Numerosos sensores domésticos inteligentes e sistemas de iluminação usam o protocolo de rádio ZigBee com eficiência energética. Os gateways domésticos inteligentes permitem a comunicação com outros sistemas domésticos inteligentes. Explicamos como o ZigBee funciona e quais produtos domésticos inteligentes são compatíveis.
ZigBee: As coisas mais importantes em resumo
- ZigBee é um protocolo sem fio de baixo consumo de energia para casa inteligente que está sendo desenvolvido pela ZigBee Alliance.
- A partir do ZigBee 3.0, os dispositivos ZigBee de diferentes fabricantes são amplamente compatíveis uns com os outros.
- Com as chamadas redes mesh, o alcance dos dispositivos pode ser aumentado, uma vez que os nós individuais atuam como repetidores.
- Dentro de uma rede, o ZigBee Bridge forma uma ponte entre os dispositivos e o aplicativo de controle. Além disso, algumas pontes também podem se comunicar com dispositivos WLAN e Bluetooth de outras marcas. Os produtos ZigBee também podem ser usados com o Google Home ou o Apple HomeKit.
- Amazon Echo Plus, Echo Show e Echo Studio são compatíveis com ZigBee. Isso significa que os dispositivos ZigBee podem ser controlados com Alexa sem um gateway adicional.
O que é ZigBee?
Laptops, smartphones e dispositivos domésticos inteligentes usam diferentes protocolos de rádio para comunicação sem fio. Eles diferem em termos de faixa de frequência usada, largura de banda, topologia de rede e forma como as mensagens são transmitidas.
A ZigBee Alliance desenvolveu o protocolo de rádio de baixa energia ZigBee a partir de 2002. A associação agora inclui mais de 230 empresas, incluindo Samsung, Osram, Somfy, Amazon, Huawei e Ikea. Os objetivos declarados são alta compatibilidade entre dispositivos de diferentes fabricantes, baixo consumo de energia e um padrão aberto.
Os produtos certificados pela ZigBee Alliance funcionam com qualquer plataforma habilitada para ZigBee.
Como funciona o ZigBee?
Todos os protocolos de rádio consistem em várias camadas de acordo com o modelo OSI. Essas regras as várias tarefas de comunicação. Isso inclui a transmissão do sinal físico, a criptografia, a prevenção de congestionamento de dados e a exibição nos vários aplicativos. Os usuários interagem apenas com a camada superior, enquanto as inferiores trabalham em segundo plano.
Nas duas primeiras camadas, como o Bluetooth, o ZigBee usa o padrão IEEE 802.15.4, que usa a banda ISM (Industrial, Scientific and Medical Band) na faixa de frequência de 2,4 GHz. Pausas longas na transmissão de dados são uma característica deste padrão. Isso significa que cada nó da rede pode entrar em uma espécie de modo de hibernação, o que economiza muita energia em comparação com outros padrões. Uma bateria tipo botão embutida em um sensor ZigBee pode durar vários anos.
ZigBee é caracterizado pelo baixo consumo de energia e alta intercompatibilidade.
A especificação ZigBee define a comunicação nas camadas superiores (3 a 7). Os vários dispositivos ZigBee formam uma Rede de área pessoal sem fio (WPAN) para se comunicarem entre si. Cada rede ZigBee pode ser identificada exclusivamente por um endereço de 64 bits.
ZigBee define o protocolo para as camadas 3 a 7 do modelo OSI. A camada superior Dotdot permite a comunicação com outros padrões de rádio.
Como funciona uma rede ZigBee?
Uma rede ZigBee consiste em um coordenador, roteadores e dispositivos finais. Os roteadores trocam pacotes de dados entre si. O coordenador é um roteador que também ativa a rede. Os dispositivos finais só se comunicam com seu roteador. Você está no modo de espera a maior parte do tempo e, portanto, usa muito pouca energia. Eles se conectam ao roteador em intervalos definidos e ver se há alguma mensagem para eles.
As redes ZigBee usam topologia em estrela, árvore ou malha. A topologia em estrela fornece um coordenador / roteador e vários dispositivos finais. Estes últimos não podem se comunicar diretamente entre si, mas apenas por meio do coordenador. Se este nó central falhar, a troca de dados não será mais possível.
Na topologia em árvore há um coordenador, alguns roteadores e terminais. Cada dispositivo final (filho) se comunica com o respectivo roteador (pai), o roteador com o coordenador em uma estrutura de árvore.
Na topologia de malha, os roteadores também estão interligados em rede. Isso permite que muitos caminhos alternativos transportem dados do nó A para o nó B. Por esse motivo, a maioria dos sistemas domésticos inteligentes operados por ZigBee usa redes mesh. São permitidos até 65.000 nós. Por outro lado, os roteadores requerem mais energia do que dispositivos finais simples. Isso reduz a vida útil das baterias.
Em redes mesh, os dados podem ser encaminhados apesar dos nós com defeito.
O que é uma ponte ZigBee?
A ponte atua como uma ponte entre os dispositivos domésticos inteligentes ZigBee e o aplicativo de controle no smartphone ou na nuvem. Dependendo do fabricante, a ponte também é chamada de hub ou gateway. Às vezes, as pontes também podem controlar dispositivos ZigBee de outros fabricantes. Por exemplo, o Philips Hue Bridge é capaz de se comunicar com as peras Ikea Tradfri. Isso economiza aos usuários o dinheiro para um segundo gateway.
Além disso, os dispositivos ZigBee não podem ser facilmente emparelhados com dispositivos WLAN, Bluetooth ou Z-Wave porque falam um idioma diferente. No entanto, alguns gateways ZigBee, como a sede da Homee, o Philips Hue Bridge ou o SmartThings Hub podem traduzir entre os diferentes padrões sem fio. Isso significa que as lâmpadas residenciais inteligentes Philips Hue podem ser usadas com produtos Google Home, por exemplo, para criar rotinas, mesmo que o Google Home seja baseado em WiFi.
As lâmpadas Ikea Tradfri usam ZigBee. O gateway forma a ponte entre as fontes de luz e o aplicativo.
Até onde vai o ZigBee?
A gama de produtos ZigBee Smart Home é de 10 a 15 metros. No entanto, pode ser aumentado em redes mesh. Os dispositivos individuais formam nós da rede que atuam como repetidores e amplificam o sinal. De acordo com a Signify (Philips Hue), alcances de até 100 metros são possíveis.
O que é ZigBee 3.0?
Além do protocolo ZigBee principal, havia especificações diferentes no passado.
Em comparação com o protocolo ZigBee padrão, ZigBee Pro (2007) ofereceu segurança aprimorada e mais opções de topologia. Assim como o padrão de rádio EnOcean, o Green Power usou o princípio de captação de energia, que permite sensores independentes de energia. RF4CE (Radio Frequency for Consumer Electronics) foi usado para controlar remotamente dispositivos elétricos com controles remotos. ZigBee IP regulamentou a comunicação entre uma rede local e a Internet. Cada especificação consistia em vários módulos dependendo da área de aplicação (automação predial, iluminação, setor de saúde).
Devido às especificações diferentes, os dispositivos domésticos inteligentes ZigBee muitas vezes não eram compatíveis uns com os outros. Em 2015, a ZigBee Alliance anunciou o novo padrão sem fio ZigBee 3.0, que combina ZigBee Pro, Green Power, IP e RF4CE. Destina-se a aumentar a interoperabilidade entre dispositivos domésticos inteligentes e é compatível com versões anteriores.
Como o ZigBee garante a segurança dos dados?
ZigBee usa criptografia AES simétrica com um comprimento de chave de 128 bits para transmitir dados. No final de 2019, no entanto, foi descoberta uma lacuna de segurança nas luzes Philips Hue que explorava uma falha no protocolo ZigBee. Isso permitiu que invasores acessassem a rede por meio da ponte. Em uma atualização de software subsequente, o fabricante Signify eliminou a vulnerabilidade.
O que é DotDot?
DotDot (também conhecido como ZigBee Cluster Library) é a camada de aplicação do protocolo ZigBee no modelo OSI. Como uma linguagem universal para dispositivos IoT, o DotDot também permite a comunicação simples entre dispositivos domésticos inteligentes em redes diferentes. Para isso, a ZigBee Cluster Library foi adaptada para outros protocolos. Isso dá aos dispositivos com diferentes padrões de rádio, como WiFi, Bluetooth, Z-Wave, NB-IoT e Sigfox um nível comum no qual eles podem se comunicar.
DotDot fornece uma linguagem comum para produtos domésticos inteligentes.
Quais são as diferenças entre o ZigBee e outros padrões sem fio?
|
Taxa máxima de |
Alcance |
faixa de freqüência |
Consumo de energia |
Áreas de aplicação |
|
|---|---|---|---|---|---|
|
ZigBee |
250 kbit / s |
10-15 m |
2,4 GHz |
baixo |
Sensores, |
|
ACESSO SEM FIO À INTERNET |
1.000 - |
50 m |
2,4-2,4835 GHz 5,0-5,7 GHz |
Alto |
Roteadores, |
|
Bluetooth |
1 - 3 Mbit / s |
10 m |
2.400 - 2.483 MHz |
baixo |
Eletrônicos de consumo , |
|
Z-Wave |
9,6 - 40 kbit / s |
30 m |
868 MHz |
baixo |
Sensores, |
|
EnOcean |
125 kbit / s |
30 m |
868 MHz |
muito baixo |
Sensores, |
- WLAN: O padrão WLAN convencional WiFi 5 transmite dados mais de mil vezes mais rápido que o ZigBee, mas também consome muita eletricidade. Isso é necessário ao transmitir vídeo de uma câmera de vigilância inteligente devido à grande quantidade de dados. Um termostato operado por bateria que envia apenas a temperatura, por outro lado, não requer uma largura de banda tão grande e se beneficia de um padrão sem fio mais econômico como o ZigBee.
- Bluetooth: também oferece uma taxa de transferência de dados mais alta do que ZigBee, mas com um alcance mais curto. Por esse motivo, o Bluetooth predomina especialmente em fones de ouvido sem fio e vestíveis que enviam sinais em poucos metros. Quando se trata de sensores em salas diferentes, ZigBee está claramente um passo à frente.
- Z-Wave: É o principal concorrente da ZigBee na área de casa inteligente. O protocolo de baixa energia também é usado com muitos sensores e fontes de luz, oferece alta compatibilidade e, como ZigBee, um longo alcance graças às redes mesh. No entanto, a empresa americana Silicon Labs detém os direitos da tecnologia. Ao contrário do ZigBee, o Z-Wave não é um padrão de código aberto. Isso significa que os fabricantes não podem adaptar o protocolo.
- EnOcean: usado apenas com sensores de ultra-baixa energia que geram eletricidade através de diferenças de temperatura e movimentos e, portanto, funcionam sem baterias e fontes de alimentação externas. ZigBee 3.0 também suporta esta função com a especificação Green Power. No geral, EnOcean é menos comum que ZigBee.
Quais são os prós e contras do ZigBee?
Benefícios do ZigBee
- Baixo consumo de energia: sensores e outros dispositivos domésticos inteligentes podem sobreviver com suas baterias por anos.
- Alta compatibilidade: A ZigBee Alliance tem várias centenas de membros, incluindo fabricantes como Osram, IKEA, Belkin e Signify. A partir do ZigBee 3.0, produtos domésticos inteligentes de diferentes fabricantes podem ser conectados em rede com mais facilidade.
- Código-fonte aberto: O código ZigBee está disponível para todos. Os fabricantes são, portanto, livres para implementar funções adicionais em seus produtos.
- Longo alcance: Em redes mesh, os nós atuam como repetidores. Em casas grandes e apartamentos, isso melhora significativamente o alcance em comparação com a WLAN.
Contras do ZigBee
- Compatibilidade entre dispositivos ZigBee: O código-fonte aberto era particularmente desvantajoso no passado sob o aspecto da compatibilidade. Uma vez que cada fabricante implementou especificações adicionais, dispositivos ZigBee mais antigos de diferentes marcas não são necessariamente compatíveis entre si. No entanto, desde a introdução do ZigBee 3.0, o padrão se tornou mais uniforme.
- Compatibilidade com outros padrões sem fio: Se você deseja conectar produtos ZigBee Smart Home com dispositivos WLAN ou Bluetooth, você precisa de um gateway. Como muitos sistemas domésticos inteligentes, como o HomeKit ou o Google Home dependem da WLAN, os usuários precisam planejar os custos de um gateway.
Amazon Alexa, Apple HomeKit e Google Smart Home são compatíveis com ZigBee?
- Se você controla seus dispositivos de casa inteligente via Alexa, o Echo Plus, o Echo Show ou o Echo Studio são um hub de casa inteligente que também pode controlar dispositivos ZigBee. Com o comando “Descubra meus dispositivos”, Alexa procura por componentes de casa inteligente existentes.
- Os produtos Google Home não podem se comunicar diretamente com dispositivos ZigBee. Um gateway como o SmartThings Hub da Samsung ou o Philips Hue Bridge resolvem o problema. Com isso, por exemplo, os soquetes SmartThings podem ser ligados e desligados através do Google Assistant.
- Os produtos Apple HomeKit só podem ser emparelhados diretamente com dispositivos WLAN ou Bluetooth Smart Home. Um portal também ajuda aqui. O Homee Smart Home Center, por exemplo, é compatível com o HomeKit. O Mixtile Hub da marca chinesa Focalcrest também traduz entre dispositivos HomeKit e ZigBee.
Quais sistemas domésticos inteligentes usam ZigBee?
- Philips Hue
- Ikea Tradfri
- Osram
- Xiaomi
- Samsung SmartThings
- Homee Smart Home
- Bosch
Quais produtos para casa inteligente usam ZigBee?
Lâmpadas compatíveis com ZigBee
- Philips Hue
- Osram Smart +
- Paulmann LED
- Sengled (Telekom Magenta)
- Ikea Tradfri
- Shyne
- Immax Neo Smart LED
- Q Smart Home Lights (Neuhaus Lightning Groups)
- LG on / off dimmer luz LED
- Luz Müller
Sensores de movimento, sensores de água e sensores de temperatura compatíveis com ZigBee
- Philips Hue detector de movimento externo, detector de movimento
- Osram Smart + detector de movimento
- Detector de movimento Schwaiger
- Samsung SmartThings (sensor de janela e porta, sensor de água)
- Sensor de porta e janela Ecolink
- Trust smart home motion sensor
- Sensor de água para casa inteligente Heiman
- Sensor de água Zipato
- Sensor de água Xiaomi
- Sensor de água confiável ZWLD-1000
- Sensor de temperatura inteligente Aqara (Xiaomi)
- Sensor de temperatura e umidade somfy
- Lupus Electronics Mini sensor de temperatura
- Sensor de temperatura e umidade Bitron
- Sensor de alarme WeMo (Belkin)
Interruptores compatíveis com ZigBee, sensores de escurecimento e tomadas
- Interruptor tahoma
- Tint / Müller-Licht Smart Switch
- Sonoff Touch Smart Switch
- Soquete Ikea Tradfri
- Osram Smart + Plug
- Ledvance Smart + Plug
Detectores de fumaça e sirenes de alarme compatíveis com ZigBee
- Telekom Smart Home Smoke Detector (Bitron Home)
- Detector de fumaça residencial inteligente Tuya
- Detector de fumaça W4 (Honeywell)
- SwannOne sirene externa
- Sirene de alarme Heiman ZigBee
- Detector de monóxido de carbono Heiman ZigBee
Smart Locks compatíveis com ZigBee
- Fechadura inteligente 365plusZ3 (Samsung)
- Kwikset Smartcode SmartCode Deadbolt
