Uitleg: ZigBee standaard
ZigBee is een communicatieprotocol dat veel wordt gebruikt in domotica. Het brengt LED's en vele andere producten in het Smart Home van verschillende fabrikanten met elkaar in verbinding. Wij leggen uit welke voordelen de ZigBee standaard u bieden.
Uitleg ZigBee
Dim het licht, verander de kleur of roep lichtscènes op met één druk op de knop. Dit en meer behoort tot de voordelen van draadloze verlichtingssystemen voor de Smart Home. Veel draadloze verlichtingsopties zoals Philips Hue of Osram Smart+ van Ledvance zijn gebaseerd op de populaire ZigBee standaard.
ZigBee is een veelzijdig, energie-efficiënt draadloos protocol voor thuisnetwerken, ontworpen voor slimme gebouwen, slimme thuisoplossingen, ingebedde apparaten en het Internet of Things (IoT). Hij is ontworpen voor de overdracht van kleine hoeveelheden data, met een minimaal energieverbruik en wordt door verschillende grote fabrikanten gebruikt. Net als de concurrerende radioprotocollen Z-Wave, EnOcean en Bluetooth Smart (Bluetooth Low Energy), is ZigBee zeer geschikt voor het bouwen van aangepaste Smart home systemen, sensornetwerken en medische toepassingen. Vanwege de eenvoudige installatie is ZigBee de juiste draadloze standaard voor gebruikers die zich slechts weinig met de technologie willen bezighouden.
Het ZigBee-protocol is ontwikkeld door de ZigBee Alliance als leidende organisatie. Tot de bekendste fabrikanten die ZigBee ondersteunen behoren Philips, General Electric, Innr/Ledvance (Osram/Lightify), Huawei, Somfy, Amazon, Ikea, Honeywell, Busch-Jaeger, Jung, Gira, Bosch, Samsung, Kärcher, Siemens, Telekom, Velux en ZTE.
De ZigBee-standaard wordt gebruikt door slimme verlichtingsoplossingen zoals Philips Hue.
ZigBee-apparaten, in dit voorbeeld lampen, communiceren draadloos met elkaar.
De toepassingsmogelijkheden van ZigBee zijn legio. Met behulp van de norm kunnen intelligente domoticasystemen apparaten in- en uitschakelen en regelen, lichten dimmen, gemotoriseerde rolluiken en jaloezieën automatiseren en vele comforttoepassingen realiseren. ZigBee wordt ook gebruikt voor sensormetingen, controlesystemen en in de medische sector.
ZigBee-apparaten communiceren draadloos met elkaar. Dit maakt het eenvoudig om elk gebouw uit te rusten met een ZigBee systeem. Omdat er geen bedrading nodig is, is het systeem even geschikt voor nieuwbouw als voor renovatie van flats en huizen. Als u verhuist, kunt u uw ZigBee componenten gewoon meenemen, dit maakt apparaten die zenden volgens de ZigBee standaard ook aanbevelenswaardig voor huurders.
Door de energiebesparende werkwijze en de kleine datapakketten is de ZigBee-standaard zeer geschikt voor de overdracht van sensorgegevens voor op accu werkende of door batterijen gevoede sensoren, zoals bewegingsmelders of rookmelders, en voor op batterijen werkende draadloze besturingselementen, zoals handzenders. Door het lage energieverbruik gaat een batterij lang mee. Sommige sensoren of signaalzenders werken jarenlang zonder dat u de batterij hoeft te vervangen.
Een ander voordeel van ZigBee-besturing is dat de technologie apparaten zoals lampen in staat stelt om onafhankelijk met elkaar te netwerken (mesh-netwerk). Door de communicatie tussen de sensoren, schakelaars of lampen kan een ZigBee netwerk zich ook over grotere afstanden uitstrekken. U kunt ZigBee daarom ook gebruiken in grote kamers, flats en huizen met obstakels zoals muren van gewapend beton, scheidingswanden en glazen oppervlakken.
Het ZigBee-protocol regelt hoe apparaten in het netwerk met elkaar communiceren en signalen uitzenden. De norm verbindt in een netwerk opgenomen producten met elkaar over korte afstanden. Het radiosignaal wordt uitgezonden in de vergunningsvrije ISM-banden op 868 MHz, 915 MHz en 2,4 GHz.
Net als bij WiFi en Bluetooth ligt het zendbereik tussen 10 en 20 meter, afhankelijk van het zendvermogen en de bouwkundige omgeving - onder ideale omstandigheden is theoretisch tot 100 meter mogelijk. De maximaal haalbare datatransmissiesnelheid is 250 kilobits per seconde (kBit/s). Dit is aanzienlijk lager dan bij de 802.11 WiFi-standaarden voor de overdracht van multimediagegevens met hoge datasnelheden, maar volstaat volledig voor controletaken in het Smart Home en voor de overdracht van statusberichten. U kunt ZigBee gebruiken voor alle soorten woonruimtes, huizen en commerciële panden. Er is meestal geen interferentie met andere elektronische apparaten. Computers, Wifi, alarmsystemen en draadloze telefoons worden gewoonlijk niet gestoord.
ZigBee-apparaten kunnen verbinding maken en met elkaar communiceren in een sterstructuur, een boomstructuur en via een peer-to-peer constructie (vermaasd netwerkschema, mesh). Mesh-transmissie garandeert een hoge betrouwbaarheid en efficiëntie omdat elk ZigBee-apparaat zowel een ontvanger als een zender is en dus als repeater fungeert voor de naburige apparaten. De onderdelen staan niet alleen in contact met het ene centrale punt, maar ook met elkaar. Op die manier vergroot elke lamp het bereik soms zelfs tot buiten de grenzen van de WiFi, bijvoorbeeld tot aan aangrenzende verdiepingen, verafgelegen kamers, het terras of de tuin. Zelfs grote flats en huizen kunnen volledig worden bestuurd dankzij de mesh-functie als u in elke kamer ten minste één ZigBee-product installeert.
De mesh-functie voorkomt bovendien verbindingsgaten en zorgt voor een hoge betrouwbaarheid: bij een onderbreking van de signaalweg door een uitgeschakeld of uitgevallen apparaat wordt gewoon een alternatieve route via de andere apparaten gebruikt om het datasignaal op de plaats van bestemming te brengen.
Door de communicatie tussen de apparaten breidt elk extra apparaat tegelijkertijd het zendbereik van het ZigBee netwerk uit.
Apparaten die zenden volgens de ZigBee-standaard gebruiken een draadloze centrale eenheid (bridge, gateway) als basisstation, communicatiecentrum en Smart Home centrale eenheid. De gateway wordt aangesloten op een vrij stopcontact en via een netwerkkabel of WiFi verbonden met de router. Vervolgens kunt u het systeem via een app als controller op uw smartphone, tablet of pc instellen, naar wens configureren en bedienen.
Extra apparaten en accessoires kunnen op elk moment via de app worden toegevoegd. De app toont u de status van de aangesloten apparaten en lampen en biedt automatiseringsopties. U kunt lichtscènes of terugkerende sequenties in scènes opnemen en deze met een vingertip activeren. Tijdgestuurde lichtregeling of activering wanneer een sensor wordt geactiveerd is ook mogelijk. Afstandsbediening van buiten het lokale netwerk is gebruikelijk. Op deze manier kunnen uw ZigBee producten ook worden bediend wanneer u onderweg bent, bijvoorbeeld om het licht aan en uit te doen.
ZigBee is een open smart home standaard en is gebaseerd op de draadloze data specificatie IEEE 802.15.4. De ZigBee protocol stack bestaat uit verschillende lagen. De fysieke laag (bit-transmissielaag) met de basisfuncties voor zenden en ontvangen vormt de basis. Daarboven bevinden zich de Medium Access Control Layer (MAC, mediatoegangslaag voor het opzetten van logische kanalen), de Network Layer (NWK, netwerklaag) en de Application Layer (APL, toepassingslaag). De toepassingslaag is aanpasbaar. Fabrikanten kunnen zo hun eigen toevoegingen aan ZigBee realiseren. Als gevolg daarvan is er niet één ZigBee standaard, maar een veelheid aan profielen. De profielen bevatten specificaties voor bepaalde toepassingen. De populairste zijn het verlichtingscontroleprofiel ZigBee Light Link en ZigBee Home Automation voor de controle van slimme apparaten in kleine gebouwen. Andere profielen zijn ZigBee Building Automation, ZigBee Health Care en ZigBee Retail Services.
De verscheidenheid aan specifieke profielen relativeert de compatibiliteit. ZigBee producten die gebruik maken van het ZigBee Light Link profiel kunnen niet direct communiceren met producten die gebaseerd zijn op ZigBee Home Automation. Dit is ook de reden waarom bijvoorbeeld veel, maar niet alle LED-lampen van verschillende fabrikanten die voldoen aan de ZigBee-standaard, kunnen worden geregistreerd met een Philips Hue Bridge (radiografisch bedieningscentrum van het slimme Hue-verlichtingssysteem van Philips). U kunt OSRAM Lightify lampen op basis van ZigBee en Trådfri lampen van IKEA aansluiten op een Hue Bridge. Een Hue-systeem is op zijn beurt compatibel met veel smart home-systemen, waaronder Qivicon (Magenta SmartHome en Vattenfall Smart Home, in sommige gevallen is een ZigBee-radiostick vereist), eQ-3 HomeMatic IP, Bosch Smart Home, Devolo HomeControl, slimme thermostaten van Nest, Homee en Samsung SmartThings.
De individuele aanpassingen in de applicatielaag en de verschillen in de profielen maken het voor gebruikers niet altijd gemakkelijk om ZigBee producten van verschillende fabrikanten te combineren. Dit werkt in individuele gevallen of heel comfortabel via kleine omwegen, zoals de Alexa-spraakbesturing in Amazon Echo Plus als een smart home-centrale met ZigBee-ondersteuning. Ook via Apple HomeKit en Google Assistant (Google Home) kunnen ZigBee-apparaten, zoals de slimme Hue-lampen van Philips, worden verbonden met apparaten van andere merken.
Met de introductie van ZigBee 3.0 profiteert u als gebruiker van een uniforme standaard voor alle apparaten in gebouwen met een netwerk. De ZigBee Alliance heeft in ZigBee 3.0 veel verschillende profielen onder één dak samengebracht voor fabrikantoverschrijdende interoperabiliteit. In detail zijn dit Light Link, Home Automation, Building Automation, Retail Services, Health Care, Telecommunications Services en Green Power.
Dankzij deze standaardisering hoeft u als gebruiker bij de aanschaf van nieuwe apparaten voor uw domoticasysteem niet meer op de profielen te letten: sensoren en actuatoren die gecertificeerd zijn volgens ZigBee 3.0 begrijpen elkaar. Dit betekent dat de LED-armaturen van de ene fabrikant kunnen worden geregistreerd met de radiobesturingseenheid van een andere aanbieder en vice versa. Dit werkt bijvoorbeeld met de Hue Bridge, die ZigBee 3.0 ondersteunt. ZigBee 3.0 maakt dus een mix van verschillende merken mogelijk en breidt uw keuze uit. Alleen specifieke extra functies die sommige fabrikanten in hun producten integreren buiten het bereik van ZigBee 3.0 blijven exclusief beschikbaar bij de betreffende merken.
Groot pluspunt: ZigBee 3.0 is neerwaarts compatibel. U kunt dus andere apparaten met de voorgaande profielen registreren op een draadloze besturingseenheid met ZigBee 3.0. Op de rechthoekige Hue Bridge zijn dit LED-lampjes met het ZigBee Light Link profiel. Kortom, ZigBee 3.0 maakt draadloze thuisnetwerken toekomstbestendig, handiger, eenvoudiger en veelzijdiger.
De gegevensoverdracht tussen de app als controller op uw smartphone of tablet, de gateway (bridge) en de slimme ZigBee-apparaten zoals lampen is versleuteld. Volgens de ZigBee-specificatie maakt de encryptie gebruik van het AES-CCM-algoritme met 128 bits en is daardoor beveiligd tegen afluisteren. In het verleden hebben veiligheidsonderzoekers onder laboratoriumomstandigheden beveiligingsgebreken vastgesteld die te wijten waren aan beperkingen in de ZigBee-implementatie. Veel fabrikanten hebben gereageerd met software-updates voor hun producten om de effecten te verminderen. Als u ZigBee in uw gebouw hoofdzakelijk gebruikt voor verlichtingsregeling, blijven de risico's binnen de perken.