Arsitektur Teknologi ZigBee dan Aplikasinya

Dalam dunia komunikasi saat ini, ada banyak standar komunikasi kecepatan data tinggi yang tersedia, tetapi tidak satu pun yang memenuhi standar komunikasi sensor dan perangkat kontrol. Standar komunikasi kecepatan data tinggi ini memerlukan latensi rendah dan konsumsi energi rendah bahkan pada bandwidth yang lebih rendah. Teknologi Zigbee sistem nirkabel berpemilik yang tersedia berbiaya rendah dan konsumsi daya rendah dan karakteristiknya yang sangat baik dan luar biasa membuat komunikasi ini paling cocok untuk beberapa aplikasi tertanam , kontrol industri, dan otomatisasi rumah, dan sebagainya. Rentang teknologi Zigbee untuk jarak transmisi terutama berkisar antara 10 - 100 meter berdasarkan keluaran daya serta karakteristik lingkungan.

Apa itu Teknologi Zigbee?

Komunikasi Zigbee dibuat khusus untuk jaringan kontrol dan sensor pada standar IEEE 802.15.4 untuk jaringan area pribadi nirkabel (WPAN), dan ini adalah produk dari aliansi Zigbee. Ini standar komunikasi mendefinisikan lapisan physical dan Media Access Control (MAC) untuk menangani banyak perangkat dengan kecepatan data rendah. WPAN Zigbee ini beroperasi pada frekuensi 868 MHz, 902-928MHz, dan 2,4 GHz. Kecepatan data 250 kbps paling cocok untuk transmisi data dua arah periodik dan menengah antara sensor dan pengontrol.

Apa itu Teknologi Zigbee?

Zigbee adalah jaringan mesh berbiaya rendah dan bertenaga rendah yang digunakan secara luas untuk mengontrol dan memantau aplikasi yang mencakup 10-100 meter dalam jangkauan. Sistem komunikasi ini lebih murah dan lebih sederhana daripada sistem komunikasi jarak pendek milik lainnya jaringan sensor nirkabel sebagai Bluetoot h dan Wi-Fi.

Modem Zigbee

Zigbee mendukung konfigurasi jaringan yang berbeda untuk master ke master atau master ke komunikasi slave. Dan juga, dapat dioperasikan dalam mode yang berbeda sebagai hasil dari daya baterai yang dihemat. Jaringan Zigbee dapat diperpanjang dengan menggunakan router dan memungkinkan banyak node untuk saling berhubungan satu sama lain untuk membangun jaringan area yang lebih luas.

Sejarah Teknologi Zigbee

Pada tahun 1990, jaringan radio digital dengan swakelola diimplementasikan secara ad hoc. Spesifikasi Zigbee seperti IEEE 802.15.4-2003 disetujui pada tahun 2004, pada tanggal 14 Desember. Spesifikasi 1.0 diumumkan oleh Zigbee Alliance pada tahun 2005, pada tanggal 13 Juni, yang disebut sebagai Spesifikasi ZigBee 2004.

Perpustakaan Cluster

Pada tahun 2006, September, Spesifikasi Zigbee 2006 diumumkan dengan mengganti tumpukan 2004. Jadi spesifikasi ini terutama menggantikan struktur pasangan nilai kunci serta pesan yang digunakan dalam tumpukan 2004 melalui pustaka kluster.

Pustaka mencakup sekumpulan perintah yang konsisten, direncanakan di bawah grup yang disebut cluster dengan nama seperti Home Automation, Smart Energy & Light Link of ZigBee. Pada tahun 2017, perpustakaan diubah namanya menjadi Dotdot oleh Zigbee Alliance dan diumumkan sebagai protokol baru. Jadi, Dotdot ini telah berfungsi untuk hampir semua perangkat Zigbee sebagai lapisan aplikasi default.

Zigbee Pro

Pada tahun 2007, Zigbee Pro seperti Zigbee 2007 diselesaikan. Ini adalah salah satu jenis perangkat yang beroperasi pada jaringan Zigbee lama. Karena perbedaan dalam opsi perutean, perangkat ini harus berubah menjadi ZED non-perutean atau perangkat akhir Zigbee (ZED) pada jaringan Zigbee lawas. Perangkat Zigbee lama harus berubah menjadi perangkat akhir Zigbee di jaringan Zigbee Pro. Ini berfungsi melalui pita ISM 2,4 GHz serta mencakup pita sub-GHz.

Bagaimana Teknologi Zigbee Bekerja?

Teknologi Zigbee bekerja dengan radio digital dengan memungkinkan perangkat yang berbeda untuk berkomunikasi satu sama lain. Perangkat yang digunakan dalam jaringan ini adalah router, koordinator, serta perangkat akhir. Fungsi utama perangkat ini adalah untuk menyampaikan instruksi dan pesan dari koordinator ke perangkat ujung tunggal seperti bola lampu.

Dalam jaringan ini, koordinator adalah perangkat paling penting yang ditempatkan di asal sistem. Untuk setiap jaringan, hanya ada satu koordinator, yang digunakan untuk melakukan tugas berbeda. Mereka memilih saluran yang sesuai untuk memindai saluran serta menemukan saluran yang paling sesuai melalui gangguan minimum, mengalokasikan ID eksklusif serta alamat ke setiap perangkat dalam jaringan sehingga pesan atau instruksi dapat ditransfer dalam jaringan. .

Router disusun di antara koordinator serta perangkat akhir yang bertanggung jawab atas perutean pesan di antara berbagai node. Router mendapatkan pesan dari koordinator dan menyimpannya hingga perangkat akhir mereka berada dalam situasi yang tepat untuk mendapatkannya. Ini juga dapat mengizinkan perangkat akhir lainnya serta router untuk menghubungkan jaringan

Dalam jaringan ini, informasi kecil dapat dikontrol oleh perangkat akhir dengan berkomunikasi dengan node induk seperti router atau koordinator berdasarkan jenis jaringan Zigbee. Perangkat akhir tidak saling berkomunikasi secara langsung. Pertama, semua lalu lintas dapat dirutekan ke node induk seperti router, yang menyimpan data ini sampai perangkat penerima berada dalam situasi untuk membuatnya sadar. Perangkat akhir digunakan untuk meminta pesan apa pun yang menunggu dari orang tua.

Arsitektur Zigbee

Struktur sistem Zigbee terdiri dari tiga jenis perangkat yang berbeda sebagai Koordinator Zigbee, Router, dan Perangkat akhir. Setiap jaringan Zigbee harus terdiri dari setidaknya satu koordinator yang bertindak sebagai root dan jembatan jaringan. Koordinator bertanggung jawab untuk menangani dan menyimpan informasi saat melakukan operasi penerimaan dan pengiriman data.

Router Zigbee bertindak sebagai perangkat perantara yang mengizinkan data untuk melewati mereka ke perangkat lain. Perangkat akhir memiliki fungsionalitas terbatas untuk berkomunikasi dengan node induk sehingga daya baterai disimpan seperti yang ditunjukkan pada gambar. Jumlah router, koordinator, dan perangkat akhir bergantung pada jenis jaringan seperti jaringan bintang, pohon, dan mesh.

Arsitektur protokol Zigbee terdiri dari tumpukan berbagai lapisan di mana IEEE 802.15.4 didefinisikan oleh lapisan fisik dan MAC sementara protokol ini diselesaikan dengan mengumpulkan lapisan jaringan dan aplikasi Zigbee sendiri.

Arsitektur Teknologi ZigBee

Lapisan fisik : Lapisan ini melakukan operasi modulasi dan demodulasi pada masing-masing pengiriman dan penerimaan sinyal. Frekuensi lapisan ini, kecepatan data, dan sejumlah saluran diberikan di bawah ini.

Lapisan MAC : Lapisan ini bertanggung jawab untuk transmisi data yang andal dengan mengakses jaringan yang berbeda dengan penghindaran tabrakan akses ganda (CSMA). Ini juga mengirimkan bingkai suar untuk sinkronisasi komunikasi.

Lapisan Jaringan : Lapisan ini menangani semua operasi terkait jaringan seperti penyiapan jaringan, sambungan perangkat akhir, dan pemutusan jaringan, perutean, konfigurasi perangkat, dll.

Sub-Lapisan Dukungan Aplikasi : Lapisan ini memungkinkan layanan yang diperlukan untuk objek perangkat Zigbee dan objek aplikasi untuk berinteraksi dengan lapisan jaringan untuk layanan pengelolaan data. Lapisan ini bertanggung jawab untuk mencocokkan dua perangkat sesuai dengan layanan dan kebutuhannya.

Kerangka Aplikasi : Ini menyediakan dua jenis layanan data sebagai pasangan nilai kunci dan layanan pesan umum. Pesan umum adalah struktur yang ditentukan pengembang, sedangkan pasangan nilai kunci digunakan untuk mendapatkan atribut di dalam objek aplikasi. ZDO menyediakan antarmuka antara objek aplikasi dan lapisan APS di perangkat Zigbee. Ini bertanggung jawab untuk mendeteksi, memulai, dan mengikat perangkat lain ke jaringan.

Mode Pengoperasian Zigbee dan Topologinya

Data dua arah Zigbee ditransfer dalam dua mode: mode Non-beacon dan mode Beacon. Dalam mode suar, koordinator dan router terus memantau status aktif data yang masuk sehingga lebih banyak daya yang dikonsumsi. Dalam mode ini, router dan koordinator tidak tidur karena setiap saat node dapat bangun dan berkomunikasi.

Namun, ini membutuhkan lebih banyak catu daya dan konsumsi daya secara keseluruhan rendah karena sebagian besar perangkat dalam keadaan tidak aktif untuk waktu yang lama dalam jaringan. Dalam mode suar, ketika tidak ada komunikasi data dari perangkat akhir, maka router dan koordinator masuk ke kondisi tidur. Secara berkala koordinator ini bangun dan mengirimkan beacon ke router di jaringan.

Jaringan suar ini bekerja untuk slot waktu yang artinya, mereka beroperasi ketika komunikasi yang dibutuhkan menghasilkan siklus tugas yang lebih rendah dan penggunaan baterai yang lebih lama. Mode beacon dan non-beacon Zigbee ini dapat mengelola tipe data periodik (data sensor), intermiten (Sakelar lampu), dan berulang.

Topologi Zigbee

Zigbee mendukung beberapa topologi jaringan, namun konfigurasi yang paling umum digunakan adalah topologi star, mesh, dan cluster tree. Topologi apapun terdiri dari satu atau lebih koordinator. Dalam topologi bintang, jaringan terdiri dari satu koordinator yang bertanggung jawab untuk memulai dan mengelola perangkat melalui jaringan. Semua perangkat lain disebut perangkat akhir yang berkomunikasi langsung dengan koordinator.

Ini digunakan di industri di mana semua perangkat titik akhir diperlukan berkomunikasi dengan pengontrol pusat , dan topologi ini sederhana dan mudah digunakan. Dalam topologi mesh dan tree, jaringan Zigbee diperluas dengan beberapa router di mana koordinator bertanggung jawab untuk mengawasi mereka. Struktur ini memungkinkan perangkat apa pun untuk berkomunikasi dengan node lain yang berdekatan untuk menyediakan redundansi ke data.

Jika ada node yang gagal, informasi dirutekan secara otomatis ke perangkat lain oleh topologi ini. Karena redundansi adalah faktor utama dalam industri, maka topologi mesh banyak digunakan. Dalam jaringan cluster-tree, setiap cluster terdiri dari koordinator dengan node daun, dan koordinator ini terhubung ke koordinator induk yang memulai seluruh jaringan.

Karena keunggulan teknologi Zigbee seperti mode operasi berbiaya rendah dan daya rendah serta topologinya, teknologi komunikasi jarak pendek ini paling cocok untuk beberapa aplikasi dibandingkan dengan komunikasi berpemilik lainnya, seperti Bluetooth, Wi-Fi, dll. Beberapa di antaranya perbandingan seperti kisaran Zigbee, standar, dll., diberikan di bawah ini.

Mengapa Tarif Data Rendah di Zigbee?

Kita tahu bahwa berbagai jenis teknologi nirkabel tersedia di pasar seperti Bluetooth serta WiFi yang menyediakan data berkecepatan tinggi. Namun, kecepatan data di Zigbee lebih rendah karena tujuan utama di balik pengembangan ZigBee adalah untuk memanfaatkannya dalam kontrol nirkabel dan juga monitor.

Jumlah data, serta frekuensi komunikasi yang digunakan dalam aplikasi semacam itu, sangat rendah. Meskipun, jaringan seperti IEEE 802.15.4 mungkin dapat memperoleh kecepatan data yang tinggi, sehingga teknologi Zigbee didasarkan pada jaringan IEEE 802.15.4.

Teknologi Zigbee di IoT

Kita tahu bahwa Zigbee adalah salah satu jenis teknologi komunikasi yang mirip dengan Bluetooth dan juga WiFi, namun, ada juga banyak alternatif jaringan baru yang sedang naik daun seperti Thread yang merupakan opsi untuk aplikasi otomatisasi rumah. Di kota-kota besar, teknologi Whitespace diimplementasikan untuk kasus penggunaan wilayah yang lebih luas berbasis IoT.

ZigBee adalah spesifikasi WLAN (jaringan area lokal nirkabel) berdaya rendah. Ini memberikan lebih sedikit data dengan menggunakan lebih sedikit daya dengan perangkat yang sering terhubung untuk mematikan baterai. Karena itu, standar terbuka telah terhubung melalui komunikasi M2M (mesin-ke-mesin) serta IoT industri (internet of things).

Zigbee telah menjadi protokol IoT yang diterima secara global. Itu sudah bersaing dengan Bluetooth, WiFi, dan Thread.

Perangkat Zigbee

Spesifikasi IEEE 802.15.4 Zigbee terutama mencakup dua perangkat seperti Perangkat Fungsi Penuh (FFD) serta Perangkat Fungsi yang Dikurangi (RFD). Perangkat FFD melakukan berbagai tugas yang dijelaskan dalam spesifikasi & dapat mengadopsi tugas apa pun di dalam jaringan.

Perangkat RFD memiliki sebagian kemampuan sehingga melakukan tugas terbatas dan perangkat ini dapat berkomunikasi dengan perangkat apa pun di dalam jaringan. Itu harus bertindak serta memperhatikan dalam jaringan. Perangkat RFD dapat berkomunikasi secara sederhana dengan Perangkat FFD & digunakan dalam aplikasi sederhana seperti mengontrol sakelar dengan mengaktifkan dan menonaktifkannya.

Dalam IEEE 802.15.4 n / w, perangkat Zigbee memainkan tiga peran berbeda seperti Koordinator, Koordinator PAN & Perangkat. Di sini, perangkat FFD adalah Koordinator serta Koordinator PAN sedangkan Perangkat adalah Perangkat RFD / FFD.

Fungsi utama seorang koordinator adalah untuk menyampaikan pesan. Dalam jaringan area pribadi, pengontrol PAN adalah pengontrol penting dan perangkat dikenal seolah-olah perangkat tersebut bukan koordinator.
Standar ZigBee dapat membuat tiga perangkat protokol tergantung pada perangkat Zigbee, koordinator PAN, koordinator, dan spesifikasi standar ZigBee seperti koordinator, router, dan perangkat akhir yang dibahas di bawah ini.

Koordinator Zigbee

Dalam perangkat FFD, Koordinator PAN digunakan untuk membentuk jaringan. Setelah jaringan dibuat, jaringan akan menetapkan alamat jaringan untuk perangkat yang digunakan dalam jaringan. Dan juga, ini merutekan pesan di antara perangkat akhir.

Router Zigbee

Zigbee Router adalah Perangkat FFD yang memungkinkan jangkauan Jaringan Zigbee. Router ini digunakan untuk menambahkan lebih banyak perangkat ke jaringan. Terkadang, itu bertindak sebagai Perangkat Akhir Zigbee.

Perangkat Akhir Zigbee

Ini bukan Router atau Koordinator yang menghubungkan ke sensor secara fisik jika tidak melakukan operasi kontrol. Berdasarkan aplikasinya, dapat berupa RFD atau FFD.

Mengapa ZigBee lebih baik dari WiFi?

Di Zigbee, kecepatan transfer datanya lebih rendah dibandingkan dengan WiFi, jadi kecepatan tertingginya hanya 250kbps. Ini sangat kurang dibandingkan dengan kecepatan WiFi yang lebih rendah.

Satu lagi kualitas terbaik Zigbee adalah tingkat penggunaan daya serta masa pakai baterai. Protokolnya berlangsung selama beberapa bulan karena setelah dirakit maka kita bisa lupa.

Perangkat Apa yang Menggunakan ZigBee?

Daftar perangkat berikut mendukung protokol ZigBee.

• Belkin WeMo
• Samsung SmartThings
• Kunci pintar Yale
• Philips Hue
• Termostat dari Honeywell
• Ikea Tradfri
• Sistem Keamanan dari Bosch
• Comcast Xfinity Box dari Samsung
• Sarang Pemanas & aksesoris Aktif
• Amazon Echo Plus
• Pertunjukan Amazon Echo

Alih-alih menghubungkan setiap perangkat Zigbee secara terpisah, hub pusat diperlukan untuk mengontrol semua perangkat. Perangkat yang disebutkan di atas yaitu SmartThings serta Amazon Echo Plus juga dapat digunakan seperti hub Wink untuk memainkan peran penting dalam jaringan. Hub pusat akan memindai jaringan untuk semua perangkat yang didukung dan memberi Anda kontrol sederhana atas perangkat di atas dengan aplikasi pusat.

Apa perbedaan antara ZigBee dan Bluetooth?

Perbedaan antara Zigbee dan Bluetooth dibahas di bawah ini.

Apa perbedaan antara LoRa dan ZigBee?

Perbedaan utama antara LoRa dan Zigbee dibahas di bawah ini.

Keuntungan dan Kerugian Teknologi Zigbee

Keuntungan Zigbee meliputi yang berikut ini.

• Jaringan ini memiliki struktur jaringan yang fleksibel
• Daya tahan baterai bagus.
• Konsumsi daya lebih sedikit
• Sangat mudah untuk diperbaiki.
• Ini mendukung sekitar 6500 node.
• Lebih sedikit biaya.
• Ini penyembuhan diri dan juga lebih dapat diandalkan.
• Pengaturan jaringan sangat mudah dan juga sederhana.
• Beban didistribusikan secara merata di seluruh jaringan karena tidak menyertakan pengontrol pusat
• Pemantauan peralatan rumah tangga serta pengendaliannya sangat sederhana menggunakan remote
• Jaringan ini dapat diskalakan dan mudah untuk menambahkan / meremote perangkat akhir ZigBee ke jaringan.

Kerugian dari Zigbee meliputi yang berikut ini.

• Diperlukan informasi sistem untuk mengontrol perangkat berbasis Zigbee untuk pemiliknya.
• Dibandingkan dengan WiFi, ini tidak aman.
• Biaya penggantian yang tinggi jika terjadi masalah dalam peralatan rumah tangga berbasis Zigbee
• Tingkat transmisi Zigbee lebih rendah
• Ini tidak termasuk beberapa perangkat akhir.
• Sangat berisiko untuk digunakan sebagai informasi pribadi resmi.
• Itu tidak digunakan sebagai sistem komunikasi nirkabel luar ruangan karena memiliki batas jangkauan yang lebih sedikit.
• Mirip dengan jenis sistem nirkabel lainnya, sistem komunikasi ZigBee ini rawan mendapat gangguan dari orang yang tidak berkepentingan.

Aplikasi Teknologi Zigbee

Aplikasi teknologi ZigBee meliputi yang berikut ini.

Otomasi Industri: Dalam industri manufaktur dan produksi, tautan komunikasi terus memantau berbagai parameter dan peralatan penting. Oleh karena itu Zigbee sangat mengurangi biaya komunikasi ini serta mengoptimalkan proses kontrol untuk keandalan yang lebih besar.

Otomatisasi Rumah: Zigbee sangat cocok untuk mengendalikan peralatan rumah dari jarak jauh sebagai kontrol sistem pencahayaan, kontrol alat, kontrol sistem pemanas, dan pendingin, kontrol dan pengoperasian peralatan keselamatan, pengawasan, dan sebagainya.

Pengukuran Cerdas: Operasi jarak jauh Zigbee dalam pengukuran cerdas mencakup respons konsumsi energi, dukungan harga, keamanan atas pencurian daya, dll.

Pemantauan Smart Grid: Operasi Zigbee dalam jaringan pintar ini melibatkan pemantauan suhu jarak jauh , lokasi kesalahan, manajemen daya reaktif, dan sebagainya.

Teknologi ZigBee digunakan untuk membangun proyek teknik seperti sistem absensi sidik jari nirkabel dan otomatisasi rumah.

Ini semua tentang penjelasan singkat tentang arsitektur teknologi Zigbee, mode operasi, konfigurasi, dan aplikasi. Kami harap kami telah memberi Anda cukup konten tentang judul ini, agar Anda dapat memahaminya dengan lebih baik. Jadi, ini semua tentang gambaran umum teknologi Zigbee dan didasarkan pada jaringan IEEE 802.15.4. Perancangan teknologi ini dapat dilakukan dengan sangat kuat sehingga dapat beroperasi di semua jenis lingkungan.

Ini memberikan fleksibilitas serta keamanan untuk lingkungan yang berbeda. Teknologi Zigbee telah mendapatkan begitu banyak popularitas di pasar karena menyediakan jaringan mesh yang konsisten dengan memungkinkan jaringan mengontrol wilayah yang luas, dan juga menyediakan komunikasi berdaya rendah. Jadi ini adalah teknologi IoT yang sempurna. Berikut pertanyaan untuk Anda, apa sajakah teknologi komunikasi nirkabel yang tersedia di pasar? Untuk bantuan lebih lanjut dan bantuan teknis, Anda dapat menghubungi kami dengan berkomentar di bawah ini.