Hogar inteligente: automatización, protocolos, dispositivos, ecosistemas y software de código abierto. Tantas preguntas y tan pocas respuestas. Abramos el velo de los secretos de uno de los protocolos IOT más populares: Zigbee.
¿Qué es Zigbee?
Zigbee es una tecnología basada en el estándar de radio IEEE 802.15.4 y está diseñada para estandarizar dispositivos M2M de baja potencia de diferentes fabricantes. Entre las características de la red, se puede destacar una alta tolerancia a fallas, una larga vida útil de los dispositivos finales de una batería, el soporte para un gran número de conexiones y el funcionamiento conjunto de dispositivos de diferentes fabricantes.
Entre las características de la arquitectura de red: soporte para topología mesh, la presencia obligatoria de un coordinador y, opcional, un enrutador. Más sobre arquitectura de red aquí .
ZigBee proporciona la transmisión de información dentro de un radio de 5 a 75 (en áreas abiertas hasta 200) metros con una velocidad máxima de 250 kbps. Admite el funcionamiento en 27 canales de tres rangos de frecuencia:
2,4 GHz (16 canales)
915 MHz (10 canales)
868 MHz (1 canal)
Dato curioso:
Según una de las versiones, el nombre ZigBee proviene de la danza en zigzag de las abejas con las que les muestran a sus vecinos el camino hacia la siguiente fuente de alimento, de la misma forma que y los paquetes de datos estándar deben encontrar su camino hacia la red de malla.
Novedades de Zigbee 3.0
El enlace directo , o conexión directa, permite que los dispositivos finales de diferentes fabricantes funcionen directamente sin la participación de un coordinador y un enrutador. Esto le permite configurar de manera flexible los escenarios de comportamiento del dispositivo y aumentar la velocidad de respuesta.
Green Power es un conjunto de tecnologías que minimizan el uso de los recursos de la batería por parte de un dispositivo y también pueden recolectarlo de energía cinética, luminosa y térmica. Suena un poco incomprensible; es decir, el interruptor podrá transmitir un mensaje por el hecho de que lo toque. Más detalles aquí
Unificación . Solía haber muchos de los llamados perfiles. Por ejemplo, domótica, automatización de edificios, salud. Zigbee 3.0 es un perfil de aplicación unificado.
Compatible con versiones anteriores de todos los productos lanzados antes de la v3.0
¿Por qué es necesario?
En resumen, para la medición de lecturas y automatización. Hay muchas aplicaciones para esta automatización. Y aunque últimamente ha habido una tendencia hacia la unificación, la tecnología admite varios perfiles, que se dividen por alcance. Éstos son algunos de ellos.
Automatización del hogar: control y scripting de dispositivos domésticos.
Control remoto: control de dispositivos de control remoto.
Smart Energy: control y automatización del suministro y uso de energía.
Green Power: soporte para dispositivos de generación de energía.
Light Link - control de iluminación.
Cuidado de la salud - manejo de dispositivos médicos y de dispositivos médicos cercanos (brazaletes para medir indicaciones, botones “sos”) para fines.
¿Hay muchos dispositivos Zigbee?
Aproximadamente 2600 dispositivos ( lista de dispositivos certificados ). Vale aclarar que en la mayoría de los casos cada fabricante tiene sus propias aplicaciones para conectar solo sus dispositivos, pero utilizando software de terceros, pueden hacerse amigos. Más sobre esto a continuación.
El precio promedio por dispositivo final varía alrededor de $ 10.
Aquí hay un ejemplo de dispositivos finales de varios fabricantes populares:
Xiaomi Aqara: alrededor de 50 dispositivos para diversos fines.
Philips Hue: aproximadamente 100 dispositivos (la mayoría de las luminarias),
Ikea trådfri: aproximadamente 40 dispositivos (la mayoría de las luminarias),
Tuya: aproximadamente 30 dispositivos,
SONOFF: alrededor de 10 relés económicos.
Dispositivos USB Zigbee (lápices)
¿Para qué sirven los palitos Zigbee?
Si utiliza una solución de terceros, es conveniente utilizar el dispositivo como coordinador de red, conectándolo a una computadora como enrutador para llegar a lugares alejados del coordinador.
Aquí hay un ejemplo de algunos dispositivos populares: el
cc2530 / 2531 es un dispositivo barato y popular. No es una mala elección para principiantes. De las desventajas: un radio de cobertura pequeño (10-15 m sin antena) y restricciones en la cantidad de dispositivos conectados.
cc2538 stick desarrollado por entusiastas del proyecto modkam.ru. Comparado con 2531, tiene un largo alcance y no tiene restricciones en el número de conexiones (las pruebas mostraron más de 200 dispositivos).
deCONZ ConbeeEl palo también es compatible con una amplia variedad de sistemas domésticos inteligentes. De las desventajas del firmware nativo, a veces los dispositivos finales se caen.
También ejemplos de los menos populares:
nRF52840 Dongle : un dispositivo universal con Bluetooth 5, Bluetooth mesh, Thread, ZigBee, 802.15.4 y compatibilidad con ANT y un entorno de desarrollo conveniente.
Pasarelas de Zigbee
Las soluciones listas para usar de Xiaomi / Aquara son los tres dispositivos más populares: las versiones Xiaomi Gateway 2 y 3 y Aqara Hub. Gateway 2 no es compatible con Homekit y tiene la versión 2 de Zigbee. La tercera versión tiene Zigbee 3.0 y Bluetooth Mesh 5.0 a bordo. Un breve video lo ayudará a comprender las diferencias adicionales .
ZigBee menos popular hubs lista simplemente
Orvibo
Livolo
Wemo
Vera
Fibaro
Zigbee + Zvawe
Athom Homey
Guiño cubo 2
SmartThings Hub
VeraPlus
bricolaje, bricolaje o
SLS puerta de enlace- Un dispositivo basado en CC2538 + CC2592 y ESP32-Wrover-B. Es compatible con Zigbee 3.0 y, a diferencia de Xiaomi, no se limita a un ecosistema. Y a diferencia de los sticks CC2531, CC2538 y Deconz, es un dispositivo listo para usar y puede funcionar tanto de forma independiente como en el sistema domótico Home Assistant. Actualmente se admiten 113 dispositivos . Revisión de video
ZESP32 es un firmware para Xiaomi Gateway. Al igual que SLS, está diseñado para conectar dispositivos Zigbee de diferentes fabricantes. El concepto básico es facilitar la adición de un nuevo dispositivo a la red mediante plantillas editables.
cc25 + computadoraUna opción conveniente si ya tiene una Raspberry Pi o una PC vieja que actuará como servidor. En este caso, puede elegir cualquier sistema domótico conveniente, que se describe a continuación.
¿Y los ecosistemas?
Apple Home es una solución de software de Apple. La cantidad de dispositivos compatibles es pequeña, pero la funcionalidad se puede expandir usando homebridge y aqara hub. Puedes usar Apple Home en tu red doméstica usando solo un Iphone y un hub (Zigbee), pero para el control remoto necesitas un Home Center, que puede ser un iPad (iOS 10 o superior), HomePod o Apple TV.
Google Home tampoco funciona directamente con dispositivos Zigbee, pero es compatible con Alexa.
Los asistentes de Amazon Echo Show, Spot y Plus pueden trabajar directamente porque tienen un coordinador zigbee incorporado. Sin embargo, el problema es el número limitado de dispositivos compatibles y la impopularidad de la solución en los países de la CEI.
Xiaomi / Aqara- Las puertas de enlace de Xiaomi y Aqara solo admiten sus dispositivos zigbee. A diferencia de Xiaomi Gateway, Aqara Hub no tiene la capacidad de integrarse con sistemas de automatización del hogar alternativos.
Samsung SmartThings se posiciona como un centro universal. Funciona con una amplia variedad de dispositivos Z-Wave y Zigbee. Los usuarios suelen quejarse de la caída de la nube (no hay conexión al servidor) y la falta de interés en el desarrollo del proyecto por parte de los desarrolladores.
Casa Yandex... Los diálogos de Yandex Station y para el teléfono son cosas diferentes. Hay menos diálogos para la columna, son primitivos. Se declara compatibilidad con dispositivos ZigBee y Bluetooth, pero no funciona con ellos directamente. Muchos escenarios dependen de la presencia de una conexión a Internet, pero la solución puede ser conectar controladores domésticos inteligentes de terceros, por ejemplo, usando yandex2mqtt.
¿Qué pasa con el soporte de software?
Por conveniencia, dividiré las soluciones de software en categorías.
La domótica
Homebridge NodeJS servidor, para la integración de dispositivos sin apoyo HomeKit.
HomeAssistant es un sistema de código abierto con énfasis en la privacidad.
Proyecto de código abierto OpenHAB con énfasis en la conveniencia de configurar
MajorDoMo como un sistema de integración de código abierto.
Dashboard Marco
RoboDomo basado en MQTT con una atractiva interfaz gráfica.
nodo-red-salpicadero módulo nodo-rojo para la creación de tablero de instrumentos, se integra en Zigbee2mqtt
Integración
es un programa puente que permite que dispositivos de diferentes proveedores se utilicen juntos traduciendo los comandos de zigbee a mqtt. Cliente mqtt fácil de usar de
MQTT Explorer
Desarrollo
IAR Embedded Workbench entorno con una interfaz amigable y soporte para una gran cantidad de microcontroladores
Simplicity Studio IDE y un conjunto de herramientas para desarrollar aplicaciones basadas en Silicon Labs Entorno de desarrollo
SimpleLink SDK para chips de desarrollo de Texas Instruments, incluyendo API, TI-RTOS, y más ... Herramienta de programación de bloques de
nodo rojo para conectar dispositivos de hardware, API y servicios en línea.
Prueba y auditoría
KillerBee es una herramienta para probar redes Zigbee.
SecBee : prueba de implementaciones de ZigBee para detectar problemas de seguridad.
Z3sec es el objetivo principal del marco para probar dispositivos certificados que implementan ZigBee Light Link (ZLL) o el estándar ZigBee 3.0.
pwnrf es una herramienta de prueba de seguridad para redes Wi-Fi, Bluetooth y Zigbee.
¿Debería elegir Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee o Z-Wave?
Hay docenas de tecnologías IOT en el mercado, pero las soluciones más populares son Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee y Z-Wave.
WiFi es una tecnología muy popular, es conveniente e ideal para asistentes de voz, sistemas de videovigilancia, televisores o si tiene una pequeña cantidad de dispositivos inteligentes. Pero el WiFi consume mucha energía, y si hay docenas o cientos de dispositivos inteligentes, es problemático cargarlos todo el tiempo. Además, el enrutador WiFi no está diseñado para una gran cantidad de conexiones. Por supuesto, existen soluciones para tal caso, pero luego el costo de implementar una red aumentará significativamente. WiFi tiene un único punto de falla: un enrutador.
Bluetooth LE(Low Energy) es una tecnología igualmente popular con un bajo consumo de energía, que permite más de un año sin cambiar la batería y una alta tasa de transferencia de 1-2 Mbps. Tiene una función de baliza (comportamiento personalizable de los dispositivos al acercarse) y trabaja con los dispositivos directamente. De las desventajas, trabaje en la banda de 2.4 GHz y un rango pequeño en interiores con otros dispositivos. Además, la mayoría de los dispositivos BLE funcionan punto a punto, lo que no es adecuado para crear escenarios de automatización avanzados. Pero la solución a este problema puede considerarse la especificación de malla Bluetooth.
ZigBeeestándar abierto con bajo consumo de energía de los dispositivos finales (1-2 años), soporte para una topología de malla, alta inmunidad al ruido, buena escalabilidad (en teoría hasta 65,000 nodos) y alta penetración en el mercado. De las desventajas: Zigbee opera en la concurrida banda de 2,4 GHz, que, con una fuerte interferencia, puede provocar una disminución de la inmunidad al ruido y una disminución del rango. Cada fabricante crea una aplicación independiente para admitir solo sus productos. Pero en lo que a mí respecta, la mayor desventaja es que los dispositivos de diferentes fabricantes no pueden "comunicarse" entre sí "de forma inmediata". Se pueden combinar utilizando software de terceros, pero la falta de soluciones comunes conduce a un umbral de entrada relativamente alto. La Alianza es consciente de estos problemas y trabajando en DotDot para arreglary Hogar conectado a través de IP .
Z-Wave es un estándar patentado probado. Tiene un alto nivel de compatibilidad de dispositivos, bajo consumo de energía, soporte para topología de malla, tiene una señal estable en el rango de 800-900 MHz, lo que permite evitar mejor los obstáculos (cuanto mayor es la longitud de onda (menor frecuencia), mejor supera los obstáculos). Admite hasta 232 dispositivos en una sola red y velocidades de hasta 100 kbps. Entre las deficiencias, vale la pena señalar que en diferentes países se asignan diferentes frecuencias para dispositivos de corto alcance. Y los dispositivos diseñados para un país pueden no ser compatibles con otro. Además, Z-Wave es algo más caro que los dispositivos ZigBee.
¿Por dónde empezar si eres principiante?
Si está tratando de elegir en qué construir su hogar inteligente, comience con este esquema entretenido. Además, para mí personalmente, el artículo House Fool 2.0 fue inspirador.
Si tiene dificultades para configurar su hogar inteligente, puede pedir consejo en el grupo SmartHome.
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Discusión de dispositivos, firmware y otro software que funciona con Zigbee - Alrededor de Zigbee y
Zigbee
En lugar de una conclusión
Es difícil decir quién ganará la guerra del protocolo del hogar inteligente. Zigbee no está exento de inconvenientes, tiene fuertes competidores, pero al mismo tiempo su fuerza es su gran comunidad interesada (Zigbee Alliance, entusiastas y geeks). Tanto las marcas eminentes como las empresas jóvenes muestran interés en Zigbee.
Cabe señalar que no existe una solución única para todos. Elija lo que sea adecuado para usted, en su caso. Aunque WiFi y Bluetooth son engorrosos, hay ocasiones en las que su uso está justificado.