Как работает ZigBee

Протокол ZigBee разрабатывался для создания распределенной сети устройств с невысокой скоростью передачи данных и длительной работы от элементов питания. Структура сети использует технологию "mesh", что позволяет ей работать на больших площадях за счет алгоритмов ретрансляции и восстановления сети при выходе из строя различных узлов.

В отличие от классических WIFi сетей, где даже при наличии mesh технологии, устройства не могут работать между собой и работают исключительно с роутерами/точками доступа, ZigBee сеть имеет разветвленную структуру с множественными связями между различными устройствами.

Хотя у ZigBee сетей тоже есть понятие маршрутизатора или роутера, но несколько в другом ключе.

Дальность работы ZigBee

Часто задаваемый вопрос про дальность охвата ZigBee сети, особенно в домах с железобетонными стенами, по свое сути не очень корректен. По причине описанных выше принципов работы сети, при достаточном количестве роутеров - даже железобетонные стены могут никак не влиять на качество связи. Однако есть дома, в которых арматура внутри бетона имеет потенциал, что может превратить помещение в некое подобие клетки Фарадея. В таких случаях радиопроницаемость стен становится значительно хуже и прямая связь через них практически не проходит. Но это опять же может решаться с помощью дополнительных роутеров, которые можно установить по цепочке от хаба в нужное помещение. Хотя это все равно плохая идея и лучше либо переместить хаб либо решать проблему другими способами, например с помощью дополнительных координаторов (ниже в статье) или с помощью проводных решений.

Что касается дальности работы встроенного в Sprut.hub ZigBee координатора, но в идеальном мире и в идеальных условиях, исходя из теоретических идеальных параметров окружающей среды, паспортная дальность работы до 100 метров в помещении и до 400 метров на открытом воздухе. Теоретически, дальность может достигать до 1600 метров, но практически это становится возможным исключительно с большим количеством дополнительных антенн и выкрученных "потолок" мощностях между двумя мощными приемопередатчиками с согласованными параметрами.

В реальном мире практическая дальность в более менее нормальном окружении из стен и потолков - составляет около 30 метров. Для устройств с постоянным питанием. Устройства на батарейках обычно показывают значительно меньшую дальность за счет энергосбережения и сниженной мощности передатчиков.

Координатор

Главным в ZigBee - является координатор. Он может быть только один для одной сети. В случае Sprut.hub - в роли координатора сети выступает ZigBee модуль, встроенный в Sprut.hub CE или Sprut.hub 2, а также ZigBee USB стики для Raspberry Pi или WirenBoard.

Если в любой из хабов добавить дополнительный Sprut.stick, то он будет координатором для еще одной ZigBee сети, которая никак не будет взаимодействовать с основной по протоколу ZigBee, но одновременно с этим, устройства из обеих сетей можно будет использовать внутри хаба как единый набор устройств.

Если у вас есть удаленное помещение или здание, до которого "не добивает" основная ZigBee сеть, можно добавить отдельный координатор, который будет создавать новую ZigBee сеть. Такие координаторы могут работать через WiFi или Ethernet и их можно подключить к Sprut.hub в режиме "Удаленный стик" через вашу локальную сеть.

Как один из вариантов, в качестве удаленного стика можно использовать перепрошитый ZBBridge или DIY LAN стики

Роутер

Роутерами выступают ZigBee устройства работающие от сети. Но не всякие.

В основном работают как роутеры:

• Лампочки
• Розетки
• Реле (с нулевой линией)
• Выключатели (с нулевой линией)
• USB расширители сети

Пример устройств, которые можно использовать в качестве роутеров сети - можно посмотреть в каталоге.

Основной задачей роутеров, является обеспечение непрерывности покрытия сети и подключение через себя конечных устройств.

Чем больше роутеров - тем надежнее работа сети и ее дальность. К ним в том числе подключаются датчики и прочие конечные устройства.

Соответственно если вы пытаетесь подключить устройство, которое значительно удалено от вашего хаба, возможно стоит воспользоваться механизмом подключения через конкретный роутер, который максимально близко расположен к месту установки нового устройства.

Конечные устройства

В качестве конечных устройств, выступают датчики на батарейках и устройства, работающие от сети без нулевой линии. Как следует из их названия - они являются конечными, то есть могут общаться только с роутером или координатором если он выступает для них точкой подключения.

Как это выглядит на Sprut.hub

Как построена работа вашей ZigBee сети, вы можете увидеть на карте в настройках вашего ZigBee контроллера

Зеленым цветом обозначены роутеры, синим - конечные устройства, а желтым обозначен координатор сети. На карте могут не отображаться некоторые связи, так как не все устройства умеют сообщать о своих маршрутах и данная информация может меняться, так как раз в час происходит переопрос устройств и если маршруты поменялись - они отобразятся на карте.

Нюансы работы различных ZigBee устройств

Так как различные производители зачастую не следуют требованиям стандарта ZigBee, есть устройства, которые имеют особенности поведения.

• Поллинг и репортинг - одна из базовых вещей, которая влияет на стабильность и отзывчивость всей сети
• Некорректно работающая прошивка у разных устройств, которая может приводить к проблемам для всей ZigBee сети.
• Малое количество роутеров
• Большое количество конечных устройств, которые подключены к одному роутеру
• Некорректная последовательность подключения новых устройств
• Некоторые устройства не могут самостоятельно переподключаться к другому роутеру после отключения их роутера (в частности некоторые устройства Aqara). Поэтому их придется "пробуждать" вручную.

В целом, протокол ZigBee на сегодня позволяет создать умный дом за вменяемые деньги, с достаточной надежностью работы и с большим покрытием площади. Оптимальное соотношение надежности и качества работы.