Door Zigbee2MQTT ben ik mij wat meer gaan verdiepen in de theorie achter ZigBee. Het is altijd goed om de basis principes te kennen en sowieso interessant om te weten. Ik heb diverse bronnen op internet geraadpleegd en probeer hieronder een samenvatting te geven wat ik heb geleerd.
Type Zigbee devices
Een ZigBee-netwerk wordt meestal een PAN (Personal Area Network) genoemd en bestaat uit een coördinator, één of meer eindtoestellen en nul of meer routers.
Er zijn drie verschillende ZigBee Devices:
- ZigBee-coördinator (ZC): de coördinator vormt de wortel van de netwerkvertakking. Er is één ZigBee-coördinator per netwerk. Hij is verantwoordelijk voor de interne werking van het netwerk. De coördinator zet een netwerk op met een gegeven PAN-identifier.
- ZigBee Router (ZR): de router gaat op zoek naar een netwerk om daar lid van te worden. De router kan ook gebruikt worden voor coördinatie in het netwerk.
- ZigBee End Device (ZED): ontvangt en verzendt berichten op de netwerklaag.
Standaard
ZigBee is bekend onder de IEEE 802.15.4 standaard en opereert op 2.4 GHz (16 kanalen, met 250 kb/s), 868 MHz (1 kanaal, 20 kb/s) of 915 MHz (10 kanalen, 40 kb/s). Het bereik is tussen de 10 en 70 meter en je kunt (theoretisch) maximaal 65.536 systemen gebruiken. De beveiliging is via 128 bits AES geregeld.
ZigBee is een product van de ZigBee Alliance. De ZigBee Alliance is een associatie van bedrijven die monitoring & controlproducten aanbieden gebaseerd op ZigBee. Deze producten hebben bepaalde eigenschappen: betrouwbaar, laag stroomverbruik, draadloos netwerk, goede prijs-kwaliteitverhouding. De alliantie heeft een aantal bekende promotors zoals Motorola, Philips, Samsung en Siemens.
Mesh Netwerk
ZigBee is gebouwd als een mesh-netwerk. Mesh-netwerken zorgen ervoor dat apparaten met elkaar kunnen praten om commando’s door te geven. In de praktijk betekent dit dat het bereik en de betrouwbaarheid van het hele ZigBee netwerk toeneemt met ieder apparaat dat je toevoegt.
Bij een mesh-netwerk maak je dus gebruik van ZigBee routers die elkaar ondersteunen. Een ZigBee router is typisch altijd van 220V voorzien. Devices met een batterij kunnen hiervoor niet worden gebruikt (dit zijn vaak ZigBee End Devices). Typische voorbeelden van een ZigBee router zijn lampen en power-switches.
Analogie ZigBee en WiFi
Om ZigBee het eenvoudigst te begrijpen kun je een analogie met WiFi maken. Zie onderstaande tabel met een overzicht.
| ZigBee Concept | WiFi equivalent |
|---|---|
| ZigBee-coördinator De coördinator is verantwoordelijk voor de selectie van het kanaal, PanID, het beveiligingsbeleid en het stack-profiel voor een netwerk. Je kunt meerdere coördinatoren hebben, zolang ze maar een verschillend PanID’s hebben. |
Wi-Fi-toegangspunt (AP) |
| PanID (Personal Area Network IDentifier) Deze parameter is uniek in een Zigbee netwerk. De PanID is een 16-bits geheel getal. Standaard: 0x1A63 |
SSID (de naam van het Wi-Fi netwerk) |
| ShortAddr Adres van het apparaat op het Zigbee-netwerk. Dit adres wordt willekeurig toegewezen wanneer het toestel voor het eerst verbinding maakt met de coördinator. De coördinator heeft het adres 0x000000. |
IP-adres |
| Eindpunt Het eindpunt op de coördinator of op het Zigbee-apparaat waarna het bericht is verstuurd (van/naar). Je kunt de eindpunten zien als een logisch apparaat met verschillende mogelijkheden |
IP-poort |
| IEEEAddr Hardware-adres van het apparaat (64 bits). Dit is uniek per apparaat en “fabriek toegewezen”. |
MAC-adres |
| Kanaal 11-26 Standaard: 11 |
Wi-Fi-kanaal |
| Encryptiesleutel 128-bits encryptiesleutel. Standaard: 0x0D0C0A080602000F0D0B0907050301 |
Wi-Fi-wachtwoord |
| Koppeling De coördinator accepteert standaard geen nieuwe apparaten, tenzij deze in de koppelingsmodus worden gezet. In de koppelingsmodus accepteert hij koppelings verzoeken van elk apparaat binnen het bereik. Standaard: koppeling uitgeschakeld |
WPS |
WiFi naast ZigBee gebruiken
In veel gevallen zul je WiFi naast ZigBee in je huis gebruiken. Aangezien ze beiden vaak in de 2.4 GHz band werken is het het zaak om je gebruikte kanalen goed te kiezen om zodoende interferentie te voorkomen. Het volgende artitkel bevat veel waardevolle informatie.
2.4 GHz Wifi Kanalen
2.4 GHz ZigBee Kanalen
Frequenties overzicht
Met bovenstaande overzichten kun je concluderen dat je het beste voor ZigBee gebruik kunt maken van de kanalen 11, 15, 20, of 25 om problemen met WiFi te voorkomen. Kanaal 26 lijkt OK, maar wordt door veel ZigBee devices niet ondersteunt. Vaak is de default keuze van 11 voor je ZigBee netwerk het beste.
Een andere strategie is om WiFi kanaal 11 niet meer te gebruiken (alleen alternerend WiFi kanaal 1 en 6) en als ZigBee kanaal 24 te gebruiken.
Conclusie
Samengevat is ZigBee een krachtige, energiezuinige en betaalbare smart home technologie. Het wordt breed gebruikt voor verlichting door grote merken zoals Philips Hue en IKEA. Verder heeft vooral Xiaomi (met de Mi en Aqara lijn) veel goedkope sensoren gebaseerd op ZigBee.
