Casa inteligente: automação, protocolos, dispositivos, ecossistemas e software de código aberto. Tantas perguntas e tão poucas respostas. Vamos abrir o véu dos segredos de um dos protocolos IOT mais populares - Zigbee.
O que é Zigbee?
Zigbee é uma tecnologia baseada no padrão de rádio IEEE 802.15.4 e foi projetada para padronizar dispositivos M2M de baixo consumo de diferentes fabricantes. Entre as características da rede, pode-se destacar a alta tolerância a falhas, longa vida útil dos dispositivos finais de uma bateria, suporte para um grande número de conexões e operação conjunta de dispositivos de diferentes fabricantes.
Entre as características da arquitetura de rede: suporte para topologia mesh, presença obrigatória de coordenador e, opcionalmente, roteador. Mais sobre arquitetura de rede aqui .
O ZigBee permite a transmissão de informações em um raio de 5 a 75 (em áreas abertas de até 200) metros com velocidade máxima de 250 kbps. Suporta operação em 27 canais de três faixas de frequência:
2,4 GHz (16 canais)
915 MHz (10 canais)
868 MHz (1 canal)
Curiosidade: de
acordo com uma versão, o nome ZigBee vem da dança em ziguezague das abelhas, com a qual mostram aos vizinhos o caminho para a próxima fonte de alimento, da mesma forma que e os pacotes de dados padrão devem encontrar seu caminho para a rede mesh.
O que há de novo no Zigbee 3.0
A ligação direta ou conexão direta permite que dispositivos finais de diferentes fabricantes funcionem diretamente sem o envolvimento de um coordenador e roteador. Isso permite configurar com flexibilidade os cenários de comportamento do dispositivo e aumentar a velocidade de resposta.
Green Power é um conjunto de tecnologias que minimizam o uso de recursos da bateria por um dispositivo e também podem coletá-los de energia cinética, luz e térmica. Parece um pouco incompreensível; em outras palavras, o switch será capaz de transmitir uma mensagem pelo fato de você tocá-lo. Mais detalhes aqui
Unificação . Costumava haver muitos assim chamados perfis. Por exemplo, Home Automation, Building Automation, Health. Zigbee 3.0 é um perfil de aplicativo unificado.
Compatível com versões anteriores com todos os produtos lançados antes da v3.0
Por que isso é necessário?
Resumindo - para medição de indicações e automação. Existem muitas aplicações para essa automação. E embora tenha havido uma tendência de unificação ultimamente, a tecnologia suporta vários perfis, que são divididos por escopo. Aqui estão alguns deles.
Automação residencial - controle de dispositivos domésticos e scripts.
Controle remoto - controle de dispositivos de controle remoto.
Energia Inteligente - controle e automação do fornecimento e uso de energia.
Green Power - suporte para dispositivos de geração de energia.
Light Link - controle de iluminação.
Cuidados de saúde - gestão de dispositivos médicos e quase médicos (pulseiras para indicações de medição, botões “sos”) para fins.
Existem muitos dispositivos Zigbee?
Aproximadamente 2.600 dispositivos ( lista de dispositivos certificados ). Vale esclarecer que na maioria dos casos cada fabricante possui seus próprios aplicativos para conectar apenas seus dispositivos, mas utilizando software de terceiros, eles podem se tornar amigos. Mais sobre isso abaixo.
O preço médio por dispositivo final varia em torno de US $ 10.
Aqui está um exemplo de dispositivos finais de vários fabricantes populares:
Xiaomi Aqara - cerca de 50 dispositivos para diversos fins.
Philips Hue - cerca de 100 dispositivos (a maioria das luminárias),
Ikea trådfri - cerca de 40 dispositivos (a maioria das luminárias),
Tuya - cerca de 30 dispositivos,
SONOFF - cerca de 10 relés baratos.
Dispositivos USB Zigbee (dispositivos)
Para que servem os bastões Zigbee?
Se você usa uma solução de terceiros, é conveniente usar o stick como coordenador de rede, conectando-o a um computador como roteador para chegar a locais distantes do coordenador.
Aqui está um exemplo de alguns dispositivos populares: o
cc2530 / 2531 é um stick barato e popular. Não é uma má escolha para iniciantes. Das desvantagens: um pequeno raio de cobertura (10-15 m sem antena) e restrições quanto ao número de dispositivos conectados.
cc2538 stick desenvolvido por entusiastas do projeto modkam.ru. Comparado ao 2531, ele tem um longo alcance e não tem restrições quanto ao número de conexões (os testes mostraram mais de 200 dispositivos).
deCONZ ConbeeO stick também oferece suporte a uma ampla variedade de sistemas domésticos inteligentes. Das desvantagens do firmware nativo - às vezes, os dispositivos finais caem.
Também exemplos de outros menos populares:
nRF52840 Dongle - um stick universal com Bluetooth 5, Bluetooth mesh, Thread, ZigBee, 802.15.4 e suporte ANT e um ambiente de desenvolvimento conveniente.
Gateways Zigbee
As soluções prontas para Xiaomi / Aquara são os três dispositivos mais populares - Xiaomi Gateway 2 e 3 versões e Aqara Hub. O Gateway 2 não é compatível com o homekit e possui a versão 2 do Zigbee. A terceira versão traz Zigbee 3.0 e Bluetooth Mesh 5.0 a bordo. Um breve vídeo ajudará você a entender as diferenças adicionais .
Os hubs zigbee menos populares apenas listam
Orvibo
livolo
Wemo
Vera
Fibaro
Zigbee + Zvawe
Athom Homey
Wink hub 2
SmartThings Hub
VeraPlus
DIY ou DIY
SLS gateway- Um dispositivo baseado em CC2538 + CC2592 e ESP32-Wrover-B. Suporta Zigbee 3.0 e, ao contrário do Xiaomi, não se limita a um ecossistema. E ao contrário dos sticks CC2531, CC2538 e Deconz, é um dispositivo pronto a usar e pode funcionar tanto de forma independente como no sistema de domótica do Home Assistant. Atualmente 113 dispositivos são suportados . Análise de vídeo
ZESP32 é um firmware para o Xiaomi Gateway. Assim como o SLS, ele foi projetado para conectar dispositivos Zigbee de diferentes fabricantes. O conceito básico é facilitar a adição de um novo dispositivo à rede usando modelos editáveis.
cc25 + computadorUma opção conveniente se você já tem um raspberry pi ou um PC antigo que funcionará como servidor. Neste caso, você pode escolher qualquer sistema de automação residencial conveniente, conforme descrito a seguir.
E os ecossistemas?
A casa da Apple é uma solução de software da Apple. O número de dispositivos suportados é pequeno, mas a funcionalidade pode ser expandida usando homebridge e hub aqara. Você pode usar a casa da Apple em sua rede doméstica usando apenas um Iphone e um hub (Zigbee), mas para o controle remoto você precisa de um home center, que pode ser um iPad (iOS 10 ou superior), HomePod ou Apple TV.
O Google Home também não funciona com dispositivos Zigbee diretamente, mas é compatível com Alexa.
Os assistentes do Amazon Echo Show, Spot e Plus podem trabalhar diretamente porque têm um coordenador zigbee integrado. No entanto, o problema é o número limitado de dispositivos compatíveis e a impopularidade da solução nos países da CEI.
Xiaomi / Aqara- os gateways da Xiaomi e Aqara suportam apenas seus dispositivos zigbee. Ao contrário do Xiaomi Gateway, o Aqara Hub não oferece a capacidade de integração com sistemas alternativos de automação residencial.
Samsung SmartThings está posicionado como um hub universal. Funciona com uma ampla variedade de dispositivos Z-Wave e Zigbee. Os usuários costumam reclamar da queda da nuvem (sem conexão com o servidor) e da falta de interesse dos desenvolvedores no desenvolvimento do projeto.
Casa Yandex... Os diálogos Yandex Station e para o telefone são duas coisas diferentes. Existem menos diálogos para a coluna, eles são primitivos. O suporte para dispositivos ZigBee e Bluetooth foi declarado, mas não funciona com eles diretamente. Muitos cenários dependem da presença de uma conexão com a Internet, mas a solução pode ser conectar controladores domésticos inteligentes de terceiros, por exemplo, usando yandex2mqtt.
E quanto ao suporte de software?
Por conveniência, dividirei as soluções de software em categorias. Servidor Homebridge NodeJS de
automação
residencial , para integração de dispositivos sem suporte para HomeKit.
HomeAssistant é um sistema de código aberto com ênfase na privacidade.
Projeto de código aberto OpenHAB com ênfase na conveniência de configurar
MajorDoMo um sistema de integração de código aberto. Estrutura do
Dashboard
RoboDomo baseada em MQTT com uma interface gráfica atraente.
nó-vermelho-painel módulo nó-vermelho para a criação de painel, integra em Zigbee2mqtt
Integração
é um programa de ponte que permite que dispositivos de diferentes fornecedores sejam usados juntos, traduzindo comandos zigbee para mqtt.
Cliente mqtt amigável do usuário MQTT Explorer IAR Ambiente de
desenvolvimento
IAR Embedded Workbench com uma interface amigável e suporte para um grande número de microcontroladores
Simplicity Studio IDE e um conjunto de ferramentas para desenvolver aplicativos baseados no ambiente de desenvolvimento
SimpleLink SDK da Silicon Labs para chips de desenvolvimento da Texas Instruments, incluindo API, TI-RTOS e mais ... Ferramenta de programação de bloco de
nó vermelho para conectar dispositivos de hardware, APIs e serviços online.
Teste e auditoria
KillerBee é uma ferramenta para testar redes Zigbee.
SecBee - Testando implementações de ZigBee para problemas de segurança.
Z3sec é o objetivo principal da estrutura para testar dispositivos certificados que implementam o ZigBee Light Link (ZLL) ou o padrão ZigBee 3.0.
pwnrf é uma ferramenta de teste de segurança para redes Wi-Fi, Bluetooth e Zigbee.
Devo escolher Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee ou Z-Wave?
Existem dezenas de tecnologias IOT no mercado, mas as soluções mais populares são Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee e Z-Wave.
WiFi é uma tecnologia muito popular, conveniente e ideal para assistentes de voz, sistemas de vigilância por vídeo, TVs ou se você tiver um pequeno número de dispositivos inteligentes. Mas o WiFi consome muita energia e, se houver dezenas ou centenas de dispositivos inteligentes, é problemático carregá-los o tempo todo. Além disso, o roteador WiFi não foi projetado para um grande número de conexões. Claro, existem soluções para esse caso, mas o custo de implantação de uma rede aumentará significativamente. O WiFi tem um único ponto de falha - um roteador.
Bluetooth LE(Low Energy) é uma tecnologia igualmente popular com baixo consumo de energia, o que permite por mais de um ano não trocar a bateria e uma alta taxa de transferência de 1-2 Mbps. Possui função de beacon (comportamento personalizável dos dispositivos ao se aproximar) e funciona diretamente com os dispositivos. Das desvantagens, trabalhar na banda de 2,4 GHz e uma pequena faixa em ambientes fechados com outros dispositivos. Além disso, a maioria dos dispositivos BLE funcionam ponto a ponto, o que é pouco adequado para a criação de cenários de automação avançados. Mas a solução para este problema pode ser considerada a especificação de malha Bluetooth.
ZigBeeum padrão aberto com baixo consumo de energia de dispositivos finais (1-2 anos), suporte para uma topologia de malha, alta imunidade a ruído, boa escalabilidade (em teoria, até 65.000 nós) e grande penetração no mercado. Das desvantagens: o Zigbee opera na banda movimentada de 2,4 GHz, o que, com forte interferência, pode levar a uma diminuição na imunidade a ruído e uma diminuição na faixa. Cada fabricante cria um aplicativo separado para oferecer suporte apenas a seus produtos. Mas, para mim, a maior desvantagem é que dispositivos de diferentes fabricantes não podem "se comunicar" uns com os outros "fora da caixa". Eles podem ser combinados usando software de terceiros, mas a falta de soluções comuns leva a um limite de entrada relativamente alto. A Aliança está ciente desses problemas e trabalhando no DotDot para consertare casa conectada por IP .
Z-Wave é um padrão proprietário comprovado. Possui alto nível de compatibilidade de dispositivos, baixo consumo de energia, suporte para topologia mesh, tem sinal estável na faixa de 800-900 MHz, o que permite melhor evitar obstáculos (quanto maior o comprimento de onda (menor frequência), melhor supera os obstáculos). Suporta até 232 dispositivos em uma única rede e velocidades de até 100 kbps. Entre as deficiências, vale ressaltar que em diferentes países, diferentes frequências são alocadas para dispositivos de curto alcance. E os dispositivos projetados para um país podem não ser compatíveis com outro. Além disso, o Z-Wave é um pouco mais caro do que os dispositivos ZigBee.
Por onde começar se você é um iniciante?
Se você está tentando escolher como construir sua casa inteligente, comece com este esquema de entretenimento. Além disso, para mim, pessoalmente, o artigo House Fool 2.0 foi inspirador.
Se você tiver dificuldades em configurar sua casa inteligente, pode pedir conselhos no grupo SmartHome.
Se quiser comprar um gateway SLS e outros dispositivos Zigbee para você em Zigberu
Discussão de dispositivos, firmware e outros softwares que funcionam com Zigbee - em torno de Zigbee e
Zigbee
Em vez de uma conclusão
É difícil dizer quem vai ganhar a guerra do protocolo da casa inteligente. Zigbee tem suas desvantagens, tem concorrentes fortes, mas ao mesmo tempo sua força é sua grande comunidade interessada (Zigbee Alliance, entusiastas e geeks). Tanto marcas eminentes quanto empresas jovens mostram interesse na Zigbee.
Deve-se notar que não existe uma solução única para todos. Escolha o que é certo para você, no seu caso. Embora o WiFi e o Bluetooth sejam complicados, há momentos em que seu uso se justifica.