Talrijke slimme huissensoren en verlichtingssystemen gebruiken het energiezuinige ZigBee-radioprotocol. Slimme huisgateways maken communicatie met andere slimme huissystemen mogelijk. We leggen uit hoe ZigBee werkt en welke smarthome-producten compatibel zijn.
ZigBee: de belangrijkste dingen in één oogopslag
- ZigBee is een energiezuinig draadloos protocol voor de slimme woning dat wordt ontwikkeld door de ZigBee Alliance.
- Vanaf ZigBee 3.0 zijn ZigBee-apparaten van verschillende fabrikanten grotendeels compatibel met elkaar.
- Met zogenaamde mesh-netwerken kan het bereik van de apparaten worden vergroot, aangezien de afzonderlijke knooppunten als repeaters fungeren.
- Binnen een netwerk vormt de ZigBee Bridge een brug tussen de apparaten en de besturingsapp. Bovendien kunnen sommige bridges ook communiceren met WLAN- en Bluetooth-apparaten van andere merken. ZigBee-producten kunnen ook worden gebruikt met Google Home of Apple HomeKit.
- Amazon Echo Plus, Echo Show en Echo Studio zijn compatibel met ZigBee. Dit betekent dat ZigBee-apparaten ook zonder extra gateway met Alexa kunnen worden bediend.
Wat is ZigBee?
Laptops, smartphones en smart home-apparaten gebruiken verschillende radioprotocollen voor draadloze communicatie. Ze verschillen in termen van het gebruikte frequentiebereik, de bandbreedte, de netwerktopologie en de manier waarop berichten worden verzonden.
Vanaf 2002 heeft de ZigBee Alliance het energiezuinige radioprotocol ZigBee ontwikkeld. De vereniging omvat inmiddels meer dan 230 bedrijven, waaronder Samsung, Osram, Somfy, Amazon, Huawei en Ikea. De genoemde doelen zijn een hoge compatibiliteit tussen apparaten van verschillende fabrikanten, een laag energieverbruik en een open standaard.
Producten die zijn gecertificeerd vóór de ZigBee Alliance, werken met elk ZigBee-platform.
Hoe werkt ZigBee?
Alle radioprotocollen bestaan uit meerdere lagen volgens het OSI-model. Deze regelen de verschillende communicatietaken. Dit omvat de fysieke signaaloverdracht, de codering, het vermijden van datacongestie en de weergave in de verschillende apps. Gebruikers hebben alleen interactie met de bovenste laag terwijl de onderste op de achtergrond werken.
In de eerste twee lagen, zoals Bluetooth, gebruikt ZigBee de IEEE-standaard 802.15.4, die de ISM-band (Industrial, Scientific and Medical Band) gebruikt in het frequentiebereik van 2,4 GHz. Lange pauzes in de datatransmissie zijn kenmerkend voor deze standaard. Dit betekent dat elk netwerkknooppunt in een soort slaapstand kan gaan, wat veel energie bespaart in vergelijking met andere standaarden. Een knoopbatterij die in een ZigBee-sensor is ingebouwd, kan meerdere jaren meegaan.
ZigBee wordt gekenmerkt door een laag energieverbruik en een hoge compatibiliteit.
De ZigBee-specificatie definieert de communicatie in de bovenste lagen (3 tot 7). De verschillende ZigBee-apparaten vormen een Wireless Personal Area Network (WPAN) om met elkaar te communiceren. Elk ZigBee-netwerk kan uniek worden geïdentificeerd door een 64-bits adres.
ZigBee definieert het protocol voor lagen 3 tot 7 van het OSI-model. De bovenste laag Dotdot maakt communicatie met andere radiostandaarden mogelijk.
Hoe werkt een ZigBee-netwerk?
Een ZigBee-netwerk bestaat uit een coördinator, routers en eindapparatuur. Routers wisselen datapakketten met elkaar uit. De coördinator is een router die ook het netwerk activeert. Eindapparaten communiceren alleen met hun router. U bevindt zich het grootste deel van de tijd in de slaapstand en verbruikt daardoor zeer weinig stroom. Ze maken op gezette tijden verbinding met de router en kijken of deze berichten voor hen heeft.
ZigBee-netwerken gebruiken de ster-, boom- of mesh-topologie. De stertopologie voorziet in een coördinator / router en meerdere eindapparaten. Deze laatsten kunnen niet rechtstreeks met elkaar communiceren, maar alleen via de coördinator. Als dit centrale knooppunt uitvalt, is gegevensuitwisseling niet meer mogelijk.
In de boomtopologie is er een coördinator, een paar routers en terminals. Elk eindapparaat (kind) communiceert met de respectieve router (ouder), de router met de coördinator in een boomstructuur.
In de mesh-topologie zijn de routers ook met elkaar verbonden. Dit maakt veel alternatieve paden mogelijk om gegevens van knooppunt A naar knooppunt B te transporteren. Om deze reden gebruiken de meeste door ZigBee bediende slimme thuissystemen mesh-netwerken. Er zijn maximaal 65.000 knooppunten toegestaan. Aan de andere kant hebben routers meer energie nodig dan eenvoudige eindapparaten. Dit verkort de levensduur van de batterijen.
In mesh-netwerken kunnen gegevens worden doorgestuurd ondanks defecte knooppunten.
Wat is een ZigBee-brug?
De bridge fungeert als een brug tussen de ZigBee smart home-apparaten en de bedieningsapp op de smartphone of de cloud. Afhankelijk van de fabrikant wordt de bridge ook wel hub of gateway genoemd. Soms kunnen bruggen ook ZigBee-apparaten van andere fabrikanten aansturen. Zo kan de Philips Hue Bridge communiceren met Ikea Tradfri-peren. Dit bespaart gebruikers het geld voor een tweede gateway.
Bovendien kunnen ZigBee-apparaten niet eenvoudig worden gekoppeld met WLAN-, Bluetooth- of Z-Wave-apparaten omdat ze een andere taal spreken. Sommige ZigBee-gateways, zoals het Homee-hoofdkantoor, de Philips Hue Bridge of de SmartThings Hub, kunnen echter vertalen tussen de verschillende draadloze standaarden. Dit betekent dat de Philips Hue smarthome-gloeilampen gebruikt kunnen worden met bijvoorbeeld Google Home-producten om routines te creëren, ook al is Google Home gebaseerd op wifi.
De Ikea Tradfri-lampen gebruiken ZigBee. De gateway vormt de brug tussen de lichtbronnen en de app.
Hoe ver gaat ZigBee?
Het bereik van ZigBee Smart Home producten is 10 tot 15 meter. Het kan echter worden verhoogd in mesh-netwerken. De afzonderlijke apparaten vormen netwerkknooppunten die als repeaters fungeren en het signaal versterken. Volgens Signify (Philips Hue) zijn reeksen tot wel 100 meter mogelijk.
Wat is ZigBee 3.0?
Naast het hoofdprotocol van ZigBee zijn er in het verleden verschillende specificaties geweest.
In vergelijking met het standaard ZigBee-protocol bood ZigBee Pro (2007) verbeterde beveiliging en meer topologie-opties. Net als de draadloze EnOcean-standaard maakte Green Power gebruik van het principe van energieopwekking, waardoor sensoren voor energiezuinigheid mogelijk zijn. RF4CE (Radio Frequency for Consumer Electronics) werd gebruikt om elektrische apparaten op afstand te bedienen met afstandsbedieningen. ZigBee IP-gereguleerde communicatie tussen een lokaal netwerk en internet. Elke specificatie bestond uit meerdere modules, afhankelijk van het toepassingsgebied (gebouwautomatisering, verlichting, gezondheidssector).
Door de verschillende specificaties waren ZigBee smart home-apparaten vaak niet compatibel met elkaar. In 2015 kondigde de ZigBee Alliance de nieuwe ZigBee 3.0 draadloze standaard aan, die ZigBee Pro, Green Power, IP en RF4CE combineert. Het is bedoeld om de interoperabiliteit tussen smarthome-apparaten te vergroten en is neerwaarts compatibel.
Hoe zorgt ZigBee voor gegevensbeveiliging?
ZigBee gebruikt symmetrische AES-codering met een sleutellengte van 128 bits om gegevens te verzenden. Eind 2019 werd echter een beveiligingsgat in Philips Hue-lampen ontdekt die misbruik maakte van een zwakte in het ZigBee-protocol. Hierdoor konden aanvallers via de bridge toegang krijgen tot het netwerk. In een volgende software-update heeft de fabrikant Signify de kwetsbaarheid weggenomen.
Wat is DotDot?
DotDot (ook bekend als ZigBee Cluster Library) is de applicatielaag van het ZigBee-protocol in het OSI-model. Als universele taal voor IoT-apparaten maakt DotDot ook eenvoudige communicatie mogelijk tussen smarthome-apparaten in verschillende netwerken. Hiervoor werd de ZigBee Cluster Library aangepast aan andere protocollen. Dit geeft apparaten met verschillende radiostandaarden zoals WiFi, Bluetooth, Z-Wave, NB-IoT en Sigfox een gemeenschappelijk niveau waarop ze kunnen communiceren.
DotDot biedt een gemeenschappelijke taal voor smart home-producten.
Wat zijn de verschillen tussen ZigBee en andere draadloze standaarden?
|
Max. |
Bereik |
frequentie |
energie |
Application |
|
|---|---|---|---|---|---|
|
ZigBee |
250 kbit / s |
10-15 m |
2,4 GHz |
laag |
Sensoren, |
|
DRAADLOZE INTERNETTOEGANG |
1.000 - |
50 m |
2,4-2,4835 GHz 5,0-5,7 GHz |
Hoog |
Routers, |
|
Bluetooth |
1 - 3 Mbit / s |
10 mtr |
2.400 - 2.483 MHz |
laag |
Consumentenelektronica |
|
Z-Wave |
9,6 - 40 Kbit / s |
30 m |
868 MHz |
laag |
Sensoren, |
|
EnOcean |
125 kbit / s |
30 m |
868 MHz |
heel laag |
Sensoren, |
- WLAN: de conventionele WLAN-standaard WiFi 5 verzendt gegevens meer dan duizend keer sneller dan ZigBee, maar verbruikt ook veel elektriciteit. Dit is nodig bij het verzenden van video vanaf een slimme bewakingscamera vanwege de grote hoeveelheid data. Een op batterijen werkende thermostaat die alleen de temperatuur verstuurt, heeft daarentegen niet zo'n grote bandbreedte nodig en profiteert van een zuiniger draadloze standaard als ZigBee.
- Bluetooth: het biedt ook een hogere gegevensoverdrachtsnelheid dan ZigBee, maar met een kleiner bereik. Om deze reden is Bluetooth overheersend in draadloze koptelefoons en wearables die signalen binnen enkele meters verzenden. Als het gaat om sensoren in verschillende kamers, is ZigBee duidelijk een stap voor.
- Z-Wave: Het is de belangrijkste concurrent van ZigBee op het gebied van slimme woningen. Het low-energy protocol wordt ook bij veel sensoren en lichtbronnen gebruikt, biedt een hoge compatibiliteit en, net als ZigBee, een groot bereik dankzij mesh-netwerken. Het Amerikaanse bedrijf Silicon Labs bezit echter de rechten op de technologie. In tegenstelling tot ZigBee is Z-Wave geen open source-standaard. Dit betekent dat fabrikanten het protocol niet kunnen aanpassen.
- EnOcean: alleen gebruikt met ultra-low-energy sensoren die elektriciteit opwekken door temperatuurverschillen en bewegingen en dus zonder batterijen en externe stroombronnen werken. ZigBee 3.0 ondersteunt deze functie ook met de Green Power-specificatie. Over het algemeen komt EnOcean minder vaak voor dan ZigBee.
Wat zijn de voor- en nadelen van ZigBee?
Voordelen van ZigBee
- Laag energieverbruik: sensoren en andere smart home-apparaten kunnen jarenlang op hun batterijen rondkomen.
- Hoge compatibiliteit: de ZigBee Alliance heeft honderden leden, waaronder fabrikanten als Osram, IKEA, Belkin en Signify. Beginnend met ZigBee 3.0 kunnen smarthome-producten van verschillende fabrikanten gemakkelijker in een netwerk worden opgenomen.
- Open source code: de ZigBee-code is voor iedereen beschikbaar. Het staat fabrikanten dus vrij om extra functies in hun producten te implementeren.
- Lange afstand: in mesh-netwerken werken de knooppunten als repeaters. In grote huizen en appartementen verbetert dit het bereik aanzienlijk in vergelijking met WLAN.
Nadelen van ZigBee
- Compatibiliteit tussen ZigBee-apparaten: de open source-code was in het verleden bijzonder nadelig wat betreft compatibiliteit. Omdat elke fabrikant aanvullende specificaties heeft geïmplementeerd, zijn oudere ZigBee-apparaten van verschillende merken niet per se compatibel met elkaar. Sinds de introductie van ZigBee 3.0 is de standaard echter uniformer geworden.
- Compatibiliteit met andere radiostandaarden: iedereen die ZigBee Smart Home-producten wil netwerken met WLAN- of Bluetooth-apparaten, heeft een gateway nodig. Omdat veel slimme thuissystemen zoals HomeKit of Google Home afhankelijk zijn van WLAN, moeten gebruikers de kosten voor een gateway plannen.
Ondersteunen Amazon Alexa, Apple HomeKit en Google Smart Home ZigBee?
- Als u uw slimme apparaten in huis via Alexa bedient, zijn de Echo Plus, de Echo Show of de Echo Studio een slimme thuishub die ook ZigBee-apparaten kan bedienen. Met het commando "Ontdek mijn apparaten" zoekt Alexa naar bestaande smart home-componenten.
- Google Home-producten kunnen niet rechtstreeks communiceren met ZigBee-apparaten. Een gateway als de SmartThings Hub van Samsung of de Philips Hue Bridge lost het probleem op. Hiermee zijn bijvoorbeeld de SmartThings-stopcontacten aan en uit te schakelen via de Google Assistant.
- Apple HomeKit-producten kunnen alleen rechtstreeks worden gekoppeld met WLAN- of Bluetooth Smart Home-apparaten. Een gateway helpt ook hier. Het Homee Smart Home Center is bijvoorbeeld HomeKit-compatibel. De Mixtile Hub van het Chinese merk Focalcrest vertaalt ook tussen HomeKit- en ZigBee-apparaten.
Welke slimme thuissystemen gebruiken ZigBee?
- Philips Hue
- Ikea Tradfri
- Osram
- Xiaomi
- Samsung SmartThings
- Homee Smart Home
- Bosch
Welke smarthome-producten gebruiken ZigBee?
ZigBee-compatibele lampen
- Philips Hue
- Osram Smart +
- Paulmann LED
- Sengled (Telekom Magenta)
- Ikea Tradfri
- Shyne
- Immax Neo Smart LED
- Q Smart Home Lights (Neuhaus Lightning Groups)
- LG aan / uit dimmen van LED-licht
- Müller licht
ZigBee-compatibele bewegingssensoren, watersensoren en temperatuursensoren
- Philips Hue bewegingsmelder voor buiten, bewegingsmelder
- Osram Smart + bewegingsmelder
- Schwaiger bewegingsmelder
- Samsung SmartThings (raam- en deursensor, watersensor)
- Ecolink deur- en raamsensor
- Vertrouw op de slimme bewegingssensor voor thuis
- Heiman smart home watersensor
- Zipato watersensor
- Xiaomi watersensor
- Trust ZWLD-1000 watersensor
- Aqara slimme temperatuursensor (Xiaomi)
- Somfy temperatuur- en vochtigheidssensor
- Lupus Electronics Mini temperatuursensor
- Bitron temperatuur- en vochtigheidssensor
- WeMo alarmsensor (Belkin)
ZigBee-compatibele schakelaars, dimsensoren en stopcontacten
- Tahoma-schakelaar
- Tint / Müller-Licht Smart Switch
- Sonoff Touch Smart Switch
- Ikea Tradfri-stopcontact
- Osram Smart + Stekker
- Ledvance Smart + stekker
ZigBee-compatibele rookmelders en alarmsirenes
- Telekom Smart Home Rookmelder (Bitron Home)
- Tuya smart home rookmelder
- W4 rookmelder (Honeywell)
- SwannOne buitensirene
- Heiman ZigBee alarmsirene
- Heiman ZigBee Koolmonoxidedetector
ZigBee compatibele slimme sloten
- Intelligent deurslot 365plusZ3 (Samsung)
- Kwikset Smartcode SmartCode Nachtslot