросы, смело задавайте в комментариях.

До новых встреч!




Дата изменения: 27.06.2021