Zigbee 101：初心者向けガイド

スマートホーム：自動化、プロトコル、デバイス、エコシステム、オープンソースソフトウェア。非常に多くの質問と非常に少ない回答。最も人気のあるIOTプロトコルの1つであるZigbeeの秘密のベールを開いてみましょう。

ジグビーとは何ですか？

Zigbeeは、IEEE 802.15.4無線規格に基づくテクノロジーであり、さまざまなメーカーの低電力M2Mデバイスを標準化するように設計されています。ネットワークの機能の中で、高い耐障害性、1つのバッテリーからのエンドデバイスの長い耐用年数、多数の接続のサポート、およびさまざまなメーカーのデバイスの共同操作を選択できます。



ネットワークアーキテクチャの機能には、メッシュトポロジのサポート、コーディネーターの必須の存在、およびオプションでルーターがあります。ネットワークアーキテクチャの詳細については、 こちらをご覧ください。



ZigBeeは、最大速度250 kbpsで半径5〜75（最大200のオープンエリア）メートル内の情報の送信を提供します。 3つの周波数範囲の27チャネルでの動作をサポートします。

2.4 GHz（16チャンネル）

915 MHz（10チャンネル）

868 MHz（1チャンネル）



おもしろい事実：

あるバージョンによると、ZigBeeという名前は、隣人に次の食料源への道を示す、蜂のジグザグダンスに由来しています。また、標準のデータパケットは、メッシュネットワークに到達する必要があります。

Zigbee3.0の新機能

直接バインディング、または直接接続により、さまざまなメーカーのエンドデバイスが、コーディネーターやルーターの関与なしに直接動作できるようになります。これにより、デバイスの動作のシナリオを柔軟に構成し、応答速度を上げることができます。



Green Powerは、デバイスによるバッテリーリソースの使用を最小限に抑え、動的、光、および熱エネルギーからバッテリーリソースを収集することもできる一連のテクノロジーです。少し理解できないように聞こえます。つまり、スイッチに触れると、スイッチがメッセージを送信できるようになります。詳細は こちら

Unification。いわゆるプロファイルがたくさんありました。たとえば、ホームオートメーション、ビルディングオートメーション、ヘルス。 Zigbee 3.0は、統合されたアプリケーションプロファイルです。

v3.0より前にリリースされたすべての製品との 下位互換性

なぜこれが必要なのですか？

要するに-適応症の測定と自動化のために。この自動化には多くのアプリケーションがあります。また、最近は統一の傾向にありますが、この技術はスコープごとに分けられたさまざまなプロファイルをサポートしています。ここにそれらのいくつかがあります。



ホームオートメーション-ホームデバイスの制御とスクリプト。

リモートコントロール-リモートコントロールデバイスの制御。

スマートエネルギー-エネルギーの供給と使用の制御と自動化。

GreenPower-発電装置のサポート。

ライトリンク-照明制御。

ヘルスケア-目的のための医療および近医療機器（表示を測定するためのブレスレット、「sos」ボタン）の管理。

Zigbeeデバイスはたくさんありますか？

約2600台のデバイス（ 認定済みデバイスのリスト）。ほとんどの場合、各メーカーにはデバイスのみを接続するための独自のアプリケーションがありますが、サードパーティのソフトウェアを使用すると、友達になることができることを明確にする価値があります。これについては、以下で詳しく説明します。



1つのエンドデバイスの平均価格は約10ドルです。

いくつかの人気のあるメーカーのエンドデバイスの例を次に示します

。XiaomiAqara-さまざまな目的のための約50台のデバイス。

Philips

Hue-約100デバイス（ほとんどの照明器具）、 Ikeatrådfri-約40デバイス（ほとんどの照明器具）、Tuya-

約30デバイス、

SONOFF-約10個の安価なリレー。

Zigbee USBデバイス（スティック）

ジグビースティックは何のためにありますか？



サードパーティのソリューションを使用する場合は、スティックをネットワークコーディネーターとして使用し、コーディネーターから離れた場所に到達するために、スティックをルーターとしてコンピューターに接続すると便利です。



いくつかの人気のあるデバイスの例を次に示します



。cc2530/ 2531は安価で人気のあるスティックです。初心者にとっては悪い選択ではありません。マイナス面：カバレッジ半径が小さい（アンテナなしで10〜15 m）、接続するデバイスの数に制限がある。



modkam.ruプロジェクト愛好家によって開発されたcc2538スティック。2531と比較すると、距離が長く、接続数に制限はありません（テストでは200を超えるデバイスが示されました）。



deCONZコンビースティックは、さまざまなスマートホームシステムもサポートします。ネイティブファームウェアの欠点のうち、エンドデバイスが落ちることがあります。



あまり人気のないものの例：



nRF52840ドングル-Bluetooth 5、Bluetoothメッシュ、スレッド、ZigBee、802.15.4、ANTをサポートし、便利な開発環境を備えたユニバーサルスティック。

ジグビーゲートウェイ

Xiaomi / Aquaraの既製のソリューションは、最も人気のある3つのデバイスです。XiaomiGateway2および3バージョンとAqaraハブです。 Gateway 2はホームキットと互換性がなく、Zigbeeバージョン2があります。 3番目のバージョンには、Zigbee3.0とBluetoothMesh5.0が搭載されています。短いビデオは、追加の違いを理解するのに役立ちます 。







あまり人気のない

ジグビーハブには、Orvibo

livolo

Wemo

Vera

Fibaro



Zigbee + Zvawe

Athom HomeyWink

ハブ

2SmartThings Hub

VeraPlus



DIY、または DIYSLSゲートウェイが リストされてい

ます。-CC2538 + CC2592およびESP32-Wrover-Bに基づくデバイス。 Zigbee 3.0をサポートし、Xiaomiとは異なり、1つのエコシステムに限定されません。また、CC2531、CC2538、およびDeconzスティックとは異なり、既製のデバイスであり、独立して、およびHomeAssistantホームオートメーションシステムで動作できます。現在、113台のデバイスがサポートされてい ます。 ビデオレビュー



ZESP32は、XiaomiGatewayのファームウェアです。 SLSと同様に、さまざまなメーカーのZigbeeデバイスを接続するように設計されています。基本的な概念は、編集可能なテンプレートを使用して、ネットワークに新しいデバイスを簡単に追加できるようにすることです。



cc25+コンピューターラズベリーパイ、またはサーバーとして機能する古いPCを既にお持ちの場合に便利なオプションです。この場合、以下に説明する便利なホームオートメーションシステムを選択できます。

生態系はどうですか？

Apple homeは、Appleのソフトウェアソリューションです。サポートされるデバイスの数は少ないですが、homebridgeとaqaraハブを使用して機能を拡張できます。ホームネットワークでは、iPhoneとハブ（Zigbee）のみを使用してAppleホームを使用できますが、リモートコントロールには、iPad（iOS 10以降）、HomePod、またはAppleTVのホームセンターが必要です。



GoogleホームもZigbeeデバイスと直接連携しませんが、Alexaと互換性があります。



AmazonアシスタントのEchoShow、Spot、Plusは、ジグビーコーディネーターが組み込まれているため、直接作業できます。それにもかかわらず、問題は互換性のあるデバイスの数が限られていることと、CIS諸国でのソリューションの不人気です。



Xiaomi / Aqara--XiaomiとAqaraのゲートウェイは、それらのzigbeeデバイスのみをサポートします。 Xiaomi Gatewayとは異なり、AqaraHubは代替のホームオートメーションシステムと統合する機能を提供しません。



Samsung SmartThingsは、ユニバーサルハブとして位置付けられています。さまざまなZ-WaveおよびZigbeeデバイスで動作します。ユーザーは、クラウドの崩壊（サーバーへの接続がない）や開発者からのプロジェクトの開発への関心の欠如について不満を言うことがよくあります。



ヤンデックスハウス..。YandexStationと電話の対話は別物です。コラムのダイアログは少なく、原始的です。ZigBeeおよびBluetoothデバイスのサポートが宣言されていますが、それらを直接使用することはできません。多くのシナリオはインターネット接続の存在に依存しますが、解決策は、たとえばyandex2mqttを使用してサードパーティのスマートホームコントローラーに接続することです。

ソフトウェアサポートはどうですか？

便宜上、ソフトウェアソリューションをカテゴリに分類します。 HomeKitをサポートせずにデバイスを統合するための



ホームオートメーション



HomebridgeNodeJSサーバー。

HomeAssistantは、プライバシーに重点を置いたオープンソースシステムです。

OpenHAB設定の利便性を重視したオープンソースプロジェクト

のMajordomoに、オープンソースの統合システムを。 魅力的なGUIを備えたMQTTに基づく



ダッシュボード



RoboDomoフレームワーク。

node-red-dashboardダッシュボードを作成するためのnode-redモジュールは、Zigbee2mqtt



統合 に統合され



ますこれは、zigbeeコマンドをmqttに変換することにより、さまざまなベンダーのデバイスを一緒に使用できるようにするブリッジプログラムです。

MQTT ExplorerのユーザーフレンドリーなMQTTクライアント



開発



のIAR Embedded Workbenchのマイクロコントローラの大多数のための使いやすいインターフェースとサポートと環境

シンプルStudioのIDEおよびシリコン・ラボラトリーズに基づいてアプリケーションを開発するためのツールのセット

SimpleLink SDKのAPIを含むテキサス・インスツルメンツの開発チップ、開発環境、TI-RTOS、およびより..。 ハードウェアデバイス、API、およびオンラインサービスを接続するための

レッドノードブロックプログラミングツール。



テストと監査



KillerBeeは、Zigbeeネットワークをテストするためのツールです。

SecBee-セキュリティの問題についてZigBee実装をテストします。

Z3secは、ZigBee Light Link（ZLL）またはZigBee3.0標準を実装する認定デバイスをテストするためのフレームワークの主な目標です。

pwnrfは、Wi-Fi、Bluetooth、およびZigbeeネットワーク用のセキュリティテストツールです。

Wi-Fi、Bluetooth、ZigBee、またはZ-Waveを選択する必要がありますか？

市場には数十のIOTテクノロジーがありますが、最も人気のあるソリューションはWi-Fi、Bluetooth、ZigBee、Z-Waveです。



WiFiは非常に人気のあるテクノロジーであり、音声アシスタント、ビデオ監視システム、テレビ、またはスマートデバイスの数が少ない場合に便利で理想的です。しかし、WiFiは非常にエネルギーを消費し、数十または数百のスマートデバイスがある場合、それらを常に充電することは問題があります。また、WiFiルーターは多数の接続用に設計されていません。もちろん、そのような場合の解決策はありますが、ネットワークを展開するコストは大幅に増加します。 WiFiには、単一の障害ポイント、つまりルーターがあります。



Bluetooth LE（低エネルギー）は、エネルギー消費量が少なく、1年以上バッテリーを交換せず、1〜2 Mbpsの高い転送速度を実現する、同様に人気のあるテクノロジーです。ビーコン機能（接近時のデバイスのカスタマイズ可能な動作）を備えており、デバイスと直接連携します。マイナス面のうち、2.4 GHz帯域で動作し、屋内では他のデバイスを使用して狭い範囲で動作します。また、ほとんどのBLEデバイスはポイントツーポイントで動作するため、高度な自動化シナリオの作成にはあまり適していません。しかし、この問題の解決策は、Bluetoothメッシュ仕様と見なすことができます。



ZigBeeエンドデバイスの低消費電力（1〜2年）、メッシュトポロジのサポート、高いノイズ耐性、優れたスケーラビリティ（理論的には最大65,000ノード）、および高い市場浸透を備えたオープンスタンダード。マイナス面：Zigbeeはビジーな2.4 GHz帯域で動作します。これは、強い干渉により、ノイズ耐性の低下と範囲の低下につながる可能性があります。各メーカーは、自社製品のみをサポートする個別のアプリケーションを作成します。しかし、私にとって最大の欠点は、異なるメーカーのデバイスが「箱から出して」互いに「通信」できないことです。サードパーティのソフトウェアを使用して組み合わせることができますが、共通のソリューションがないため、エントリのしきい値が比較的高くなります。アライアンスはこれらの問題を認識しています。修正するためにDotDotに取り組んでい ますおよび ConnectedHome overIP。



Z-Waveは、実績のある独自の標準です。高レベルのデバイス互換性、低消費電力、メッシュトポロジのサポート、800〜900 MHzの範囲の安定した信号を備えているため、障害物をより適切に回避できます（波長が長いほど（周波数が低いほど）、障害物をより適切に克服できます）。単一ネットワークで最大232台のデバイスをサポートし、最大100kbpsの速度を実現します。欠点の中で、異なる国では異なる周波数が短距離デバイスに割り当てられていることを指摘する価値があります。また、ある国向けに設計されたデバイスは、別の国と互換性がない場合があります。また、Z-WaveはZigBeeデバイスよりもいくらか高価です。

初心者の方はどこから始めればいいですか？

スマートホームを構築する対象を選択しようとしている場合は、この面白いスキームから始めてください 。また、私のために個人的に、記事ハウスは2.0フール 感激た。

あなたはスマートホームを設定するのに困難を持っている場合は、あなたがアドバイスを求めることができSmartHomeの グループ 。

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結論の代わりに

誰がスマートホームプロトコル戦争に勝つかを言うのは難しいです。Zigbeeには欠点がないわけではなく、強力な競合他社がありますが、同時にその強みは、関心の高い大規模なコミュニティ（Zigbee Alliance、愛好家、オタク）です。著名なブランドと若い企業の両方がジグビーに関心を示しています。



万能の解決策はないことに注意してください。あなたの場合、あなたに合ったものを選んでください。WiFiとBluetoothは面倒ですが、それらの使用が正当化される場合があります。