Was ist Zigbee?
Zigbee ist eine drahtlose Technologie, die als offener globaler Marktkonnektivitätsstandard entwickelt wurde, um die einzigartigen Bedürfnisse von kostengünstigen, stromsparenden drahtlosen IoT Datennetzen zu erfüllen. Der Zigbee-Konnektivitätsstandard basiert auf der IEEE 802.15.4-Spezifikation für physische Board-Funkgeräte und arbeitet in nicht lizenzierten Funkbändern, darunter 2,4 GHz, 900 MHz und 868 MHz.
Die drahtlose Spezifikation 802.15.4, auf der der Zigbee-Stack basiert, wurde 2003 vom Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) ratifiziert. Bei der Spezifikation handelt es sich um ein paketbasiertes Funkprotokoll, das für kostengünstige, batteriebetriebene Geräte und Produkte gedacht ist. Das Protokoll ermöglicht es Geräten, Daten in einer Vielzahl von Netzwerktopologien zu übertragen, und kann eine Batterielebensdauer von mehreren Jahren haben.
Das Zigbee 3.0-Protokoll
Das Zigbee-Protokoll wurde von den Mitgliedsunternehmen der Zigbee Board Alliance entwickelt und ratifiziert, die aus über 300 marktführenden Halbleiterherstellern, Technologiefirmen, OEMs und Dienstleistungsunternehmen besteht. Das Zigbee-Protokoll wurde entwickelt, um eine einfach zu bedienende drahtlose Datenlösung zu bieten, die sich durch sichere und zuverlässige drahtlose Netzwerkarchitekturen auszeichnet.
Der Zigbee-Vorteil
Das Zigbee 3.0-Protokoll wurde entwickelt, um Daten durch verrauschte RF-Umgebungen zu übertragen, wie sie in kommerziellen und industriellen Anwendungen üblich sind. Version 3.0 baut auf dem bestehenden Zigbee-Konnektivitätsstandard auf, vereinheitlicht aber die marktspezifischen Anwendungsprofile, damit alle Geräte unabhängig von ihrer Marktbezeichnung und Funktion drahtlos im selben Netzwerk verbunden werden können. Darüber hinaus gewährleistet ein Zigbee-3.0-Zertifizierungsschema die Interoperabilität von Produkten verschiedener Gerätehersteller. Die Verbindung von Zigbee-3.0-Netzwerken mit der IP-Domäne ermöglicht die drahtlose Überwachung und Steuerung von Funkgeräten wie Smartphones und Tablets in einem LAN oder WAN, einschließlich des Internets, und bringt das echte Internet der Dinge zum Tragen.
Die Merkmale des Zigbee-Protokolls umfassen:
- Unterstützung für mehrere Netzwerktopologien wie Punkt-zu-Punkt,
Punkt-zu-Mehrpunkt- und Maschennetze
- Niedrige Einschaltdauer - sorgt für lange Batterielebensdauer
- Niedrige Latenzzeit
- Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)
- Bis zu 65.000 Knoten pro Netzwerk
- 128-Bit-AES-Verschlüsselung für sichere Datenverbindungen
- Kollisionsvermeidung, Wiederholungsversuche und Quittierungen
Der Zigbee 3.0 Software-Stack enthält ein "Basisgerät", das ein einheitliches Verhalten für die Inbetriebnahme von Knoten und Geräten in einem Netzwerk bietet. Es wird ein gemeinsamer Satz von Inbetriebnahmemethoden zur Verfügung gestellt, darunter Touchlink, eine Methode zur Inbetriebnahme im Nahbereich.
Zigbee Drahtlose Sicherheit
Zigbee 3.0 bietet eine verbesserte Netzwerksicherheit. Es gibt zwei Methoden der Sicherheit, die zu zwei Arten von Netzwerken führen:
- Zentralisierte Sicherheit: Bei dieser Methode wird ein Koordinator/Vertrauenszentrum eingesetzt, der das Netzwerk bildet und die Zuteilung von Netzwerk- und Link-Sicherheitsschlüsseln an die teilnehmenden Knoten verwaltet.
- Verteilte Sicherheit: Diese Methode hat keinen Koordinator/Vertrauenszentrum und wird von einem Router gebildet. Jeder Zigbee-Router-Knoten kann anschließend den Netzwerkschlüssel für die teilnehmenden Knoten bereitstellen.
Die Knoten übernehmen die Sicherheitsmethode, die von dem Hub-Netzwerk verwendet wird, dem sie beitreten. Zigbee 3.0 unterstützt die zunehmende Größe und Komplexität von drahtlosen Netzwerken und bewältigt große lokale Netzwerke mit mehr als 250 Knoten. Zigbee kommt auch mit dem dynamischen Verhalten dieser Netzwerke zurecht (mit Knoten, die im Netzwerk auftauchen, verschwinden und wieder auftauchen) und ermöglicht verwaisten Knoten, die aus dem Verlust eines Elternteils resultieren, sich dem Netzwerk über einen anderen Elternteil wieder anzuschließen. Die selbstheilende Natur von Zigbee-Mesh-Netzen erlaubt es auch, dass Knoten aus dem Netz ausscheiden, ohne dass die interne Leitweglenkung unterbrochen wird.
Zigbee-Protokoll-Kompatibilität
Die Abwärtskompatibilität von Zigbee 3.0 bedeutet, dass Anwendungen und Smart-Home-Geräte, die bereits unter dem Zigbee Light Link 1.0 oder Home Automation 1.2 Profil entwickelt wurden, für Zigbee 3.0 bereit sind. Das Zigbee Smart Energy-Profil ist auf funktionaler Ebene ebenfalls mit Zigbee 3.0 kompatibel, aber Smart Energy hat zusätzliche Sicherheitsanforderungen, die nur innerhalb des Profils behandelt werden.
Zigbee-Gerätedaten
Die Over-The-Air (OTA) Upgrade-Funktion von Zigbee für Software-Updates während des Gerätebetriebs stellt sicher, dass Anwendungen auf Geräten, die bereits im Feld/Markt eingesetzt werden, nahtlos auf Zigbee 3.0 migriert werden können. Das OTA-Upgrade ist eine optionale Funktion, die die Hersteller in der Anwendungsschicht ihrer Zigbee-Produkte unterstützen sollten.
Zigbee Mesh Netzwerke
Eine Schlüsselkomponente des Zigbee-Protokolls ist die Fähigkeit, Mesh-Netzwerke zu unterstützen. In einem Mesh-Netzwerk sind die Knoten mit anderen Knoten verbunden, so dass jeder Knoten über mehrere Pfade verbunden ist. Die Verbindungen zwischen den Knoten werden dynamisch aktualisiert und durch eine hochentwickelte, integrierte Mesh-Routing-Tabelle optimiert.
Maschennetze sind dezentralisiert; jeder Knoten ist in der Lage, sich selbst im Netz zu finden. Wenn Knoten das Netz verlassen, ermöglicht die Mesh-Topologie den Knoten außerdem, die Routing-Pfade auf der Grundlage der neuen Netzstruktur neu zu konfigurieren. Die Eigenschaften der Maschentopologie und des Ad-hoc-Routings bieten eine größere Stabilität bei wechselnden Wellenbedingungen oder beim Ausfall einzelner Knoten.
Zigbee Drahtlose Anwendungen
Zigbee ermöglicht den Einsatz von drahtlosen Netzwerken auf breiter Basis mit kostengünstigen Lösungen mit geringem Stromverbrauch. Es bietet die Möglichkeit, über Jahre hinweg mit preiswerten Batterien für eine Vielzahl von Überwachungs- und Steuerungsanwendungen zu arbeiten. Intelligente Energie/Smart Grid, AMR (Automatic Meter Reading), Beleuchtungssteuerung, Gebäudeautomatisierungssysteme, Tanküberwachung, HVAC-Steuerung, medizinische Geräte, dbm-Funk, drahtlose Ghz-Protokolle, drahtlose Sensornetzwerke und Flottenanwendungen sind nur einige der vielen Bereiche, in denen die Zigbee-Technologie bedeutende Fortschritte macht.
Digi XBee 3 Zigbee-Technologie
Digi ist Mitglied der Zigbee Alliance und hat eine breite Palette von Datennetzwerklösungen auf der Grundlage des Zigbee-Protokolls entwickelt. Digi XBee 3 ist das neueste in einer langen Reihe von Funkgeräten, die eine einfach zu implementierende Lösung bieten, die Funktionen für die Verbindung mit einer Vielzahl von Geräten mit robusten Konnektivitätsstandards bereitstellt.