ZigBee ist eine Funknetztechnik, die auf den von IEEE 802.15.4 spezifizierten unteren Schichten für die Funkübertragung aufsetzt. ZigBee wurde für die Industrie, für Smart Homes und die Gebäudesteuerung konzipiert. Die ZigBee-Technik ist eine Drahtlos-Technologie für den Nahbereich, Short Range Wireless ( SRW), ähnlich Bluetooth, Z-Wave oder Wibree, zielt allerdings auf Anwendungen in der Gebäudeautomation, auf die Steuerung, Überwachung und Automatisierung von Fertigungsprozessen und wird auch in Industrial WLANs ( IWLAN) und im Internet of Things ( IoT) eingesetzt.
Der wesentliche Unterschied gegenüber den erwähnten Techniken besteht darin, dass ZigBee für die Übertragung von kleinen Datenmengen konzipiert wurde. Die Übertragungsraten sind geringer als die von Bluetooth und 802.11, dafür zeichnet sich die Technik durch einen geringen Stromverbrauch aus. Die Leistungsaufnahme von ZigBee-Komponenten ist ein wesentlicher Betriebsfaktor, da die Komponenten häufig in batteriebetriebenen Sensoren zur Überwachung eingesetzt werden und über mehrere Jahre hinweg wartungsfrei und ohne Batteriewechsel arbeiten müssen. Alternativ kann ZigBee in der Variante ZigBee Pro auch mit Sensoren mit Micro Energy Harvesting eingesetzt werden. Außerdem weist der ZigBee-Protokollstack eine wesentlich geringere Komplexität aus als der Bluetooth-Protokollstack. Hinzu kommt, dass die Wiederaufnahme der Funktionsfähigkeit nach einem Schlafmodus wesentlich schneller von statten geht.
ZigBee und andere WLANs
Im Gegensatz zu anderen WLAN-Protokollen können bei ZigBee im Ultra-Breitband ( UWB) über ein breites Spektrum hinweg codierte Signale übertragen werden, bekannt als Low Rate Wireless Personal Area Network ( LR-WPAN). Diese Technik mit unterdrücktem Träger benötigt wesentlich weniger Leistung als Modulationsverfahren mit voller Trägerfrequenz. Darüber hinaus werden im ZigBee-Netz inaktive Netzwerkkomponenten abgeschaltet, was zu einer weiteren Leistungsreduzierung führt. Diese Maßnahmen haben im aktiven Betrieb eine Stromaufnahme von ca. 15 mA zur Folge, im Power-Down-Mode von unter 1 µA und im Idle-Mode 0,5 mA. Daraus resultiert ein mittlerer Leistungsverbrauch von weniger als 0,01 mAh (Milli- Amperestunden). ZigBee unterscheidet bei der Kommunikation zwischen zwei Betriebsarten: den Beacon-Betrieb und den Non-Beacon-Betrieb. Während im Beacon-Betrieb die Knoten regelmäßig in einem bestimmten Rhythmus abgefragt werden, arbeiten die Netzkomponenten im Non-Beacon-Betrieb nur bei Aktionen, beispielsweise dann, wenn ein Schalter geöffnet wird und der Knoten dies an den übergeordneten Knoten oder den Netzwerk-Koordinator mitteilt.
Die ZigBee-Frequenzbänder
Die Zigbee- Frequenzen liegen in den lizenzfreien ISM-Bändern um 868 MHz, 915 MHz und 2,4 GHz. An Reichweite kann diese Technik je nach Sendeleistung zwischen 10 m und 75 m überbrücken.
Die Zuverlässigkeit und Sicherheit erfüllen die Anforderungen der industriellen Anwendungen. Diese sind sehr hoch, da Angriffe von nicht autorisierten Benutzern erheblichen Schaden anrichten können, so beispielsweise die Störung oder den Stillstand von produktionstechnischen Anlagen. Aus diesem Grund basiert die ZigBee-Sicherheit auf einem mehrstufigen Sicherheitskonzept.
Die ZigBee-Entwicklungen werden maßgeblich von der Connectivity Standards Alliance ( CSA), früher ZigBee-Allianz, getragen, die im aktuellen Standard ZigBee 3.0 diverse Verbesserungen und erweiterte Funktionen wie die Gruppierung von ZigBee-Geräten, den gezielten Broadcast und Over-the-Air- Konfiguration eingebracht hat.