В этой статье быстро разберем одну из самых классных фишек в Zigbee – Zigbee Green Power (ZGP). Это технология, которая позволяет устройствам работать со сверхнизким энергопотреблением или вообще без элемента питания!
ЧТО ТАКОЕ ZIGBEE GREEN POWER?
Zigbee Green Power (ZGP) – это технология, включенная в спецификацию Zigbee 3.0. Она позволяет устройствам получать энергию от окружающей среды, например, преобразование кинетической энергии при нажатии кнопки или за счёт солнечных элементов. Технология разработана специально для устройств, которые могут отправлять данные только в очень короткие промежутки времени, когда у них есть энергия. С помощью ZGP эти устройства могут быстро подключаться и отключаться от сети в любое время, а также безопасно взаимодействовать с другими устройствами, оставаясь большую часть времени в неактивном состоянии (по сути, просто обесточенными или с нулевым энергопотреблением).
Кроме того, спецификация ZGP может быть использована для устройств, которые не участвуют в маршрутизации трафика в сети Zigbee. Взаимодействие с такими устройствами происходит в режиме "точка-точка" (в сообществе более известен как "прямой биндинг").
КАК РАБОТАЕТ?
1. ЭНЕРГИЯ.
Обычные Zigbee-устройства постоянно (или периодически, если мы говорим об устройствах в режиме сна) поддерживают соединение с сетью и общаются через координатор. ZGP устройства, в свою очередь, не являются постоянными участниками сети Zigbee, а выходят на связь и передают данные только при необходимости (например, когда вы нажали на кнопку выключателя) и могут работать от альтернативных источников энергии, таких как:
|
КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ Беспроводные выключатели или кнопки ZGP могут оснащаться пьезоэлементом, который преобразует энергию от нажатия в электричество, которого будет достаточно для передачи сигнала. Таким устройствам вообще не нужен элемент питания и какое-либо обслуживание - они полностью автономны. |
СОЛНЕЧНЫЕ ПАНЕЛИ Некоторые устройства ZGP, например датчики, используют солнечную энергию для работы. Такие устройства тоже практически не требуют обслуживания. |
БАТАРЕЙКИ Устройства ZGP на батарейном питании являются еще более энергоэффективными, чем классический Zigbee, и батарейки в них могут работать реально долго, вплоть до 10 лет! |
2. ПАКЕТЫ ДАННЫХ.
Устройства Zigbee Green Power используют сокращенные пакеты данных – они являются стандартными пакетами Zigbee 3.0, но без массива служебной информации. Стандартный Zigbee-пакет содержит больше уровней безопасности и заголовков, что увеличивает его размер и энергопотребление по сравнению с ZGP. Использование сокращенных пакетов данных позволяет передавать фреймы в течение более короткого времени и, соответственно, потреблять меньше энергии.
3. ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ.
Многие устройства ZGP, например кнопки и датчики, часто предназначены для простых задач (вкл-выкл. света, передача данных о движении), и не имеют каких-либо настроек и необходимости подключения к хабу. Поэтому чаще всего устройства ZGP работают с исполнительными устройствами (далее - ZGP Sink) в режиме прямого биндинга, то есть сопрягаются и общаются без хаба, устанавливая между собой прямую связь (например, выключатель-лампочка). При этом каждое устройство ZGP может быть сопряжено с одним или несколькими устройствами ZGP Sink, как и каждое из последних может быть сопряжено с одним или несколькими ZGP устройствами (при этом оба устройства должны поддерживать технологию Zigbee Green Power). Это повышает общую надежность работы, скорость отклика устройств и способствует энергоэффективности.
Для передачи данных от устройств ZGP по сети Zigbee 3.0 (например, когда устройство ZGP Sink находится на расстоянии, на котором прямая связь не работает) могут использоваться узлы ZGP Proxy – это устройства Zigbee с постоянным питанием, которые умеют принимать сигналы от ZGP устройств и передавать их дальше по сети, как в классической модели работы Zigbee – до устройства-адресата (ZGP Sink). ZGP Proxy по сути просто маршрутизируют трафик Zigbee Green Power, встраивая его пакеты внутрь стандартных пакетов Zigbee и передавая затем такие пакеты по сети самым обычным образом.
ГДЕ ПРИМЕНЯЕТСЯ ZGP?
ZGP активно используется в:
-
Беспроводных выключателях - например, кнопки управления светом без проводов, на батарейках или полностью автономные.
-
Датчиках движения - работающих от солнечных элементов.
-
Сенсорах открытия дверей и окон - использующих кинетическую энергию при движении.
ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УСТРОЙСТВ ZGP В ИНСТАЛЛЯЦИЯХ.
|
ПОЛНАЯ АВТОНОМНОСТЬ Большой перечень ZGP устройств, исключающих необходимость замены элементов питания. |
ДОЛГОВЕЧНОСТЬ
Устройства служат дольше, так как не зависят от источников питания (а те, которые все таки на батарейках - служат кратно дольше, чем классические устройства Zigbee).
|
ЭКОЛОГИЧНОСТЬ Если вдруг кто-то реально озабочен проблемами экологии, то отсутствие батареек снижает количество электронных отходов. |
ЭКОНОМИЯ Минимальные эксплуатационные расходы - нет затрат на покупку батареек и их замену. |
НАДЕЖНОСТЬ Опции прямого сопряжения устройств повышают общую надежность связей, без необходимости маршрутизации через координатор. |
НЮАНСЫ И ОГРАНИЧЕНИЯ
Несмотря на очевидные плюсы, у Zigbee Green Power есть и свои ограничения.
|
ОГРАНИЧЕННЫЙ РАДИУС ДЕЙСТВИЯ Так как устройства работают с минимальным энергопотреблением, дальность передачи сигнала ниже, чем у классического Zigbee. |
ЗАВИСИМОСТЬ ОТ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Солнечные панели требуют освещения, а кинетические выключатели – физического нажатия. Иными словами, все устройства, которые "добывают" себе энергию из окружающей среды требуют определенных условий для стабильной работы. |
А еще важно понимать, что технология Zigbee Green Power в первую очередь нацелена на сверхнизкое энергопотребление - это не означает, что любое устройство ZGP поддерживает прямой биндинг или является полностью беспроводным, автономным и не требующим обслуживания. Поэтому не обязательно после прочтения данной статьи нестись сломя голову на АлиЭкспресс в поисках ZGP устройств ради опций прямого биндинга.
ZGP: ИТОГ
Zigbee Green Power – шаг к более автономному и экологичному умному дому (и немножко к децентрализации сети Zigbee). Технология позволяет отказаться от батареек, сократить расходы на обслуживание и упростить установку устройств. Однако, при выборе решений на базе ZGP стоит учитывать их скромный функционал и ограничения дальности передачи сигнала. В сочетании с классическими Zigbee-девайсами, эта технология открывает новые возможности для энергоэффективных и устойчивых систем автоматизации.