№7 / 2018 / статья 7

ZigBee VS Thread: Технологии построения беспроводных mesh-сетей

Святослав Зубарев (г. Смоленск)

Что выбрать в качестве базового стандарта для построения системы IoT ZigBee или Thread? Каковы преимущества и недостатки каждого из них? Нельзя ли использовать оба стандарта совместно? Какие микроконтроллеры производства Texas Instruments работают с обоими? И не прочитать ли данную статью, чтобы узнать все это?

Хотя значительный процент устройств в системах автоматизации до сих пор имеет проводное подключение, с каждым годом мы видим тенденцию к вытеснению проводов беспроводными приемопередатчиками. На рисунке 1 показаны примеры возможного применения беспроводных технологий при автоматизации жилого помещения.

Рис. 1. Примеры использования беспроводных технологий

Рис. 1. Примеры использования беспроводных технологий

Выбор беспроводного протокола зависит от многих факторов, таких как мощность устройства (питание от сети или аккумулятора), форм-фактор, пропускная способность (потоковый траффик или отдельные исполняемые команды), интеграция в существующие системы и так далее.

Многие коммуникационные технологии, позволяющие передавать данные с устройства в сеть и с устройства на устройство, стали сердцем умного дома. К ним относятся Wi-Fi, Bluetooth и Bluetooth LE (Bluetooth Low Eenergy), Sub-1 GHz, ZigBee и Thread.

Учитывая повсеместное распространение точек доступа и смартфонов, Bluetooth Low Energy и Wi-Fi часто применяются в домашних устройствах автоматизации, таких как камеры, использующие протокол IP, автоматические дверные замки, а также бытовые приборы и носимые устройства. Устройства диапазонов Sub-1 GHz (433 и 868 МГц) также широко используются в системах автоматизации, в частности – в системах, чья задача – передавать данные на большие расстояния и вместе с этим экономить энергию. Однако такие факторы как масштабируемость размера сети, энергопотребление, отказоустойчивость и отсутствие полностью встроенной модели взаимодействия между устройствами заставляют обращаться к технологиям, использующим стандарт IEEE 802.15.4 – ZigBee и Thread.

Передатчики в сетях ZigBee и Thread могут работать от батарейки типа CR2032, в народе часто именуемой «таблетка», несколько лет, конечно, при условии использования стандартных приводов и сенсоров, таких как датчики открытия/закрытия дверей и окон, детекторы дыма, световые выключатели и так далее. А недавнее внедрение таких поддерживающих стандарт 802.15.4 хабов как Amazon Echo и Nest Protect (а в будущем, возможно и  в Яндекс.Станции), открыло возможность быстрого внедрения узлов связи, работающих на ZigBee и Thread.

Особенности технологий ZigBee и Thread

Технологии ZigBee и Thread – это спецификации сетевых протоколов, которые работают преимущественно в диапазоне 2,4 ГГц и обеспечивают построение ячеистых (MESH) сетей. В таблице 1 показаны характеристики различных беспроводных технологий, применяемых при домашней и коммерческой автоматизации.

Таблица 1. Сравнительные характеристики технологий построения сетей

Протокол ZigBee Thread Bluetooth Low Energy Wi-Fi Sub-1 GHz
Диапазон 2.4-GHz industrial scientific-medical (ISM) 2.4-GHz ISM 2.4-GHz ISM 2.4-GHz/5-GHz ISM Sub-1 GHz с региональными параметрами
Пропускная способность 250 кбит/с 250 кбит/с До 2 Мбит/с До сотен Мбит/с Обычно несколько кбит/с
Дальность действия До нескольких сотен метров, роутеры могут значительно расширить этот диапазон До нескольких сотен метров, маршрутизаторы могут значительно расширить этот диапазон Сотни метров в версии Bluetooth 5.0 Десятки метров при условии использования нескольких точек доступа До нескольких километров
Тип и срок службы батареи Может работать на CR2032 несколько лет Может работать на CR2032 несколько лет Может работать на CR2032 несколько лет Может работать на ААА/АА в течение многих лет Может работать на CR2032 несколько лет
Топология Ячеистая сеть Ячеистая сеть «Точка-точка», ячеистая сеть «Звезда», иногда ячеистая сеть, используемая для расширения диапазона В основном – «звезда»
Наилучшая  пропускная способность При использовании соединений типа «От-многих-к-одному», «один-ко-многим», «многие-ко-многим» При использовании соединений типа «От-многих-к-одному», «один-ко-многим», «многие-ко-многим» При использовании соединений типа «один-к-одному» При использовании соединений типа «устройство-облако» и «облако-устройство», поддержка «один-к-одному», «один-ко-многим» и «многие-ко-многим» При использовании соединений типа «многие-к-одному» и «один-ко-многим»
Уровни представления протоколов Сетевой и прикладной уровни Сетевой Сетевой и прикладной Канальный уровень, но все IP-стандарты могут работать на верхних уровнях Свободная реализация на разных уровнях
Программа сертификации и взаимодействия Сертификация конечного продукта Сертификация каждого шага Сертификация каждого шага Сертификация канального уровня и некоторых стеков из верхних уровней Нет
Безопасность Опциональное сетевое шифрование и аутентификация через установленный код Обязательное шифрование. Основанная на пароле аутентификация с протоколом «Датаграмм безопасности транспортного уровня (Datagram Transport Layer Security (DTLS)) Асимметричное шифрование для генерации и обмена ключами, соединение парных ключей Аутентификация на основе паролей и сертификатов, поддерживающая все стандарты безопасности на основе IP Зависит от реализации
Возможность IP-подключения Требуется дополнительный шлюз Собственная адресация IPv6; требуется маршрутизатор для преобразования из 802.15.4 в дополнительный IP-интерфейс Требуется дополнительный шлюз Встроена Требуется дополнительный шлюз

Объединения ZigBee Alliance и Thread Group поддерживают развитие одноименных технологий построения сетей ZigBee и Thread. Данные технологии при построении сети используют один и тот же стандарт связи, разработанный и поддерживаемый IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers — Институт инженеров электротехники и электроники) и названный стандартом 802.15.4. На рисунке 2 изображена поуровневая структура протоколов ZigBee и Thread.

Рис. 2. Структура протоколов ZigBee и Thread

Рис. 2. Структура протоколов ZigBee и Thread

Стандарт IEEE 802.15.4 определяет физический и MAC-уровни модели связи Open Systems Interconnection (OSI). Физический уровень предоставляет две услуги: физическое обслуживание данных и физическое обслуживание управления. К задачам уровня относятся: активирование/дезактивирование приемопередатчика, выбор канала, определение уровня энергопотребления, передача и получение пакетов через физическую среду. MAC-уровень предоставляет услуги по обслуживанию данных и обслуживанию управления на канальном уровне. Задачи уровня – сигнальное управление, доступ к каналу, утверждение пакетов, подтверждение доставки пакетов, соединение (ассоциация) и разъединение (диссоциация) с устройствами, а также – обеспечение механизма безопасности. Стандарт ориентирован на организацию персональной сети (PAN), которая гарантирует надежную передачу фреймов данных верхнего уровня при очень малой мощности сигнала (единицы-десятки милливатт).

Технологии построения сетей стандарта 802.15.4, такие как ZigBee и Thread, могут быть реализованы посредством использования одних и тех же микроконтроллеров. Например, недавно созданный компанией Texas Instruments CC2652R идеально подойдет для такого решения. Необходимое программное обеспечение может быть загружено на микроконтроллер как при производстве устройств, так и при последующем их использовании и модернизации «в поле», благодаря чему данный контроллер обеспечивает простое и безопасное решение для создания устройств беспроводной автоматизации.

Создатели технологий ZigBee и Thread выбрали асинхронный режим работы узлов, что обеспечивает эффективный обмен небольшими пакетами в маломощной беспроводной сети. Таким образом, между устройствами не осуществляется постоянный обмен данными, а сами они находятся в спящем режиме, кроме тех ситуаций, когда необходимо отправить или принять пакет данных. Задержка передачи таких пакетов чрезвычайно мала и составляет десятки миллисекунд.

Независимо от объема данных, передаваемых в сети (будь то один или несколько байтов), устройства пробуждаются из спящего режима, отправляют данные на свой узел ретрансляции, а затем быстро возвращаются в состояние ожидания. Предусмотрено два режима работы – активный (когда устройство принимает или передает данные) и режим ожидания, в котором ток потребления составляет несколько микроампер. Например, CC2652R, о котором упоминалось ранее, может находиться в режиме ожидания, сохраняя при этом данные оперативной памяти (ОЗУ) и потреблять всего 0,9 мкА.

Способность переходить в режим ожидания с малым токопотреблением несет большие преимущества для устройств, которые передают данные пакетами, а не на постоянной основе (например, сигнализации открытия двери или окна, устройства, реагирующие на действия пользователя, выключатели, брелоки управления, тревожные панели или системы открытия-закрытия жалюзи). Устройства ZigBee и Thread могут успешно работать в системах автоматизации дома и офиса несколько лет от одной батарейки типа «таблетка».

Передача данных эффективна благодаря тому что ZigBee и Thread располагаются на верхнем уровне стандарта 802.15.4, который позволяет оптимизировать размер пакета передаваемых данных и свести время передачи к минимуму.

Thread использует стандарт взаимодействия 6LoWPAN по протоколу IPv6 и переадресацию на канальном уровне.

Аббревиатура 6LoWPAN расшифровывается как IPv6 over Low Power Wireless Personal Area Networks. Данный стандарт был разработан  специально для передачи IPv6-datagram-сообщений между устройствами, имеющими ограниченный ресурс и включающими в себя малопотребляющий контроллер и высокочастотный приемопередатчик.

6loWPAN поддерживает три основные функции:

  • Адаптация размера пакетов. Минимальный IPv6 MTU равен 1280 байт. В сетях 802.15.4, использующих UDP и DTLS – 63 байта. 6loWPAN предоставляет механизм фрагментации и сборки исходного сообщения для адаптации длинных IPv6-datagram-сообщений в 802.15.4-пакеты небольшого объема.
  • Сжатие заголовков пакета. Для уменьшения расходов при передаче IPv6-сообщений в 802.15.4-пакете 6loWPAN предоставляет механизм сжатия избыточных данных в заголовках транспортного уровня и IPv6. Для этого используются IPHC и NHC. IPHC применяется при сжатии IPv6-заголовков, а NHC – при сжатии UDP-заголовков.
  • 6loWPAN Forwarding. Thread, как было сказано ранее, использует IP-маршрутизацию для пересылки пакетов. IP-таблица адресов поддерживается в виде адреса получателя сообщения (destination address) и адреса следующего узла в маршруте (next hop address).

В свою очередь технология ZigBee была разработана без опоры на IP, с бинарной оптимизацией в сетевом протоколе для базовых кадров 802.15.4

Данные в сети, отправляемые для того чтобы поддержать или установить соединения между ячейками, имеют достаточно малый объем и представляют собой пакет размером в 20 байт (к примеру, это может быть команда управления освещением или какой-либо аварийный сигнал) и 50…80 байтов с периодом передачи в нескольких десятков миллисекунд. В большинстве систем с 4…5 ячейками скорость установления связи между устройствами составляет менее 100 мс (в частности, 100 мс соответствует типичному времени отклика человека для повторного нажатия кнопки выключателя или звонка). Малая потребляемая мощность и способность сети подстраиваться под ключевые требования систем умного дома, содержащих более 10 узлов взаимодействия (освещение, термальные датчики и прочее) заслуживают особого внимания и с учетом перспективы коммерческого использования подобных сетей в системах, где количество датчиков может достигать нескольких сотен.

802.15.4 является протоколом, который обладает встроенным арбитражем для канала (CSMA-CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance или дословно – многостанционный доступ с контролем несущей и предотвращением конфликтов).

CSMA-CA – это сетевой протокол, в котором, используется схема прослушивания радиоканала до начала передачи.

Технологии ZigBee и Thread были успешно продемонстрированы в крупных коммерческих проектах, которые включали в себя сотни узлов сети, например, TI развернул 400-узловую сеть на основе ZiBbee. Сеть может включить в себя еще больше устройств в зависимости от плотности ячеек, объема генерируемого трафика и выбранного профиля передачи данных.

Возможности и масштабы взаимодействия

Thread и ZigBee являются технологиями, продвигаемыми на рынке устройств прежде всего производителями таких продуктов как системы вентиляции, автоматизации и кондиционирования, термостаты, системы безопасности, охранные устройства, системы освещения помещений и объектов инфраструктуры  и так далее.  При такой широте применения, возникает проблема, связанная с возможностью гарантированного использования всех этих продуктов в рамках одной системы, в частности – возможности их синхронизации и взаимодействия.

Возможность взаимодействия также имеет большое значение в системах типа DIY (do-it-yourself, «сделай сам»), которые не являются готовым решением и организуются самим пользователем.

При построении сети стоит учитывать парадигму взаимодействия: если два устройства связаны каким-то алгоритмом работы или приложением, то алгоритм будет усложняться в геометрической прогрессии при увеличении количества узлов сети. Например, связь между смартфоном и носимым устройством типа смарт-часов или гарнитуры основывается на двух основных предположениях:

  • приложение для смартфона имеет заранее определенные знания о том, какие службы связаны с конкретным встроенным конечным продуктом, к которому оно подключается (и, более того, с конкретным производителем);
  • ОС (операционная система) смартфона может быть легко дополнена новыми службами или новыми приложениями.

Встроенные же устройства, используемые при построении сетей Thread и ZigBee, естественно, ограничены в плане ресурсов. Например, если бы центральный управляющий хаб системы загружал новое приложение или обновлял существующее каждый раз, когда пользователь приобретает новую лампочку или датчик, система не могла бы масштабироваться до достаточных размеров из-за этих встроенных ограничений. Поэтому особое значение принимает возможность автоматизации этого алгоритма за счет способности устройств автономно принимать мгновенные или прогнозируемые решения при отсутствии взаимодействия с облачной структурой. Это, в свою очередь, означает, что базовая платформа приложений, лежащая в основе этих устройств, должна быть гибкой и адаптивной к масштабированию для поддержки любого типа и марки устройства. Однако здесь снова актуализируется проблема совместимости продуктов разных категорий и производителей, а также продуктов, работа которых обеспечивается разными наборами приложений.

ZigBee и Thread решили эту проблему путем взаимодействия на разных уровнях.

Оба стандарта определяют общий набор основных процедур для операций, включая способ создания сетей; способ соединения устройств и их роль в построении ячеистых сетей; процедуры обслуживания сети; безопасность и управление устройством в сети через пользовательский интерфейс. Эти интерфейсы должны иметь возможность работы с теми или иными решениями вне зависимости от их изготовителя.

Технологии ZigBee Pro и Thread  сегодня широко доступны для использования. ZigBee имеет более 20 ZigBee Pro-совместимых сертифицированных платформ, реализующих продукты, работающие на ZigBee Pro, от 11 различных поставщиков технологий. Thread имеет более 10 сертифицированных платформ и 7 различных поставщиков технологий. Помимо этого, у Thread имеется платформа с открытым исходным кодом, доступная через проект Open Thread во главе с компанией Nest и с участием крупных производителей микросхем. Эта платформа является основой для данной сетевой технологии.

Гарантии совместимости технологий

Совместимость гарантируется на сетевом уровне – ZigBee Alliance и Thread Group осуществляют сертификацию устройств, построенную на основе строгого плана, включающего в себя проведение тестов на основе сотен вариантов возможных ситуаций при работе устройств. Объединения ZigBee Alliance и Thread Group также предоставляют наборы инструментов и тестового оборудования, организациям, входящим в эти объединения для проверки реализации внутри компаний, занимающихся выпуском продукции с использованием технологии ZigBee и Thread. Сертификационные испытания оборудования проводятся в аккредитованных испытательных лабораториях с филиалами по всему миру. Они действуют как сторонние органы, которые проверяют корректность работы технологий и их совместимость путем тестирования продуктов от различных поставщиков.

Компания Texas Instruments, как член ZigBee Alliance, а также активный участник Thread Group, имеет решения, работающие с технологиями ZigBee и Thread и является активным участником сообщества Open Thread с момента его запуска в мае 2016 года.

Устройства, работающие с использованием технологий Thread и ZigBee, должны иметь общую систему сообщения, которая бы позволила устройствам обнаружить друг друга и создать сеть с автоматизированной передачей данных (измерение температуры, передача сигналов тревоги, регулировка освещения и так далее), а также позволила бы создавать такие связи между устройствами, при которых каждый переключатель «знал» бы, какими приборами он может управлять.

В ZigBee эта проблема успешно решена благодаря концепции кластерной библиотеки ZigBee (ZCL ZigBee Cluster Library). Это прикладной уровень для всего протокола ZigBee, работающий поверх сети ZigBee Pro mesh.

Библиотека ZCL группирует кластеры по функциональному признаку:

  • общего назначения;
  • для работы с сенсорами и датчиками;
  • для управления осветительными устройствами;
  • для управления вентиляционными системами и так далее.

Использование стандартных кластеров при пересылке сообщений является одним из обязательных требований спецификации ZigBee PRO. ZCL создает платформу приложения, которая гарантирует, что пространство приложения для всех типов устройств является однородным.

ZCL повторяет концепт объекта в объектно-ориентированном программировании с командами и атрибутами, аналогичными функциональным членам и переменным класса. Например, такие физические объекты как лампочки могут быть комбинацией импортированных объектов (свет, который может быть включен/выключен и/или отрегулирован на определенный уровень яркости).

Стандартизация ZCL является результатом более чем 10 лет усилий. Это – прогрессивная библиотека, представляющая набор команд и состояний для 50 различных типов устройств и оптимизированная для работы в базовой ячеистой структуре, поставляемой ZigBee Pro.

Программа сертификации продукции ZigBee, запущенная ZigBee Alliance, проверяет функциональность продуктов, реализующих определенный набор кластеров из ZCL в соответствии с функциональностью устройства. Производители могут разрабатывать продукты, выбирая нужный набор кластеров (подобно импорту класса в объектно-ориентированном программировании), и проверять соответствие стандарту продукта, проверяя эти кластеры в авторизованной лаборатории. Наряду с программой сертификации ZigBee Compliant Platform, ZigBee Alliance предоставляет своим участникам тестовый набор ZigBee test tool для подготовки к последующим сертификационным испытаниям продукции в лабораториях. К примеру, набор разработки программного обеспечения (SDK) SimpleLink CC26x2, разработанный компанией TI, предлагает решение, включающее ZCLи прошедшее сертификацию ZigBee.

Конвергенция ZigBee и Thread

Thread основывается на IP-стандарте, который, в свою очередь, не определяет уровень приложения. С другой стороны, будучи технологией на основе IP, Thread выигрывает от уже существующих стандартов в области IP, разрабатываемых десятилетиями, таких как протокол ограниченных приложений (CoAP, Constrained Application Protocol).

Благодаря IP-конвергенции, Thread-сети легко масштабируются и широко используются в производственных альянсах, целью которых является унификация применения производимых продуктов. К таким объединениям относятся: Open Connectivity Foundation (OCF) IoTivity, Open Mobile Alliance (OMA) Lightweight Machine-toMachine (LWM2M) и Energy Efficiency Bus (EEBus).

Среди всех унифицированных языков сообщения между устройствами, одну из наиболее перспективных возможностей для быстрой конвергенции предлагает Dotdot от ZigBee Alliance. Dotdot использует объекты библиотеки, определенные из ZCL, и определенный набор данных и функциональных моделей, перенесенных из ZigBee Pro, чтобы работать c IP-сетями, подобно Thread, которая использует CoAP в качестве прикладного уровня (рисунок 3). Протокол CoAP, так же, как и протокол HTTP,  следует модели REST (Representational State Transfer), которая имеет довольно широкое распространение. Суть модели заключается в том, что серверы предоставляют свои ресурсы по адресам URL, а клиенты обращаются к ним с помощью стандартных методов, таких как GET, PUT, POST и DELETE.

Рис. 3. Thread- и Dotdot-уровни приложения

Рис. 3. Thread- и Dotdot-уровни приложения

Принимая во внимание ограниченный объем ресурсов у устройств, а также целевые показатели энергопотребления и требования масштабируемости сети, Dotdot использует эффективную комбинацию CoAP, которая может работать поверх сети IP без установления соединения, такой как Thread, и краткое представление двоичных объектов (CBOR), чтобы поддерживать эффективную передачу данных небольших объемов.

Независимо от того, базируются ли уровни многоячеистой сети на ZigBee Pro или Thread и используется ли при построении сети ZCL от ZigBee Alliance или Dotdot для Thread, устройства, применяющие данные технологии, основанные на 802.15.4, имеют полную совместимость и могут работать как совместно в одной сети, так и по отдельности. Одним из примеров являются устройства, базирующиеся на микроконтроллере CC2652R.

ZigBee vs Thread

Помимо различий между ZigBee и Thread, вызванных способом аутентификации продуктов и установки связей между ними, существуют другие небольшие различия между двумя стандартами, связанные с их методом построения ячеистых сетей.

ZigBee-сети поддерживают централизованное координирование узлов сети. В централизованном подходе ZigBee использует статически выделенный координатор в сети, в то время как Thread реализует эту функцию в главном звене сети, которое самостоятельно выбирается и может динамически изменяться. Последнее подразумевает более автономную балансировку сетевых ресурсов и улучшение возможностей самовосстановления, в отличие от более авторитарного и централизованного подхода в сетях ZigBee.

ZigBee – это сетевой протокол, в котором логические связи между конечными точками сети устанавливаются до того, как начнется передача данных.

Thread использует протокол UDP (User Datagram Protocol), который является транспортным протоколом без установления соединения и, как таковой, должен полагаться на прикладные уровни, такие как CoAP, чтобы работать с непоследовательными пакетами и ретрансляциями.

Однако основное различие между двумя стандартами заключается в собственной поддержке IP.

Все узлы Thread имеют один или несколько адресов IPv6, в то время как узлы ZigBee имеют двоичный 16-битный адрес, который, для последующего взаимодействия с внешними устройствами в IP-сети,  должен быть преобразован на специальном шлюзе. Этот процесс представляет собой переупаковку данных из формата, принятого в конкретной сети, в IP-datagram-сообщение. В свою очередь, за такой переупаковкой следует необходимость расшифровки передаваемого сообщения на шлюзе и последующего шифрования в IP-datagram-сообщение. Такая операция имеет последствия для проектирования приложений и развертывания системы. В частности, при взаимодействии с облачными приложениями данные от устройств ZigBee должны проходить через шлюз, который по существу преобразует IP-адреса в адреса ZigBee (рисунок 4).

Рис. 4. Маршрутизация пакетов в IP-сеть при отсутствии поддержки IP-протокола

Рис. 4. Маршрутизация пакетов в IP-сеть при отсутствии поддержки IP-протокола

В сети Thread для целей формирования глобального IPv6-адреса или префикса для формирования уникального локального адреса (ULA) узлы используют префиксы, которые получают от граничного роутера. ID для узла выдается лидером сети. Для обмена сообщениями в сети Thread используется протокол UDP. Совместно с UDP стек Thread использует CoAP-протокол, позволяющий расширить возможности UDP. CoAP-протокол добавляет поддержку механизма повторных отправок и определяет порядок следования сообщений. На рисунке 5 показана структура маршрутизации пакетов в IP-сеть при наличии поддержки IP-протокола.

Рис. 5. Маршрутизация пакетов в IP-сеть при наличии поддержки IP-протокола

Рис. 5. Маршрутизация пакетов в IP-сеть при наличии поддержки IP-протокола

Когда интеграция IP становится основным требованием (как в случае связи с системами управления и автоматизации в офисных помещениях, управляемых системным администратором), Thread-сети обладают преимуществом перед ZigBee. Однако стоит учесть, что пакеты данных, передаваемые по IP, могут быть значительно больше используемых в ZigBee, что в свою очередь влечет за собой более эффективный и оптимизированный по мощности процесс передачи с уменьшенной задержкой для узлов в сети ZigBee. На данный момент по этой технологии произведено более 100 млн различных изделий, и когда дело касается интеграции в существующие системы и низкого энергопотребления (например, освещения для жилой и домашней автоматизации), ZigBee является весьма привлекательным решением.

В таблице 2 перечислены различия между технологиями построения сетей ZigBee и Thread и их последствия для пользователей и поставщиков технологий.

Таблица 2. Различия между ZigBee и Thread

Функция ZigBee Thread
Аутентификация при соединении Централизованная через центр управления безопасностью при помощи кода установки устройства При помощи сканирования QR-кода
Безопасность Использует стандарт шифрования AES-128 AES-128-уровень MAC, получен из ECC (Elliptic Curve Cryptography, дословно – криптография на эллиптических кривых) при использовании DTLS (протокола безопасности транспортного уровня)
Первоначальная загрузка и ввод в эксплуатацию Нажатие кнопки или подсоединение при приближении устройства При помощи сканирования QR-кода
Управление сетью и отдельными узлами Выполняется в координаторе ZigBee в централизованной сети Динамичное управление
Самовосстановление Централизованный маршрутизатор Самоизбираемый маршрутизатор
Взаимодействие с IP-сетями Через связующий шлюз Через граничный роутер
Размер передаваемых пакетов Оптимальный Очень хороший
Задержка передачи пакетов Лучшая Очень хорошая
Встроенная интеграция IP Нет Да
Дата релиза Первый релиз – в 2005 году Первый релиз – в 2015 году
Количество компаний, использующих технологию в своих продуктах ~400 компаний ~270 компаний

Хотя существует некоторое перекрытие на прикладном уровне и потенциал для взаимопоглощения двух технологий, ZigBee и Thread используют разные принципы построения сети, хоть и основаны они на одном и том же стандарте 802.15.4.

Заключение

ZigBee- и Thread-технологии прекрасно подходят для создания автоматизированных систем как в жилых помещениях, так и на коммерческих предприятиях.

Хотя у этих технологий есть отличия, они могут быть реализованы на одном и том же оборудовании, например, на таких микроконтроллерах как TI SimpleLink Multi-Standard CC2652R, которые поставляются с набором средств программирования  ZigBee – CC26x2 SimpleLink SDK.

Компания TI создала микроконтроллер CC2652R для работы с сетями 2,4 ГГц. Данный контроллер может быть использован для работы с Bluetooth 5 и с ZigBee или Thread. Также компания разработала SimpleLink-микроконтроллер CC1352R, который поддерживает несколько стандартов и технологий в диапазоне 2,4 ГГц, таких как Bluetooth, ZigBee и Thread, и в диапазоне Sub-1 GHz, что позволяет снизить общие затраты при максимальной гибкости для разработчиков, которые могут загружать программное обеспечение по выбору, в зависимости от их требований.

SDK SimpleLink CC26x2 и CC13x2 имеют общую модель работы программного обеспечения для всех поддерживаемых технологий (ZigBee, Thread, Bluetooth 5 и Sub-1 GHz), данная модель позволяет переключать работу устройства с одного стандарта на другой на этапе производства или при последующем использовании (рисунок 6). Texas Instruments также предоставляет общую платформу разработки программного обеспечения, которая может быть использована для проводных и беспроводных встраиваемых устройств, принадлежащих к семейству SimpleLink, что обеспечивает модульность и переносимость приложений с устройства на устройство. Код, разработанный для приложения, можно использовать повторно при переходе с одной технологии связи на другую или при добавлении одной поверх другой.

Рис. 6. Диаграмма SimpleLink SDK

Рис. 6. Диаграмма SimpleLink SDK

TI предлагает одну платформу для встроенных продуктов и единую среду разработки программного обеспечения, что в конечном итоге снижает затраты на разработку, уменьшает риски исполнения и ускоряет время производства устройств, тем самым обеспечивая выполнение всех ключевых элементов для успешного выхода на рынок инновационного продукта в рамках интернета вещей (iot), чья задача –  автоматизация систем управления периферией жилых и коммерческих помещений.

Литература

  1. Roberto Sandre. Thread and ZigBee for home and building automation Systems Engineer Texas Instruments: 2018;
  2. Семенов Ю.А. Беспроводные сети ZigBee и IEEE 802.15.4;
  3. Gislason, Drew. “ZigBee Wireless Networking.” Newnes (Boston, Massachusetts): 2008;
  4. ZigBee Alliance. “The ZigBee Alliance and Thread Group Address IoT Industry Fragmentation with the Availability of the Dotdot Specification over Thread’s IP Network.” http://www.zigbee.org. 2017, December 12.

Наши информационные каналы

О компании Texas Instruments

В середине 2001 г. компании Texas Instruments и КОМПЭЛ заключили официальное дистрибьюторское соглашение, которое явилось результатом длительной и успешной работы КОМПЭЛ в качестве официального дистрибьютора фирмы Burr-Brown. (Как известно, Burr-Brown вошла в состав TI так же, как и компании Unitrode, Power Trend и Klixon). С этого времени компания КОМПЭЛ получила доступ к поставке всей номенклатуры производимых компанией TI компонентов, ...читать далее