Zigbee кейсы: от хаба и до лампочки / Хабр — Эксперт — интернет-магазин электроники и бытовой техники

Содержание

от хаба и до лампочки / Хабр

ZigBee, Z-Wave, Wi-Fi, Bluetooth — на какую технологию делать ставку? Кто из брендов выпускает наиболее практичные решения? Какие выбрать шлюз, датчики и на что смотреть тем, кто хочет все упростить?

Мы попросили Вадима Ерёмина, руководителя департамента «Гаджеты и инновации», рассказать о его опыте построения умного дома. Под катом только то, что было проверено на собственном опыте.

Но сначала несколько слов о протоколах и стандартах, а затем про производителей и конкретные модели.

Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, Z-Wave

На данный момент самые популярные устройства умного дома используют технологии Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee и Z-Wave. У каждой из технологий есть свои плюсы и минусы, и никто не запрещает использовать их вместе, компенсируя недостатки каждой. Но для разных задач и разных типов умных устройств используются разные технологии.

Например, в бытовой технике (телевизор, холодильник и кофеварка) обычно используют Wi-Fi или Bluetooth, которые также есть в любом телефоне.

Причина — этой техникой пользуются, даже не имея полноценной системы умного дома. Для автоматизации освещения и климата больше подходят встраиваемые модули ZigBee или Z-Wave, так как они специально разработаны для интеграции с существующим световым и климатическим оборудованием. Но для их полноценной работы нужен специальный хаб.

Wi-Fi

Без Wi-Fi не обойтись в IP-камерах, телевизорах, аудио/медиа-плеерах и другой технике для передачи видеосигнала. Конечно, Wi-Fi может использоваться и в выключателях света, датчиках, термостатах, но отсутствие ретрансляции сигнала и высокое энергопотребление не позволяют делать на нем датчики, работающие годами. Каждый производитель для своего Wi-Fi-устройства, будь то умная лампочка, чайник, холодильник или робот-пылесос, выпускает свое собственное приложение, и нет единого стандарта, чтобы управлять всей техникой из одного приложения. Это не позволяет сделать умный дом только на Wi-Fi по-настоящему удобным.

Bluetooth

Актуальная версия Bluetooth Low Energy 4. 2 имеет малое энергопотребление, благодаря этому работают крошечные беспроводные наушники, колонки и различные датчики на батарейках. Проблемы тут те же что и с Wi-Fi: отсутствие общего стандарта управления вынуждают каждого производителя делать свое собственное приложение, что неудобно для пользователя. Очень важная для умного дома технология Mesh (ячеистая сеть) появилась только в версии 5.0, которая еще мало где используется, но, возможно, будущее умных домов именно за Bluetooth LE 5.

ZigBee

ZigBee изначально разрабатывался для применения в сетях из датчиков, таких как счетчики электроэнергии, воды, газа, датчики температуры. Топология сети может быть разная, в том числе ячеистая (mesh). Это означает, что любой датчик видит все другие датчики и может передавать сигнал через них, т.е. использовать ретрансляцию, что сильно увеличивает надежность передачи. В 2007 году появился стандарт команд для управления умным домом, так называемый профиль «Домашней автоматизации». С ZigBee выпускают почти все устройства для создания домашней автоматизации: реле, диммеры, лампы, термостаты, замки, датчики. Но бытовых приборов типа холодильников и телевизоров с ZigBee вы не найдете. По сравнению с другими протоколами для умного дома у ZigBee-устройств самые привлекательные цены, однако отсутствие 100% совместимости между устройствами и хабами разных производителей не позволяет собрать умный дом только на ZigBee.

Z-Wave

Беспроводной протокол, разрабатываемый с 2001 года специально для домашней автоматизации. Главным его преимуществом является полная совместимость между устройствами разных производителей. Так датчик движения от Fibaro может управлять диммером Qubino, а вся автоматизация при этом базироваться на контроллере RaZberry от Z-Wave.Me. На данный момент продается более 3000 разных Z-Wave устройств, которые покрывают все нужды умного дома. Это самый популярный протокол для объектов площадью от 10 до 500 м². В Z-Wave, так же как и в ZigBee, используется топология mesh с поддержкой ретрансляции сигнала и автоматическим нахождением лучшего маршрута. Главный минус — цена. В среднем, стоимость устройства составляет 60-80 евро, что примерно вдвое выше, чем у аналогов с ZigBee.

Выбор устройств: личный опыт

Вадим Ерёмин, руководитель департамента «Гаджеты и инновации» в М.Видео-Эльдорадо

Перед выбором устройств нужно определиться с задачами, которые будет решать умный дом. Мне потребовалось в основном обезопасить и частично автоматизировать загородный дом. Вот на каких устройствах я остановился:

Наиболее простой гаджет, с которого я начал — умная лампочка. Поскольку потолочные светильники подключаются к электросети напрямую, достаточно вкрутить лампу в патрон.

Смарт-лампы позволяют регулировать яркость света, цвет и цветовую температуру. Благодаря светодиодам они невероятно энергоэффективны, а срок службы может превышать 10 лет.

Разумеется, лампы можно сделать ещё умнее. Например, вставив в цепь датчик движения.

Умный свет Rubetek RL-3103 1990р.

Примеры устройств:

Датчики температуры и влажности

. Выезжая на дачу, проверяю температуру в доме и при необходимости могу задать нужные параметры. Дистанционное управление особенно удобно для поддержания минимального тепла, чтобы трубы зимой не промёрзли.

Включив этот датчик в схему умного дома, также можно автоматизировать запуск увлажнителя воздуха, кондиционера, обогревателя, мойки воздуха и прочей климатической техники.

Примеры устройств:

Датчик открытия дверей и окон

. Конечно, безопасность превыше всего. Контактный сенсор, закрепил на оконные рамы и дверь. Хотя его главная задача — сообщать о несанкционированном проникновении, датчик пригодится, к примеру, чтобы дать команду на отключение кондиционера, когда открывают окно.

У нас на даче несколько датчиков на каждом этаже. Если кто-то попытается проникнуть в дом, я получу уведомление на смартфон. С него также удобно подключаться к камере слежения и активировать сигнализацию, чтобы спугнуть воров и подать знак соседям.

Smart home Perenio Датчик открытия дверей/окон (PECWS01)

1690р.

Примеры устройств:

Датчик дыма

. Установил в гостиной с камином. Использую в паре с температурным датчиком. Он обеспечивает противопожарную безопасность, регистрируя задымление. В автономном режиме может выступать в роли пожарной сирены и кроме того, дать команду на отключение электроприборов при возгорании.

Smart home Perenio Датчик дыма (PECSS01) 2990р.

Примеры устройств:

Датчик протечки воды

. Ему место в ванной, под мойкой на кухне, у стиральной машины или отопительной батареи — словом, везде, где может случиться протечка. Потоп — дело серьёзное, и эти датчики лучше всего устанавливать с

электромагнитными кранами

. В случае неприятности датчик скомандует крану перекрыть воду.

Примеры устройств:

Датчик движения

. Регистрирует движение людей и животных по тепловым волнам. Не реагирует на собак и кошек. Устройство можно прикрутить на один саморез или приклеить к стене на двухстороннюю клейкую ленту. Одной батарейки хватает примерно на 2-3 года в зависимости от частоты срабатывания. Датчик настолько компактен, что почти незаметен в коридоре и санузле.

Smart home Hommyn Сенсор движения (MS-20-Z) 2390р.

Примеры устройств:

Задачи «умного дома» часто сводятся в к включению или отключению электроприборов — без

умных розеток

тут не обойтись. Они играют роль переходника от обычной комнатной розетки к прибору и не требуют монтажа.

Умная розетка TP-Link HS100

Функционал таких розеток довольно широкий. Так, Hommyn PL-20-W, Rubetek RE-3301 и TP-Link HS100 могут включать электроприборы по таймеру, например, во время действия самого выгодного тарифа. И, конечно же, собирают статистику по энергопотреблению.

А ещё можно использовать умное реле Rubetek RE-3312 — к нему можно подключить что угодно, от духовки до тёплого пола.

Есть еще приборы, встраиваемые в систему и без умных розеток. У нас на кухне несколько устройств из экосистемы Redmond на платформе Ready For Sky, в частности, смарт-чайник и мультиварка. Сварить кашу, не вылезая из кровати, или вскипятить чайник, не отрываясь от газонокосилки — проще простого.

А теперь самое важное

Производителей много, датчиков, розеток и лампочек — еще больше. Они все используют разные технологии, и, чтобы объединить их в одну систему, понадобится дополнительное устройство — шлюз. Он играет роль центра сети, собирает данные со всех датчиков, отправляет их в облако для доступа через смартфон, перенаправляет команды между устройствами.

Но есть и проблема. Единого стандарта для объединения разных устройств в одну систему не существует. Поэтому придётся либо остановиться на каком-то одном производителе с его экосистемой, либо строить умный дом с помощью IoT-роутера, который поддерживает сразу несколько протоколов: Wi Fi, Z-wave, Zigbee, Bluetooth — например, Rubetek CC1.

Голосовое управление устройствами. Достаточно сказать «включить свет» и свет включится, даже если вы находитесь на другом конце Земли

Чтобы не морочить себе голову протоколами и шлюзами, проще всего купить готовый комплект решений для умного дома. Например, комплект Perenio PEKIT01 включает в себя шлюз, датчик дыма, датчик открытия двери, датчик движения и датчик протечек. В набор Rubetek RK-3515 входит то же самое, кроме датчика движения. Hommyn Антипротечка Pro KS-32-WZ — это датчики протечек, электроприводные краны, реле и шлюз.

В планах у меня еще протестировать несколько умных устройств, возможно, самые перспективные появятся в нашем ассортименте.

Замок

Начал подбор простого варианта, чтобы легко устанавливать без апгрейда самой двери. Модель

Danalock V3

ставится вместо барашка, т.е. с обратной стороны двери обычная личинка, при такой установке никто не догадается, что у вас умный замок. Замок поддерживает управление по Z-Wave и Bluetooth. Это позволяет давать временный доступ к замку вашим родственникам или друзьям. Кроме Danalock V3 я бы установил датчик открытия двери Fibaro Door Sensor 2, теперь при закрытии двери замок автоматически закрывается через пять секунд.

Электрокарнизы

Для управления мотором штор или жалюзи есть микромодули от Fibaro, Zipato и Qubino. Я рассматриваю обычный мотор с фазным управлением и выбрал бы модуль

Qubino Shutter

, потому что у него больше всего функций. Модуль измеряет энергопотребление и может автоматически определить крайние положения у жалюзи. Бонус — синхронизирую с будильников в смартфоне, чтобы сразу проснуться и петь).

IoT как угроза корпоративной безопасности

На RSA Conference 2021 специалисты по безопасности Итцик Фигелевич (Itzik Feiglevitch) и Джастин Шоудер (Justin Sowder) в своем докладе Into the Mind of an IoT Hacker подняли вопрос уязвимости разнообразных IoT-устройств и необходимости особого отношения к ним со стороны служб кибербезопасности. В частности, они подобрали несколько ярких примеров, демонстрирующих состояние IoT-безопасности в современных компаниях.

Мало кто из безопасников вообще ведет учет используемых компанией IoT-устройств. Умные лифты, всевозможные датчики, IP-телевизоры, принтеры, камеры наблюдения — практически всегда это разрозненная коллекция каких-то нестандартных устройств, каждое из которых работает на своей операционной системе, поддерживает какие-то проприетарные протоколы, зачастую вообще не имеет нормального интерфейса управления и так далее. И таких устройств в компании могут быть тысячи.

Почему IoT-устройства вносят дополнительные риски для кибербезопасности

Одна из причин, по которым IoT-устройства представляют собой повышенную угрозу для безопасности корпоративной сети, кроется в том, что далеко не всегда они воспринимаются как часть соответствующей инфраструктуры. Если какой-нибудь условный сетевой принтер обычно все же признается сетевым устройством, то части «умного здания» или даже система IP-телефонии зачастую уже воспринимаются как некие отдельные структуры. А между тем они нередко оказываются подключенными к той же сети, что и корпоративные рабочие станции.

Иначе говоря, зачастую «умные» устройства в ментальной модели специалистов по информационной безопасности просто не входят в категорию «компьютеры», а пребывают скорее где-то рядом с водопроводом и офисной мебелью.

Еще больше может осложнить ситуацию текучка кадров. Чем чаще в компании меняются безопасники и айтишники, тем больше шансов, что новый человек вообще не будет знать, что за зоопарк IoT-устройств подключен к сети.

Что самое неприятное — иногда подобные устройства доступны извне. Такую возможность могут оставить в разных целях: чтобы вендоры могли контролировать состояние устройства; чтобы его могли использовать люди, работающие на удаленке; чтобы сервисная компания могла заняться обслуживанием устройства до того, как оно начнет причинять неудобства. То есть получается, что устройства, с одной стороны, подключены к корпоративной сети, а с другой — торчат в Интернете. Что может пойти не так?

Как это ни парадоксально это звучит, но еще один фактор риска — высокая конструктивная надежность электроники: если устройство пусть уже и старенькое, но до сих пор выполняет свои функции и не ломается, то менять его вроде как и смысла нет. В результате в современных организациях встречаются древние IoT-девайсы, в которых нет даже базовых функций безопасности — в те времена, когда их разрабатывали и внедряли, о таких вещах просто никто не задумывался.

Эти устройства, к примеру, работают на древних уязвимых операционных системах, которые уже не обновляются. А если и обновляются, то для этого необходим физический доступ (что не всегда просто в случае, например, систем умного здания). Также в них могут быть несменяемые пароли, установленные производителям, какие-нибудь отладочные бэкдоры, по забывчивости оставленные в финальной прошивке, и много всяких других сюрпризов, которые могут сделать жизнь специалиста по ИТ-безопасности крайне увлекательной.

Почему IoT-устройства интересны атакующим

На самом деле причин, по которым злоумышленники могут интересоваться IoT-устройствами, несколько. Причем такие устройства могут использовать как для атак на саму компанию, так и для DDoS-атак третьей стороны. Вот основные варианты использования «умных» устройств в случае успешной атаки:

Организация ботнета для DDoS-атак.
Майнинг криптовалюты.
Кража конфиденциальной информации.
Саботаж.
Плацдарм для дальнейших атак и горизонтального распространения по сети.

Кейсы

Среди описанных исследователями кейсов попадаются достаточно нелепые. Касаются они как стандартных подключенных к Интернету устройств, так и достаточно узкоспециализированных. Вот два наиболее показательных примера.

Аппарат для ультразвуковых исследований

В современных организациях, работающих в сфере здравоохранения, всегда много медицинских IoT-устройств. Чтобы проверить, как в них обстоят дела с безопасностью, исследователи приобрели подержанный аппарат для УЗИ и попытались его взломать. На взлом они в итоге потратили примерно пять минут, потому что при ближайшем рассмотрении оказалось, что устройство работает на базе системы Windows 2000, которая ни разу не обновлялась. Более того, они смогли не просто захватить контроль над аппаратом, но и получить доступ к данным пациентов, которые никто не догадался удалить перед продажей аппарата.

Многие медицинские устройства годами, а то и десятилетиями используются медиками без обновления и модернизации. И это понятно: какой смысл менять дорогостоящее оборудование, если все прекрасно работает, а лишних денег, естественно, нет. Причем подобные устройства не просто продолжают работать в той организации, которая их изначально приобрела, — нередко их уже подержанными продают небогатым клиникам, в которых они продолжают трудиться дальше.

Протоколы Zigbee

Сетевые протоколы Zigbee были разработаны в 2003 году для беспроводной связи между устройствами с низким энергопотреблением; они поддерживают возможность выстраивания ячеистой топологии сети. Часто их используют для подключения различных компонентов умного здания. То есть где-то в офисе стоит шлюз, управляющий десятками разных устройств. Например, системой умного освещения.

По словам исследователей, злоумышленнику не составляет никакого труда эмулировать Zigbee-устройство на обычном ноутбуке, подключиться к шлюзу и установить на него вредоносное ПО. Все, что для этого нужно — находиться в зоне действия Zigbee-сети, например в лобби офиса. В свою очередь, управляя шлюзом, можно попытаться саботировать работу в здании — например, отключить все то же умное освещение.

Как обезопасить корпоративную сеть

Безопасники не всегда уверены, следует ли им «защищать IoT девайсы в корпоративной сети» или скорее «защищать корпоративную сеть от IoT девайсов». По-хорошему, нужно решать обе эти задачи. И ключевой момент тут — обеспечить видимость того, что происходит в сети. Для надежной защиты компании в первую очередь нужно выявить все подключенные к сети устройства, правильно классифицировать их, а в идеале — проанализировать степень опасности.

Следующий этап — разумеется, сегментация сети в соответствии с результатами такого анализа. Если устройства имеют уязвимости, не могут быть обновлены, но по какой-то причине от их использования нельзя отказаться, то следует настроить сеть так, чтобы уязвимые устройства не просто не имели выхода в Интернет, но и не были бы доступны из других сегментов сети. Идеальный вариант — сегментация с соблюдением концепции Zero Trust.

На тот случай, если злоумышленникам все же удастся захватить контроль над IoT-устройствами и использовать их для DDoS-атак или майнинга, имеет смысл следить за аномалиями в сетевом трафике в соответствующих сегментах.

Наконец, для раннего выявления сложных атак, в ходе которых IoT используются для закрепления в сети и атак на другие системы, необходимо использовать решение класса EDR.

ZigBee Mesh

ZigBee Mesh.

CAN2GO контроллеры могут образовывать беспроводные ячеистые (MESH) сети, используя ZigBee беспроводной протокол для обмена данными между собой. Ячеистая сеть основана на контроллерах, которые могут взаимодействовать друг с другом. MESH сеть отличается от обычных иерархических сетей или сетей типа звезда, где взаимосвязи фиксированы. Это обеспечивает большую гибкость при добавлении новых контроллеров и устройств, или при изменении конфигурации уже существующих сетей. Поскольку сигналы могут «прыгать» с одного контроллера к другому, то в сумме потребляется меньше энергии, чтобы достичь самых дальних контроллеров.

В созданной MESH сети ZigBee будет существовать несколько возможных путей между контроллерами. ZigBee использует эти различные пути при помощи динамической маршрутизации. Если есть помехи или если контроллер становится непригодным для использования, MESH сеть ZigBee выбирает следующий наиболее эффективный путь по сети.

Типичная сеть ZigBee состоит из одного координатора, несколько маршрутизаторов и несколько оконечных устройств. Однако сеть может быть создана с использованием только одного координатора и одного оконечного устройства.

ZigBee координатор (ZC) представляет собой устройство, которое устанавливает сеть, знает обо всех узлах в сети и управляет как информацией о каждом узле, так и информацией, которая передается или принимается в рамках сети. Каждая сеть ZigBee должна содержать координатор сети.

ZigBee Router (ZR) работает как прикладная функция. Маршрутизатор может действовать в качестве промежуточного маршрутизатора, передавая данные от других устройств.

ZigBee конечные устройства (ZED) могут общаться только с родительским узлом (с координатором или с маршрутизатором). ZED не может передавать данные от других устройств. Этот алгоритм взаимодействия позволяет узлу находиться в состоянии «сна» значительное время и увеличивает срок службы батареек.

Оптимальные настройки сетки.

Не существует как таковой оптимальной настройки MESH сети, каждое здание уникально. Форма и размещение узлов сети зависят от таких факторов, как размер помещения, количества этажей, стен и других препятствий. Для максимальной избыточности нескольких маршрутизаторов Zigbee могут быть размещены в зоне действия каждого набора конечных устройств — если один маршрутизатор выходит из строя, другие могут взять работу на себя.

Обратитесь к инструкции по развертыванию CAN2GO для получения более подробной информации.

Обзор систем АСКУЭ: технология ZigBee.

АСКУЭ яЭнергетик

Технология передачи данных по радиоканалу довольно популярна, и многие производители электросчетчиков обратили на нее внимание.

Главные плюсы такой технологии: дешевизна, простота, дальность действия (до 10 км) и низкое энергопотребление (возможна автономная работа от батарейки до 10 лет).

Для беспроводного обмена данными используются радиочастотные диапазоны, не требующие оформления разрешений. В России для этих целей выделены частотные диапазоны 433.075-434.750 МГц, 868,7-869,2 МГц и 2400-2483,5 МГц.

Диапазоны 433 и 868 очень хорошо зарекомендовали себя в условиях плотной городской застройки, радиоволны хорошо проникают сквозь бетонные конструкции, и не сильно ослабевают, проходя через кирпичную кладку.

Диапазон 433 используется очень давно, поэтому на этих частотах работает большое количество устройств, радиоэфир сильно загружен и сильно «засорен» помехами особенно в городских условиях. АСКУЭ, работающая на этих частотах применима исключительно в сельской местности.

Для диапазона 868 разрешена мощность в 2,5 раза больше, чем у 433, поэтому антенны менее громоздкие. Также на этих частотах меньше уровень фоновых и индустриальных помех. В настоящее время при выполнении систем АСКУЭ в РФ этот диапазон частот не нашел широкого применения, однако технологии, использующие частоты 868 МГц, будут развиваться.

Развитие технологии

Чтобы решить проблемы дальности связи и плохого сигнала, в последние годы появились радиомодемы с функцией ретрансляции сигнала. Эти устройства принимают сигнал от других модемов и передают его дальше. Таким образом, если расстояние между базовым модемом и каким-либо модемом сети больше, чем максимальное расстояние прямой видимости, то сигнал пойдет через промежуточные модемы.

Помимо ретрансляции радиомодемы научились выстраивать единую сеть и автоматически определять кратчайший путь до приемного оборудования. В итоге, если какой-то модем выйдет из строя, то сеть сама перестроится и передаст данные через другой модем. Благодаря такому механизму значительно повышается надежность всей сети.

Эти идеи с ретрансляцией сигнала и построением сети производители радиомодемов переняли из стандарта ZigBee.

О стандарте передачи данных ZigBee

Стандарт ZigBee предусматривает частотные каналы в диапазонах 868 МГц, 915 МГц и 2,4 ГГц. Наибольшие скорости передачи данных и наивысшая помехоустойчивость достигаются в диапазоне 2,4 ГГц. Поэтому большинство производителей микросхем выпускают приемопередатчики именно для этого диапазона, в котором предусмотрено 16 частотных каналов с шагом 5 МГц (полоса частот 2400-2483,5 МГц).

Скорость передачи данных вместе со служебной информацией в эфире составляет 250 кбит/c . При этом средняя пропускная способность узла для полезных данных в зависимости от загруженности сети и количества ретрансляций может лежать в пределах 5 … 40 кбит/с.

Расстояния между узлами сети составляют десятки метров при работе внутри помещения и сотни метров на открытом пространстве. За счет ретрансляции зона покрытия сети может значительно увеличиваться.

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.*

* по материалам сайта http://www.wless.ru

Чтобы наглядно понять преимущества технологии ZigBee представим 15-ти этажный жилой, где все счетчики оборудованы ZigBee-модемами. Если мощность сигнала модемов на всех этажах одинакова и ее хватает только на преодоление 4-х этажей, то для счетчиков 15 этажа маршрут может быть следующий: 15 этаж – 11 этаж -7 этаж – 3 этаж – подвал. Если на 11 этаже маршрутизатор перестанет работать, то сеть автоматически инициирует поиск нового маршрута, который может получиться следующим: 15 этаж – 12 этаж — 8 этаж – 4 этаж – подвал.

Такой подход повышает работоспособность и помехоустойчивость всей сети и дальность связи, даже если каждый модем в отдельности является маломощным устройством.

Подведем итоги

Системы АСКУЭ на радиомодемах, как правило, недорогие;
Радиомодемы хорошо зарекомендовали себя в загородных поселках, где радиоэфир не так загружен, как в городе;
Для крупных поселков необходимо ориентироваться на радиомодемы с ретрансляцией сигнала.

Copyright — © яЭнергетик, 2020г. При любом использовании опубликованных материалов и содержимого данной статьи требуется указывать источник «яЭнергетик.рф»

Собираем DIY шлюз для Zigbee устройств

Вступление

Пока крупные производители конечных устройств Zigbee в борьбе за кошельки пользователей имитируют поддержку оборудования сторонних производителей, группы энтузиастов изучают стандарты протоколов и изобретают «альтернативные» всеядные программные и аппаратные решения для работы с устройствами Zigbee.

Наибольший толчок развития DIY шлюзам дал проект zigbee2mqtt. На момент написания заметки в проекте реализована поддержка 785 устройства от 140 производителей.

Поиск показал наличие интересных конкурентных проектов AqaraHub(написан на с, похоже, что развитие приостановлено, последний коммит был 5 месяцев назад), нативная поддержка в ioBroker (проект ведет наш соотечественник Киров Илья), нативная поддержка в Home-assistant (поддержка появилась после появления библиотеки zigpy, активно развивается, но пока далека от совершенства). Обзор программных шлюзов хорошо разобран в интернете, имеется множество статей, желающий найдет информацию по тэгам в конце статьи.

После того, как zigbee2mqtt набрал достаточную популярность, пользователи ощутили и недостатки «программных» шлюзов. Среди наиболее заметных можно выделить следующие:

необходимость использования отдельного сервера или одноплатного компьютера raspberry или аналога;
на одноплатном компьютере для работы USB устройств нужен хороший блок питания, необходимо предусмотреть охлаждение одноплатного компьютера, также требуется карта памяти хорошего качества с достаточным свободным местом. При использовании одного мини-компьютера для «программного» шлюза и системы управления умным домом, необходимо следить за наличием свободного места на карте памяти, которое может внезапно заполниться логами или другими файлами;
загрузка и поддержка актуальности версий интерпретатора и библиотек Node.JS. Обновление версий zigbee2mqtt производится из консоли, при обновлении есть необходимость в создании резервной копии конфигурации и последующего обновления;
отсутствие визуального интерфейса из коробки.

Все указанные недостатки были отмечены группой энтузиастов, которые постарались на базе доступных для заказа на Aliexpress комплектующих разработать альтернативный DIY Zigbee шлюз. Использование аппаратного шлюза должно уменьшить количество сбоев, связанных с работой операционной системы и сделать более надежное решение, которое можно использовать из коробки. Для поддержки оборудования была написана прошивка SLS Zigbee Gateway, которая распространятся бесплатно. В настоящее время полноценно поддерживается работа более 100 видов устройств, список постоянно расширяется.

Ведется работа по наполнению и актуализации руководства по использованию шлюза. Уже сейчас реализована возможность использования сценариев на языке lua (доступны функции работы с сервером MQTT, вызов url методом POST или GET, изменение состояний устройств в зависимости от состояний устройств). Для интеграции с системами умного дома доступен поддерживаемыми почти всеми системами протокол MQTT. Для ускорения интеграции устройств шлюза в системы умного дома, структура топиков полностью соответствует структуре zigbee2mqtt.

Для интеграции с MajorDoMo разработано дополнение. Интеграция с Home-assistant описана в инструкции. В скором времени будет реализован механизм discovery для home-assistant. Также доступен вариант управления устройствами шлюза через HTTP API. В среднесрочной перспективе будет реализована работа с оборудованием BLE.

Стоит отметить, что имеются альтернативные прошивки и решения, имеющие в основе похожее причины для создания DIY шлюза. Ведется аналогичный проект на том же оборудовании по названием ZESP. К сожалению, обновления проекта Zesp для ESP32 свободно не распространяются, поэтому оценить текущую функциональность не представляется возможным.

Также команда авторов прошивки Tasmota запустила проект реализации подобного шлюза на базе микроконтроллера ESP8266 и трансивера сс2530.

Самостоятельная сборка шлюза

В качестве аппаратной начинки шлюза используется современный микроконтроллер ESP32-WROVER-B от Espressif, который согласно даташиту с сайта производителя может одновременно работать с WiFi и BLE, имеет достаточный для работы шлюза объем оперативной памяти и хорошую производительность. Еще одной полезной особенностью данного чипа является доступность написания кода в Arduino IDE или PlatformIO, а также его цена.

Работоспособность протокола Zigbee обеспечивает трансивер от Texas Instruments сс2538 с усилителем сс2592. Пользователем @Jager_f было проведено тестирование дальности связи беспроводной кнопки от компании Xiaomi, которое показа показало до 800 метров уверенного приема на открытой местности.

Главным преимуществом трансивера является многофункциональность. Он может работать как через встроенную эмуляцию USB, так и через UART. Для использования UART была написана прошивка.

Более подробно информация по перепрошивке разобрана в статье Прошиваем СС2538 с помощью J-Link на сайте modkam.ru.

Также существуют готовые модификации плат для Raspberry через UART.

Схема подключения ESP32 и сс2538 сс2592 указана на рисунке:

Готовые герберы и файлы для заказа плат можно взять на сайте modkam.ru

Имеется «альтернативный» (прямоугольный) вариант платы от @vofkindt

Также SLS Zigbee шлюз можно собрать на базе ESP32 и устаревшего модуля сс2530. Производительность старого чипа от TI сильно отстает от сс2538, поэтому рекомендуется их использовать только для ознакомления. Более подробная информация представлена в начале обсуждения темы по ссылке.

Готовые шлюзы, собранные энтузиастами, можно приобрести в группе в telegram

Начало работы

После прошивки zigbee модуля и ESP32, при включении шлюза создается точка доступа zgwABCD, где ABCD — последние символы MAC-адреса ESP32. Далее необходимо с помощью телефона подключиться к новой точке доступа и ввести реквизиты вашей сети Wi-Fi.

После того, как шлюз подключился к сети, в настройках вашего маршрутизатора можно уточнить его ip адрес. Интерфейс управления может быть доступен на 80 порту по адресу, который выдал маршрутизатор, например http://192.168.1.93.

После того, как вы подключитесь к шлюзу SLS Zigbee Gateway, вам необходимо зайти на страницу настроек GPIO микроконтроллера (из меню основной страницы Settings -> HW Setup) и выставить настройки портов GPIO. Ниже приведены настройки для круглой платы:

Если шлюз собран и прошит правильно, то на главной странице в разделе Zigbee вы должны увидеть Zigbee DeviceState: 9 [OK]

Сопряжение устройств

Добавление устройств zigbee осуществляется при включении режима сопряжения. Его можно осуществлять через меню Zigbee -> Join, либо командами mqtt или http (информацию можете найти в документации). Новые сопряженные устройства будут появляться нарастающим итогом, пока включен режим сопряжения.

Список всех сопряженных устройств можно открыть через меню Zigbee -> Devices

Можно посмотреть карту сети Zigbee -> Map

Интеграция с системами умного дома

Интеграция с системами умного дома доступна по mqtt или http. Структура топиков mqtt соответствует описанию zigbee2mqtt. Настроить адрес вашего mqtt брокера можно на странице Settings -> Link Setup -> MQTT SETUP

Дальнейшие шаги по интеграции с системами умного дома описаны в соответствующих инструкциях (Majordomo, home-assistant)

Настройка автоматизаций

В шлюзе SLS Zigbee Gateway доступны следующие виды автоматизаций:

SimpleBind
Скрипты Lua
Binding средствами протокола Zigbee

Примеры использования

Оборудование самого популярного в СНГ китайского брэнда Xiaomi поддерживается шлюзом почти в полном объеме. К сожалению почти все оборудование этого брэнда (за исключением оборудования новой серии на zigbee 3) не поддерживает Binding согласно стандарта, т.е. не может работать автономно, без координатора. Как раз для таких случаев был создан вариант автоматизации на шлюзе SLS — SimpleBind. Он позволяет настроить автоматизацию внутри одной сети Zigbee, где решение об изменении состояния будет принимать шлюз SLS на основе простейших инструкций.

Ниже на скрине указан пример правила управления устройством (реле KS-SM001 от Ksentry Electronics) в зависимости от нажатия правой кнопки двухкнопочного пульта WXKG02LM от Xiaomi.

Датчики движения, дыма, открытия двери и другие можно настроить аналогичным образом. Более подробные сведения об использовании функции SimpleBind можно прочесть в описании функционала.

Оборудование компании Ikea, Philips, Nue, Gledopto, Trust и др. производителей имеют прошивки с поддержкой необходимых кластеров. Это позволяет настроить прямые автоматизации. Например круглый магнитный пульт IKEA ICTC-G-1 может самостоятельно без использования шлюза управлять почти всеми видами доступных ламп zigbee. Такая автоматизация на основе прописанных в прошивке устройств кластеров называется Binding. Обычно шлюз (координатор) настраивает связи устройств, далее устройства общаются между собой без использования координатора. Описание методов настройки связей устройств указаны в руководстве. С помощью Binding удалось настроить управление всеми лампами Ikea, Trust, Philips и даже лампочку Aqara ZNLDP12LM. Ниже на скрине пример привязки круглого пульта-диммера икея (беспроводной реостат) к имеющимся лампочкам zigbee.

После нажатия Bind каждая из ламп может менять яркость при вращении пульта-реостата.

Дальнейшие перспективы

разработка облачного личного кабинета, где можно будет управлять своими устройствами;
интеграция шлюза с голосовыми ассистентами Google Home, Яндекс Алиса и др.;
реализация возможности считывания информации устройств BLE средствами ESP32;
разработка шлюза для проводных интерфейсов с поддержкой протоколов MODBUS, DALI, DMX, DI-DO, 1-wire, I2C, счетчиком импульсов;
разработка второй версии шлюза для Zigbee с поддержкой Ethernet и ИК портов;
добавление поддержки групп.

Руководство по использованию шлюза

Группа в Telegram

Канал новостей в Telegram

Список поддерживаемых устройств

Обзор от Alex Kvazis

Где купить

Обсуждение на форуме Majordomo

Автор: directman66

Источник

«Казахтелеком» строит крупнейшую в СНГ сеть M2M/IoT

Компания завершила первый этап строительства крупнейшей в СНГ сети M2M/Internet of Things на базе технологий LORA, Zigbee и LTE.

«Казахтелеком» завершил первый этап проекта по строительству крупнейшей в СНГ сети M2M/Internet of Things на базе технологий LORA, Zigbee и LTE — об этом топ-менеджмент мультисервисной компании сообщил на MWC 2018 в Барселоне. Покрытие сети охватывает все сегменты рынка «интернета вещей»: квартиры, частные дома и подъезды в сегменте B2C; уличная территория городов, многоквартирные дома, административные здания, производственные объекты и автомобильные дороги в сегменте B2B/B2G.

«Учитывая основные тренды в Казахстане и мире, „Казахтелеком“ активно участвует в формировании рынка Internet of Things (IoT). Мы понимаем, что этот рынок будет основным драйвером роста доходов ИТ-индустрии в ближайшее десятилетие. По прогнозам экспертов, к 2025 году в Казахстане будет порядка 100 млн устройств, подключенных к IoT, что будет в 3,5 раза больше, чем на рынке мобильной связи. По нашим оценкам, объем рынка в стране достигнет $251 млн к 2025 году. Мы реализуем ряд проектов, изучаем возможные кейсы применения и бизнес-модели в сфере IoT, выстраиваем партнерские отношения с разработчиками, дистрибьюторами устройств и другими участниками рынка», — отметил председатель правления АО «Казахтелеком» Куанышбек Есекеев в ходе бизнес-завтрака на выставке MWC 2018.

В рамках первого этапа завершено строительство самой масштабной в СНГ энергоэффективной сети LPWAN на базе технологии LORA с охватом всех многоквартирных домов, зданий и городской территории в Астане, Алматы и Шымкенте.

Кроме того, первый этап проекта направлен на подготовку инфраструктуры в 9 тыс. подъездах многоквартирных домов и подключение 17 тыс. видеокамер к платформе облачного видеонаблюдения, которая обеспечивает сбор и хранение видеоданных с камер, установленных в подъездах многоквартирных домов в 18 городах Казахстана. Преимуществами облачного видеонаблюдения являются: онлайн-доступ к видео со смартфона и других устройств посредством разработанного мобильного приложения и web-портала. Также предусмотрена возможность просмотра архивных видеозаписей с длительностью хранения до 7 суток, защищенность хранения видеоданных в ЦОД класса Tier 3, интеграция с ЦОУ МВД/ДВД на республиканском, городском и районном уровнях. До конца 2018 года планируется расширение охвата до 33 тыс. видеокамер в 17,5 тыс. подъездах.

Также первый этап включает развертывание платформы Smart Home, которая реализована как облачное решение с горизонтальной расширяемостью и возможностью реализации различных решений умного дома на базе технологии Zigbee. Данное решение позволяет обеспечить подключение IP-камер, датчиков движения, открытия дверей и окон, сенсоров задымленности, температуры и влажности. Платформа расширяема до 5 млн устройств и 1 млн пользователей, абонентам доступно мобильное приложение для устройств на базе iOS/Android для управления камерой, датчиками и сенсорами.

До конца 2018 года в рамках второго этапа проекта ожидается, что сетями LORA будут охвачены все областные центры Казахстана, а также города Семей, Темиртау и Жезказган. В совокупности в рамках проекта планируется установка более 400 базовых станций LORA в 19 городах с охватом более 30 тыс. многоквартирных домов, около 1,5 млн квартир и 6 926 квадратных километров городской территории. Новая М2М сеть станет основной инфраструктурой для реализации решений умного города, в частности по автоматизации сбора показаний с приборов учета ресурсов (Smart Metering) и по умному освещению (Smart Lightning). Преимуществами сети LORA является высокая масштабируемость за счет большого радиуса покрытия (до 25 км), долгий срок службы батареи конечных устройств (до 10 лет) и открытость ее протокола для широкого спектра устройств.

«Второй этап проекта будет направлен на развитие платформы Smart Connectivity с функционалом SIM-management, Connection-management, Device-management и др. На рынке уже доступны услуги M2M на базе сетей GSM/LTE от „Казахтелекома“ и его мобильных активов Tele2/Altel. К платформе Smart Connectivity будет возможно подключение широко спектра IoT-устройств, начиная от носимых устройств (wearables) до GPS-трекеров в автотранспорте, для реализации различных геолокационных решений для сегментов B2C, B2B и B2G», — отметил управляющий директор по инновациям АО «Казахтелеком» Нурлан Мейрманов.

По мере готовности рынка IoT в Казахстане, что подразумевает вопросы стоимости и энергоэффективности конечных устройств, «Казахтелеком» рассматривает развитие решений NB-IoT на базе сетей 4G и 5G в среднесрочной перспективе. На их реализацию также оказывают влияние потребности в подвижных решениях IoT и достаточное развитие самой экосистемы устройств.

Tuya ZigBee Smart Gateway Hub Умный дом Мост Tuya / Smart Life APP Беспроводной пульт дистанционного управления ( Товар#: S4388 )

Как работает шлюз?
Это мини Smart Gateway, который разрабатывает Tuya. Он состоит из высокоинтегрированного модуля Wi-Fi, модуля Zigbee с низким энергопотреблением и PCBA. Его можно подключить к приложению Tuya Smart APP для добавления устройства, сброса, стороннего управления и группового управления Zigbee, отвечающего требованиям умного дома.

Сценарии открытия:
1. Когда вы открываете / закрываете дверь, освещение включается / выключается автоматически при выборе сценариев.
2. Когда вы просыпаетесь ночью, свет загорается, когда PIR обнаруживает ваше движение для соединения с концентратором.

Функции:
* Обязательно для всех устройств ZigBee: это концентратор, который подключается к различным продуктам ZigBee Smart Tuya (таким как датчики, источники света, переключатели и т. Д., Максимальное количество составляет 50) и является мостом, а также центром управления для умные дома, которые играют незаменимую роль для всех продуктов ZigBee.
* Широкая совместимость: не только продукты Tuya WiFi, но и интеллектуальные продукты ZigBee 3.0 совместимы со шлюзом ZigBee, что позволяет настраивать ваши системы в зависимости от ваших индивидуальных потребностей и требований безопасности.
* Пульт дистанционного управления Tuya Smart App: концентратор поддерживает добавление устройств, сброс устройства, стороннее управление и групповое управление для удовлетворения потребностей интеллектуальных приложений. Просто используйте свой смартфон для управления системой удаленного набора безопасности, подключенной к концентратору в любое время и в любом месте.
* Простота установки и настройки. Интеллектуальный межсетевой интерфейс спроектирован без использования каких-либо проводов и чрезвычайно быстрой простой настройки Wi-Fi, не требующей профессиональных технических навыков. Мини-форма, стильное ремесло, можно сочетать с любым семейным стилем.
* Стабильная и надежная беспроводная сеть: сигнал WiFi охватывает широкий диапазон областей, которые являются стабильными и достаточно надежными для нормальной работы любых подключенных устройств к концентратору.

Характеристики:
Выход адаптера: 5В 1А
Протокол: IEEE 802.11b / g / n & ZigBee
Беспроводное соединение: ZigBee
Частота WiFi: 2,4 ГГц
Приложение: SmartLife / Tuya
Общее количество подключенных: 50
Материал: улучшенный ABS
Рабочая температура: -10 ° C ~ 55 ° C
Рабочая влажность: 10% -90% относительной влажности (без конденсации)
Размер элемента (L * W * H): 60 * 60 * 10 мм
Размер упаковки: Подход. 10 * 10 * 3 см / 3,9 * 3,9 * 1,2 дюйма
Вес упаковки: подход. 90 г / 3,2 унции

Список пакетов:
1 * Tuya ZigBee Gateway Hub
1 * USB-кабель
1 * Руководство пользователя (на английском языке)

Zigbee против Bluetooth: выбор правильного протокола для вашего IoT-приложения

Беспроводные протоколы Zigbee® и Bluetooth® широко используются для локальной связи в приложениях Интернета вещей (IoT), и есть некоторые компромиссы, которые необходимо учитывать при выборе подходящего для вашего приложения. Каждый протокол имеет уникальные сильные стороны, которые определяют, какое решение использовать при проектировании новой сети.

В определенных ситуациях один протокол будет лучше подходить, чем другой, хотя иногда правильным решением является реализация обоих вместе, чтобы воспользоваться их объединенными сильными сторонами, как мы обсудим в этой статье.

Чтобы лучше понять эти варианты протокола IoT, давайте рассмотрим преимущества и ограничения Zigbee, а затем то же самое для трех разных «разновидностей» Bluetooth: Classic, BLE и BT Mesh. Это поможет объяснить компромиссы и показать некоторые варианты использования для каждого, чтобы вы могли выбрать оптимальный протокол для своего приложения IoT — будь то умный город, промышленный IoT, цифровые вывески или другие варианты использования подключенных технологий.

Технология Zigbee в приложениях Интернета вещей

Zigbee — это открытый глобальный стандарт экономичных ячеистых сетей с низким энергопотреблением и низкой пропускной способностью, разработанный консорциумом компаний, входящих в Zigbee Alliance.Протокол Zigbee позволяет передавать данные на большие расстояния, передавая информацию через ячеистую сеть промежуточных узлов, чтобы достичь удаленных. Сообщения «прыгают» через промежуточные радиоузлы по пути к месту назначения. Частотный диапазон Zigbee 2,4 ГГц может быть реализован глобально без лицензии. В настоящее время развернуто около 300 миллионов узлов Zigbee.

Преимущества протокола Zigbee

С помощью Zigbee можно создать существенные ячеистые сети, которые намного больше, чем досягаемость любого радиомодуля.Сетка Zigbee настраивается автоматически (самоформируется) и динамически реконфигурируется, чтобы восстановить себя, если узлы отключены или удалены (самовосстановление). В качестве интероперабельного стандарта устройства разных производителей могут беспрепятственно обмениваться данными, помогая добиться широкого признания Zigbee как в домашней автоматизации, так и в промышленном IoT. Стоимость невысока, на открытом рынке имеется множество вариантов OEM-оборудования.

Документация широко доступна и охватывает множество различных вариантов использования.Таблицы маршрутизации, разрешение адресов, безопасность, повторные попытки и подтверждения встроены прямо в протокол, что значительно экономит время на разработку. Zigbee поддерживает несколько сетевых топологий, таких как двухточечные, двухточечные, звездообразные и ячеистые сети, и позволяет использовать более 65000 узлов в каждой сети и до двух миль (3,2 км) идеального диапазона прямой видимости вне помещений. .

Ограничения протокола Zigbee

Как и большинство ячеистых сетей, узлы Zigbee, которые маршрутизируют или «перескакивают» сообщения, должны быть постоянно включены.Конечные устройства, которые могут переходить в спящий режим для продления срока службы батареи, могут участвовать в сетке, но не продлевать ее.

Примечание : См. DigiMesh®, запатентованную технологию ячеистой сети Digi, для приложений, требующих перехода всей ячеистой сети в спящий режим. DigiMesh предоставляет альтернативу ячеистой сети Zigbee с некоторыми функциями, которые поддерживают требования приложений, такие как спящий режим в масштабе всей сети. Digi предоставляет решения Zigbee и DigiMesh для поддержки всего спектра потребностей приложений с сеткой.

Zigbee не использует IP-адресацию. Следовательно, необходимо установить шлюзы для связи с Интернетом и облачными службами. Поскольку большинство телефонов, планшетов и компьютеров не включают Zigbee, для связи с ними также требуются шлюзы. Инициализация должна выполняться намеренно, чтобы гарантировать, что узлы присоединяются к правильной сети и обмениваются данными с правильным шлюзом. Задержка с сеткой больше, чем с более простыми протоколами точка-точка, хотя это следует рассматривать в контексте гораздо большего эффективного диапазона и надежности сетки.

Примеры использования Zigbee в умных городах, сельском хозяйстве и др.

Домашняя автоматизация была колыбелью Zigbee, но коммерческие и промышленные варианты использования стали не менее заметными, включая интеллектуальную энергию, освещение, системы медицинских устройств, автоматизацию предприятий, муниципальное уличное освещение и системы мониторинга розничной торговли.

Умное городское уличное освещение — отличный пример растущей тенденции в ячеистых сетях, для которой Zigbee хорошо подходит, поскольку обеспечивает ключевые функции, такие как удаленное управление большой сетью устройств.См. Историю клиента CIMCON на Digi.com, чтобы увидеть пример этого варианта использования.

Сельскохозяйственные приложения также используют преимущества технологии ячеистой сети, например, для управления устройствами, которые соединяют интеллектуальные системы полива

Технология Bluetooth в приложениях Интернета вещей

Bluetooth — это протокол беспроводной сети для личного пользования, предназначенный для связи на небольших расстояниях. Первоначально он был создан для замены проводки, необходимой для подключения таких устройств, как компьютеры и сотовые телефоны, к их периферийным устройствам, таким как наушники, клавиатуры и мыши.Подобно Wi-Fi и Zigbee, он работает в диапазоне частот 2,4 ГГц, который во всем мире не требует лицензии.

Стандарт Bluetooth разработан и администрируется специальной группой по интересам Bluetooth (SIG), которая координирует взаимодействие между производителями устройств. Бренд Bluetooth охватывает несколько довольно разных протоколов. Хотя между этими протоколами существует некоторая совместимость, проще всего рассматривать их отдельно друг от друга, поэтому мы рассмотрим Bluetooth: классический, Bluetooth с низким энергопотреблением и Bluetooth Mesh в отдельных разделах.Ежегодно поставляется около 4 миллиардов устройств Bluetooth.

Bluetooth «Классик»

Bluetooth Classic разработан для передачи данных с высокой пропускной способностью со скоростью до 2,1 Мбит / с на короткие расстояния, где длительное время автономной работы не является серьезной проблемой. Это отличное решение для аудио- и видеоустройств, которым требуется высокая пропускная способность и которые можно заряжать ежедневно. К классическим устройствам относятся мобильные гарнитуры, наушники, клавиатуры, мыши, принтеры и другие периферийные устройства, обычно подключаемые к компьютеру, автомобильной развлекательной системе или мобильному телефону.Bluetooth использует архитектуру главный / клиент. Один мастер может связываться с семью клиентскими устройствами в небольшой персональной сети.

Преимущества Bluetooth Classic

Если вашему проекту необходимо отправлять или получать большой объем данных, высокая пропускная способность Bluetooth Classic сослужит ему хорошую службу. Есть много устройств, реализующих Classic. Для аудио- и видеопотоков легко выполнить сопряжение с телефоном, планшетом или ноутбуком, чтобы начать получать информацию, а также могут поддерживаться последовательные потоки.Classic — это очень зрелый протокол, и документация широко доступна в книгах, в Интернете и, конечно же, в официальной документации по стандартам.

Ограничения Bluetooth Classic

Bluetooth Classic может быть сложным в реализации, требующим сопряжения вместе с пользовательским интерфейсом для управления этим процессом. Его высокая пропускная способность также означает, что он относительно энергоемкий. Протокол разработан для устройств, которые легко заряжаются ежедневно или, возможно, еженедельно, что делает его непригодным для многих приложений IoT.Сети довольно ограничены по размеру, поскольку протокол был разработан для замены периферийных кабелей малого радиуса действия, а не для масштабируемых сенсорных сетей, в которых размещены сотни устройств.

Классические варианты использования Bluetooth

Классическая версия Bluetooth пользуется огромной популярностью в аудиогарнитурах, подключении смартфонов к автомобилю и домашних развлечениях. Его высокая пропускная способность и соответствие отраслевым стандартам еще некоторое время будут стимулировать его использование в приложениях такого типа. Для большинства приложений Интернета вещей следующие две версии Bluetooth, вероятно, подойдут лучше.

Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE)

Bluetooth Low Energy поддерживает соединения с низкой пропускной способностью на короткие расстояния с отличным управлением питанием. Он используется в ситуациях, когда персональная сеть не должна обрабатывать большие потоки данных, и где батареи должны работать в течение нескольких месяцев или даже лет. Устройства BLE включают в себя маяки для определения местоположения, цифровые весы, мониторы температуры, контроллеры освещения, умные часы, кухонные кастрюли и тысячи других вариантов использования с малой пропускной способностью с батарейным питанием.

BLE реализует архитектуру клиент / сервер, которая позволяет аппаратному обеспечению реализовывать только необходимые функции связи, экономя деньги, батарею и полосу пропускания. Сети BLE теоретически могут содержать огромное количество устройств, хотя пропускная способность, физическое пространство и, что наиболее важно, диапазон ограничивают размер одной персональной сети BLE до нескольких сотен узлов.

Преимущества BLE

Это прямо в названии, Bluetooth Low Energy не потребляет много энергии.Устройства могут работать от монетных ячеек в течение продолжительных периодов времени, что делает его предпочтительным протоколом Bluetooth для устройств с ограниченным объемом данных, которым необходимо работать без присмотра в течение нескольких месяцев. Его более простой протокол имеет и другие преимущества. Менее сложное оборудование означает, что чипы и устройства BLE могут иметь довольно низкую стоимость.

Модель клиент-сервер упрощает реализацию коммуникаций, сокращая время проектирования и разработки. Это также означает, что устройства не должны быть сопряжены для связи, но могут считывать и отправлять данные асинхронно и мгновенно, когда это необходимо.Протокол широко применяется и внедряется на миллиардах устройств по всему миру с большим количеством документации, OEM-оборудованием и подготовленным персоналом по разработке.

Ограничения BLE

BLE — это протокол точка-точка. Следовательно, радиостанции не могут общаться за пределами своего индивидуального диапазона. Это ограничивает физический размер сетей типичным для BLE 10-метровым диапазоном, что хорошо для домашних офисов, но не очень хорошо для приложений сельскохозяйственного мониторинга или управления городским уличным освещением.IP-адресация не реализована, поэтому необходимо использовать шлюзы для передачи информации в Интернет и в облачные решения.

Многие приложения BLE предназначены для использования смартфонов в качестве шлюза; однако это работает только при наличии смартфона. Для носимых устройств, таких как умные часы или фитнес-браслеты, это нормально, однако датчики, используемые в коммерческих и промышленных приложениях, обычно не обслуживаются, что делает шлюзы для смартфонов непрактичными или невозможными для реализации. BLE имеет гораздо меньшую пропускную способность, чем Bluetooth Classic, и не может эффективно использоваться для потоковой передачи мультимедиа.

Случаи использования Bluetooth с низким энергопотреблением

Персональные сети — это основной вариант использования BLE, включая бытовую технику, фитнес-мониторы и автомобильные сети. Сигнализация в BLE предназначена для поддержки систем позиционирования в помещении, которые могут определять ваше местоположение в розничном магазине или на заводе.

Домашняя автоматизация — ключевой рынок, но также любая небольшая коммерческая система может использовать Bluetooth Low Energy для связи внутри домашнего пространства. Таким образом, хотя BLE может не подходить для крупномасштабного сельского хозяйства, он идеально подходит для мониторинга небольших коммерческих теплиц.Он также может обеспечивать локальную связь для установщиков, которые настраивают устройства IoT, которые обычно работают по протоколу с большим радиусом действия, например Zigbee mesh или сотовым мобильным данным.

Сетка Bluetooth

Bluetooth Mesh (BT Mesh) — это совершенно новый протокол. Он расширяет простой двухточечный BLE с использованием дополнительных стандартов маршрутизации и формирования сети для создания ячеистых сетей, в которых узлы могут действовать как ретрансляторы для расширения сети за пределы диапазона любого одного устройства. BT Mesh в целом похож на Zigbee по функциям и архитектуре, но имеет несколько очень важных отличий.Сеть BT Mesh теоретически может поддерживать более 32 тысяч узлов, однако, как и другие протоколы, практические ограничения полосы пропускания и физического пространства обычно ограничивают отдельные сети до нескольких сотен устройств.

Преимущества Bluetooth Mesh

Сети, сформированные в виде ячеистой сети, не ограничены досягаемостью какого-либо отдельного радиоузла. Вместо этого каждый узел может пересылать и маршрутизировать сообщения адресатам, выходящим далеко за пределы их номинального диапазона, образуя очень большие физические сети. Поскольку Bluetooth Mesh основан на BLE, он обладает многими преимуществами этого протокола, включая низкое энергопотребление, хорошую безопасность, поддержку маяков и обширную базовую документацию.Сети BT Mesh являются самоформирующимися и самовосстанавливающимися, с поддержкой сна для конечных устройств в отношениях родитель / потомок с промежуточным хранением, аналогичных таковым в Zigbee.

Ограничения Bluetooth Mesh

Bluetooth Mesh все еще является новым протоколом, и он все еще подвергается усовершенствованиям и пересмотрам. Он еще не получил широкой поддержки, а это означает, что OEM-оборудование, шлюзы и портативные устройства вряд ли будут полностью совместимы. Это, вероятно, улучшится по мере того, как протокол набирает обороты; однако это определенно вызывает беспокойство у разрабатываемых сегодня приложений.

Протокол «управляемой лавинной рассылки» упрощает проектирование сети, но представляет собой компромисс между эффективностью и потреблением энергии по сравнению с протоколом с полностью маршрутизируемой сеткой, таким как Zigbee. Любое устройство, которое выполняет маршрутизацию, должно получать питание от сети, а не от батареи, потому что, как и узлы Zigbee, маршрутизаторам BT Mesh не разрешается переходить в спящий режим. Они не используют IP-адресацию, поэтому взаимодействие с Интернетом и облачными серверами должно осуществляться через фиксированные шлюзы или пограничные маршрутизаторы, которые осуществляют трансляцию между BLE и обычным протоколом Интернета.Ячеистые сети всегда имеют более высокую задержку, поскольку сообщения должны «прыгать» через несколько узлов на пути к месту назначения, поэтому приложения должны иметь возможность выдерживать более медленное время отклика в обмен на более крупный масштаб ячеистой сети.

Случаи использования сети Bluetooth

Bluetooth Mesh изначально разрабатывался для рынка освещения. Поскольку узлы маршрутизатора нуждаются в постоянном питании, освещение — отличное приложение, поскольку большинство устройств будет иметь постоянный доступ к постоянному сетевому питанию.Также существует прикладной уровень, реализованный Bluetooth Mesh специально для взаимодействия между производителями в освещении, поэтому переключатели от одного поставщика могут управлять осветительными устройствами, созданными другими поставщиками. Сенсорные сети могут легко поддерживаться с помощью BT Mesh, хотя, поскольку узлы маршрутизации в сети не могут питаться от батареи, сами датчики лучше всего реализовать в ситуациях, когда доступна сеть с питанием от сети, например, в здании с уже установленным освещением BT Mesh. .

Комбинированный Zigbee BLE

Радиочастотные модули

Digi XBee 3 Zigbee также поддерживают Bluetooth Low Energy в качестве единого аппаратного решения.BLE можно использовать вместе с Zigbee для поддержки простой настройки модуля на смартфоне с помощью мобильного приложения Digi XBee. Приложения для передачи сигналов можно разрабатывать с помощью Digi XBee Mobile SDK (Software Development Kit).

SDK включает набор библиотек, примеров кода и документации, предназначенных для упрощения процесса создания мобильных приложений iOS и Android для взаимодействия с модулями Digi XBee 3. SDK может поддерживать приложения для передачи сигналов, а также будет полезен для связи с локальными датчиками BLE в будущих приложениях, объединяющих устройства Bluetooth и Zigbee для формирования больших и полностью совместимых сетей от различных производителей.

Zigbee и Bluetooth полезны в различных типах решений IoT. Что наиболее важно, они могут работать вместе для создания чрезвычайно гибких приложений, сочетающих сильные стороны каждого хорошо зарекомендовавшего себя и совместимого протокола. Понимание сильных и слабых сторон каждого из них, включая множество версий Bluetooth, должно помочь разработчикам создать наиболее эффективную систему связи — такую, которая уравновешивает энергопотребление, полосу пропускания и затраты на устройства для создания мощных беспроводных сетей IoT.

Нужна помощь?

В Digi есть группы экспертов, которые помогают разработчикам выбрать правильное решение для своих приложений, определить стратегию вывода на рынок и продвинуть приложение от идеи к разработке и сертификации для местных и мировых рынков. Свяжитесь с нами, чтобы начать разговор.

6 ведущих типов беспроводных технологий Интернета вещей

2. Сотовая связь (3G / 4G / 5G)

Хорошо зарекомендовавшие себя на рынке потребительской мобильной связи сотовые сети предлагают надежную широкополосную связь, поддерживающую различные приложения для голосовых вызовов и потокового видео.С другой стороны, они предъявляют очень высокие эксплуатационные расходы и требования к мощности.

Хотя сотовые сети не подходят для большинства приложений IoT, работающих от сенсорных сетей с батарейным питанием, они хорошо подходят для конкретных случаев использования, таких как подключенных автомобилей или для управления парком транспортных средств и логистики . Например, автомобильная информационно-развлекательная система, маршрутизация трафика, усовершенствованные системы помощи водителю (ADAS), а также телематика и службы отслеживания для автопарков могут полагаться на повсеместную и широкополосную сотовую связь.

Сотовая связь нового поколения 5G с поддержкой высокоскоростной мобильности и сверхнизкой задержкой позиционируется как будущее автономных транспортных средств и дополненной реальности. Ожидается, что 5G также обеспечит видеонаблюдение в реальном времени для общественной безопасности , мобильную доставку наборов медицинских данных в реальном времени для connected health и несколько приложений промышленной автоматизации , чувствительных ко времени, в будущем.

Также рекомендуется: IoT Connectivity — 4 последних стандарта, которые будут определять 2020 и последующие годы

3.Zigbee и другие протоколы ячеистой сети

Zigbee — это маломощный беспроводной стандарт малого радиуса действия (IEEE 802.15.4), обычно применяемый в ячеистой топологии для расширения зоны покрытия путем ретрансляции данных датчиков по нескольким узлам датчиков. По сравнению с LPWAN, Zigbee обеспечивает более высокие скорости передачи данных, но в то же время гораздо меньшую энергоэффективность из-за конфигурации ячеистой сети.

Из-за своей физической малой дальности (<100 м) Zigbee и аналогичные сетевые протоколы (например, Z-Wave, Thread и т. Д.) Лучше всего подходят для приложений IoT средней дальности с равномерным распределением узлов в непосредственной близости.Как правило, Zigbee является идеальным дополнением к Wi-Fi для различных сценариев использования домашней автоматизации , таких как интеллектуальное освещение, управление HVAC, безопасность и управление энергопотреблением и т. Д. — с использованием домашних сенсорных сетей.

До появления LPWAN ячеистые сети также применялись в промышленных условиях, поддерживая несколько решений для удаленного мониторинга. Тем не менее, они далеки от идеала для многих промышленных предприятий, которые географически разнесены, а их теоретическая масштабируемость часто затрудняется усложнением настройки сети и управления ею.

4. Bluetooth и BLE

Определенный в категории беспроводных персональных сетей, Bluetooth — это технология связи малого радиуса действия, хорошо позиционируемая на потребительском рынке. Изначально Bluetooth Classic был предназначен для обмена данными точка-точка или точка-многоточка (до семи подчиненных узлов) между потребительскими устройствами. Оптимизированный для энергопотребления, Bluetooth Low-Energy был позже представлен для решения небольших приложений Consumer IoT .

Устройства с поддержкой BLE в основном используются вместе с электронными устройствами, обычно смартфонами, которые служат концентратором для передачи данных в облако.В настоящее время BLE широко интегрирован в устройства для фитнеса и медицины (например, умные часы, глюкометры, пульсоксиметры и т. Д.), А также в устройства для умного дома (например, дверные замки), благодаря чему данные удобно передаются и визуализируются на смартфонах. .

Выпуск спецификации Bluetooth Mesh в 2017 году направлен на обеспечение более масштабируемого развертывания устройств BLE, особенно в контекстах розничной торговли . Предоставляя универсальные функции локализации внутри помещений, сети маяков BLE использовались для открытия новых сервисных инноваций, таких как навигация в магазине , персонализированные рекламные акции и доставка контента .

5. Wi-Fi

Практически не нужно объяснять Wi-Fi, учитывая его критическую роль в обеспечении высокопроизводительной передачи данных как для корпоративных, так и для домашних сред. Однако в пространстве Интернета вещей его основные ограничения в охвате, масштабируемости и энергопотреблении делают эту технологию менее распространенной.

Из-за высоких требований к энергии Wi-Fi часто не является приемлемым решением для больших сетей датчиков Интернета вещей с питанием от батарей, особенно в сценариях промышленного Интернета вещей и интеллектуальных зданий.Вместо этого это больше относится к подключению устройств, которые можно удобно подключить к розетке, например, гаджетов и приборов для умного дома , цифровых вывесок или камер видеонаблюдения.

Wi-Fi 6 — новейшее поколение Wi-Fi — обеспечивает значительно расширенную пропускную способность сети (т.е. <9,6 Гбит / с) для повышения пропускной способности данных на пользователя в перегруженных средах. Таким образом, стандарт готов повысить уровень общедоступной инфраструктуры Wi-Fi и преобразовать качество обслуживания клиентов с помощью новых цифровых мобильных услуг в секторах розничной торговли и массовых развлечений.Кроме того, автомобильные сети для информационно-развлекательной и бортовой диагностики, как ожидается, станут наиболее радикальным вариантом использования Wi-Fi 6. Тем не менее, разработка, вероятно, займет больше времени.

6. RFID

Радиочастотная идентификация (RFID) использует радиоволны для передачи небольших объемов данных с RFID-метки на считыватель на очень короткое расстояние. До сих пор технология способствовала крупной революции в розничной торговле и логистике .

Прикрепив RFID-метку ко всем видам продуктов и оборудования, предприятия могут отслеживать свои запасы и активы в режиме реального времени, что позволяет улучшить планирование запасов и производства, а также оптимизировать управление цепочкой поставок .Наряду с растущим внедрением IoT, RFID продолжает укрепляться в секторе розничной торговли, позволяя создавать новые приложения IoT, такие как интеллектуальные полки, самообслуживание и интеллектуальные зеркала.

Подводя итог, можно сказать, что у каждой вертикали и приложения Интернета вещей есть свой уникальный набор сетевых требований. Выбор лучшей беспроводной технологии для вашего варианта использования IoT означает точное взвешивание критериев с точки зрения диапазона, пропускной способности, QoS, безопасности, энергопотребления и управления сетью.

Поставщики средств беспроводной связи и ресурсы

О мире беспроводной связи RF

Веб-сайт RF Wireless World является домом для поставщиков и ресурсов радиочастотной и беспроводной связи.На сайте представлены статьи, руководства, поставщики, терминология, исходный код (VHDL, Verilog, MATLAB, Labview), тестирование и измерения, калькуляторы, новости, книги, загрузки и многое другое.

Сайт RF Wireless World охватывает ресурсы по различным темам, таким как RF, беспроводная связь, vsat, спутник, радар, волоконная оптика, микроволновая печь, wimax, wlan, zigbee, LTE, 5G NR, GSM, GPRS, GPS, WCDMA, UMTS, TDSCDMA, Bluetooth, Lightwave RF, z-wave, Интернет вещей (IoT), M2M, Ethernet и т. Д. Эти ресурсы основаны на стандартах IEEE и 3GPP.Он также имеет академический раздел, который охватывает колледжи и университеты по инженерным дисциплинам и MBA.

Статьи о системах на основе Интернета вещей

Система обнаружения падений для пожилых людей на основе Интернета вещей : В статье рассматривается архитектура системы обнаружения падений, используемой для пожилых людей. В нем упоминаются преимущества или преимущества системы обнаружения падений Интернета вещей. Читать дальше➤
Также обратитесь к другим статьям о системах на основе Интернета вещей следующим образом:
• Система очистки туалетов самолета. • Система измерения столкновений • Система отслеживания скоропортящихся продуктов и овощей • Система помощи водителю • Система умной торговли • Система мониторинга качества воды. • Система Smart Grid • Система умного освещения на базе Zigbee • Интеллектуальная система парковки на базе Zigbee. • Система умной парковки на основе LoRaWAN

RF Статьи о беспроводной связи

В этом разделе статей представлены статьи о физическом уровне (PHY), уровне MAC, стеке протоколов и сетевой архитектуре на основе WLAN, WiMAX, zigbee, GSM, GPRS, TD-SCDMA, LTE, 5G NR, VSAT, Gigabit Ethernet на основе IEEE / 3GPP и т. Д. .стандарты. Он также охватывает статьи, относящиеся к испытаниям и измерениям, по тестированию на соответствие, используемым для испытаний устройств на соответствие RF / PHY. УКАЗАТЕЛЬ СТАТЬИ ДЛЯ ССЫЛКИ >>.

Физический уровень 5G NR : Обработка физического уровня для канала 5G NR PDSCH и канала 5G NR PUSCH рассмотрена поэтапно. Это описание физического уровня 5G соответствует спецификациям физического уровня 3GPP. Читать дальше➤

Основы повторителей и типы повторителей : В нем объясняются функции различных типов ретрансляторов, используемых в беспроводных технологиях.Читать дальше➤

Основы и типы замирания : В этой статье описываются мелкомасштабные замирания, крупномасштабные замирания, медленные, быстрые и т. Д., Используемые в беспроводной связи. Читать дальше➤

Архитектура сотового телефона 5G : В этой статье рассматривается блок-схема сотового телефона 5G с внутренними модулями 5G. Архитектура сотового телефона. Читать дальше➤

Основы помех и типы помех: В этой статье рассматриваются помехи в соседнем канале, помехи в совмещенном канале, Электромагнитные помехи, ICI, ISI, световые помехи, звуковые помехи и т. Д.Читать дальше➤

5G NR Раздел

В этом разделе рассматриваются функции 5G NR (New Radio), нумерология, диапазоны, архитектура, развертывание, стек протоколов (PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC) и т. Д. 5G NR Краткий указатель ссылок >>
• Мини-слот 5G NR • Часть полосы пропускания 5G NR • 5G NR CORESET • Форматы DCI 5G NR • 5G NR UCI • Форматы слотов 5G NR • IE 5G NR RRC • 5G NR SSB, SS, PBCH • 5G NR PRACH • 5G NR PDCCH • 5G NR PUCCH • Эталонные сигналы 5G NR • 5G NR m-последовательность • Золотая последовательность 5G NR • 5G NR Zadoff Chu Sequence • Физический уровень 5G NR • Уровень MAC 5G NR • Уровень 5G NR RLC • Уровень 5G NR PDCP

Учебные пособия по беспроводным технологиям

В этом разделе рассматриваются учебные пособия по радиочастотам и беспроводной связи.Он охватывает учебные пособия по таким темам, как сотовая связь, WLAN (11ac, 11ad), wimax, bluetooth, zigbee, zwave, LTE, DSP, GSM, GPRS, GPS, UMTS, CDMA, UWB, RFID, радар, VSAT, спутник, WLAN, волновод, антенна, фемтосота, тестирование и измерения, IoT и т. Д. См. УКАЗАТЕЛЬ >>

Учебное пособие по 5G — В этом учебном пособии по 5G также рассматриваются следующие подтемы по технологии 5G:
Учебное пособие по основам 5G Частотные диапазоны руководство по миллиметровым волнам Волновая рама 5G мм Зондирование волнового канала 5G мм 4G против 5G Испытательное оборудование 5G Сетевая архитектура 5G Сетевые интерфейсы 5G NR канальное зондирование Типы каналов 5G FDD против TDD Разделение сети 5G NR Что такое 5G NR Режимы развертывания 5G NR Что такое 5G TF

Этот учебник GSM охватывает основы GSM, архитектуру сети, элементы сети, системные спецификации, приложения, Типы пакетов GSM, структура или иерархия кадров GSM, логические каналы, физические каналы, Физический уровень GSM или обработка речи, вход в сеть мобильного телефона GSM, установка вызова или процедура включения питания, MO-вызов, MT-вызов, VAMOS, AMR, MSK, модуляция GMSK, физический уровень, стек протоколов, основы работы с мобильным телефоном, Планирование RF, нисходящая линия связи PS-вызовов и восходящая линия связи PS-вызовов.
➤Подробнее.

LTE Tutorial , охватывающий архитектуру системы LTE, охватывающий основы LTE EUTRAN и LTE Evolved Packet Core (EPC). Он обеспечивает связь с обзором системы LTE, радиоинтерфейсом LTE, терминологией LTE, категориями LTE UE, структурой кадра LTE, физическим уровнем LTE, Стек протоколов LTE, каналы LTE (логические, транспортные, физические), пропускная способность LTE, агрегация несущих LTE, передача голоса по LTE, расширенный LTE, Поставщики LTE и LTE vs LTE продвинутые.➤Подробнее.

RF Technology Stuff

Эта страница мира беспроводной радиосвязи описывает пошаговое проектирование преобразователя частоты RF на примере преобразователя RF UP от 70 МГц до диапазона C. для микрополосковой платы с использованием дискретных радиочастотных компонентов, а именно. Смесители, гетеродин, MMIC, синтезатор, опорный генератор OCXO, колодки аттенюатора. ➤Подробнее.
➤Проектирование и разработка радиочастотного трансивера ➤Конструкция RF-фильтра ➤Система VSAT ➤Типы и основы микрополосковой печати ➤ОсновыWaveguide

Секция испытаний и измерений

В этом разделе рассматриваются контрольно-измерительные ресурсы, испытательное и измерительное оборудование для тестирования DUT на основе Стандарты WLAN, WiMAX, Zigbee, Bluetooth, GSM, UMTS, LTE.УКАЗАТЕЛЬ испытаний и измерений >>
➤Система PXI для T&M. ➤ Генерация и анализ сигналов ➤Измерения слоя PHY ➤Тест на соответствие устройства WiMAX ➤ Тест на соответствие Zigbee ➤ Тест на соответствие LTE UE ➤Тест на соответствие TD-SCDMA

Волоконно-оптическая технология

Оптоволоконный компонент , основы, включая детектор, оптический соединитель, изолятор, циркулятор, переключатели, усилитель, фильтр, эквалайзер, мультиплексор, разъемы, демультиплексор и т. д.Эти компоненты используются в оптоволоконной связи. Оптические компоненты INDEX >>
➤Учебное пособие по оптоволоконной связи ➤APS в SDH ➤SONET основы ➤SDH Каркасная конструкция ➤SONET против SDH

Поставщики и производители беспроводных радиочастотных устройств

Сайт RF Wireless World охватывает производителей и поставщиков различных радиочастотных компонентов, систем и подсистем для ярких приложений, см. ИНДЕКС поставщиков >>.

Поставщики радиочастотных компонентов, включая радиочастотный изолятор, радиочастотный циркулятор, радиочастотный смеситель, радиочастотный усилитель, радиочастотный адаптер, радиочастотный разъем, радиочастотный модулятор, радиочастотный трансивер, PLL, VCO, синтезатор, антенну, генератор, делитель мощности, сумматор мощности, фильтр, аттенюатор, диплексор, дуплексер, микросхема резистора, микросхема конденсатора, микросхема индуктивности, ответвитель, оборудование ЭМС, программное обеспечение для проектирования радиочастот, диэлектрический материал, диод и т. д.Производители радиокомпонентов >>
➤Базовая станция LTE ➤RF Циркулятор ➤RF Изолятор ➤Кристаллический осциллятор

MATLAB, Labview, встроенные исходные коды

Раздел исходного кода RF Wireless World охватывает коды, связанные с языками программирования MATLAB, VHDL, VERILOG и LABVIEW. Эти коды полезны для новичков в этих языках. ИНДЕКС ИСХОДНОГО КОДА >>
➤3-8 декодер кода VHDL ➤Код MATLAB для дескремблера ➤32-битный код ALU Verilog ➤T, D, JK, SR триггеры labview коды

* Общая информация о здоровье населения *
Выполните эти пять простых действий, чтобы остановить коронавирус (COVID-19).
СДЕЛАЙТЕ ПЯТЬ
1. РУКИ: часто мойте их
2. КОЛЕНО: Откашляйтесь
3. ЛИЦО: Не трогай его
4. НОГИ: держитесь на расстоянии более 3 футов (1 м) друг от друга
5. ЧУВСТВОВАТЬ: Болен? Оставайся дома
Используйте технологию отслеживания контактов >>, соблюдайте >> рекомендации по социальному дистанцированию и установить систему видеонаблюдения >> чтобы спасти сотни жизней. Использование концепции телемедицины стало очень популярным в таким странам, как США и Китай, чтобы остановить распространение COVID-19, поскольку это заразное заболевание.
RF Калькуляторы и преобразователи беспроводной связи
Раздел «Калькуляторы и преобразователи» охватывает ВЧ-калькуляторы, беспроводные калькуляторы, а также преобразователи единиц. Сюда входят такие беспроводные технологии, как GSM, UMTS, LTE, 5G NR и т. Д. СПРАВОЧНЫЕ КАЛЬКУЛЯТОРЫ Указатель >>.
➤ Калькулятор пропускной способности 5G NR ➤5G NR ARFCN против преобразования частоты ➤Калькулятор скорости передачи данных LoRa ➤LTE EARFCN для преобразования частоты ➤Калькулятор антенн Яги ➤ Калькулятор времени выборки 5G NR
IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии
Раздел IoT охватывает беспроводные технологии Интернета вещей, такие как WLAN, WiMAX, Zigbee, Z-wave, UMTS, LTE, GSM, GPRS, THREAD, EnOcean, LoRa, SIGFOX, WHDI, Ethernet, 6LoWPAN, RF4CE, Bluetooth, Bluetooth Low Power (BLE), NFC, RFID, INSTEON, X10, KNX, ANT +, Wavenis, Dash7, HomePlug и другие.Он также охватывает датчики Интернета вещей, компоненты Интернета вещей и компании Интернета вещей.
См. Главную страницу IoT >> и следующие ссылки.
➤ НИТЬ ➤EnOcean ➤Учебник по LoRa ➤Учебник по SIGFOX ➤WHDI ➤6LoWPAN ➤Zigbee RF4CE ➤NFC ➤Lonworks ➤CEBus ➤UPB

СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ

RF Wireless Учебники

Различные типы датчиков

Поделиться страницей

Перевести страницу

% PDF-1.6 % 235 0 объект > эндобдж xref 235 85 0000000016 00000 н. 0000002567 00000 н. 0000002694 00000 н. 0000002730 00000 н. 0000002984 00000 н. 0000004765 00000 н. 0000004855 00000 н. 0000047413 00000 п. 0000047642 00000 п. 0000048099 00000 п. 0000048452 00000 п. 0000048598 00000 н. 0000048695 00000 п. 0000096391 00000 п. 0000096615 00000 п. 0000097182 00000 п. 0000097561 00000 п. 0000097702 00000 п. 0000097797 00000 п. 0000127447 00000 н. 0000127680 00000 н. 0000128112 00000 н. 0000128528 00000 н. 0000128676 00000 н. 0000128790 00000 н. 0000128822 00000 н. 0000128908 00000 н. 0000128982 00000 н. 0000131015 00000 н. 0000131086 00000 н. 0000131220 00000 н. 0000131331 00000 н. 0000131450 00000 н. 0000131575 00000 н. 0000131733 00000 н. 0000131838 00000 н. 0000131958 00000 н. 0000132110 00000 н. 0000132262 00000 н. 0000132402 00000 н. 0000132561 00000 н. 0000132693 00000 н. 0000132845 00000 н. 0000132999 00000 н. 0000133107 00000 н. 0000133215 00000 н. 0000133372 00000 н. 0000133481 00000 н. 0000133597 00000 н. 0000133724 00000 н. 0000133841 00000 н. 0000133973 00000 н. 0000134083 00000 н. 0000134244 00000 н. 0000134358 00000 п. 0000134469 00000 н. 0000134642 00000 н. 0000134786 00000 н. 0000134921 00000 н. 0000135060 00000 н. 0000135219 00000 п. 0000135351 00000 п. 0000135483 00000 н. 0000135606 00000 н. 0000135718 00000 н. 0000135843 00000 н. 0000135972 00000 н. 0000136101 00000 п. 0000136243 00000 н. 0000136357 00000 н. 0000136491 00000 н. 0000136616 00000 н. 0000136744 00000 н. 0000136848 00000 н. 0000136976 00000 н. 0000137133 00000 н. 0000137285 00000 н. 0000137403 00000 н. 0000137510 00000 н. 0000137632 00000 н. 0000137751 00000 н. 0000137904 00000 н. 0000138030 00000 н. 0000138153 00000 н. 0000001996 00000 н. трейлер ] / Назад 1170477 >> startxref 0 %% EOF 319 0 объект > поток hb«b`f`c« ̀
Общие сведения о Zigbee и беспроводной ячеистой сети
Рэй Фельч //

Предисловие:
Недавно я приобрел несколько устройств домашней автоматизации, чтобы изучить Zigbee и лучше понять, как эта очень популярная беспроводная технология взаимодействует с Интернетом вещей (IoT), а также определить, насколько безопасна эта платформа на самом деле.Я уже был немного знаком с домашней автоматизацией в отношении использования топологии Mesh с низким энергопотреблением Bluetooth (BLE). Тем не менее, в устройствах IoT были достигнуты значительные успехи, в том числе, помимо прочего: подключение устройств с очень низким энергопотреблением (во многих случаях с батарейным питанием и сроком службы в течение многих лет), низкие скорости передачи данных (20-250 Кбит / с), обеспечивающие более надежную связь. , а также самоформирующиеся и самовосстанавливающиеся сети, которые растут по мере роста ваших потребностей.
В следующем документе описывается мое исследование протокола Zigbee и его топологии ячеистой сети применительно к малой и крупномасштабной автоматизации.Надеюсь, другим будет полезна информация, которую я обнаружил в процессе.
Полезное оборудование
Предварительная подготовка к моему исследованию протокола Zigbee заключалась в ознакомлении с некоторым существующим оборудованием, доступным для анализа и взаимодействия с сетью Zigbee. Вскоре выяснилось, что очень популярным сниффером Zigbee был RZRaven USB Sniffer, который поставлялся с фреймворком Killerbee RiverLoop Security (https: // github.com / riverloopsec / killerbee) предустановлен (продается по цене около 100 долларов США). К сожалению, после тщательных поисков я обнаружил, что RZRaven снят с производства и нигде не может быть найден.
Обратившись к сообществу, я узнал, что существует еще один ключ, известный как ApiMote, и он также был предустановлен с фреймворком Killerbee. Я также узнал, что он доступен в магазине Attify (https://www.attify-store.com/products/apimote-for-zigbee-sniffing-and-transmission) за 149 долларов.Этот ключ трансивера также может вводить пакеты!
Другими рассматриваемыми снифферами Zigbee были nRF52840 Nordic (https://www.mouser.com/new/nordic-semiconductor/nordic-nrf52840-usb-dongle) и Texas Instruments CC2531 (http://www.ti.com/tool / ПАКЕТ-СНИФЕР). Опция TI CC2531 также поставляется с впечатляющим программным приложением с графическим интерфейсом пользователя для анализа и отображения захваченных пакетов.
Я решил использовать ключ Api-Mote / Killerbee, а также очень недорогой USB-ключ Texas Instruments CC2531 (стоимость менее 10 долларов).
Почему именно Zigbee?
Кто-то может спросить: «Почему именно Zigbee? У нас уже есть стандарты связи ближнего действия Wi-Fi и Bluetooth, которые обеспечивают больший диапазон и поддерживают более высокие скорости передачи данных ». Хотя это правда, что больший диапазон и более высокие скорости передачи данных позволяют передавать превосходное потоковое видео с использованием Wi-Fi (и, в меньшей степени, потоковую передачу звука с использованием Bluetooth), требования к (Zigbee) управляющим и сенсорным сетям гораздо менее требовательны. С технической точки зрения, именно поэтому Zigbee является лучшим выбором, поскольку узлы сети управления и сенсора обычно находятся на расстоянии менее нескольких метров друг от друга, поэтому расстояние вряд ли является проблемой.А связь между узлами может быть установлена с использованием пакетов очень небольшого размера, что обеспечивает очень низкие скорости передачи данных (20–250 кбит / с). Более низкие скорости передачи данных и близкие узлы обеспечивают более надежную связь (меньше повторных попыток и т. Д.) И хорошо работают с маломощными оконечными устройствами с батарейным питанием, что резко снижает расходы по мере того, как сеть продолжает расти в размерах.
Справочная информация
Zigbee — это беспроводная технология открытого стандарта, разработанная для создания недорогих и маломощных сетей беспроводного Интернета вещей (IoT).
В частности, Zigbee — это недорогое, маломощное, самоформирующееся стандартное решение для беспроводной ячеистой сети с самовосстановлением, предназначенное для обеспечения приложений беспроводного управления и мониторинга с упором на поддержку устройств с батарейным питанием и низкой скоростью передачи данных. Этот протокол обычно используется в домашней автоматизации (HA) и автоматизации коммерческих зданий, промышленных системах управления, а также в медицине / здравоохранении.
Интегральные схемы Zigbee (ИС) включают микроконтроллеры и радиоприемники, работающие в нелицензированных диапазонах ISM (промышленных, научных и медицинских): 2.4GHz для большинства регионов мира. Есть несколько устройств, использующих частоту ниже ГГц (745 МГц в Китае, 878 МГц в Европе и 915 МГц в США и Австралии), но это, как правило, исключение из правил. Zigbee использует 16 каналов (11–26) шириной 2 МГц с разделением 5 МГц в диапазоне ISM 2,4 ГГц. Следует отметить, что при первом создании сети Zigbee координатор (концентратор) будет сканировать доступные каналы и выбирать лучший канал для работы (наименьшие радиочастотные помехи), и в дальнейшем будет использоваться только один канал (без канала прыжки).
Zigbee — это стандарт беспроводной сети на основе IEEE 802.15.4, который в основном используется для двусторонней связи между датчиками и системами управления. Zigbee — это стандарт беспроводной связи малого радиуса действия, такой как Bluetooth и Wi-Fi, в диапазоне от 10 до 100 метров.
За счет создания сети устройств, которые могут взаимодействовать друг с другом (в ячеистой сети), диапазон от 10 до 100 метров может быть значительно расширен, что делает его чрезвычайно полезным в приложениях автоматизации коммерческого освещения и управления промышленным оборудованием.Новые устройства (узлы) могут легко присоединиться к сети (с теоретическим максимальным пределом 65 000 узлов). Маршрутизация коммуникационного трафика (из-за неисправных узлов) обеспечивает форму самовосстановления сети.
Конечные устройства Zigbee (фонари, вилки, датчики, переключатели, термостаты и т. Д.) Чрезвычайно маломощны и могут работать годы на крошечных батареях. Кроме того, тот факт, что Zigbee основан на открытом стандарте, гарантирует потребителям и разработчикам, что устройства будут взаимодействовать друг с другом.
Краткая история
Zigbee существует уже давно, изначально он был задуман в 1990-х годах.Спецификация IEEE 802.15.4-2003 была ратифицирована в 2004 году и стала доступной в следующем году, известная как спецификация Zigbee 2004. В 2006 году была представлена обновленная спецификация как спецификация Zigbee 2006, которая заменила парную структуру «ключ-значение» в стеке 2004 года библиотекой кластеров Zigbee (ZCL). Эта библиотека состоит из стандартизованных команд и атрибутов, организованных в группы (кластеры) с такими названиями, как Smart Energy, Home Automation, Zigbee Light Link и т. Д.
В 2007 году был представлен Zigbee Pro, всегда поддерживающий обратную совместимость с устаревшими сетями Zigbee.Устройства Zigbee Pro могут присоединяться к устаревшим сетям, а устаревшие устройства могут присоединяться к сетям Zigbee Pro. Однако варианты маршрутизации различались, что привело к условию, что устройства Zigbee Pro должны стать не маршрутизирующими оконечными устройствами Zigbee (ZED) в устаревшей сети, а устаревшие устройства Zigbee должны стать ZED в сети Zigbee Pro.
Согласно немецкому компьютерному электронному журналу Heise Online , Zigbee Home Automation 1.2 (2013) использует резервные ключи для согласования шифрования, которые известны и не могут быть изменены.Это делает шифрование на многих устаревших устройствах очень уязвимым. Интересный факт: в то время широко известный ключ ссылки глобального центра доверия по умолчанию, определенный ZigBee Alliance, имел значение по умолчанию 5A 69 67 42 65 65 41 6C 6C 69 61 6E 63 65 30 39 (ZigBeeAlliance09) и использовался или поддерживается устройством, если во время присоединения приложение не указывает другой ключ связи. Примечание. Zigbee 3.0 (в дальнейшем) молча игнорирует запрос на присоединение к сети, если устройство пытается аутентифицироваться с использованием хорошо известного ключа связи центра доверия «ZigBeeAlliance09».
Платформы разработки Zigbee
EmberZNet — это реализация Zigbee от Silicon Labs. Он состоит из основного стека Zigbee, поддержки Zigbee Cluster Library и Application Framework. С помощью AppBuilder в Simplicity Studio разработчики могут легко создать приложение Zigbee, которое можно запускать в одном из наборов средств разработки Silicon Labs.
Z-Stack — это компонент пакета разработки программного обеспечения SimpleLink ™ CC13x2 / CC26x2. Этот компонент позволяет разрабатывать Zigbee® 3.0 продуктов на основе спецификаций. Z-Stack — это комплексное решение TI для разработки сертифицированных решений Zigbee 3.0 на платформах CC13x2 и CC26x2.
Zigbee Alliance
В совет директоров Zigbee Alliance входят руководители Amazon, Apple, Comcast, Google, IKEA, Kroger Co., LEEDARSON, Legrand, Lutron Electronics, MMB Networks, NXP Semiconductors, Resideo, Schneider Electric, Signify (ранее Philips Lighting ), Silicon Labs, SmartThings, Somfy, Texas Instruments и Wulian.
Основанный в 2002 году, Zigbee Alliance — это группа из более чем 500 компаний, которые поддерживают и публикуют стандарт Zigbee. Организация публикует профили приложений, которые позволяют нескольким OEM-производителям создавать совместимые продукты. Отношения между IEEE 802.15.4 и Zigbee аналогичны отношениям между IEEE 802.11 и Wi-Fi Alliance.
С 11 мая 2021 года Zigbee Alliance был переименован в Connectivity Standards Alliance (CSA).
ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Типы устройств Zigbee:
Координатор Zigbee (ZC)
Маршрутизатор Zigbee (ZR)
Конечное устройство Zigbee (ZED)
В сети Zigbee есть ровно один Координатор Zigbee (ZC) , отвечающий за формирование и координацию сети.Формирование включает выбор PAN ID (идентификация персональной сети) для идентификации сети и определение физического радиоканала для работы. Координатор также отвечает за настройку и аутентификацию маршрутизаторов и конечных устройств, которые присоединяются к сети. Координатором является Центр доверия, который хранит всю важную информацию о сети Zigbee, включая ключи шифрования и ключи ссылок.
Маршрутизатор Zigbee Router (ZR) представляет собой промежуточные узлы для помощи в ретрансляции данных между узлами в сети.Они играют важную роль в построении сети Zigbee, в которой происходит обмен пакетами. Маршрутизаторы Zigbee улучшают ячеистую сеть за счет увеличения диапазона сети (ретрансляция пакетов по всей ячеистой сети), повышения надежности пакетов, которыми обмениваются, и предоставления дополнительных узлов для присоединения к сети (с помощью координатора ). Хорошим примером Zigbee Router может быть умная вилка (питание от розетки). Это устройство имеет постоянный источник питания и, следовательно, всегда включено.Тот факт, что эта интеллектуальная розетка является полнофункциональным устройством (FFD), делает ее идеальной для маршрутизации трафика и сильным кандидатом на роль родительских устройств для конечных устройств с ограниченным функционированием (RFD).
Конечное устройство Zigbee (ZED) — это узлы, которые логически подключены к маршрутизатору Zigbee (ZR) и обычно представляют собой такие устройства, как освещение, вилки, датчики, переключатели, термостаты и т. Д., И обмениваются данными только с маршрутизатором Zigbee. (родитель), с которым они связаны. ZED часто работают от батарей и большую часть времени спят.Они не могут напрямую связываться с другими конечными устройствами Zigbee (ZED). В этом смысле ZED считаются устройствами с ограниченными функциями (RFD).
Устройства
ZED имеют более низкое энергопотребление (из-за активного спящего режима) и могут работать от батарей в течение длительного времени. Напротив, ZR и ZC (которые всегда активны) имеют высокие требования к мощности и по этой причине не могут питаться от батареи.
ZED обычно отключены (спящий режим) большую часть времени, поэтому не могут принимать какой-либо трафик, отправленный на них в режиме реального времени.Периодически они просыпаются и проверяют наличие сообщений, запрашивая свой (родительский) маршрутизатор (ZR), к которому они логически подключены. Примечание. Маршрутизатор буферизует данные, предназначенные для ZED (дочернего), и отправляет эти данные только при опросе ZED при пробуждении. Время пробуждения определяется разработчиком приложения, а НЕ спецификацией Zigbee.
ZED могут немедленно связаться со своим (родительским) маршрутизатором при пробуждении, потому что ZR всегда активны.
Стек Zigbee
ФИЗИЧЕСКИЙ слой
Физический уровень включает в себя интерфейс физического уровня радиосвязи и уровня MAC, управление включением / выключением радиосвязи, модуляцию и демодуляцию, выбор канала, оценку качества связи и обнаружение энергии.Радиостанции Zigbee совместно используют диапазон ISM 2,4 ГГц с Wi-Fi и, используя 16 каналов (11–26), имеют ширину 2 МГц с разделением несущих 5 МГц между каналами.
MAC-уровень
В заголовке MAC есть 2-байтовое поле «Управление кадром». Бит 0-2, указывающий тип кадра. Обычно существует четыре типа кадров:
Маяк , используемый для сканирования сетей
Данные , используемые для передачи данных с более высоких уровней
ACK , подтверждение
MAC Команда, команды управления уровня MAC, например процедура ассоциации MAC.
В конце каждого кадра MAC есть два байта CRC, используемые для проверки целостности пакета.
СЕТЕВОЙ уровень
Сетевой уровень расположен между MAC-уровнем и подуровнем поддержки приложений (APS) и является местом управления сетью. Сетевой уровень заботится о сетевой структуре, маршрутизации и безопасности.
Типы устройств
IEEE-802.15.4 определяет два типа сетевых устройств:
FFD , полнофункциональное устройство, способное выполнять все обязанности, описанные в IEEE 802.15.4 и может принимать любую роль в сети.
RFD , Устройство с ограниченными функциональными возможностями (обычно с батарейным питанием), имеет ограниченные возможности.
Примечание: мощность обработки и объем памяти устройств RFD обычно меньше, чем у устройств FFD.
В Zigbee есть три типа физических устройств:
Координатор (формирует сеть, имеет возможность маршрутизации, питается от сети, всегда должен бодрствовать, может быть родительским)
В каждой сети может быть только один координатор.Идентификатор узла координаторов всегда 0000.
Маршрутизатор (не может формировать сеть, имеет возможность маршрутизации, питается от основного, всегда должен бодрствовать, может быть родительским)
Конечное устройство (не может формировать сеть , не имеет возможности маршрутизации, питается от основного источника или батареи, должен иметь родительский элемент)
Конечное устройство может быть конечным устройством, не находящимся в спящем режиме, или конечным устройством, находящимся в спящем режиме.
Сетевой адрес
Zigbee использует PAN ID и расширенный PAN ID для идентификации сети.
PAN ID — это 16-битный идентификатор, который будут совместно использовать все узлы в PAN (Personal Area Network). PAN ID выбирается координатором при формировании сети и используется, чтобы отличить его от других соседних сетей, которые могут оказаться на том же канале.
Расширенный идентификатор PAN — это идентификатор резервной сети, известный всем узлам в PAN. Нормальный (короткий) PAN ID передается в пакетах «по воздуху», поскольку он быстрее отправляет 16 бит, чем 64 бит.Расширенный идентификатор PAN также уникален для каждого PAN и выбирается координатором при формировании сети. Однако расширенный PAN ID редко передается по радиоканалу и используется больше как резервный критерий на случай возникновения конфликтов PAN ID. Использование расширенного идентификатора PAN позволит координатору поговорить со всеми узлами и установить новый идентификатор PAN, чтобы перейти к нему и решить проблему. Расширенный PAN ID отправляется по воздуху только в ответ на «активное сканирование» (новые узлы запрашивают подключение к сети) и когда происходит редкое обновление PAN ID.
Адрес устройства (узла)
Как и сетевой адрес, каждый узел в сети имеет уникальный короткий и длинный адрес, чтобы отличать его от других узлов в сети.
Длинный адрес — это 64-битный MAC-адрес, назначенный IEEE (EUI-64), и глобальный уникальный идентификатор (GUID), который обычно назначается на этапе производства. Наличие глобального уникального идентификатора означает, что никакие два радиомодуля IEEE в мире не будут иметь одинаковый GUID. Как и в случае с расширенным сетевым адресом, длинный (EUI-64) адрес редко пересылается по радиоканалу, за исключением запросов на соединение (Beacon) и / или для разрешения редких конфликтов адресов узлов.
Короткий адрес (16 бит), назначаемый координатором, когда узел подключается к сети, используется по радиоканалу. Этот адрес, известный как идентификатор узла, уникален для его домашней сети PAN.
Слой ПРИЛОЖЕНИЯ
Уровень приложения ZigBee называется структурой приложения (AF) и работает поверх уровня поддержки приложений (APS). AF поддерживает множество приложений и обрабатывает входящие данные между зарегистрированными приложениями. Некоторые зарегистрированные приложения определены в спецификации Zigbee, а другие являются реализациями поставщика.Zigbee определяет приложение как профиль. Профили ZigBee идентифицируются целым числом от 0 до 240, называемым конечной точкой. Существует два типа профилей приложений: общедоступные и зависящие от поставщика. Специальный профиль с нулевым идентификатором конечной точки — это ZDO (объект устройства Zigbee), который используется для конфигурации и настройки сети.
Zigbee Alliance определил несколько профилей, таких как Smart Energy, Home Automation, Commercial Building Automation, Toys и т. Д.
Конечные точки устройства в сравнении с логическими конечными точками
Логический идентификатор конечной точки — это 8-битное значение в диапазоне от 0 до 255.
Конечная точка 0 зарезервирована для объекта устройства Zigbee (ZDO), используемого для целей управления сетью.
Конечные точки с 1 по 239 могут использоваться пользовательскими приложениями.
Конечные точки 240–254 зарезервированы для специальных приложений.
Конечная точка 255 используется для широковещательной передачи.
Адреса вещания
Приложения регистрируются с идентификатором конечной точки на уровне AF. Когда уровень AF обрабатывает входящее сообщение, оно передается в соответствующий кластер для обработки на основе идентификатора конечной точки.Если пакет прибывает для идентификатора конечной точки, который не зарегистрирован, пакет автоматически отбрасывается.
Конечные точки
— это логические расширения, определенные на уровне приложений, которые можно рассматривать как устройства, доступные через один радиоузел ZigBee. Например, выключатель света, подключенный к радиоузлу, может быть одной конечной точкой (физической), а диммер, подключенный к тому же узлу, может быть другой конечной точкой (логической), а не совершенно новым приложением (см. Рисунок 1). В другом примере интеллектуальная розетка, подключенная к радиоузлу, может быть конечной точкой (физической), а каждая розетка на полосе, подключенной к тому же узлу, может быть другой конечной точкой (см. Рисунок 2).
КЛАСТЕРЫ Кластеры
Zigbee основаны на модели клиент / сервер и используются для реализации прикладного протокола между двумя или более устройствами. Кластеры — это группа команд и атрибутов, которые определяют, что может делать устройство (группа действий по функциям). Каждому кластеру назначается идентификатор кластера, который определен в библиотеке кластеров Zigbee (ZCL). Кластер можно определить с помощью нескольких атрибутов и команд.
Кластер в ZigBee Cluster Library — это объект, содержащий как методы (команды), так и данные (атрибуты).
Привязка — это действие в ZigBee, которое определяет отношения между двумя устройствами, конкретными конечными точками и идентификатором кластера. Он предоставляет механизм для присоединения конечной точки на одном узле к одной или нескольким конечным точкам на другом узле и даже может применяться к группам узлов.
БЕЗОПАСНОСТЬ
Безопасность в сети Zigbee основана на сетевом ключе и ключах связи . Одноадресная связь между любыми двумя устройствами прикладного уровня защищена с помощью 128-битного ключа связи, совместно используемого двумя устройствами, в то время как широковещательная передача защищена 128-битным сетевым ключом, совместно используемым ВСЕМИ устройствами в сети.Предполагаемый получатель (и) сообщения всегда осведомлен о точных мерах безопасности; благодаря этому получатель знает, защищен ли фрейм ключом связи или сетевым ключом.
СЕТЕВОЙ ключ
Сетевая безопасность
Zigbee использует общесетевой ключ для шифрования и дешифрования. Сетевой ключ — это 128-битный ключ, используемый всеми устройствами в сети. Обычно он генерируется случайным образом координатором при формировании сети. Когда новые устройства присоединяются к сети, они должны получить копию сетевого ключа.
ТРАСТ-ЦЕНТР Сети
В сети Zigbee роль того, кто распространяет сетевой ключ на новые устройства, называется центром доверия (TC). Существует две модели безопасности: централизованная сеть безопасности , и распределенная сеть безопасности .
В централизованной сети безопасности есть только один центр доверия, и это координатор. Все новые устройства получат сетевой ключ от координатора.
В распределенной сети безопасности (без устройства-координатора) каждый маршрутизатор является центром доверия.Новые устройства могут получить сетевой ключ от любого маршрутизатора, так как любой маршрутизатор может авторизовать и аутентифицировать новые устройства, которые хотят присоединиться.
Примечание: Решение об использовании сети распределенного центра управления безопасностью или сети центра управления безопасностью принимается во время формирования сети. После запуска сети изменить это решение невозможно.
Все устройства, которым разрешено подключаться к сети, имеют копию ключа и используют ее для шифрования и дешифрования всех сетевых сообщений.Сетевой ключ также имеет связанный с ним порядковый номер для идентификации конкретного экземпляра ключа. Иногда, когда сетевой ключ обновляется, порядковый номер увеличивается, чтобы позволить устройствам идентифицировать, какой экземпляр сетевого ключа использовался для защиты пакетных данных. Порядковый номер находится в диапазоне от 0 до 255. Когда порядковый номер достигает 255, он возвращается к 0. Все устройства, которые являются частью защищенной сети Zigbee, имеют копию сетевого ключа.
Поскольку сетевой ключ необходимо транспортировать с одного устройства на другое, значение ключа необходимо зашифровать во время транспортировки.Это шифрование выполняется на прикладном уровне.
Безопасность на уровне сети
Безопасность пакетов
Пакет, защищенный на сетевом уровне, состоит из следующих элементов (см. Ниже).
Вспомогательный заголовок безопасности
Вспомогательный заголовок содержит данные о безопасности пакета, которые принимающий узел использует для правильной аутентификации и дешифрования пакета. Эти данные включают тип используемого ключа, порядковый номер (если это сетевой ключ), IEEE (длинный) адрес устройства, защищающего данные, и счетчик кадров.
Аутентификация и шифрование
Zigbee использует 128-битный симметричный ключ для шифрования всех передач на сетевом уровне. Сетевые и вспомогательные заголовки отправляются в открытом виде, но аутентифицируются, в то время как сетевая полезная нагрузка аутентифицируется и шифруется. AES-128 используется для создания хэша всей сетевой части сообщения (заголовок безопасности и полезная нагрузка), который добавляется в конец сообщения.
Этот хэш известен как код целостности сообщения (MIC) и используется для аутентификации сообщения, гарантируя, что оно не было изменено.Принимающее устройство хеширует сообщение и проверяет вычисленный MIC на соответствие значению, добавленному к сообщению. Изменения в сообщении делают MIC недействительным, и принимающий узел молча отбрасывает сообщение. Примечание: Zigbee в настоящее время использует 4-байтовый MIC.
Код целостности сообщения (MIC)
Одноразовый номер (см. Рисунок 3), используемый в процессе шифрования AES-CCM *, представляет собой строку из 13 октетов, созданную с использованием поля управления безопасностью, счетчика кадров и полей исходного адреса заголовка безопасности Zigbee.Размер MIC может составлять 32, 64 или 128 бит (32 бита в следующем примере).
На следующем снимке экрана (см. Рисунок 4) показаны разделы Zigbee Network Layer и Zigbee Security Header широковещательного пакета, отправленного моей Smart Plug # 1:
Счетчик кадров сетевой безопасности
Счетчик кадров включен во вспомогательные заголовки как средство защиты от атак повторного воспроизведения. Все устройства имеют собственный уникальный счетчик исходящих кадров, и они поддерживают список счетчиков кадров своих соседей и детей.Каждый раз, когда устройство отправляет пакет, оно увеличивает счетчик исходящих кадров. Для нормальной сетевой связи требуется сетевая безопасность и действующий счетчик кадров. Единственное исключение — во время присоединения, когда у устройств еще нет сетевого ключа. В этом случае сообщения присоединяющегося устройства ретранслируются через его родителя, пока оно не будет полностью присоединено и аутентифицировано. Любые другие сообщения, полученные без защиты сетевого уровня, автоматически отбрасываются.
Принимающее устройство проверяет, что счетчик кадров отправляющего устройства увеличился по сравнению с последним значением, которое оно увидело.Если он не увеличился, пакет автоматически отбрасывается. Если принимающее устройство не является конечным пунктом назначения, пакет дешифруется и модифицируется, чтобы включить счетчик кадров устройства маршрутизации. Затем пакет повторно шифруется и отправляется на следующий переход (известный как пошаговая безопасность ).
Счетчик кадров составляет 32 бита и не может быть обнулен. Сетевой ключ можно обновить до того, как счетчик кадров достигнет максимального значения. Когда это происходит, счетчик кадров может быть сброшен до нуля, если значение локального устройства выше 0x80000000.
БЕЗОПАСНОСТЬ СЛОЯ ПОДДЕРЖКИ ПРИЛОЖЕНИЯ (APS)
Комплексная безопасность
Безопасность
APS предназначена для обеспечения способа безопасной отправки сообщений в сети Zigbee, чтобы никакое другое устройство не могло расшифровать данные, кроме источника и назначения. Это отличается от сетевой безопасности, которая обеспечивает только поэтапную безопасность. В этом случае каждое устройство, которое является частью сети, слышит пакет, отправляемый по назначению, и расшифровывает его.
Безопасность
APS использует общий ключ (ключ связи), о котором знают только источник и место назначения, обеспечивая таким образом сквозную безопасность. Шифрование уровня APS и сетевого уровня может использоваться одновременно для шифрования содержимого сообщения. В этом случае сначала применяется безопасность уровня APS, а затем безопасность сетевого уровня.
Пакет, защищенный на уровне APS, состоит из следующих элементов (см. Ниже):
Ключи LINK
Безопасность
APS использует одноранговый ключ, известный как ключ связи.Оба устройства должны уже установить этот ключ друг с другом перед отправкой данных, защищенных APS. Существует два типа ключей ссылок: ключи ссылок центра доверия и ключи ссылок приложений.
Ключи ссылки центра управления безопасностью
Ключ связи центра доверия — это специальный ключ связи, в котором одно из партнерских устройств является центром доверия. Стек использует этот ключ для отправки и получения командных сообщений APS в центр доверия и из него. Приложение также может использовать этот ключ для отправки сообщений с данными с шифрованием APS.Все устройства в сети Zigbee должны иметь ключи связи. В сети центра управления безопасностью устройства должны иметь ключ связи с центром управления безопасностью . В сети распределенного центра управления безопасностью этот ключ называется ключ связи распределенного центра управления безопасностью .
Ключи ссылок на приложения
Ключи связи приложений — это общие ключи, которые могут быть установлены между любыми двумя узлами в сети, где ни одно устройство не является центром доверия. Их можно использовать для дополнительной защиты сообщений, отправляемых в или из приложения, запущенного на узле.Устройства могут иметь разные ключи связи приложений для каждого устройства, с которым они обмениваются данными.
Устройство может предварительно настроить ключ связи приложения или запросить ключ связи между собой и другим устройством. В последнем случае он отправляет запрос в центр управления безопасностью, зашифрованный с помощью его ключа связи с центром доверия. Центр доверия действует как доверенная третья сторона для обоих устройств, поэтому они могут безопасно устанавливать связь друг с другом.
Незашифрованные данные APS
Безопасность уровня
APS работает независимо от безопасности сетевого уровня.Это требуется для определенных сообщений безопасности (команд APS), отправляемых в центр доверия и из него стеком Zigbee. В отличие от сетевой безопасности, безопасность APS для сообщений приложений не является обязательной.
Коды установки
Ключ кода установки — это просто предварительно настроенный ключ связи с центром доверия, используемый для входа в сеть Zigbee и получения текущего сетевого ключа. Поскольку этот уникальный ключ должен быть известен как присоединяющемуся устройству, так и центру доверия во время входа в сеть, часть общих данных, известная как «код установки», используется для получения ключа на обеих сторонах.В рамках этого процесса код установки и EUI64 присоединяемого устройства должны быть переданы по внеполосному каналу в центр доверия сети, чтобы можно было создать соответствующую запись в таблице ключей ссылок.
Код может быть любым произвольным значением из 6, 8, 12 или 16 байтов, за которым следует 16-битная CRC (сначала младший байт) по этим байтам. Затем этот код используется в качестве входных данных для хэш-функции Матиаса-Мейера-Осиса (MMO) с размером дайджеста (длиной хеша), равным 128 битам. 128-битный результат этой хэш-функции AES-MMO используется в качестве значения для предварительно настроенного ключа ссылки центра доверия для этого устройства.Затем центр доверия может установить запись в таблице ключей с этим ключом и EUI64 присоединяющегося устройства, что затем позволяет успешно пройти аутентификацию во время присоединения, а присоединяющееся устройство может успешно получить и расшифровать сетевой ключ.
Следует отметить, что начиная с Zigbee 3.0 все сертифицированные устройства должны иметь коды установки, но в конечном итоге решение об использовании в сети принимает центр доверия.
ZIGBEE ПАКЕТ СНЯФФИНГА
Присоединение к сети
Следующие перехваченные пакеты Wireshark продемонстрируют процесс подключения нового устройства к сети.В этом примере я создал сеть Zigbee, используя координатор (AduroSmart ERIA Smart Home Hub / Gateway) и маршрутизатор (Innr Zigbee Smart Plug).
Запрос ассоциации
Процесс присоединения к сети начинается с того, что присоединяющееся устройство отправляет команду запроса маяка по всем каналам. По сути, новое устройство спрашивает: «Есть ли там кто-нибудь?» Обратите внимание, что в следующем кадре (5) адресатом этого запроса маяка является 0xffff, который мы обнаружили ранее в этой статье как широковещательную рассылку всем узлам в этой области.
В ответ на запросы маяка все маршрутизаторы и координаторы Zigbee в зоне ответят ответом маяка. Каждый маршрутизатор и координатор на канале объявят: «Я здесь!» Кадр ответа маяка содержит полезную информацию об отвечающем узле и сети, к которой он принадлежит.
В следующем кадре (14) мы видим, что идентификатор PAN сети равен 0x2999, а источник этого ответа Beacon — 0x0000, что означает, что это устройство является координатором для сети Zigbee PAN 0x2999.Поле Superframe Specification также проверяет это, Координатор PAN = True. Также обратите внимание, что Association Permit = True, что означает, что координатор дает присоединяющемуся устройству разрешение на присоединение (быть связанным с этой сетью).
Кроме того, обратите внимание, что поле управления кадром для маяков — 0x8000, а профиль стека в этом случае — 0x02 (Zigbee Pro).
Теперь, когда «разрешение на присоединение» предоставлено, следующим шагом присоединяющееся устройство отправляет запрос ассоциации координатору.
Мы видим это на следующем кадре (18). Идентификатором команды в поле управления кадром является команда «Association Request» (0x01), а источник (присоединяющееся устройство) теперь отображается с использованием его длинного адреса EUI-64, а пункт назначения теперь является одноадресным сообщением координатору 0x0000.
В рамках запроса на сопоставление присоединяющееся устройство предоставляет информацию о себе. Запрос ассоциации = 0x8e указывает, что присоединяющееся устройство (наша интеллектуальная розетка) является полнофункциональным устройством (FFD), что означает, что оно может работать как маршрутизатор.Power Source = AC / Mains Power указывает, что он не питается от батареи и всегда будет активен.
В качестве примечания: если бы наше присоединяемое устройство было устройством с батарейным питанием, оно никогда не могло бы быть маршрутизатором (родительским для дочернего), а вместо этого работало бы как оконечное устройство Zigbee (ZED). В сети Zigbee ZED всегда будет дочерним и всегда будет логически присоединен к своему родительскому устройству (маршрутизатору или координатору).
В кадре 20 мы видим, как присоединяющееся устройство выдает команду запроса данных (0x04) координатору 0x0000.Команда запроса данных в основном используется конечным устройством (Smart Plug) для опроса своего родителя (координатора) для получения данных. В этом случае присоединяющееся устройство требует подтверждения того, что теперь оно является частью сети (полностью присоединено).
Примечание: При захвате процесса «Присоединиться» в этой изолированной сети Zigbee я решил одновременно запустить два сниффера Zigbee (API-MOTE с Wireshark и Texas Instruments CC2531 с PACKET-SNIFFER — анализатор пакетов протокола SmartRF).На следующем снимке экрана показана та же информация, что только что была представлена, но в том виде, в котором она была отображена в приложении Texas Instruments Packet Sniffer.
Пакет 15 показывает запрос маяка присоединяющегося устройства, а пакет 16 показывает ответ маяка координатора с битом разрешения ассоциации, установленным в значение Истина. (Обратите внимание, что пакет 17 также был захвачен, но из другого (ближайшего) PAN (0x8848), поэтому мы можем его игнорировать.)
Продолжая последовательно, пакет 18 показывает команду запроса ассоциации присоединяющегося устройства (длинный адрес EUI-64) (порядковый номер 0xb2).Пакет 19 — это подтверждение для последовательности (0xb2).
Пакет 20 показывает команду запроса данных присоединяющегося устройства, запрашивающую данные у координатора (подтверждение статуса присоединения). Обратите внимание, что счетчик последовательности присоединяющегося устройства увеличился до 0xb3. Пакет 21 — это подтверждение для последовательности 0xb3.
Пакет 22 показывает ответ ассоциации координатора (длинный адрес EUI-64), отправляющий запрошенные данные присоединяющемуся устройству (длинный адрес EUI-64). Запрошенные данные в этом случае — это присвоение нового идентификатора узла (короткий адрес 0x2d24) присоединяющемуся устройству и состояние ассоциации «Успешно».Пакет 23 — это подтверждение для ответа ассоциации.
Имейте в виду, это просто подтверждение того, что присоединяющееся устройство (0x2d24) успешно подключилось к сети (PAN 0x2999), но устройство не может связываться ни с одним из других устройств в сети, пока ему не будет предоставлена сеть центра доверия. ключ. В этом случае можно сказать, что новое подключенное устройство связано, но еще не аутентифицировано.
Обратите внимание, что порядковый номер увеличивается каждый раз, когда координатор обменивается данными с присоединяющимся устройством, и каждый раз, когда присоединяющееся устройство обменивается данными с координатором.Также обратите внимание, что у каждого есть свой уникальный порядковый номер. Это, в сочетании с уникальными счетчиками кадров устройства, помогает защитить сеть от атак повторного воспроизведения.
АУТЕНТИФИКАЦИЯ (получение сетевого ключа)
При создании изолированной сети Zigbee я проверил внешнюю аутентификацию интеллектуального подключаемого устройства (OOB), используя свой мобильный телефон и приложение AduroSmart ERIA Home Automation. Эта реализация присоединения к сети использует коды установки (стандартные для всех устройств Smart Energy и всех устройств, на которых работает Zigbee 3.0 или новее).
Использование установочного кода обеспечивает безопасность для первоначального обмена сетевым ключом с устройством за счет дополнительного взаимодействия между пользователем и центром доверия. Пользователь должен каким-то образом передать ключ с устройства в центр доверия. Это может быть выполнено с помощью механизма за пределами сети Zigbee (OOB), такого как ввод кода в центр доверия с метки на устройстве или сканирование связанного QR-кода.
Во время производства код установки помещается в память устройства, а также печатается где-нибудь на устройстве (и / или вне упаковки).Приложение в устройстве отправляет код установки в качестве входных данных для функции одностороннего сжатия Matyas-Meyer-Oseas (MMO) (https://en.wikipedia.org/wiki/One-way_compression_function), которая выводит 128- битовый хеш (предварительно настроенный ключ связи).
Этот код установки и адрес EUI-64 (расширенный) присоединяющегося устройства предоставляются OOB координатору, который использует ту же функцию MMO. Обе конечные точки теперь могут создавать предварительно настроенный ключ связи, используемый для шифрования и дешифрования сообщений.Предварительно сконфигурированный ключ связи является эксклюзивным (частным) для вновь подключенного устройства и координатора. Координатор теперь может безопасно транспортировать секретный сетевой ключ (зашифрованный предварительно настроенным ключом связи).
Следовательно, даже я, как владелец и администратор этой примерной (изолированной) сети Zigbee, не знаю фактического предварительно сконфигурированного ключа связи. Хотя, возможно, я смогу получить его методом проб и ошибок (отправив то, что я считаю кодом установки, в качестве входных данных для алгоритма MMO).К сожалению, мне все равно нужно будет проверить подлинность этого ключа, расшифровав известную зашифрованную полезную нагрузку и проверив ее результат в виде открытого текста. Хотя это то, чем я все еще занимаюсь, в настоящее время это выходит за рамки данной статьи.
Примечание. В течение относительно короткого периода времени существовал предварительно настроенный глобальный ключ связи, который использовался, чтобы позволить устройствам связываться (присоединяться) и аутентифицироваться в сети. В то время Zigbee Alliance считал, что чрезвычайно ограниченное количество беспроводного (OTA) воздействия было приемлемым в качестве компромисса для простоты установки для конечного потребителя.Значение ‘ 5A 69 67 42 65 65 41 6C 6C 69 61 6E 63 65 30 39′ (представление ZigBeeAlliance09 в формате Ascii) больше не распознается как действительный глобальный ключ ссылки в Zigbee 3.0 и более поздних версиях, но все еще существует во многих устаревших версиях. стеки и устройства.
Как только новое подключенное устройство получит сетевой ключ, все будущие важные коммуникации с сетью будут зашифрованы с помощью этого ключа.
Добавление еще одного устройства Zigbee в нашу сеть
В настоящее время наша сеть Zigbee сформирована с использованием интеллектуального концентратора ERIA в качестве координатора Zigbee (ZC) и Innr Smart Plug в качестве оконечного устройства Zigbee (ZED).Обратите внимание, что хотя Smart Plug является (никогда не спит) полнофункциональным устройством (FFD) и может быть маршрутизатором, на самом деле он считается ZED (который никогда не спит), пока не станет родительским.
Давайте добавим в нашу сеть устройство Zigbee с датчиком двери / окна с батарейным питанием. Ознакомьтесь с планом помещения нашей сети Zigbee и обратите особое внимание на размещение наших устройств.
Сети Zigbee — это самоформирующиеся и самовосстанавливающиеся ячеистые сети. Это означает, что когда новое устройство подключается к сети, (родительский) маршрутизатор выбирается на основе относительного расстояния путем определения кратчайшего маршрута.Это обеспечивает более надежную связь (меньшее количество отброшенных пакетов) и помогает облегчить самовосстановление в случае отказа родительской (ZR) сети или ее перемещения в другую несвязанную сеть. В этом случае следующий ближайший маршрутизатор (или координатор) станет новым родителем.
В ячеистой сети Zigbee индикатор уровня принимаемого сигнала (RSSI) и проверка качества языка (LQI) могут использоваться для определения относительного расстояния между узлами. RSSI — это сетевой параметр, основанный на расстоянии, который является мерой мощности радиосигнала, а LQI — это показатель качества связи принятого сигнала.(LQI) можно увидеть в конце пакетов Texas Instruments:
Радиусное поле
Радиус — это 1-байтовое значение (сетевой уровень Zigbee), которое используется как индикатор того, насколько далеко должен идти сигнал. Например, радиус 1 часто бывает полезен для связи с узлами, которые находятся в непосредственной близости друг от друга. Сеть может иметь 10 переходов в диаметре, но если широковещательная передача ограничена радиусом 1, она затронет только соседние узлы.Эта функция становится очень удобной в таких ситуациях, как гостиничные номера, коммерческие офисы, больничные палаты и т. Д., Где требуется управление различными датчиками, замками или оборудованием, специфичным для комнаты.
Подготовка датчика к сопряжению
Для ранее использованных датчиков нам сначала нужно выполнить сброс датчика двери до заводских. Это можно сделать, вынув аккумулятор, удерживая переключатель тампера при повторной установке аккумулятора. Продолжайте удерживать переключатель тампера до тех пор, пока не загорится светодиод (указывая на то, что начинается возврат к заводским настройкам).Немедленно отпустите тамперный переключатель в течение 4 секунд. Сенсор должен начать мигать светодиодным индикатором, показывая, что активирован режим сопряжения.
В недавно приобретенных устройствах обычно между батареей и ее контактами вставляется пластиковый язычок, чтобы предотвратить включение до тех пор, пока она не будет готова к установке. Просто вытащите пластиковый язычок из устройства, чтобы аккумулятор включился и запитал устройство. Сразу после включения на датчике должен мигать светодиод, указывая на то, что режим сопряжения активен.
Окно режима сопряжения будет оставаться открытым в течение нескольких минут (до 245 секунд), в течение которых нам нужно перевести концентратор в режим сопряжения (обычно, нажав кнопку питания на 1-2 секунды). В случае успеха светодиод на концентраторе должен начать мигать, указывая на то, что режим сопряжения активен.
Обнюхивание трафика Zigbee
Опять же, я решил запустить два анализатора одновременно, фиксируя процесс соединения устройства Zigbee Door Sensor. Следующие перехваченные пакеты CC2531 компании Texas Instruments представляют процесс присоединения.Обратите внимание, что он в значительной степени отражает соединение Smart Plug с несколькими новыми ключевыми моментами.
Как и Smart Plug, дверной датчик начинается с запроса маяка (кадр 338), запрашивая ответы маяка от всех устройств в сети.
Как и в случае с Smart Plug, координатор из соседней (несвязанной) сети (PAN 0x8848) отвечает своим маяком (кадр 340), но, как и раньше, мы можем игнорировать это.
Итак, остаются два оставшихся маяка (кадры 339 и 341), которые являются нашим координатором (0x0000) и Smart Plug (0x2d24).В частности, обратите внимание, что оба устройства показывают бит разрешения ассоциации True, что означает, что любое устройство способно разрешить датчику присоединиться. Примечание. Конечные точки устройства с ограниченными функциями (RFD) НЕ выдают маячки.
Исходя из относительной близости всех устройств, интеллектуальная розетка выбрана в качестве потенциального родителя датчика, так как она намного ближе, чем координатор (см. План этажа).
Кадр 342 показывает, что датчик (источник) отправляет запрос ассоциации в интеллектуальную розетку (пункт назначения).Поскольку датчик еще не связан с сетью, ему необходимо использовать свой адрес EUI-64 (0x000d6f000b3bb389). Кадр 343 — это подтверждение для запроса ассоциации (соответствующий порядковый номер 0x36).
Кадр 344 показывает, что датчик отправляет запрос данных в интеллектуальную розетку (0x2d24), опрашивая интеллектуальную розетку для получения данных (подтверждение статуса присоединения). Кадр 345 — это подтверждение для команды запроса данных (порядковый номер 0x37).
Кадр 346 показывает ответ ассоциации Smart Plug (длинный адрес EUI-64), отправляющий запрошенные данные на датчик (длинный адрес EUI-64).Запрошенные данные в этом случае — это присвоение Датчику нового идентификатора узла (короткий адрес 0x55BB) и состояние ассоциации «Успешно». Кадр 347 является подтверждением для ответа ассоциации.
На этом этапе Smart Plug больше не считается оконечным устройством (ZED). Теперь это полностью функционирующий маршрутизатор (ZR) и родительский элемент для своего дочернего устройства, Sensor (ZED).
Наша примерная сеть Zigbee теперь выглядит так:
Как и в случае, когда Smart Plug впервые подключился к сети, Датчик успешно подключился к сети (PAN 0x2999), но не может связываться ни с одним из других устройств в сети, пока ему не будет предоставлен сетевой ключ центра доверия.Дверной датчик (ZED) связан, но еще не аутентифицирован.
Как мы заявляли ранее (и часто) в этой статье, Координатор является центром доверия для всех сетей централизованной безопасности Zigbee. Таким образом, все запросы или команды конфиденциального характера должны направляться в центр доверия, координатор (ZC). Для этого дверной датчик (ZED) должен использовать своего родительского элемента (ZR) для передачи запроса данных в (ZC).
Обратите внимание, что в кадре 350 показан датчик (источник), отправляющий запрос данных своему родительскому устройству Smart Plug (ZR).Кадр 351 — это подтверждение для запроса данных.
Кадр
(352) показывает Smart Plug (источник), пересылающий сетевую полезную нагрузку на (ZC). Кадр 353 является подтверждением для кадра 353.
На следующем снимке экрана Wireshark показан фрейм данных уровня сети Zigbee (177), где источником является координатор (ZC), а предполагаемым местом назначения является датчик (ZED), использующий интеллектуальную розетку (ZR) в качестве маршрутизатора-ретранслятора. Обратите внимание на «Безопасность: верно». Это хороший пример того, как центр доверия (ZC) отправляет конфиденциальные данные на дочернее устройство (ZED) через родительское устройство ребенка (ZR).
Для завершения этого проекта Zigbee мы введем в сеть еще два устройства Zigbee: Innr Smart Plug # 2 и Xfinity Door Sensor # 2. Ознакомьтесь с измененным планом этажа нашей сети Zigbee и снова обратите особое внимание на размещение наших устройств.
Как мы видим, у нас есть один координатор (ZC), который является центром доверия сети. У нас есть два маршрутизатора (ZR), которые работают как интеллектуальные розетки, и два конечных устройства (ZED), которые работают как датчики.Кроме того, мы можем видеть, что Smart Plug-1 является родительским для Sensor-1, а Coordinator является родительским для Sensor-2, Smart Plug-1 и Smart Plug-2.
Хотя такое расположение устройств подходит для небольших домашних сетей, находящихся в пределах досягаемости координатора, в идеале было бы более выгодно переместить координатора в центр целевой области сети. Это становится еще более важным при автоматизации крупных коммерческих объектов с сотнями возможных узлов.
Сводка
Выполнение этого проекта оказалось чрезвычайно исчерпывающим и потребовало навигации по многим сайтам, чтобы получить информацию, необходимую для подготовки этой статьи.Иногда я обнаруживал, что представленный материал был либо устаревшим, либо неправильно объясненным, либо в нем отсутствовала техническая информация, необходимая для подробного обсуждения беспроводного протокола Zigbee.
Будем надеяться, что, отсеяв большую часть не относящейся к делу или неверной информации и углубившись в ряд сертифицированных спецификаций Zigbee (Zigbee Alliance, Silicon Labs, Texas Instruments и т. Д.), Материал, представленный в этой статье, предлагает читателю четкое и краткое понимание того, как все это сочетается.Имейте в виду, что варианты в стеках Zigbee (устаревшие или связанные с поставщиками) действительно существуют, и их всегда необходимо учитывать (как и в случае с любой развивающейся технологией) при проведении собственных исследований или разработок.
Для себя некоторые ключевые выводы, которые я вынес из этого проекта, заключаются в том, что Zigbee предлагает комплексное решение для домашней и коммерческой автоматизации Интернета вещей (IoT). В частности, ячеистая сеть Zigbee предлагает диапазоны, которые могут намного превышать ограничение в 10–100 метров для отдельных устройств, за счет реализации самоформирующейся и самовосстанавливающейся сети.Буквально тысячи устройств теоретически могут обмениваться данными в ячеистой сети на больших расстояниях, сохраняя при этом надежную связь с низким энергопотреблением между узлами.
Примечательно, что постоянно развивающаяся инфраструктура безопасности Zigbee находится в особой лиге. Его архитектура безопасности дополняет услуги безопасности, предоставляемые стандартом IEEE 802.15.4. Безопасность Zigbee основана на концепции открытого доверия, при которой уровни стека протоколов доверяют друг другу, а уровень, создающий кадр, отвечает за его первоначальную защиту.Секретные ключи не раскрываются случайно во время передачи ключей. Более того, введение кодов установки в Zigbee 3.0 (обязательно в предыдущих стеках SmartThings) — это очень безопасный способ передачи ключей, при котором ни один ключ никогда не передается в виде открытого текста по беспроводной сети (OTA). Кроме того, использование Zigbee счетчиков кадров и порядковых номеров отдельных устройств, а также реализация кода целостности сообщения (MIC) в качестве сдерживающего фактора в конечном итоге делают атаки с повторным воспроизведением крайне маловероятными. Добавьте к этому осознание того, что координатор (центр управления безопасностью) может изменить сетевой ключ в любое время, когда он считает, что безопасность сети может быть скомпрометирована, что делает сеть чрезвычайно безопасной.
В заключение, я намерен продолжить свои исследования постоянно развивающегося протокола Zigbee. В частности, я намерен сосредоточить большую часть моих текущих исследований, относящихся к недавней реализации кодов установки в Zigbee 3.0, поскольку я чувствую, что это будет стандартом де-факто в будущем. В частности, я очень заинтересован в обнаружении установочного кода одного из моих устройств, отправке его в качестве входных данных в хэш-функцию Матиаса-Мейера-Осиса (MMO) и использовании полученного 128-битного ключа ссылки для расшифровки высокоуровневого кода. уклончивый зашифрованный сетевой ключ в моей сети Zigbee.Это вполне может стать основой для последующего блога «Внутри Zigbee Security». Будьте на связи.
Исследования и полезные ссылки
Home
https://zigbeealliance.org/
Zigbee
Step-by-Step Guide: Getting Started with Zigbee
https://community.silabs.com/s/?language=en_US
https://docs.silabs.com/zigbee/6.6 / em35x / group-ember
https://www.silabs.com/developers/zigbee-emberznet
https://www.silabs.com/developers/simplicity-studio
https://news.silabs.com/2012-07-09-Silicon-Labs-Completes-Acquisition-of-Ember
https://www.silabs.com/documents/public/user-guides/ug103-01-fundamentals-wireless-network.pdf
https://www.silabs.com/documents/public/user-guides/ug103-02-fundamentals-zigbee.pdf
https://www.silabs.com/documents/public/user-guides/ug103-03-fundamentals-design-choices.pdf
https://www.silabs.com/documents/public/application-notes/an1233-zigbee-security.pdf
https://github.com/SiliconLabs/IoT-Developer-Boot-Camp/wiki/Zigbee-Preparatory-Course
https://www.silabs.com/support/training/mesh
https://www.ti.com/tool/Z-STACK
https://www.ti.com/tool/PACKET-SNIFFER
https://en.wikipedia.org/wiki/Zigbee
https://research.kudelskisecurity.com/2017/11/08/zigbee-security-basics-part-2/
https: // www.zigbee2mqtt.io/information/zigbee_network.html
https://www.sciencedirect.com/topics/computer-science/zigbee-end-device
Посетите наш Cyber Range — это не только место, где можно поработать над проблемами и поиграть, но и открытая среда для прямых / практических тренировок.
https://www.blackhillsinfosec.com/services/cyber-range/
Что такое ZigBee и с какими устройствами он может работать?
За последние несколько лет индустрия умного дома выросла в геометрической прогрессии.Есть гаджет практически для всего, о чем вы можете подумать — от кондиционеров и камер до освещения и многого другого.
Примечательно также, что существует множество устройств, которые стремятся соединить все, что у вас есть, и убедиться, что разные устройства могут общаться друг с другом. ZigBee — одно из таких устройств, но что это такое и что он может сделать для улучшения вашего умного дома? Давайте разберемся.
Что такое ZigBee?
Чтобы понять, что такое ZigBee, нам нужно начать с умного дома.Чтобы ваш дом был по-настоящему умным, вам нужны устройства, которые могут общаться друг с другом. Чтобы проиллюстрировать это, вы можете захотеть, чтобы ваш чайник закипел, когда вы подходите к входной двери. Или вы можете захотеть, чтобы термостат понижал температуру, когда вы ложитесь спать.
Идея Интернета вещей (IoT) состоит в том, чтобы все эти устройства были подключены. Таким образом, они могут обмениваться информацией, не требуя, чтобы вы управляли каждым из них индивидуально. Чтобы это произошло, вам нужно, чтобы все они говорили на одном языке.Но в настоящее время это далеко не так; большинство бытовых устройств поставляются разными производителями и говорят на разных языках.
Введите ZigBee . Возможно, вам будет интересно узнать, откуда эта концепция получила свое название. Когда пчелы возвращаются в свой улей, они передают свои открытия из внешнего мира своим собратьям, используя танец виляния. Этот зигзагообразный танец для общения — отличный вариант названия для такого инновационного протокола связи.
ZigBee — это, по сути, открытый стандарт связи, который работает без проводов на основе уровня IP, известного как IEEE 802.14.4-2006. Если вам это кажется греческим, давайте посмотрим на это с другой точки зрения. Подумайте, как беспроводные устройства или устройства Bluetooth взаимодействуют друг с другом. ZigBee позволяет устройствам «разговаривать» одинаково просто. Таким образом, он может выступать в качестве альтернативы беспроводной связи и связи Bluetooth для некоторых устройств.
Устройства ZigBee используют радиочастоты для связи, используя 2,4 ГГц в качестве стандартной частоты. Эти устройства делятся на три основные категории:
Маршрутизаторы — эти устройства передают сигналы и расширяют радиус действия сети.
Координаторы — контролируют формирование сети и обеспечивают безопасность.
Конечные устройства — это устройства, которые нам интересны для умного дома. Они выполняют определенные функции, например включают или выключают свет или регулируют температуру в вашем умном доме. Например, если у вас есть лампочка и выключатель света, которые поддерживают ZigBee, вы можете использовать последний для управления первым, даже если они от разных производителей.Они говорят на одном языке и, таким образом, не сталкиваются с препятствиями для общения.
Что такое ячеистая сеть?
Что делает ZigBee идеальным для домашней автоматизации, так это то, что он не просто упрощает обмен данными между двумя устройствами. Например, Bluetooth будет передавать данные от одного мощного устройства к другому только на короткое расстояние. Но ZigBee работает с использованием так называемой «ячеистой сети».
Ячеистая сеть — это тип сети, которая распределяет свое соединение между несколькими беспроводными точками, известными как узлы.Эти точки или узлы могут обмениваться данными друг с другом и могут совместно использовать сеть на гораздо большей площади, чем Bluetooth или Wi-Fi.
Узлы сравнимы с небольшими передатчиками, действующими почти так же, как беспроводные маршрутизаторы. Их способность передавать на большой площади означает, что они могут расширить диапазон передачи данных, в то же время обеспечивая стабильность.
Понимание ZigBee в контексте домашней автоматизации
В умном доме, если вы используете ZigBee, вам все равно понадобится координатор.Координатор, который будет выступать в качестве основного узла, может иметь форму концентратора умного дома, такого как Amazon Echo или Samsung SmartThings. В случае, если один из узлов в сети выходит из строя и не может связаться со вторым узлом, главный узел может связаться со вторым.
Им потребуется установить связь с третьим узлом в той же сети, если он находится в пределах досягаемости. Каждый узел в сети играет роль повторителя, и все узлы работают согласованно для распределения данных.
Это объясняет название, ячеистая сеть. Внутри сетки каждое совместимое устройство действует как своего рода форпост. Благодаря своей технологии эта концепция может работать даже без необходимости в централизованном концентраторе и при этом передавать информацию по ячеистой сети.
ZigBee может поддерживать до 65 000 узлов в одной сети. Дальность связи составляет примерно от 35 до 70 футов (10-20 метров). Хотя существуют и другие протоколы связи, такие как Z-wave, которые могут обмениваться данными дальше, главная сила ZigBee — это его скорость.
Кроме того, ZigBee становится популярным в коммерческих приложениях благодаря своим возможностям Интернета вещей. Его конструкция делает его идеальным для приложений мониторинга и измерения, и их применение в этих областях быстро растет.
Какие устройства можно использовать с ZigBee?
Производители ZigBee создали так называемый ZigBee Alliance еще в 2002 году. Отраслевой альянс состоит из компаний, которые подписываются на использование протокола. На данный момент в альянсе зарегистрировано более 400 участников и более 2500 устройств.Большинство крупных компаний отрасли в настоящее время являются брендами-партнерами альянса.
Вот некоторые устройства, поддерживающие протокол ZigBee:
Вместо того, чтобы устанавливать каждое из ваших устройств ZigBee по отдельности, вам понадобится центральный концентратор для управления всеми из них. Помимо вышеупомянутых Amazon Echo Plus и SmartThings, вы также можете использовать концентратор Wink, чтобы играть эту центральную роль в сети.
Хаб просканирует вашу сеть на предмет всех устройств ZigBee и избавит вас от хлопот индивидуальной настройки.Это также дает вам легкий контроль над устройствами с помощью единого центрального приложения.
Что нужно купить, чтобы использовать ZigBee?
Чтобы начать использовать ZigBee, вам нужно только купить хаб, который будет действовать как координатор. Один из лучших вариантов — Amazon Echo Plus. В настоящее время он продается на Amazon за 149 долларов, он легко подключается и контролирует все устройства Zigbee, не требуя какого-либо другого концентратора. Вы можете использовать Alexa для доступа и управления всеми устройствами Zigbee с помощью голосовых команд.
Поскольку Amazon Echo Plus имеет встроенную поддержку устройств ZigBee, вам не потребуется ничего дополнительного для их подключения. Просто скажите: «Алекса, откройте для себя мои устройства», когда вы
Совместим ли Google Home с Zigbee?
К сожалению, текущий ассортимент устройств Google Home не поддерживает Zigbee. Однако есть некоторые обходные пути и приемы, позволяющие заставить устройства Google Home работать с устройствами, использующими Zigbee.
Google Home Zigbee Взломы и обходные пути
Прежде чем мы перейдем к реальным взломам, важно понять, как работает Google Home.Умные колонки Google Home обмениваются данными с совместимыми устройствами с помощью Wi-Fi. Таким образом, Google Home может взаимодействовать с любыми интеллектуальными устройствами, подключенными к вашей сети Wi-Fi. В таких случаях посредник не нужен.
Однако некоторые устройства умного дома используют протокол Zigbee для связи. Чтобы такие устройства и Google Home разговаривали, вам нужен посредник, например мост или смарт-концентратор.
Думайте о посреднике как о переводчике, который позволяет двум сторонам, говорящим на разных языках, общаться.
Давайте узнаем, как заставить эти устройства разговаривать, используя разные типы переводчиков.
Использование интеллектуального моста
Как упоминалось выше, одним из типов интерпретатора, который может помочь вам соединить два мира, является мост. Но что такое мост?
Что такое умный мост?
Наличие набора умных устройств не делает ваш дом умным. Часто вы не можете управлять этими устройствами или даже заставить их обмениваться данными, как в случае с устройствами Zigbee и Google Home.
В таких случаях мост будет действовать как недостающее звено для подключения ваших устройств. Мост — это, по сути, точка соединения между вашими интеллектуальными устройствами и вашей точкой управления. Это необходимое дополнение к вашему умному дому, когда устройства, которые вы используете, говорят на разных языках.
По сути, он работает за кулисами, чтобы переводить информацию и передавать ее в форме, которую может обработать каждая из двух сторон.
Как использовать мост для соединения Google Home и Zigbee
Чтобы понять, как можно заставить устройства Zigbee и Google Home взаимодействовать с помощью моста, давайте рассмотрим пример Philips Hue.
Philips Hue производит ряд лампочек, которые используют протокол Zigbee и поэтому не могут напрямую связываться с Google Home. Зная это, Philips Hue производит собственные мосты. Вы можете купить их в стартовом пакете лампочек.
Вот как настроить соединение:
Запустите приложение Home на своем смартфоне и нажмите кнопку «Меню» (три горизонтальные линии) в верхнем левом углу.
Выберите «Home Control» из списка, который появляется
Чтобы добавить новые устройства, нажмите кнопку «Плюс» (+) в правом нижнем углу.
Выберите «Philips Hue» из списка устройств
Следуйте инструкциям на экране и нажмите «Сопряжение» кнопка
На Philips Hue Bridge нажмите кнопку связи вверху
Дайте им время для сопряжения.Вы получите уведомление, когда процесс завершится.
Теперь ваш Google Home и Philips Hue могут обмениваться данными, и вы можете начать настройку своих устройств.
. или менее одинаково для всех устройств Zigbee, которые вы хотите подключить к Google Home.
После того, как вы подключили свой Google Home к мосту, вы можете назначать устройства определенным комнатам, создавать процедуры и делать все остальное, чтобы они работали без проблем.
Использование Smart Hub
Как упоминалось ранее, вы также можете заставить Google Home и Zigbee работать вместе, используя интеллектуальный концентратор для их соединения.
Что такое Smart Hub?
Проще говоря, интеллектуальный концентратор — это аппаратное или программное обеспечение, которое вы используете для подключения устройств в сети домашней автоматизации. Устройство контролирует связь между подключенными устройствами, а также между вами и вашими устройствами.
Хотя у вас могут быть интеллектуальные концентраторы, которые подключаются локально, в случае оборудования другие типы подключаются к облаку (программное обеспечение).Такие концентраторы имеют основополагающее значение для использования устройств Интернета вещей (IoT), которые используют протоколы Zigbee и Z-Wave вместо Wi-Fi или Bluetooth.
Роль концентратора настолько важна для бесперебойного функционирования сети, что его обычно называют сердцем сети. Это потому, что он связывает вместе различные независимые компоненты в централизованную платформу.
Это также упрощает использование устройств, позволяя управлять ими всеми с помощью одного приложения для умного дома. Концентратор также может отвлекать трафик от вашей сети Wi-Fi или Bluetooth, чтобы уменьшить перегрузку сети, когда это необходимо.
Использование Smart Hub для соединения Google Home и Zigbee
Теперь, когда мы понимаем, что такое умный концентратор, давайте узнаем, как соединить наши два мира с помощью одного. В целях иллюстрации рассмотрим, как подключить Google Home и Samsung SmartThings.
Вот что вам нужно сделать:
Начните с загрузки мобильного приложения SmartThings для iOS или Android, а затем создайте учетную запись
Запустите приложение Google Home на своем телефоне и затем нажмите вкладку «Домой»
Коснитесь значка плюса
Выберите «Настроить устройство»
Прокрутите до «Работает с Google» и затем коснитесь «Уже что-то настроено?»
Выберите «SmartThings»
Введите адрес электронной почты вашей учетной записи SmartThings или Samsung и нажмите «Далее»
Введите пароль своей учетной записи и выберите «Войти»
В поле «От» »Выберите свое местоположение SmartThings
Нажмите« Авторизовать », чтобы авторизовать все процедуры и устройства из этого местоположения
Отсюда вы можете нажать Готово> Понятно или назначить свои устройства комнатам
Все готово Теперь все готово, и вы можете начать управлять устройствами Zigbee прямо из Google Home с помощью голосового управления Google Assistant.
Обратите внимание, что когда вы авторизуете свою учетную запись SmartThings для Google Home, у нее будет разрешение на доступ ко всем устройствам, поддерживаемым SmartThings. К ним относятся все устройства Zigbee. Однако вы можете отредактировать список в соответствии со своими предпочтениями.
Совместимо ли приложение Nest Zigbee?
Как и Google Home, Google Nest Hub не поддерживает Zigbee. Следовательно, для управления любыми устройствами Zigbee с помощью Nest вам понадобится мост или концентратор.
С чего начать Настройка Zigbee (шаги, которые необходимо предпринять)
Одна из самых больших проблем при настройке экосистемы умного дома — это огромное разнообразие устройств, из которых вам, возможно, придется выбирать.Они могут превратить задачу в непреодолимую логическую головоломку.
Так же, как вы упрощаете любую задачу, вы можете значительно упростить ее, разбив ее на части. Давайте рассмотрим шаги, которые вы можете предпринять для настройки экосистемы Zigbee:
Шаг 1: Выберите магистраль для вашей сети
Большинство умных домовладельцев начинают работу с экосистемой Zigbee, находя базовый центральный гаджет для работы в качестве магистраль их сети. Как вы уже узнали, вам нужен такой гаджет, чтобы упростить управление всеми устройствами из одного приложения.
Один из самых простых способов сделать это — использовать стартовый набор устройств, которые вы имеете в виду. Как упоминалось ранее, например, стартовый комплект Philips Hue поставляется в комплекте с мостом и набором лампочек.
Мост действует как шлюз для вашей системы, магистраль сети. Он будет функционировать как сетевой контроллер, гарантируя, что программное обеспечение, которое вы используете, может взаимодействовать со всеми устройствами.
Кроме того, он будет служить для подключения вашей системы к Интернету.Имея это соединение, вы можете управлять своим умным домом из любого места, если у вас есть доступ в Интернет.
Помимо интеллектуального концентратора Samsung SmartThings, вы можете также рассмотреть концентратор Wink, который также поддерживает этот протокол. Однако его ассортимент не такой широкий, как у SmartThings.
В то время как Wink предлагает дружественный интерфейс, который проще в использовании, SmartThings намного надежнее, с гораздо большим количеством функций под капотом для тех, кто осмеливается исследовать.
Шаг 2: Выберите устройства для создания экосистемы
Теперь, когда у вас есть магистраль для управления вашей сетью, следующим шагом будет выбор устройств для использования в вашем умном доме.Лучший способ сделать это — начать с нескольких гаджетов и строить оттуда по мере того, как концепция становится более знакомой.
Чтобы обосновать свое решение, подумайте о процессах, которые вы хотели бы автоматизировать. Вам нравится идея включать и выключать свет или регулировать яркость с помощью голоса? Хотите запереть двери и настроить температуру из приложения для смартфона?
Гаджеты, которые вы выберете, будут зависеть от ваших потребностей и желаний для автоматизации умного дома. Обратите внимание: поскольку вы создаете экосистему Zigbee, вам нужно будет специально выбрать устройства, поддерживающие Zigbee.Поэтому перед покупкой любого гаджета подумайте о его совместимости с протоколом Zigbee.
Вы, вероятно, обнаружите, что выбор устройств в соответствии с вашими предпочтениями и совместимостью сузит ваш список до управляемого числа.
Вот некоторые из категорий устройств, которым большинство людей отдает приоритет при настройке экосистемы умного дома Zigbee:
Умные лампочки — отличное место для начала автоматизации вашего дома. С помощью таких ламп вы можете управлять группами источников света или отдельными источниками света с помощью голосовых команд или из приложения для смартфона.Также можно настроить сцены, чтобы упростить задачу.
Например, вы можете установить определенные цвета и яркость для определенного времени дня — например, перед сном. В такое время вы можете предпочесть романтическое окружающее освещение и приглушенный свет.
Также может быть, что вы хотите, чтобы свет автоматически включался и выключался в определенное время в зависимости от установленных триггеров.
Имея под рукой умные лампочки, вы можете заранее настроить все для автоматизации заданного вами процесса.Умные лампочки Philips Hue — один из самых популярных вариантов для пользователей Zigbee, поскольку они предлагают широкий спектр возможностей.
Обратите внимание, что помимо использования интеллектуальных ламп, вы также можете настроить интеллектуальные переключатели для аналогичного управления освещением.
Умные термостаты — еще одно отличное дополнение к вашему умному дому Zigbee. Они не только удобны, позволяя контролировать температуру, не вставая с дивана, но и способствуют экономии энергии при правильном использовании.
Некоторые термостаты, такие как Ecobee, используют данные из вашего распорядка для управления нагревом и охлаждением.Вы можете использовать их для регулировки настроек температуры в зависимости от таких критериев, как время суток, а также от того, дома вы или нет.
Помимо Ecobee, бренды термостатов, которые поддерживают протокол Zigbee, включают:
Carrier ComfortChoice
CentraLite
Control4
Leviton
Еще одним важным аспектом вашего умного дома, который может заслужить внимания, является безопасность.В этой категории вы можете рассмотреть возможность приобретения умных замков, дверных звонков, камер наблюдения и датчиков Zigbee.
Умные замки различаются по функциональности — некоторые позволяют блокировать и разблокировать дом удаленно из приложения для смартфона, некоторые могут предоставить гостю временный доступ, а некоторые позволяют блокировать и разблокировать с помощью пальца.
Умные дверные звонки, с другой стороны, сообщают вам, кто стоит у двери, прямо с экрана вашего смартфона или телевизора. Вы также можете сделать так, чтобы камеры видеонаблюдения записывали кадры и отправляли вам оповещения, когда вас нет дома.
Они работают рука об руку с датчиками движения, и в некоторых случаях вы можете получить единый комплект, который покрывает все указанные выше углы безопасности.
Yale Smart Locks и системы безопасности Bosch — отличные примеры продуктов, поддерживающих этот протокол.
Шаг 3. Как заставить все работать вместе
Теперь, когда у вас есть основа для вашей экосистемы и несколько устройств под рукой, пора все подключить.
Для интеллектуального концентратора Zigbee, такого как SmartThings или Wink, этот шаг просто требует настройки концентратора.Вот как настроить концентратор SmartThings и подключить ваши устройства:
Зарегистрируйтесь в SmartThings
Для начала загрузите приложение SmartThings для iOS или Android
Откройте приложение и нажмите «Войти»
Нажмите «Создать учетную запись», а затем согласитесь с условиями и политикой конфиденциальности
Введите свой адрес электронной почты и пароль
Подтвердите пароль
Введите свой имя, почтовый индекс и дата рождения
Нажмите Далее> Готово, затем выберите свою страну
Нажмите «Продолжить», чтобы начать использовать приложение
Настройка концентратора
На главном экране приложения нажмите значок плюса (+) и выберите «Добавить устройство»
Нажмите SmartThings> Hub> Номер модели SmartThings
Следуйте инструкциям по подключению концентратора к источнику питания
Нажмите «Далее»
Отсканируйте QR-код на задней панели концентратора или введите серийный номер вручную и нажмите «Далее»
Если вы будет использовать Wi-Fi в любой момент, выберите сеть Wi-Fi, введите свой пароль и «Подключиться»
Задайте местоположение для вашего концентратора и нажмите «Готово»
Подключите свои устройства
На главном экране приложения коснитесь значка плюса и выберите «Добавить устройство»
Выберите марку или категорию устройства, которое вы хотите добавить
Коснитесь имени устройства
Концентратор выполнит поиск устройства и предоставит инструкции по сопряжению на экране.
После завершения процесса вы получите уведомление об этом.
Нажмите «Изменить», чтобы переименовать устройство. Vice
Нажмите «Готово», чтобы завершить процесс.
Это все, что вам нужно сделать, чтобы настроить экосистему Zigbee с использованием SmartThings в качестве концентратора или магистрали сети.
Zigbee vs Z-Wave
Zigbee и Z-Wave являются одними из основных беспроводных протоколов, которые используются в продуктах для умного дома. Они предлагают инновационные альтернативы стандартным продуктам Wi-Fi и Bluetooth, с которыми вы, возможно, хорошо знакомы.
Интересно, что эти два понятия не связаны друг с другом, несмотря на некоторые очевидные сходства. У них также есть заметные отличия, а также достоинства и недостатки. Чтобы ваш умный дом работал бесперебойно, было бы разумно уделить время анализу этих двух и определить, какой из них лучше всего соответствует вашим потребностям.
Ключевые особенности протоколов Zigbee и Z-Wave
Открытый исходный код и закрытый исходный код
Zigbee использует протокол с открытым исходным кодом, в то время как Z-Wave использует закрытый стандарт. Для первых это как преимущество, так и недостаток.
Код общедоступен, и любой желающий может его проверить, и, скорее всего, он просуществует долгое время, поскольку никто не владеет им. Однако это также означает, что любой может использовать код, настраивая его в соответствии со своими потребностями.
Речь идет о линейке продуктов Philips Hue.Это одни из самых популярных протокольных продуктов Zigbee. Но, поскольку производитель внес изменения в протокол, вам понадобится интеллектуальный концентратор Philips, чтобы использовать их.
Протокол Z-Wave, с другой стороны, принадлежит Silicon Labs. Однако за годы своего существования он несколько раз менял владельца, что можно было бы считать слабым местом. Но как закрытая стандартная система предлагает значительную степень безопасности.
Все продукты Z-Wave должны соответствовать заранее указанным стандартам и, таким образом, избегать проблем несовместимости, которые иногда возникают с продуктами Zigbee.Поэтому они почти всегда совместимы.
Диапазон ячеистой сети
Оба протокола используют ячеистые сети для подключения к устройствам в вашей домашней экосистеме, но это пока что сходство. Z-Wave имеет гораздо больший радиус действия сети и может подключаться к устройствам, находящимся на расстоянии до 330 футов. Максимальная дальность действия Zigbee составляет примерно 60 футов.
Это означает, что Z-Wave может быть более практичным для пользователей с большими домами, так как он сокращает большие расстояния.
Переключение устройств
В ячеистых сетях устройства не должны напрямую подключаться к центральному концентратору. Скорее они могут подключаться к ближайшим устройствам, чтобы создать цепочку из концентратора. Что происходит, так это то, что сигналы переходят от устройства к устройству в сети, чтобы достичь концентратора.
При использовании протокола Z-Wave максимальное количество переходов равно четырем. Следовательно, у вас должен быть концентратор, подключенный максимум к трем устройствам в цепочке. В противном случае цепочка оборвется, и устройства потеряют связь.
Zigbee не имеет ограничений на скачкообразную передачу. Он может перепрыгивать через любое количество устройств, которые стоят на пути, и достигать концентратора.
Потребляемая мощность
Устройства Zigbee и Z-Wave известны своим низким энергопотреблением. Оба они потребляют лишь малую часть мощности, необходимой Wi-Fi. Однако устройства Zigbee потребляют гораздо меньше энергии, чем устройства Z-Wave.
Экосистема Zigbee прослужит дольше, чем устройства Z-Wave, прежде чем потребуется подзарядка.
Проблемы с перегрузкой
Сети Zigbee более подвержены перегрузкам, чем Z-Wave. Это связано с тем, что последний работает на менее используемой радиочастоте, 908,42 МГц, тогда как первый работает на частоте 2,4 ГГц, что делает его конкурентом Wi-Fi.
В результате перегрузка может легко накапливаться между устройствами в вашей ячеистой сети Zigbee, в вашей сети Wi-Fi и даже в сети вашего соседа.
Радиочастота
В США и Европе Zigbee использует одну и ту же радиочастоту, 2.4GHz. Однако радиочастоты Z-Wave различаются от страны к стране. В Европе, например, частота составляет 868,42 МГц.
Поэтому, если вы переедете за границу, Zigbee может оказаться немного удобнее. Единственное изменение, которое вам, вероятно, потребуется сделать, — это встроенные в устройство адаптеры питания. Но если вы используете Z-Wave, вам может понадобиться совершенно новый набор устройств.
Безопасность
И Z-Wave, и Zigbee используют стандарт шифрования AES 128, тот же стандарт, который используют банки и правительства.Это делает маловероятным то, что злоумышленники могут контролировать ваш умный дом, взломав сигнал. Это касается обоих протоколов.
Емкость сети
Емкость сети Zigbee намного выше, чем у Z-Wave. В то время как максимальное количество Z-Wave составляет 232 устройства, Zigbee теоретически может обслуживать до 65 000 устройств. Обратите внимание, что это только теоретические цифры, но они дают представление о возможностях обоих.
Скорее всего, вам никогда не понадобится такое количество устройств в вашем умном доме.Но опять же, мало ли!
Поддержка устройств
Еще одним преимуществом протокола Zigbee является то, что он поддерживает больше устройств, чем Z-Wave. Однако разница незначительна, так как первое поддерживает около 2500 интеллектуальных устройств, а второе — около 2400.
Примечательно также, что в линейку Zigbee входят некоторые известные бренды, такие как Philips Hue и Amazon Echo Plus. Принесите домой продукт ZigBee, и они будут автоматически добавлены в ваше приложение.
Samsung SmartThings Hub по цене 62,70 доллара от Amazon также может управлять устройствами ZigBee из своего приложения для смартфонов Samsung Connect.
Zigbee, Z-Wave, Thread и Dotdot
Иллюстрация: © IoT For All
Если у вас есть продукты для умного дома, такие как SmartThings или Nest, возможно, вы знакомы с некоторыми из используемых в них технологий. Сетевые протоколы, такие как Zigbee и Z-Wave, доминируют в отрасли, в то время как Thread, более молодой сетевой стандарт, набирает обороты в качестве сильного соперника в битве за долю на рынке.Хотя это может показаться вашим типичным соперничеством между лидерами отрасли, конкурентная среда более сложна, чем выбор одного над другим.
Обзор технологии
Прежде чем мы углубимся в подробности, важно понять, как работают эти стеки протоколов и что они означают.
Изображение предоставлено: Teach-ICT для информатики
Протоколы Zigbee, Z-Wave, Thread и другие протоколы передачи данных — это четко определенные методы передачи информации от аппаратного обеспечения устройства к конечному пользователю.Если производитель устройства отклоняется от этих спецификаций, его продукты могут не поддерживать связь с продуктами или платформами в отрасли.
Zigbee
Zigbee построен на спецификации IEEE 802.15.4. Он определяет беспроводные персональные сети (WPAN), которые могут передавать небольшие объемы данных на короткие расстояния. Этот диапазон может быть расширен за счет использования ячеистой сети, которая использует соседние устройства для совмещения связи с устройствами, находящимися дальше.
Zigbee работает в основном в радиодиапазоне 2,4 ГГц, однако некоторые устройства работают в более высоком диапазоне МГц (например, 868 МГц в ЕС, 915 МГц в США). Продукция Zigbee получила широкое распространение среди потребителей. Тем не менее, существуют ограничения для взаимодействия между производителями из-за разнообразия используемых профилей приложений, от домашней автоматизации до интеллектуальной энергетики и здравоохранения.
Изображение предоставлено: Дэвид Уильямс, All About Circuits
Z-Wave
Z-Wave — это еще одна ячеистая сеть, однако она работает в более низком частотном диапазоне 918/860 МГц.Это позволяет увеличить диапазон сигналов между устройствами за счет снижения скорости передачи данных. Как и Zigbee, Z-Wave поддерживает широкий спектр продуктов, от умных замков до подключенных термостатов. В некоторых случаях Z-Wave можно использовать вместе с продуктами Zigbee. Примером может служить SmartThings Hub.
Изображение предоставлено: Zhidong Deng
Thread
В отличие от вышеупомянутых технологий, Thread является гораздо более молодым и менее устоявшимся стандартом ячеистых сетей. Он также построен на IEEE 802.15.4 с использованием радиочастоты 2,4 ГГц. Он определен до уровня приложения, что означает, что можно использовать другие протоколы уровня приложения, такие как MQTT. Хотя предлагаемые ею продукты менее продуманы, такие устройства, как Nest Thermostat, предлагают конкурентные преимущества, такие как экономия энергии, которая заманила потребителей из экосистемы Zigbee / Z-Wave.
Изображение предоставлено: Дэвид Уильямс, All About Circuits
DotDot и будущее технологий умного дома
За последние несколько лет Zigbee Alliance и Thread Group, которые определяют свои стандарты, объединились в сотрудничестве, чтобы разрабатывать DotDot, открытый стандарт на уровне приложений для соответствующих устройств.

от хаба и до лампочки / Хабр

Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, Z-Wave

Wi-Fi

Bluetooth

ZigBee

Z-Wave

Популярные производители

Xiaomi

Apple

Fibaro

Выбор устройств: личный опыт

Замок

Электрокарнизы

IoT как угроза корпоративной безопасности

Почему IoT-устройства вносят дополнительные риски для кибербезопасности

Почему IoT-устройства интересны атакующим

Кейсы

Аппарат для ультразвуковых исследований

Протоколы Zigbee

Как обезопасить корпоративную сеть

ZigBee Mesh

ZigBee Mesh.

Обзор систем АСКУЭ: технология ZigBee.

Развитие технологии

О стандарте передачи данных ZigBee

Подведем итоги

Собираем DIY шлюз для Zigbee устройств

Вступление

Самостоятельная сборка шлюза

Начало работы

Сопряжение устройств

Интеграция с системами умного дома

Настройка автоматизаций

Примеры использования

Дальнейшие перспективы

«Казахтелеком» строит крупнейшую в СНГ сеть M2M/IoT

Tuya ZigBee Smart Gateway Hub Умный дом Мост Tuya / Smart Life APP Беспроводной пульт дистанционного управления ( Товар#: S4388 )

Zigbee против Bluetooth: выбор правильного протокола для вашего IoT-приложения

Технология Zigbee в приложениях Интернета вещей

Преимущества протокола Zigbee

Ограничения протокола Zigbee

Примеры использования Zigbee в умных городах, сельском хозяйстве и др.

Технология Bluetooth в приложениях Интернета вещей

Bluetooth «Классик»

Преимущества Bluetooth Classic

Ограничения Bluetooth Classic

Классические варианты использования Bluetooth

Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE)

Преимущества BLE

Ограничения BLE

Случаи использования Bluetooth с низким энергопотреблением

Сетка Bluetooth

Преимущества Bluetooth Mesh

Ограничения Bluetooth Mesh

Случаи использования сети Bluetooth

Комбинированный Zigbee BLE

Нужна помощь?

6 ведущих типов беспроводных технологий Интернета вещей

2. Сотовая связь (3G / 4G / 5G)

3.Zigbee и другие протоколы ячеистой сети

4. Bluetooth и BLE

5. Wi-Fi

6. RFID

Поставщики средств беспроводной связи и ресурсы

О мире беспроводной связи RF

Статьи о системах на основе Интернета вещей

RF Статьи о беспроводной связи

5G NR Раздел

Учебные пособия по беспроводным технологиям

RF Technology Stuff

Секция испытаний и измерений

Волоконно-оптическая технология

Поставщики и производители беспроводных радиочастотных устройств

MATLAB, Labview, встроенные исходные коды

* Общая информация о здоровье населения *

RF Калькуляторы и преобразователи беспроводной связи

IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии

СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ

RF Wireless Учебники

Различные типы датчиков