Умный дом - расширяем зону покрытия ZigBee сети
Здравствуйте уважаемые читатели. Ещё несколько лет назад беспроводные протоколы для умного дома, такие как Z-Wave и ZigBee были почти равноправны и одинаково распространены. Некоторые даже называли Z-Wave беспроводным "стандартом" домашней автоматизации. Однако, время расставило всё по местам и ZigBee (кстати уже вовсю эксплуатируется 3.0 версия) вырвался в лидеры (хотя не всё так однозначно). Сегодня мы поговорим не о преимуществах той или иной технологии, а об одной сугубо практической задаче - как увеличить зону покрытия ZigBee сети в доме.
ZigBee ячеистая топология
ZigBee® – это открытый стандарт беспроводной связи для различных систем автоматизации: «Умный дом», «Интеллектуальное здание», системы управления технологическими и бизнес процессами, системы безопасности и так далее. Технология ZigBee позволяет создавать самоорганизующиеся и самовосстанавливающиеся беспроводные сети с автоматической ретрансляцией сообщений. Сети ZigBee при относительно небольших скоростях передачи данных обеспечивают гарантированную доставку пакетов и защиту передаваемой информации. Стандарт ZigBee предусматривает использование частотных каналов в диапазонах 868 МГц, 915 МГц и 2,4 ГГц. Наибольшие скорости передачи данных и наивысшая помехоустойчивость достигаются в диапазоне 2,4 ГГц. Поэтому большинство производителей микросхем выпускают приемопередатчики именно для этого диапазона, в котором предусмотрено 16 частотных каналов с шагом 5 МГц.
Наиболее перспективной в сети ZigBee является ячеистая топология (mesh-топология). Ячеистая сеть – это сеть взаимосвязанных маршрутизаторов и конечных устройств, в которой каждый маршрутизатор имеет, по крайней мере, две связи и может транслировать сообщения своих соседей. Как показано на рисунке ниже, ячеистая сеть состоит из одного координатора и нескольких маршрутизаторов и конечных устройств. В такой сети каждое устройство может связываться с любым другим устройством как напрямую, так и через промежуточные узлы сети. Ячеистая топология поддерживает «многошаговую» (multi-hop) связь, при которой данные проходят шагами от одного устройства к другому, используя наиболее надежные линии связи и наиболее эффективные маршруты, пока не достигнут цели. Способность к многошаговой передаче помогает обеспечить живучесть сети (способность к самовосстановлению). Если одно из устройств отказывает или оказывается под воздействием помех, сеть способна перемаршрутизироваться, используя оставшиеся устройства.
Проблема удалённости устройств
Как вы уже поняли, когда от антенны координатора до конечного устройства большое расстояние (в другом конце дома или на другом этаже), последнему очень трудно поддерживать Mesh сеть. Например, датчик контакта имеет батарейку ("таблетка" CR2032) которой хватает на пару лет.
Однако отсутствие направленной антенны и малая мощность передатчика не всегда гарантируют стабильную работу на удалении более 15 метров. Особенно, когда между датчиком и координатором находятся каменные стены и железобетонные монолитные конструкции.
Некоторые устройства, такие как двухканальное реле, имеют свою антенну и чувствуют себя в сети более уверенно.
Будьте готовы к тому, что при установке в подрозетник такая торчащая антенна не всегда может выглядеть эстетично.
Решение проблемы удалённости устройств от координатора заключается в добавлении к сети маршрутизаторов и ретрансляторов.
Добавление машрутизатора (router)
В качестве маршрутизаторов могут выступать обычные ZigBee розетки. Их выпускается множество и не составит труда подобрать себе подходящие по дизайну интерьера. Например как на картинке ниже.
С такими иногда бывают сложности в установке. Не каждая розетка легко встаёт в обычный круглый подрозетник. Часто требуется углублённый или вовсе квадратный.
Если вам не подходит по стилю и дизайну нечто похожее, то можно поискать у других производителей. Например, мы в доме ставили розетки и выключатели от Legrand серии Valena. Существуют и у Legrand ZigBee розетки. Однако, цены на них (также как наличие и доступность) могут вас удивить.
Зато в едином стиле.
Другими возможными маршрутизаторами являются ZigBee лампы. Однако, это не лучший вариант их использования в качестве маршрутизатора, совсем не рекомендуем. Розетки не часто обесточиваются по кнопке выключателя. Для ламп же это их основной режим. Потерявшая питание ZigBee лампа выключается полностью и сеть теряет целый узел, к которому могли подключиться другие оконченные устройства на батарейках. В этом случае последним придётся заново подключаться к сети, меняя её топологию. Не у всех это может получиться (для того мы и добавляли узлы маршрутизаторы).
Добавление ретранслятора
Другой путь, не добавляя в ZigBee сеть новый узел, но усилить сигнал - использовать специальный USB свисток. Требует простого USB разъёма, много не потребляет и в глаза не бросается.
Обратите внимание, что никакого Tuya не надо. Если у вас в инфраструктуре умного дома есть Zigbee2mqtt, то этот USB ретранслятор легко подключается к нему без дополнительных приложений и прослоек. Достаточно 3 раза подряд его вынуть и заново вставить в разъём.
Итоги
- Почти в 100% случаев, если в инфраструктуре умного дома есть ZigBee сеть и сам дом каменный и более одного этажа, требуется увеличивать зону покрытия;
- Для этих целей можно использовать как устройства, выполняющие функции маршрутизатора, так и ретрансляторы (усилители сигнала);
- Помните, маршрутизатор это +1 к количеству узлов в ZigBee сети. Большинство координаторов поддерживают ограниченное количество узлов всего (100-200);
- "Правильный" ретранслятор не является узлом-маршрутизатором, он лишь усиливает сигнал и перепосылает его дальше;
- Комбинация маршрутизаторов и ретрансляторов позволяет строить действительно большие ZigBee сети, развёрнутые на площадях в 1000 квадратных метов и на нескольких этажах.