Зараз про концепцію IoT («інтернету речей») говорять скрізь. З’являється «розумна» побутова техніка, яка може підключитися до мережі (Bluetooth/Wi-Fi) бездротовим інтерфейсом і почати розсилати повідомлення про те, що завдання прання/готування їжі/кип’ятіння води завершено і непогано б щось з цим зробити. Більшість таких «розумних» пристроїв отримує живлення безпосередньо з електромережі. Але як бути, якщо хочеться отримувати інформацію від бездротового термометра і при цьому не міняти батарею щотижня? Або мати бездротовий вимикач з невеликим акумулятором, для якого не знадобиться штробити стіни? І добре б об’єднати такі пристрої в єдину розподілену мережу, якою можна керувати віддалено і яка сама, ґрунтуючись на показаннях датчиків/повідомлювачів/лічильників, могла б ухвалювати якісь рішення.
Спеціально для вирішення таких завдань було створено бездротову технологію ZigBee.
Мережеві технології для бездротового зв’язку
Існує багато бездротових технологій, кожна з яких має свої особливості. У таблиці нижче розглянуті бездротові протоколи зв’язку частоти 2,4 ГГц.
1. Технологія Wi-Fi
Технологія Wi-Fi створювалася як заміна проводового інтерфейсу Ethernet. Тому ця технологія пропонує великі швидкості передачі даних, але не дозволяє розробляти вузли, що працюють тривалий час від джерел живлення малої ємності через велике енергоспоживання.
2. Технологія Bluetooth
Технологія Bluetooth з появою стандарту 4.0 (Bluetooth Smart або Bluetooth Low Energy) стала набагато привабливішою для розробників електроніки, що носиться, так як енергоспоживання в порівнянні з попередніми версіями скоротилося в рази [1]. Але якщо стоїть завдання побудови бездротової системи, що мало споживає, яка охоплюватиме кілька кімнат або навіть будівель, ця технологія не підійде, оскільки підтримується тільки мережева топологія «зірка». Це справедливо і для Wi-Fi.
3. Технологія ZigBee та Thread
Технології ZigBee та Thread спочатку розроблялися для створення надійних розподілених мереж датчиків та керуючих пристроїв з невисокими швидкостями передачі даних. У цих технологіях реалізовано підтримку мережевої топології «mesh», сплячих та мобільних вузлів, а також вузлів, які забезпечують роботу алгоритмів ретрансляції та самовідновлення. У таблиці вказана швидкість 250 кбіт/с – це максимальна пропускна спроможність мережі. Корисна швидкість буде близько 30-40 кбіт/с у межах сусідніх вузлів та 5-25 кбіт/с при використанні ретрансляції. Основна відмінність технології Thread від ZigBee, що в ній додано підтримку IP-протоколу, що спрощує інтеграцію мереж Thread з мережними додатками. Про особливості технології Thread ми поговоримо іншим разом.
Порівняння мережевих топологій
Про підтримувані мережеві топології на попередньому розділі було сказано, але не сказано про особливості. Розглянемо такий приклад:
“Зірка” vs. “Mesh”
У мережах Bluetooth та Wi-Fi мережна взаємодія йде через центральний шлюз. І якщо він вийде з ладу, то обмін даними стане неможливим.
Крім цього, окремі вузли можуть залишитися без зв’язку, якщо несподівано виникла перешкода на шляху прямування радіосигналу.
У мережах ZigBee та Thread надійність зв’язку підвищується за рахунок наявності надлишкових зв’язків між пристроями. Усі пристрої, які не йдуть у сплячий режим, виконують роль роутерів, які відповідальні за маршрутизацію мережного трафіку, вибору оптимального маршруту і ретрансляцію пакетів. Навіть якщо з ладу вийде пристрій, який виступав як організатор мережі, ZigBee-мережа продовжить функціонувати далі. Виникнення перешкоди чи перепони, і навіть вихід будь-якого з роутерів із ладу перестав бути критичним з допомогою наявності надлишкових зв’язків. Тому з введенням додаткових вузлів, які мають стаціонарне харчування та можуть виконувати завдання роутера, мережа стає надійнішою.
Типова структура мережі ZigBee
Тепер зупинимося на структурі мережі ZigBee і типах пристроїв, які в ній можуть бути.
Координатор – це вузол, який організував мережу. Саме він вибирає політику безпеки мережі, дозволяє або забороняє підключення до мережі нових пристроїв, а також за наявності перешкод радіоефіру ініціює процес переведення всіх пристроїв в мережі на інший частотний канал.
Роутер – це вузол, який має стаціонарне харчування і отже може постійно брати участь у роботі мережі. Координатор також є роутером. На вузлах цього лежить відповідальність за маршрутизації мережного трафіку. Роутери постійно підтримують спеціальні таблиці маршрутизації, які використовуються для прокладання оптимального маршруту та пошуку нового, якщо раптом якийсь пристрій вийшов з ладу. Наприклад, роутерами в мережі ZigBee можуть бути розумні розетки, блоки керування освітлювальними приладами або будь-який інший пристрій, який має підключення до електромережі.
Кінцевий пристрій – це пристрій, який підключається до мережі через батьківський вузол – роутер або координатор – і не бере участь у маршрутизації трафіку. Усі спілкування з мережею їм обмежується передачею пакетів на «батьківський» вузол чи зчитуванням надійшли даних із нього. Батьком для таких пристроїв може бути будь-який роутер або координатор. Кінцеві пристрої більшу частину часу перебувають у сплячому режимі і відправляють керуюче або інформаційне повідомлення зазвичай лише за певною подією (натискання кнопки вимикача, відкриття вікна або дверей). Це дозволяє довго зберігати енергію вбудованого джерела живлення. Прикладом кінцевих пристроїв у мережах ZigBee можуть бути бездротові вимикачі, що керують роботою світильників та працюють від батарейок, датчики протікання води, датчики відкриття/закриття дверей. Варто сказати, що кінцеві пристрої діляться на 3 категорії, кожна з яких має свої особливості, але про них у наступній частині.
Так як кінцеві пристрої більшу частину часу знаходяться в сплячому режимі і прокидаються лише для опитування батьківського вузла на наявність повідомлень для себе, або для передачі даних, це дозволяє економно витрачати енергію батарейного джерела живлення.
Користувачі повинні використовувати шлюз Tuya ZigBee для дистанційного та голосового керування (якщо встановлено Smart Panel – вона інтегрує функцію шлюзу ZigBee).
Інструкція з експлуатації програми TUYA APP на прикладі пристроїв SKYDANCE
1. Створення пари в мережі
● Завантажте програму Tuya APP і зареєструйте обліковий запис, знайдіть і додайте шлюз Tuya Zigbee.
● П’ять разів швидко натисніть кнопку «RESET NET» або п’ять разів увімкніть і вимкніть живлення, щоб очистити попереднє підключення до мережі, увійдіть у режим з’єднання з блиманням вихідного індикатора.
● За шлюзом знайдіть і додайте новий пристрій. Якщо підключення до мережі вдалось, ви можете знайти пристрої ZBS-DIM (WZS1), ZBS-CCT, ZBS-RGB, ZBS-RGBW або ZBS-RGB+CCT у додатку Tuya.
2. Налаштування керування освітленням та схема підключення
Після підключення світлового пристрою клацніть пристрій, змініть яскравість і колір за допомогою повзунка яскравості та колірного колеса.
Димінг: Торкніться повзунка яскравості, щоб відрегулювати яскравість.
CCT димінг: Торкніться колірного колеса, щоб налаштувати колірну температуру. Торкніться повзунка яскравості, щоб відрегулювати яскравість. Можна визначити до 8 кольорових ярликів.
RGB димінг: Торкніться колірного колеса, щоб налаштувати статичний колір RGB. Торкніться повзунка яскравості, щоб відрегулювати яскравість кольору. Можна визначити до 8 кольорових ярликів.
RGBW димінг: Торкніться колірного колеса, щоб налаштувати статичний колір RGB. Торкніться повзунка яскравості, щоб налаштувати яскравість кольору RGB або яскравість W. Можна визначити до 8 кольорових ярликів.
RGB+CCT димінг: Торкніться колірного колеса, щоб налаштувати статичний колір RGB або колірну температуру. Торкніться повзунка яскравості, щоб налаштувати яскравість кольору RGB або яскравість CCT. У RGB+CCT можна визначити до 8 ярликів кольорів.
У «Сцені» є 8 сцен, які можна викликати або налаштувати.
У «Музика» для відтворення музики можна використовувати музичний плеєр на смартфоні або мікрофон вхід музичного сигналу.
У «Налаштуваннях» є функції «План», «Розклад», «Таймер», «Біоритми», «Поведінка при включенні».
Пульт Zigbee 3.0 і панель сцени
Спочатку підключіть пульт дистанційного керування, панель сцени та світлодіодні контролери через шлюз Zigbee у додатку Tuya.
У додатку Tuya APP є 8 сцен, які можна налаштувати як сцени освітлення, або сцени зв’язку.
Сцена освітлення використовується для загального керування декількома лампами, наприклад для регулювання освітленості всієї кімнати.
Сцена зв’язку використовується для керування зв’язком різного обладнання, наприклад ламп і штор, які вмикаються та вимикаються разом.
Після успішного налаштування сцени ви можете використовувати пульт дистанційного керування та панель сцени для безпосереднього керування цими світлодіодними контролерами.
Використання Smart Panel
● Підключіть смарт-панель до мережі Wi-Fi і відкрийте програму Tuya APP, щоб відсканувати QR-код для прив’язки.
● У додатку Tuya, під інтелектуальною панеллю, пошук і додавання одного або кількох світлових пристроїв.
● Після додавання світлових пристроїв користувачі можуть налаштувати сцену в додатку Tuya, і ці сцени будуть автоматично синхронізовані з смарт панеллю.
● Після успішного налаштування користувачі можуть керувати світлом за допомогою сенсорного кольорового слайда та викликати сцену безпосередньо на екрані інтелектуальної панелі.
Примітки:
1. Під час підключення до бездротових мереж смарт-панель має використовувати маршрутизатор діапазону 2,4 ГГц.
2. Розумна панель має функцію шлюзу Zigbee, зовнішній шлюз не потрібен.
3. Розумна панель підключає до 80 додаткових пристроїв.
Сама технологія є повністю відкритою і всі її специфікації доступні для завантаження із сайту альянсу ZigBee. А стандартна бібліотека кластерів – це справжня мова взаємодії між пристроями, що оточують нас щодня: пристрої домашньої автоматизації, системи безпеки, сенсорне обладнання та багато іншого.
Якщо у вас виникли питання – будемо раді надати вам консультацію, телефон вказаний на головній сторінці сайту. Або заповніть форму зворотного зв’язку у розділі Контакти.