In der heutigen Kommunikationswelt gibt es zahlreiche Kommunikationsstandards mit hoher Datenrate, aber keiner davon entspricht den Kommunikationsstandards von Sensoren und Steuergeräten. Diese Kommunikationsstandards mit hoher Datenrate erfordern eine geringe Latenzzeit und einen geringen Energieverbrauch auch bei niedrigeren Bandbreiten. Die verfügbare Zigbee-Technologie der proprietären drahtlosen Systeme ist kostengünstig und verbraucht wenig Strom, und aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften eignet sich diese Kommunikation am besten für verschiedene eingebettete Anwendungen, industrielle Steuerungen, Hausautomatisierung usw. Der Bereich der Zigbee-Technologie für Übertragungsdistanzen liegt hauptsächlich zwischen 10 und 100 Metern, abhängig von der Ausgangsleistung und den Umgebungseigenschaften.
Was ist die Zigbee-Technologie?
Die Zigbee-Kommunikation wurde speziell für Steuerungs- und Sensornetzwerke auf der Grundlage des IEEE 802.15.4-Standards für drahtlose Personal Area Networks (WPANs) entwickelt und ist das Produkt der Zigbee-Allianz. Dieser Kommunikationsstandard definiert physikalische und Media Access Control (MAC)-Schichten, um viele Geräte mit niedrigen Datenraten zu bedienen. Diese WPANs von Zigbee arbeiten auf den Frequenzen 868 MHz, 902-928 MHz und 2,4 GHz. Die Datenrate von 250 kbit/s eignet sich am besten für die periodische sowie die zwischenzeitliche Zwei-Wege-Übertragung von Daten zwischen Sensoren und Steuerungen.
Was ist die Zigbee-Technologie?
Zigbee ist ein kostengünstiges und leistungsarmes Mesh-Netzwerk, das häufig für Steuerungs- und Überwachungsanwendungen eingesetzt wird, wobei die Reichweite 10-100 Meter beträgt. Dieses Kommunikationssystem ist kostengünstiger und einfacher als die anderen proprietären drahtlosen Sensornetzwerke mit kurzer Reichweite wie Bluetooth und Wi-Fi.
Zigbee-Modem
Zigbee unterstützt verschiedene Netzwerkkonfigurationen für die Kommunikation von Master zu Master oder von Master zu Slave. Außerdem kann es in verschiedenen Modi betrieben werden, wodurch der Batteriestrom gespart wird. Zigbee-Netzwerke sind durch den Einsatz von Routern erweiterbar und ermöglichen es, viele Knoten miteinander zu verbinden, um ein größeres Netzwerk aufzubauen.
Geschichte der Zigbee-Technologie
Im Jahr 1990 wurden digitale Funknetzwerke mit selbstorganisierenden Ad-hoc-Netzwerken eingeführt. Die Zigbee-Spezifikation IEEE 802.15.4-2003 wurde im Jahr 2004, am 14. Dezember, verabschiedet. Die Spezifikation 1.0 wurde von der Zigbee Alliance im Jahr 2005, am 13. Juni, unter dem Namen Specification of ZigBee 2004 bekannt gegeben.
Cluster-Bibliothek
Im September 2006 wurde die Spezifikation von Zigbee 2006 angekündigt, die den Stack von 2004 ersetzt. Diese Spezifikation ersetzt hauptsächlich die paarweise Struktur von Schlüsselwerten und Nachrichten, die im Stack von 2004 verwendet wurde, durch eine Cluster-Bibliothek.
Eine Bibliothek umfasst eine Reihe von konsistenten Befehlen, die unter Gruppen, sogenannten Clustern, mit Namen wie Home Automation, Smart Energy & Light Link von ZigBee geplant sind. Im Jahr 2017 wurde die Bibliothek von der Zigbee Alliance in Dotdot umbenannt und als neues Protokoll angekündigt. Somit ist Dotdot für nahezu alle Zigbee-Geräte als Standard-Anwendungsschicht geeignet.
Zigbee Pro
Im Jahr 2007 wurde Zigbee Pro, wie Zigbee 2007, fertiggestellt. Es handelt sich um eine Art von Geräten, die auf einem älteren Zigbee-Netzwerk arbeiten. Aufgrund der Unterschiede bei den Routing-Optionen sollten diese Geräte zu nicht-routenden ZEDs oder Zigbee-Endgeräten (ZEDs) in einem älteren Zigbee-Netzwerk werden. Die alten Zigbee-Geräte müssen zu Zigbee-Endgeräten in einem Zigbee-Pro-Netzwerk werden. Es funktioniert über das 2,4-GHz-ISM-Band und umfasst auch ein Sub-GHz-Band.
Wie funktioniert die Zigbee-Technologie?
Die Zigbee-Technologie arbeitet mit digitalen Funkgeräten, die es verschiedenen Geräten ermöglichen, miteinander zu kommunizieren. Die in diesem Netzwerk verwendeten Geräte sind ein Router, ein Koordinator sowie Endgeräte. Die Hauptaufgabe dieser Geräte besteht darin, die Anweisungen und Nachrichten des Koordinators an die einzelnen Endgeräte, wie z. B. eine Glühbirne, weiterzuleiten.
In diesem Netz ist der Koordinator das wichtigste Gerät, das sich am Ursprung des Systems befindet. Für jedes Netz gibt es nur einen Koordinator, der verschiedene Aufgaben wahrnimmt. Er wählt einen geeigneten Kanal aus, um einen Kanal zu scannen und durch ein Minimum an Interferenzen den geeignetsten zu finden, weist jedem Gerät innerhalb des Netzes eine exklusive ID sowie eine Adresse zu, damit Nachrichten, ansonsten Anweisungen, im Netz übertragen werden können.
Zwischen dem Koordinator und den Endgeräten sind Router angeordnet, die für die Weiterleitung von Nachrichten zwischen den verschiedenen Knoten verantwortlich sind. Router erhalten Nachrichten vom Koordinator und speichern sie, bis ihre Endgeräte in der Lage sind, sie zu empfangen. Diese können auch anderen Endgeräten sowie Routern erlauben, sich mit dem Netzwerk zu verbinden;