ZigBee Teknoloji Mimarisi ve Uygulamaları

Bu günümüz iletişim dünyasında, mevcut olan çok sayıda yüksek veri hızlı iletişim standardı vardır, ancak bunların hiçbiri sensörlerin ve kontrol cihazlarının iletişim standartlarını karşılamaz. Bu yüksek veri oranlı iletişim standartları, daha düşük bant genişliklerinde bile düşük gecikme süresi ve düşük enerji tüketimi gerektirir. Mevcut tescilli kablosuz sistemlerin Zigbee teknolojisi, düşük maliyetlidir ve düşük güç tüketimine sahiptir ve mükemmel ve üstün özellikleri, bu iletişimi aşağıdakiler için en uygun hale getirir: birkaç gömülü uygulama , endüstriyel kontrol ve ev otomasyonu vb. İletim mesafeleri için Zigbee teknolojisi aralığı, güç çıkışına ve çevresel özelliklere bağlı olarak çoğunlukla 10 - 100 metre arasında değişir.

Zigbee Teknolojisi nedir?

Zigbee iletişimi, kablosuz kişisel alan ağları (WPAN'lar) için IEEE 802.15.4 standardındaki kontrol ve sensör ağları için özel olarak oluşturulmuştur ve Zigbee alliance'ın ürünüdür. Bu iletişim standardı Düşük veri hızlarında birçok cihazı işlemek için fiziksel ve Ortam Erişim Kontrolü (MAC) katmanlarını tanımlar. Bu Zigbee’nin WPAN’ları 868 MHz, 902-928 MHz ve 2,4 GHz frekanslarında çalışır. 250 kbps veri hızı, sensörler ve kontrolörler arasında verilerin periyodik ve ara iki yönlü aktarımı için en uygun olanıdır.

Zigbee Teknolojisi nedir?

Zigbee, menzil içinde 10-100 metreyi kapsadığı uygulamaları kontrol etmek ve izlemek için yaygın olarak kullanılan düşük maliyetli ve düşük güçlü bir ağdır. Bu iletişim sistemi, diğer tescilli kısa menzilli sistemden daha ucuz ve daha basittir. Bluetoot olarak kablosuz sensör ağları h ve Wi-Fi.

Zigbee Modem

Zigbee, master'ın master'dan slave'e iletişimi için farklı ağ yapılandırmalarını destekler. Ayrıca pil gücünden tasarruf edilmesi sonucunda farklı modlarda çalıştırılabilir. Zigbee ağları, yönlendiriciler kullanılarak genişletilebilir ve daha geniş bir alan ağı oluşturmak için birçok düğümün birbirine bağlanmasına izin verir.

Zigbee Teknolojisinin Tarihçesi

1990 yılında, kendi kendini organize eden özel amaçlı dijital radyo ağları uygulandı. IEEE 802.15.4-2003 gibi Zigbee spesifikasyonu, 14 Aralık 2004'te onaylandı. Spesifikasyon 1.0, Zigbee Alliance tarafından 13 Haziran 2005'te ZigBee 2004 Spesifikasyonu adıyla duyuruldu.

Küme Kitaplığı

2006 yılı Eylül ayında, Zigbee 2006 Spesifikasyonu 2004 yığını değiştirilerek açıklandı. Bu nedenle, bu belirtim, temelde anahtar-değer çift yapısının yanı sıra 2004 yığını içinde bir küme kitaplığı aracılığıyla kullanılan mesajın yerini alır.

Bir kitaplık, Ev Otomasyonu, Akıllı Enerji ve ZigBee'nin Işık Bağlantısı gibi adlarla kümeler adı verilen grupların altında planlanan bir dizi tutarlı komut içerir. Kütüphane 2017 yılında Zigbee Alliance tarafından Dotdot ile yeniden isimlendirildi ve yeni bir protokol olarak duyuruldu. Dolayısıyla, bu Dotdot, varsayılan uygulama katmanı olarak yaklaşık olarak tüm Zigbee cihazları için çalıştı.

Zigbee Pro

2007 yılında, Zigbee 2007 gibi Zigbee Pro tamamlandı. Eski bir Zigbee ağında çalışan bir tür cihazdır. Yönlendirme seçeneklerindeki eşitsizlikler nedeniyle, bu cihazlar, eski bir Zigbee ağında yönlendirmeyen ZED'lere veya Zigbee uç cihazlarına (ZED'ler) dönüşmelidir. Eski Zigbee cihazları, bir Zigbee Pro ağında Zigbee uç cihazlarına dönüşmek zorundadır. 2,4 GHz ISM bandı ile çalışır ve bir alt GHz bandı içerir.

Zigbee Teknolojisi Nasıl Çalışır?

Zigbee teknolojisi, farklı cihazların birbiri üzerinden iletişim kurmasına izin vererek dijital radyolarla çalışır. Bu ağda kullanılan cihazlar bir yönlendirici, koordinatör ve uç cihazlardır. Bu cihazların temel işlevi, koordinatörden gelen talimat ve mesajları ampul gibi tek uçlu cihazlara ulaştırmaktır.

Bu ağda koordinatör, sistemin başlangıcına yerleştirilen en temel cihazdır. Her ağ için, farklı görevleri yerine getirmek için kullanılan sadece bir koordinatör vardır. Bir kanalı taramak ve minimum parazitle en uygun olanı bulmak için uygun bir kanal seçerler, ağdaki her cihaza özel bir kimlik ve bir adres atarlar, böylece mesajlar aksi halde ağda iletilebilir. .

Yönlendiriciler, çeşitli düğümler arasında mesajların yönlendirilmesinden sorumlu olan uç cihazların yanı sıra koordinatör arasında düzenlenir. Yönlendiriciler koordinatörden mesajlar alır ve son cihazları onları alabilecek duruma gelene kadar bunları depolar. Bunlar, diğer uç cihazların yanı sıra yönlendiricilerin ağa bağlanmasına da izin verebilir.

Bu ağda, küçük bilgiler, bir yönlendirici veya Zigbee ağ türüne göre koordinatör gibi ana düğüm ile iletişim kurarak uç cihazlar tarafından kontrol edilebilir. Son cihazlar birbirleriyle doğrudan iletişim kurmaz. İlk olarak, tüm trafik, yönlendirici gibi üst düğüme yönlendirilebilir ve bu verileri, aygıtın alıcı ucu farkında olarak elde etme durumuna gelene kadar tutar. Son cihazlar, ebeveynden bekleyen herhangi bir mesajı talep etmek için kullanılır.

Zigbee Mimarlık

Zigbee sistem yapısı Zigbee Koordinatör, Yönlendirici ve Uç cihaz olmak üzere üç farklı cihaz tipinden oluşur. Her Zigbee ağı, ağın kökü ve köprüsü görevi gören en az bir koordinatörden oluşmalıdır. Koordinatör, veri alma ve iletme işlemlerini gerçekleştirirken bilgilerin işlenmesi ve saklanmasından sorumludur.

Zigbee yönlendiricileri, verilerin diğer cihazlara geçmesine ve buradan geçmesine izin veren aracı cihazlar olarak işlev görür. Uç cihazlar, pil gücünün şekilde gösterildiği gibi saklanacağı şekilde üst düğümlerle iletişim kurmak için sınırlı işlevselliğe sahiptir. Yönlendiricilerin, koordinatörlerin ve uç cihazların sayısı yıldız, ağaç ve örgü ağlar gibi ağların türüne bağlıdır.

Zigbee protokol mimarisi, çeşitli katmanlardan oluşan bir yığın içerir. IEEE 802.15.4 fiziksel ve MAC katmanları tarafından tanımlanırken, bu protokol Zigbee’nin kendi ağ ve uygulama katmanlarını toplayarak tamamlanır.

ZigBee Teknoloji Mimarisi

Fiziksel katman : Bu katman, sinyalleri sırasıyla iletip aldıktan sonra modülasyon ve demodülasyon işlemleri yapar. Bu katmanın frekansı, veri hızı ve bir dizi kanal aşağıda verilmiştir.

MAC Katmanı : Bu katman, taşıyıcının çoklu erişim çakışmasını önleme (CSMA) algılamasıyla farklı ağlara erişerek güvenilir veri aktarımından sorumludur. Bu aynı zamanda haberleşmeyi senkronize etmek için işaret çerçevelerini iletir.

Ağ katmanı : Bu katman, ağ kurulumu, son cihaz bağlantısı ve ağ bağlantısının kesilmesi, yönlendirme, cihaz yapılandırmaları vb. Gibi ağla ilgili tüm işlemlerle ilgilenir.

Uygulama Desteği Alt Katmanı : Bu katman, Zigbee cihaz nesnelerinin ve uygulama nesnelerinin veri yönetimi hizmetleri için ağ katmanları ile arayüz oluşturması için gerekli hizmetleri sağlar. Bu katman, iki cihazı hizmetlerine ve ihtiyaçlarına göre eşleştirmekten sorumludur.

Uygulama Çerçevesi : Anahtar-değer çifti ve genel mesaj hizmetleri olarak iki tür veri hizmeti sağlar. Genel mesaj geliştirici tarafından tanımlanan bir yapıdır, anahtar-değer çifti ise uygulama nesneleri içinde öznitelikleri almak için kullanılır. ZDO, Zigbee cihazlarındaki uygulama nesneleri ve APS katmanı arasında bir arayüz sağlar. Diğer cihazları tespit etmek, başlatmak ve ağa bağlamaktan sorumludur.

Zigbee Çalışma Modları ve Topolojileri

Zigbee iki yönlü veri iki modda aktarılır: İşaretsiz mod ve İşaret modu. Bir işaret modunda, koordinatörler ve yönlendiriciler, gelen verilerin aktif durumunu sürekli olarak izler, bu nedenle daha fazla güç tüketilir. Bu modda, yönlendiriciler ve koordinatörler uyumaz çünkü herhangi bir zamanda herhangi bir düğüm uyanabilir ve iletişim kurabilir.

Bununla birlikte, daha fazla güç kaynağı gerektirir ve genel güç tüketimi düşüktür çünkü cihazların çoğu ağda uzun süreler boyunca hareketsiz durumda kalır. Bir işaret modunda, uç cihazlardan veri iletişimi olmadığında, yönlendiriciler ve koordinatörler uyku durumuna girer. Periyodik olarak bu koordinatör uyanır ve işaretçileri ağdaki yönlendiricilere iletir.

Bu işaret ağları, zaman dilimleri için çalışırlar, yani ihtiyaç duyulan iletişim daha düşük görev döngüleri ve daha uzun pil kullanımı ile sonuçlandığında çalışırlar. Zigbee'nin bu beacon ve beacon olmayan modları periyodik (sensör verileri), aralıklı (Işık anahtarları) ve tekrarlayan veri türlerini yönetebilir.

Zigbee Topolojileri

Zigbee birkaç ağ topolojisini destekler ancak en yaygın kullanılan konfigürasyonlar yıldız, ağ ve küme ağacı topolojileridir. Herhangi bir topoloji, bir veya daha fazla koordinatörden oluşur. Bir yıldız topolojisinde ağ, cihazları ağ üzerinden başlatmak ve yönetmekle sorumlu bir koordinatörden oluşur. Diğer tüm cihazlara, koordinatörle doğrudan iletişim kuran uç cihazlar denir.

Bu, tüm uç nokta cihazlarının ihtiyaç duyulduğu sektörlerde kullanılır. merkezi kontrolör ile iletişim ve bu topoloji basit ve dağıtımı kolaydır. Ağ ve ağaç topolojilerinde, Zigbee ağı, koordinatörün onlara bakmaktan sorumlu olduğu birkaç yönlendiriciyle genişletilir. Bu yapılar, verilere fazlalık sağlamak için herhangi bir cihazın diğer herhangi bir bitişik düğümle iletişim kurmasına izin verir.

Herhangi bir düğüm başarısız olursa, bilgi bu topolojiler tarafından otomatik olarak diğer cihazlara yönlendirilir. Artıklık endüstrilerde ana faktör olduğundan, ağ topolojisi çoğunlukla kullanılır. Bir küme-ağaç ağında, her küme, yaprak düğümleri olan bir koordinatörden oluşur ve bu koordinatörler, tüm ağı başlatan ana koordinatöre bağlıdır.

Zigbee teknolojisinin düşük maliyetli ve düşük güç işletim modları ve topolojileri gibi avantajları nedeniyle, bu kısa menzilli iletişim teknolojisi, Bluetooth, Wi-Fi vb. Gibi diğer tescilli iletişimlere kıyasla çeşitli uygulamalar için en uygun olanıdır. Zigbee aralığı, standartlar vb. gibi karşılaştırmalar aşağıda verilmiştir.

Neden Zigbee'de Düşük Veri Oranları?

Piyasada Bluetooth ve yüksek veri hızı sağlayan WiFi gibi farklı kablosuz teknolojilerin mevcut olduğunu biliyoruz. Ancak, Zigbee'deki veri hızları daha düşüktür çünkü ZigBee geliştirmesinin arkasındaki temel amaç, onu kablosuz kontrolde ve monitörde kullanmaktır.

Bu tür uygulamalarda kullanılan veri miktarı ve iletişim sıklığı son derece düşüktür. IEEE 802.15.4 gibi bir ağın yüksek veri hızlarına ulaşması muhtemel olsa da, Zigbee teknolojisi IEEE 802.15.4 ağına dayanmaktadır.

IoT'de Zigbee Teknolojisi

Zigbee'nin WiFi'nin yanı sıra Bluetooth'a benzer bir tür iletişim teknolojisi olduğunu biliyoruz, ancak ev otomasyonu uygulamaları için bir seçenek olan Thread gibi çok sayıda yeni yükselen ağ oluşturma alternatifleri de var. Büyük şehirlerde, Whitespace teknolojileri IoT tabanlı daha geniş bölge kullanım durumları için uygulandı.

ZigBee, düşük güçlü bir WLAN (kablosuz yerel alan ağı) özelliğidir. Bir pili kapatmak için sık bağlanan cihazlardan daha az güç kullanarak daha az veri sağlar. Bu nedenle, açık standart, M2M (makineden makineye) iletişimi ve endüstriyel IoT (nesnelerin interneti) aracılığıyla birbirine bağlanmıştır.

Zigbee, dünya çapında kabul gören bir IoT protokolü haline geldi. Zaten Bluetooth, WiFi ve Thread ile rekabet ediyor.

Zigbee Cihazları

IEEE 802.15.4 Zigbee'nin spesifikasyonu temel olarak Tam Fonksiyonlu Cihazlar (FFD) ve Azaltılmış Fonksiyonlu Cihazlar (RFD) gibi iki cihazı içerir. Bir FFD Cihazı, şartnamede açıklanan farklı görevleri yerine getirir ve ağ içindeki herhangi bir görevi üstlenebilir.

Bir RFD Cihazı kısmi yeteneklere sahiptir, bu nedenle sınırlı görevleri yerine getirir ve bu cihaz ağdaki herhangi bir cihazla görüşebilir. Ağ içinde hareket etmesi ve dikkat etmesi gerekir. Bir RFD cihazı, bir FFD Cihazı ile basitçe iletişim kurabilir ve bir anahtarı etkinleştirip devre dışı bırakarak kontrol etmek gibi basit uygulamalarda kullanılır.

IEEE 802.15.4 n / w'de, Zigbee cihazları Koordinatör, PAN Koordinatörü ve Cihaz gibi üç farklı rol oynar. Burada, FFD cihazları Koordinatör ve PAN Koordinatörüyken, Cihaz bir RFD / FFD Cihazıdır.

Bir koordinatörün temel işlevi mesajları iletmektir. Kişisel bir alan ağında, PAN denetleyicisi temel bir denetleyicidir ve aygıt, sanki aygıt bir koordinatör değilmiş gibi bilinir.
ZigBee standardı, Zigbee cihazlarına, PAN koordinatörüne, koordinatöre ve aşağıda tartışılan koordinatör, yönlendirici ve uç cihaz gibi ZigBee'nin standart spesifikasyonuna bağlı olarak üç protokol cihazı oluşturabilir.

Zigbee Koordinatörü

Bir FFD cihazında, ağı oluşturmak için bir PAN Koordinatörü kullanılır. Ağ kurulduktan sonra, ağ içinde kullanılan cihazlar için ağın adresini atar. Ayrıca mesajları uç cihazlar arasında yönlendirir.

Zigbee Yönlendirici

Bir Zigbee Router, Zigbee Ağının menziline izin veren bir FFD Cihazıdır. Bu Yönlendirici, ağa daha fazla cihaz eklemek için kullanılır. Bazen bir Zigbee Uç Cihazı görevi görür.

Zigbee Uç Cihazı

Bu, fiziksel olarak bir sensöre arabirim oluşturan bir Yönlendirici veya Koordinatör değildir, aksi takdirde bir kontrol işlemi gerçekleştirir. Uygulamaya bağlı olarak, bir RFD veya bir FFD olabilir.

Neden ZigBee WiFi'den daha iyi?

Zigbee'de veri aktarım hızı WiFi ile karşılaştırıldığında daha düşüktür, bu nedenle en yüksek hız sadece 250 kbps'dir. Daha düşük WiFi hızına kıyasla çok daha azdır.

Zigbee'nin bir diğer en iyi kalitesi, güç kullanım oranı ve pilin ömrüdür. Protokolü birkaç ay sürer, çünkü bir kez monte edildiğinde unutabiliriz.

Hangi Cihazlar ZigBee'yi kullanır?

Aşağıdaki cihaz listesi ZigBee protokolünü desteklemektedir.

• Belkin WeMo
• Samsung SmartThings
• Yale akıllı kilitler
• Philips Hue
• Honeywell'den termostatlar
• Ikea Tradfri
• Bosch'tan Güvenlik Sistemleri
• Samsung'dan Comcast Xfinity Kutusu
• Kovan Aktif Isıtma ve aksesuarları
• Amazon Echo Plus
• Amazon Echo Gösterisi

Her Zigbee cihazını ayrı ayrı bağlamak yerine, tüm cihazları kontrol etmek için merkezi bir hub gerekir. Yukarıda bahsedilen cihazlar, yani SmartThings ve Amazon Echo Plus, ağ içinde hayati bir rol oynamak için bir Wink merkezi gibi de kullanılabilir. Merkezi hub, desteklenen tüm cihazlar için ağı tarayacak ve size merkezi bir uygulama ile yukarıdaki cihazların basit kontrolünü sağlayacaktır.

ZigBee ve Bluetooth arasındaki fark nedir?

Zigbee ve Bluetooth arasındaki fark aşağıda tartışılmaktadır.

LoRa ve ZigBee arasındaki fark nedir?

LoRa ve Zigbee arasındaki temel fark aşağıda tartışılmaktadır.

Zigbee Teknolojisinin Avantaj ve Dezavantajları

Zigbee'nin avantajları aşağıdakileri içerir.

• Bu ağ esnek bir ağ yapısına sahiptir
• Pil ömrü iyidir.
• Güç tüketimi daha az
• Düzeltmesi çok basit.
• Yaklaşık 6500 düğümü destekler.
• Daha az maliyet.
• Kendini iyileştirmenin yanı sıra daha güvenilirdir.
• Ağ ayarı hem basit hem de çok kolaydır.
• Merkezi bir denetleyici içermediği için yükler ağa eşit olarak dağıtılır
• Ev aletlerinin izlenmesi ve kontrolü uzaktan kumanda kullanılarak son derece basittir
• Ağ ölçeklenebilir ve ağa ZigBee uç cihazını eklemek / uzak tutmak kolaydır.

Zigbee'nin dezavantajları aşağıdakileri içerir.

• Sahip için Zigbee tabanlı cihazları kontrol etmek için sistem bilgisine ihtiyaç duyar.
• WiFi ile karşılaştırıldığında güvenli değildir.
• Zigbee tabanlı ev aletlerinde herhangi bir sorun olduğunda yüksek değiştirme maliyeti
• Zigbee'nin iletim hızı daha az
• Birkaç uç cihaz içermez.
• Resmi özel bilgiler için kullanılması çok risklidir.
• Daha az kapsama sınırına sahip olduğu için dış mekan kablosuz iletişim sistemi olarak kullanılmaz.
• Diğer kablosuz sistem türlerine benzer şekilde, bu ZigBee iletişim sistemi yetkisiz kişilerden rahatsız olmaya eğilimlidir.

Zigbee Teknolojisinin Uygulamaları

ZigBee teknolojisinin uygulamaları aşağıdakileri içerir.

Endüstriyel Otomasyon: İmalat ve üretim endüstrilerinde, bir iletişim bağlantısı çeşitli parametreleri ve kritik ekipmanları sürekli olarak izler. Bu nedenle Zigbee, bu iletişim maliyetini önemli ölçüde azaltır ve daha fazla güvenilirlik için kontrol sürecini optimize eder.

Ev otomasyonu: Zigbee aşağıdakiler için idealdir: ev aletlerini uzaktan kontrol etmek bir aydınlatma sistemi kontrolü, cihaz kontrolü, ısıtma ve soğutma sistemi kontrolü, güvenlik ekipmanı işlemleri ve kontrolü, gözetim vb.

Akıllı Ölçüm: Akıllı ölçümdeki Zigbee uzaktan operasyonları arasında enerji tüketimi yanıtı, fiyatlandırma desteği, güç hırsızlığı üzerinden güvenlik vb. Yer alır.

Akıllı Şebeke izleme: Bu akıllı şebekedeki Zigbee operasyonları şunları içerir: uzaktan sıcaklık izleme , hata bulma, reaktif güç yönetimi vb.

ZigBee teknolojisi, kablosuz parmak izi katılım sistemi ve ev otomasyonu gibi mühendislik projeleri oluşturmak için kullanılır.

Bunların tamamı Zigbee teknolojisinin mimarisinin, işlem modlarının, konfigürasyonlarının ve uygulamalarının kısa bir açıklamasıyla ilgilidir. Umarız bu başlık hakkında daha iyi anlamanız için size yeterince içerik vermişizdir. Bu nedenle, bu tamamen Zigbee teknolojisine genel bir bakışla ilgilidir ve IEEE 802.15.4 ağına dayanmaktadır. Bu teknolojinin tasarımı son derece güçlü bir şekilde yapılabilir, bu nedenle her türlü ortamda çalışır.

Farklı ortamlar için esnekliğin yanı sıra güvenlik sağlar. Zigbee teknolojisi, bir ağın geniş bir bölgeyi kontrol etmesini sağlayarak tutarlı bir ağ iletişimi sağladığı ve aynı zamanda düşük güçlü iletişim sağladığı için pazarda çok popülerlik kazanmıştır. Yani bu mükemmel bir IoT teknolojisidir. İşte size bir soru, piyasada bulunan farklı kablosuz iletişim teknolojileri nelerdir? Daha fazla yardım ve teknik yardım için aşağıya yorum yaparak bizimle iletişime geçebilirsiniz.