Кто активно следит за темой умного дома знают, что Zigbee пользуется большой популярностью по сравнению с другими стандартами подключения умных устройств. Это простой и надежный протокол связи с возможностями ячеистой сети.
С одной стороны, большинство пользователей предпочитают устройства Zigbee, поскольку они относительно более доступны по цене по сравнению с Z-Wave. С другой стороны, Zigbee работает в перегруженном диапазоне 2,4 ГГц, что создает проблемы при развертывании в типичных домашних условиях, где этот спектр сильно насыщен.
К счастью, есть меры, которые вы можете предпринять, чтобы обеспечить создание сильной и надежной сети Zigbee. Эта статья представляет собой полное руководство по созданию мощной, стабильной и надежной сети Zigbee с нуля. Даже если у вас уже есть сеть, эта статья окажется очень ценной, поскольку в ней представлены практические советы для решения и устранения проблем с ненадежной сетью Zigbee.
Выберите приложение
Выбор правильного приложения имеет решающее значение для создания хорошего опыта работы с Zigbee. Это решение сильно повлияет на ваш выбор координатора, а также на поддержку устройств. В этой статье рассмотрены две наиболее популярные интеграции: Zigbee2MQTT и ZHA (Zigbee Home Automation).
Споры о ZHA и Z2M продолжаются на форумах сообщества и в профильных ресурсах, сколько я себя помню, и, кажется, всегда приходят к одному и тому же выводу:
Zigbee2MQTT
- Вам нужна отличная поддержка устройств и быстрое добавление новых устройств
- Вам нужен полный контроль над вашей сетью и устройствами
- Вы хотите легко обновлять прошивку OTA
- Вы хотите, чтобы ваша сеть была онлайн когда Home Assistant не работает
ZHA
- Вам нужна простая интеграция, встроенная в Home Assistant
- Вам нужна очень простая установка и настройка
- Вы нужна более широкая поддержка координатора
- Вы не хотите использовать MQTT-брокер
Между ними есть еще очень много интересных моментов, о которых можно поговорить, но для того, чтобы разобраться во всех тонкостях, потребуется отдельная статья. Я могу с уверенностью сказать, что на данном этапе своего развития оба решения очень зрелые, и вы не ошибетесь ни с одним из них. Также возможно запускать оба приложения на одном сетевом координаторе!
Если бы мне пришлось выбирать для себя, я бы выбрал Zigbee2MQTT.
Я не рассматриваю Deconz в этом руководстве, так как не вижу ощутимой выгоды в его использовании по сравнению с другими двумя. Он разработан специально для координаторов Conbee II/III, что немного ограничивает ваш выбор.
Используйте хороший координатор
Следующим важным шагом в построении мощной ячеистой сети Zigbee является выбор хорошего координатора. Нельзя ожидать, что устаревший ключ будет хорошо работать с новыми устройствами и большими сетями.
Конечно, стик Conbee II — отличный координатор, он будет хорошо служить Вам на протяжении многих лет. Но масштабирование вашей сети требует обновления. Хорошая новость: вы можете прошить Conbee II новой прошивкой с протоколом Thread и повторно развернуть его в качестве пограничного маршрутизатора, включив поддержку Matter-over-Thread в Home Assistant.
Я бы порекомендовал следующие координаторы, в зависимости от вашего варианта использования и метода установки:
- Лучший координатор для ZHA
- USB: Sonoff ZBDongle-E
- LAN/PoE: ZigStar UZG-01 Универсальный Шлюз
- LAN/PoE: SMLight SLZB-06M
- Лучший координатор для Zigbee2MQTT
- USB: Sonoff ZBDongle-P
- LAN/PoE: Универсальный шлюз ZigStar UZG-01
- LAN/PoE: SMLight SLZB-06
Важно отметить что координаторы на основе EFR32MG21 официально не поддерживаются в Zigbee2MQTT (например, Sonoff ZBDongle-E, SkyConnect), хотя люди до сих пор успешно их используют. С другой стороны, координаторы CC2652x (например, ZigStar UZG-01) официально поддерживаются и хорошо работают в обоих приложениях.
Обновить прошивку координатора
Даже если у вас новый координатор, возможно, потребуется обновить его прошивку, которая обычно включает исправления ошибок, улучшения и оптимизации, а иногда даже добавление новых функций. Большинство производителей включают инструкции по обновлению своего оборудования до новейшей прошивки. Сделайте это, прежде чем начинать сопряжение устройств. Некоторые ресурсы:
Установите координатор правильно
Следующий шаг — правильно установить и расположить координатор. Модели, которые я рекомендовал прежде всего, оснащены внешними антеннами, что увеличивает их сигнал и дальность приема. Это не означает автоматически, что вы сразу же получаете бесперебойную работу сети, вам все равно нужно выбрать подходящее место и оптимизировать соединение.
- Подключайте USB-координаторы с помощью удлинительного кабеля USB
- Всегда подключайте координатор к порту USB 2.0 (НЕ USB 3.0)
- Соседние порты USB (особенно USB 3.0) на вашем мини-ПК/Raspberry Pi очень шумные и, как известно, вызывают проблемы с помехами, когда координатор подключен непосредственно к вашему серверу.
- Используйте более длинные и экранированные удлинительные USB-кабели
- Отодвиньте координатора как можно дальше от сервера (2+ метра)
- Всегда используйте экранированный кабель, а не тот, который шел в комплекте с вашим принтером 4 года назад
- Расположите координатора в центре вашей сети. Это обычно означает середину вашего дома, на одинаковом расстоянии от самых дальних устройств на обоих концах. Направьте координатор на пустую часть комнаты, подальше от стен. Поверните антенну, чтобы улучшить качество сигнала, направив ее на большую часть ваших устройств. Не прячьте его за толстой мебелью или другими электронными устройствами. Не устанавливайте координатор рядом с маршрутизаторами, точками доступа или другим электронным оборудованием
Если можете, используйте координатор LAN/PoE вместо USB. Это дает вам гораздо больше гибкости при выборе места установки и не вызывает проблем, связанных с портами USB. Опять же, ZigStar UZG-01 — лучший выбор для гибридного координатора LAN/PoE/Wi-Fi/USB.
Установить канал и устранить помехи
Zigbee работает через 16 каналов от 11 до 26 в диапазоне 2,4 ГГц, каждый канал имеет ширину 2 МГц. С точки зрения только Zigbee может показаться, что существует гибкость в выборе подходящего канала в диапазоне 2,4 ГГц. Но это не так.
Большинство устройств оптимально работают на каналах 11, 15, 20 или 25, обычно называемый основным каналом ZigBee Light Link (ZLL). В соответствии с этой спецификацией ZHA по умолчанию использует канал 15, тогда как Zigbee2MQTT использует канал 11 при новой установке.
Возможно, другие каналы будут работать так же хорошо, но, по моему опыту, лучше всего выбрать один из каналов ZLL и работать. вокруг него, чтобы устранить помехи. Это подводит меня к следующему пункту.
Помехи Wi-Fi
Как и Zigbee, Wi-Fi может быть настроен на использование 11 различных каналов, пронумерованных от 1 до 11. Каждый канал имеет ширину 20 МГц и разнесен на 5 МГц друг от друга. В этом случае также может показаться, что есть место для выбора свободного канала. И это тоже не так.
Wi-Fi имеет только 3 непересекающихся канала: 1, 6 и 11, что означает вы можете по-настоящему использовать только один из трех. Кроме того, нумерация не означает, что Wi-Fi заканчивается на канале 11, а Zigbee начинается с 11. Все их каналы перекрываются, и вам необходимо убедиться, что выбранный вами канал Zigbee не попадает в боковые лепестки Wi-Fi.
Взгляните на этот график, чтобы вам было легче понять:
Источник: Metageek
На изображении видно, что все Каналы Zigbee (11-26) перекрываются с одним или двумя каналами Wi-Fi (1, 6, 11). Именно по этой причине крайне важно выбрать канал Zigbee, который находится как можно дальше от канала Wi-Fi. Лучший канал Zigbee при сосуществовании с Wi-Fi выглядит следующим образом:
- канал Zigbee 11, канал Wi-Fi 6 или 11
- канал Zigbee 15, канал Wi-Fi 11
- Канал Zigbee 20, канал Wi-Fi 1
- канал Zigbee 25, канал Wi-Fi 1 или 6
Смена канала Zigbee требует переподключения всех ваших устройств, поэтому’ Вместо этого гораздо проще изменить канал Wi-Fi. Если вы можете полностью исключить 2,4 ГГц и использовать только 5 ГГц, вы решите все свои проблемы.
Помехи Bluetooth
Хотя Bluetooth также работает в диапазоне 2,4 ГГц, его трафик обрабатывается совсем иначе, чем Zigbee или Wi-Fi. Bluetooth Classic, активный метод подключения, использует 79 каналов, распределенных по всему спектру, шириной 1 МГц каждый. Bluetooth Low Energy, пассивный протокол связи, использует 40 каналов шириной 2 МГц каждый.
Источник: Bluetooth.com
Bluetooth использует метод, называемый Адаптивная скачкообразная перестройка частоты, чтобы избежать коллизий пакетов и найти свободный путь. для передачи. Он разбивает полосу частот на более мелкие каналы (например, 40 в Bluetooth Low Energy) и быстро переключается между ними во время передачи. Чтобы еще больше снизить помехи, Bluetooth корректирует последовательность скачков. Он отслеживает шумные, занятые каналы и избегает их при отправке пакетов.
Другими словами, Bluetooth будет мешать работе Zigbee только в том случае, если они находятся очень близко друг к другу, особенно рядом с координатором. Чтобы предотвратить это, убедитесь, что ваши Bluetooth-гаджеты не расположены слишком близко к координатору Zigbee. Распределите их вместо того, чтобы хранить все в одном месте, и у вас не должно возникнуть проблем.
Другие помехи
Еще один источник помех, на который следует обратить внимание, — это так называемые ЭМП ( Электромагнитные помехи), иногда называемые РЧП (радиочастотные помехи) или сигнальным шумом.
Все электрические устройства, особенно компьютеры и их периферийные устройства, излучают электромагнитные помехи (ЭМП). Эти помехи могут нарушить или помешать передаче сигналов в радиодиапазоне 2,4 ГГц, вызывая ухудшение беспроводной связи с адаптерами и устройствами Zigbee.
Порты USB 3.0 и неэкранированные периферийные устройства USB-кабели известны тем, что вызывают помехи, влияющие на прием радиосигналов 2,4 ГГц, особенно для устройств с низким энергопотреблением или низкой пропускной способностью. Использование достаточно длинного и экранированного удлинительного кабеля USB, подключенного к USB 2.0 для всех периферийных устройств, включая координатор, может помочь устранить ЭМП. Home Assistant опубликовал видео о помехах USB 3.0, посмотрите.
В качестве альтернативы защитите все неэкранированные компьютеры, периферийные и другие устройства, добавив цельнометаллические корпуса, если можете. Одноплатные компьютеры и жесткие диски USB особенно известны как источники ЭМП.
Планирование топологии сети
Следующим шагом на пути к созданию стабильной и надежной сети является правильное планирование топологии сети. В сети Zigbee есть только три типа устройств: Координатор (Coordinator), Маршрутизатор (Router) и Конечное устройство (End Device).
Добавьте достаточное количество маршрутизаторов
Добавление достаточного количества маршрутизаторов укрепит сеть и сделать ее намного более стабильной и надежной. Большинство устройств с питанием от сети (L + N — то есть подключаемые по двум контактам — «ноль» и «фаза») могут выступать в качестве маршрутизаторов в ячеистой сети Zigbee, например: интеллектуальные вилки, розетки, настенные выключатели, диммеры, модули, датчики присутствия, светодиодные контроллеры и т. д.
Некоторые устройства, несмотря на питание от сети, не работают как маршрутизаторы Zigbee или, что еще хуже, плохо работают в качестве маршрутизаторов. Лампочки – яркий тому пример. Когда вы щелкаете выключателем на стене, лампочка гаснет, прерывая соединение и фактически разрывая путь, от которого зависели некоторые конечные устройства.
Добавление слишком большого количества конечных устройств и отсутствие маршрутизаторов также приведет к слабой ячеистой сети и обрывам соединения. Маршрутизаторы являются основой любой ячеистой сети Zigbee, поэтому необходимо убедиться, что у вас их достаточно.
Создание с нуля
Создание с нуля означает, что сначала нужно выполнить сопряжение маршрутизаторов и оставить конечные устройства на последний шаг. Это позволит сети создавать правильные пути к вашему координатору и легко ретранслировать трафик от соседних устройств.
Разбросайте несколько умных розеток и подключите их к координатору, прежде чем добавлять датчики и устройства с батарейным питанием.
Пара конечных устройств в конечном положении
Пользователи часто совершают ошибку, соединяя свои конечные устройства рядом с координатором, а затем устанавливая их в конечном положении. Это создает проблему с путями, поскольку устройство будет формировать один путь при первоначальном сопряжении (обычно прямой) с координатором, который выйдет за пределы диапазона при установке дальше.
При сопряжении в конечном положении конечные устройства найдут наилучший возможный путь к вашему координатору либо напрямую, либо через ближайший маршрутизатор.
Соединение конечных устройств через соседние маршрутизаторы
Вы можете заставить Z2M и ZHA подключить устройство к вашей сети через ближайший маршрутизатор, заставив конечное устройство специально сформировать этот путь. Несмотря на то, что Zigbee по своей природе является самовосстанавливающимся, использование этого метода обеспечивает оптимальное формирование начального пути.
В Zigbee2MQTT вместо нажатия кнопки Разрешить присоединение (Все), щелкните раскрывающийся список и выберите Разрешить присоединение (имя устройства). В ZHA выберите устройство, щелкните три точки в разделе «Информация об устройстве» и нажмите + Добавить устройства через это устройство.
Добавить выделенные повторители сигнала
Выделенный повторители сигнала — это устройства с одной единственной целью: расширить и укрепить вашу сеть путем отправки полезных данных с соседних устройств координатору. Это USB-устройства, которые можно подключить к телевизору, звуковой панели или чему-либо еще с постоянным питанием 5 В.
Посмотрите пример изображения сети Zigbee с маршрутизаторами и конечными устройствами:
Добавление одного повторителя сигнала USB автоматически сформировало пути к большинству моих устройств без каких-либо настроек. Как и любой другой маршрутизатор, вы можете принудительно подключить конечные устройства через этот ретранслятор сигнала, гарантируя путь к координатору.
Я рекомендую установить хотя бы один, в идеале два этих повторителей, которые обеспечивают работу как с ZHA, так и с Zigbee2MQTT:
- Loratap Zigbee 3.0 Signal Repeater
- eWelink Signal Repeater
- Gleco Signal Repeater (New)
- IKEA Tradfri Signal Repeater
- Aeotec Range Extender Zi
В качестве альтернативы вы можете прошить запасной координатор, такой как Sonoff ZBDongles, прошивкой маршрутизатора и использовать их исключительно в качестве выделенных ретрансляторов сигнала. Это экономически выгодно, поскольку Sonoffs доступны по цене.
Формируйте прямые ссылки там, где это возможно
Zigbee Direct Binding позволяет напрямую связывать конечную точку с одного устройства (источник) к одной или нескольким конечным точкам другого устройства или группы (цель). По сути, это означает установление соединения между двумя устройствами независимо от каких-либо программных приложений (таких как Zigbee2MQTT или ZHA), основного координатора или других устройств в вашей сети.
Стоит отметить, что не все устройства Zigbee поддерживают прямое сопряжение, что зависит от того, как производитель разработал уровень приложения Zigbee. Кроме того, некоторые устройства могут поддерживать прямую привязку, но не меняют состояние при активации источником.
Большинство пультов поддерживают прямую привязку в качестве источника, в то время как большинство источников света могут выступать в качестве цели. Устройства с прямым подключением можно использовать, даже если ваша сеть Zigbee не работает!
Отправлять команды в группах Zigbee
В сети Zigbee группа представляет собой набор конечных точек, например набор лампочек. Отправка команды через Home Assistant, чтобы включить их все одновременно, создает значительный трафик Zigbee, перегружая полосу 2,4 ГГц.
Идея довольно проста: сгруппируйте похожие устройства вместе и отправьте только одну команду, что существенно сократит нагрузку в сети. Помните, группы необходимо создавать непосредственно в Zigbee2MQTT, а не в Home Assistant, а это совсем другое дело.
Определить и устранить шумные устройства
Это стала растущей проблемой массового появления и внедрения датчиков присутствия в умных домах. Поскольку датчик присутствия требует активного сканирования окружающей среды, чтобы определить, присутствует ли человек, он может легко перегрузить вашу сеть Zigbee, отправляя постоянные пакеты.
Одним из недавних примеров является датчик присутствия Moes/Linptech ZSS-LP-HP02. К сожалению, это устройство ЖЕСТКО переполняет вашу сеть Zigbee. Поскольку Tuya не следует стандартным протоколам Zigbee, и данные передаются одновременно с тем, как опрашиваются, а не при изменении состояния. И нет никакого способа уменьшить этот трафик ни для отдельного устройства, ни полностью.
Вы можете легко определить устройства, рассылающие спам, просматривая логи в Zigbee2MQTT или ZHA. Лучше всего их просто удалить.
Убедитесь, что устройства могут общаться друг с другом
Важно отметить, что не все бренды оптимизированы для общения друг с другом. Например, устройства Aqara, как известно, очень требовательны к тому, с чем они работают. Они наотрез откажутся от сопряжения, вызовут задержки или выпадение сети. Вам необходимо убедиться, что ваши устройства могут взаимодействовать друг с другом, особенно при принудительном подключении через определенный маршрутизатор. Несколько советов:
- Устройства Aqara не работают с маршрутизаторами: Legrand/Netatmo, Centralite, Ledvance/Osram, Lightify/Sylvania, Securifi, Orvibo, Iris, General Electric, SmartThings/Samsung.
- Устройства Aqara хорошо работают с маршрутизаторами: Phillips Hue, Ikea Tradfri (более новые), Tuya Zigbee 3.0
Оздоровите вашу сеть Zigbee вручную
Устройства Zigbee автоматически формируют свою коммуникационную сетку, но этот процесс не быстрый и требует времени. В зависимости от ваших устройств, полное восстановление ячеистой сети и автоматическое формирование оптимальных маршрутов устройств может занять от нескольких дней до двух недель.
Однако вы можете сделать это принудительно Этот процесс осуществляется путем полного отключения вашей сети на 30 минут. Прежде чем включать сервер и координатор, убедитесь, что все ваши устройства включены и готовы.
Не превышайте лимит устройства
В зависимости от вашего координатора вы можете подключить ограниченное количество устройств к прямому соединению. Старые координаторы обычно имеют ограничение от 16 до 32, тогда как более новые и более функциональные координаторы могут обрабатывать до 100 напрямую подключенных устройств.
Это не означает, что вы не можете превысить лимит на уровне сети, это просто означает, что вы не можете напрямую подключиться больше, чем лимит. Для справки: координаторы CC2652x могут обрабатывать до 200 уникальных маршрутов. В репозитории прошивки Z-Stack 3.0 от Koenkk’s есть хорошая таблица, объясняющая эти ограничения.
Работа с соседними сетями Wi-Fi
Пока все хорошо, теперь вы знаете, что вам нужно убедиться, что ваши сети Wi-Fi и Zigbee не перекрываются. Сменить канал легко, и вы можете заставить их обходить друг друга. А как насчет Wi-Fi ваших соседей, который транслируется в вашу квартиру?
Ну, первый шаг — просканировать диапазон 2,4 ГГц с помощью такого приложения, как Wi-Fi Analyzer. Если вы обнаружите, что Wi-Fi вашего соседа излучает, скажем, в канале 1, настройте свой Wi-Fi на канал 6 и создайте сеть Zigbee на канале 20 или 25. Обходите обе сети, чтобы сформировать прочную сеть Zigbee.
Дело в том, что 99% процентов роутеров не имеют предустановленного канала под каким-либо номером. Они используют автоматический режим, то есть активно сканируют диапазон 2,4 ГГц и транслируют сеть по наименее перегруженному каналу. Всякий раз, когда маршрутизаторы ваших соседей делают это, теоретически они переключаются на свободный канал, который вы еще не заняли.
В конечном итоге, если помехи не исчезнут, несмотря на ваши усилия, всегда есть человеческий подход. Рассмотрите возможность дружеского разговора об этой проблеме с соседом, возможно, они захотят изменить настройки Wi-Fi или позволят сделать это вам.
Итог
Надеюсь, эта статья поможет Вам понять, что нужно для создания стабильной и надежной сети Zigbee. Если Вы воспользуетесь хотя бы половиной этих советов и рекомендаций, я уверен, что у вас не возникнет проблем.
Эта статья будет по возможности обновляться и включать в себя новые советы, маршруты и лайфхаки для правильного обслуживания сети Zigbee.
Если у вас есть что-то, чем вы хотите поделиться, напишите об этом в комментариях.
Добавить комментарий