ZigBee

ZigBee adalah spesifikasi untuk jaringan protokol komunikasi tingkat tinggi, menggunakan radio digital berukuran kecil dengan daya rendah, dan berbasis pada standar IEEE 802.15.4-2003 untuk jaringan personal nirkabel tingkat rendah, seperti saklar lampu nirkabel dengan lampu, alat pengukur listrik dengan inovasi In-Home Display (IHD), serta perangkat-perangkat elektronik konsumen lainnya yang menggunakan jaringan radio jarak dekat dengan daya transfer data tingkat rendah.

Teknologi yang memenuhi spesifikasi dari ZigBee adalah perangkat dengan pengoperasian yang mudah, sederhana, membutuhkan daya sangat rendah serta biaya yang murah jika dibandingkan dengan WPANs lainnya, yakni Bluetooth. ZigBee fokus pada aplikasi Radio Frequency (RF) yang membutuhkan data tingkat rendah, baterai tahan lama, serta jaringan yang aman.

Tinjauan Teknis

ZigBee adalah standar jaringan mesh nirkabel dengan daya rendah dan biaya yang murah. Pertama, biayanya yang murah memungkinkan teknologi ini banyak digunakan sebagai pengendali jaringan nirkabel dan aplikasi pemantauan. Kedua, penggunaannya dengan daya yang rendah membuatnya dapat bertahan lama bahkan dengan baterai berukuran lebih kecil. Ketiga, jaringan mesh memberikan realibilitas yang tinggi serta jangkauan yang lebih luas. Namun ZigBee tidak memiliki kemampuan seperti pada jaringan kabel listrik meskipun elemen-elemen lain dari rangkaian standar OpenHAN telah didukung oleh OpenAMI] dan UtilityAMI yang dapat langsung menghubungkannya dengan stopkontak arus bolak-balik (AC). Dengan kata lain, ZigBee memang tidak ditujukan untuk dapat mendukung jaringan kabel listrik, namun lebih lebih ditujukan untuk pengukuran cerdas dan aplikasi cerdas. Akan tetapi, Penn Energy tengah merencanakan ZigBee untuk kembali beroperasi melalui standar OpenHAN.

Aliansi dan Merek Dagang

Aliansi ZigBee adalah sebuah asosiasi perusahaan yang bekerja sama untuk melakukan pemantauan yang handal dan hemat biaya dengan menggunakan jaringan nirkabel daya rendah, serta melakukan pemantauan pada produk berdasarkan standar global secara terbuka. Aliansi ZigBee adalah sekelompok perusahaan yang mempertahankan dan mempublikasikan standar dari ZigBee. Istilah ZigBee bukan hanya sekadar standar teknis saja, melainkan telah menjadi merek dagang yang telah terdaftar. Peran utama dari masing-masing bagian dari ZigBee ini adalah yang menstandardisasi keseluruhan tubuh yang mendefinisikan apakah ZigBee itu, dan juga mempublikasikan profil-profil aplikasi yang memungkinkan sejumlah vendor OEM untuk merancang produk yang dioperasikan.

Hubungan antara IEEE 802.15.4 dengan ZigBee adalah serupa dengan antara IEEE 802.11 dengan aliansi Wi-Fi. ZigBee 1.0 telah disahkan pada tanggal 14 Desember 2004 dan telah tersedia untuk para anggota dari ZigBee. Tiga tahun setelah itu, hadir ZigBee 2007 yang diposting tepatnya pada tanggal 30 Desember 2007. Profil Aplikasi ZigBee yang pertama, yakni home-automation, diperkenalkan pada tanggal 2 November 2007. Sebagaimana telah diberlakukan oleh NIST, spesifikasi Smart Energy Profile 2.0 akan menghapus ketergantungannya dengan IEEE 802.15.4. Para produsen alat dan perangkat dimungkinkan untuk dapat mengimplementasikan MAC/PHY, seperti IEEE 802.15.4(x) dan IEEE P1901, dibawah lapisan IP yang berbasis pada 6LoWPAN.

ZigBee beroperasi pada pita radio industri, ilmiah, dan medis, yakni sebesar 868 MHz di Eropa, 915 MHz di Amerika Serikat dan Australia, dan 2,4 GHz pada beberapa wilayah di seluruh dunia. Teknologi ini ditujukan untuk menghadirkan penggunaan yang lebih sederhana dan lebih murah dari WPANs lainnya seperti Bluetooth. Vendor-vendor chip ZigBee biasanya menjual radio terintergrasi beserta pengontrol mikro dengan memori kilat dengan besar antara 60 KB dan 256 KB.

Vendor-vendor Chip dan Perangkat

Radio merupakan komponen yang dapat berdiri sendiri untuk digunakan pada semua jenis prosesor atau pengontrol mikro. Pada umumnya ZigBee dijual secara terpisah dan dapat bediri sendiri, namun para vendor chip sering kali menawarkan perangkat lunak ZigBee yang telah tersusun. Dikarenakan ZigBee dapat diaktivasi (dari modus padam ke modus aktif) dalam waktu kurang dari 30 mdet, lama delay data dikirimkan bisa sangat rendah dan perangkat bisa jadi sangat responsif, terutama jika dibandingkan dengan wake-up delays dari Bluetooth yang biasanya berlangsung selama kurang lebih tiga detik. Dikarenakan ZigBee lebih banyak menghabiskan waktu dalam keadaan padam, rata-rata daya konsumsinya bisa jadi sangat rendah, sehingga menyebabkan baterai dapat bertahan lebih lama.

Susunan perangkat ZigBee yang pertama dirilis dinamakan dengan ZigBee 2004. Susunan yang kedua dirilis, dinamakan ZigBee 2006, menggantikan struktur MSG/KVP yang digunakan pada tahun 2004 dengan pengelompokkan pustaka. ZigBee 2007, yang kemudian setelah itu dirilis, mengandung dua susunan profil, yakni susunan profil 1 (hanya disebut dengan ZigBee yang menawarkan ruang jaringan yang sangat kecil pada Memori RAM dan memori kilat, yang digunakan untuk urusan rumah tangga dan komersial ringan, dan susunan profil 2 (disebut dengan ZigBee Pro) yang menawarkan lebih banyak fitur, yakni di antaranya multi-casting, dan many-to-one-routing and high security dengan Symmetric-Key Key Exchange (SKKE). Meskipun begitu, kedua susunan profil ZigBee ini, baik profil 1 dan profil 2, sama-sama dapat bekerja dengan segala aplikasi ZigBee.

ZigBee 2007sepenuhnya kompatibel dengan perangkat ZigBee 2006. Perangkat ZigBee 2007 dimungkinkan untuk bergabung dan beroperasi pada jaringan ZigBee 2006 begitu pula sebaliknya. Oleh karena terdapatnya perbedaan pada pilihan routing, maka dari itu perangkat ZigBee Pro harus diubah terlebih dahulu menjadi non-routing ZigBee End-Devices (ZEDs) pada jaringan ZigBee 2006, begitu pula pada perangkat ZigBee 2006 pada jaringan ZigBee 2007 juga harus diubah menjadi ZEDs terlebih dahulu pada jaringan ZigBee Pro. Aplikasi-aplikasi yang terdapat pada perangkat-perangkat tersebut bekerja sama persis, terlepas dari susunan profil mereka masing-masing.

Lisensi

Spesifikasi dari ZigBee tersedia secara gratis untuk masyarakat umum untuk tujuan non-komersial. Adopter (Keanggotaan tingkat awal dalam Aliansi ZigBee) menyediakan akses ke spesifikasi dan izin yang belum dipublikasikan untuk menciptakan produk-produk agar spesfikasi dan izin tersebut dapat digunakan oleh pasar.

Klik yang dilakukan melalui lisensi pada spesifikasi dari ZigBee membutuhkan seorang pengembang komersial untuk bergabung dalam Aliansi ZigBee. Hal ini kemudian menjadi masalah bagi pengembang opensource karena konflik pada biaya tahunan dengan GPU Lisensi Publik Umum (GPL). Dikarenakan GPL tidak membuat perbedaan antara penggunaan komersial dan non-komersial, mustahil untuk menerapkan susunan ZigBee berlisensi GPL, ataupun menggabungkan sebuah implementasi ZigBee dengan kode berlisensi GPL. Persyaratan untuk para pengembang, untuk bergabung dengan Aliansi ZigBee ini juga menimbulkan konflik dengan lisensi-lisensi perangkat lunak gratis.

Kegunaan

Protokol ZigBee ditujukan untuk digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan kecepatan data dan konsumsi daya yang rendah. Fokus ZigBee beberapa tahun terakhir adalah untuk menetapkan tujuan umum dari jaringan mesh, yang murah dan dapat dengan sendirinya terorganisir, yang kemudian dapat digunakan untuk pengawasan dalam bidang industri, penginderaan, pengumpulan data dalam bidang medis, alarm peringatan kebakaran (asap) dan penyusup, building automation, home automation, dan lain sebagainya. Jaringan yang dihasilkan kemudian ini nantinya hanya membutuhkan daya yang rendah. Berikut merupakan beberapa area untuk aplikasi ZigBee:

Jenis-jenis Alat/Perangkat

Terdapat tiga jenis perangkat ZigBee:

  1. ZigBee Coordinator (ZC): Perangkat yang paling ulung, dimana koordinatornya membentuk pangkal dari jaringan yang menjembataninya ke jaringan-jaringan lain. Tepatnya terdapat satu koordinator ZigBee pada tiap jaringan, karena alat ini adalah alat yang menjalankan jaringan dari awal. Alat ini juga dapat menyimpan informasi mengenai jaringan, termasuk di antaranya pula bertindak sebagai trust center dan respositori untuk kunci keamanan.
  2. ZigBee Router (ZR): Selain dari menjalankan fungsi aplikasi, Router juga dapat bertindak sebagai perantara, yang dapat menyampaikan data dari perangkat yang satu ke perangkat yang lain.
  3. ZigBee End Device (ZED): Memiliki fungsi untuk menyampaikan pada parent node (baik koordinator maupun router), yang mana, alat ini tidak dapat merelay data dari perangkat atau lainnya. Hubungan ini memungkinkan simpul untuk berada dalam keadaan padam dalam waktu yang cukup lama, sehingga menghasilkan daya baterai yang lebih tahan lama. ZED hanya membutuhkan memori dalam jumlah kecil, oleh karena itu produksinya dapat lebih murah dibandingkan dengan ZC dan ZR.

Protokol

Protokol membangun riset algoritme terbaru (Ad hoc On-Demand Distance Vector, neuRFon) untuk mengkonstruksikan simpul jaringan ad hoc dengan kecepatan rendah secara otomatis. Pada beberapa contoh jaringan besar, umumnya jaringan tersebut terbagi menjadi kelompok-kelompok kecil. Selain itu, jaringan ini juga membentuk sirat, ataupun kelompok tunggal. Profil aplikasi yang ada umumnya berasal dari protokol ZigBee yang mendukung jaringan suar dan non-suar.

Jaringan non-suar menggunakan mekanisme akses saluran tanpa celah CSMA/CA. Pada tipe jaringan ini, router ZigBee umumnya memiliki penerima yang cenderung akif sehingga membutuhkan catu daya yang lebih kuat. Namun, hal ini menyebabkan jaringan-jaringan yang heterogen diterima oleh beberapa alat atau perangkat secara terus-menerus sementara yang lain melakukan transmisi hanya ketika stimulus eksternal telah terdeteksi. Contoh umum dari jaringan heterogen yakni saklar lampu nirkabel. Simpul ZigBee yang terpasang pada lampu dapat melakukan penerimaan secara terus-menerus karena terhubung langsung ke listrik dari sumber pusatnya (PLN, di Indonesia), sementara saklar lampu bertenaga baterai akan tetap dalam keadaan padam hingga saklar tersebut ditekan. Saklar kemudian menyala, menyampaikan perintah kepada lampu, menerima balasan, dan kemudian kembali ke keadaan padam.

Pada jaringan suar, jaringan khusus yang disebut dengan ZigBee Routers mentrasmisikan suar periodik untuk mengkonfirmasi kehadiran mereka kepada simpul-simpul jaringan lainnya. Simpul dimungkinkan berada dalam keadaan padam di antara suar-suar yang ada, yang mana hal ini dapat menyebabkan turunnya siklus-kerja mereka serta memperpanjang daya tahan baterai mereka. Interval dari dari suar-suar tersebut dapat berkisar antara 15.36 milidetik hingga 15.36 mdet * 214 = 251.65824 detik pada 250 kbit/s, dari 24 milidetik hingga 24 mdet * 214 = 393.216 detik pada 40 kbit/s dan dari 48 milidetik hingga 48 mdet * 214 = 786.432 pada 20 kbit/s. Meskipun begitu, operasi dari siklus kerja rendah membutuhkan waktu yang signifikan, yang dapat menimbulkan konflik dengan biaya produk yang rendah.

Pada umumnya, protokol ZigBee dapat meminimalisir waktu aktif radio dalam rangka menghemat daya. Dalam jaringan suar, simpul hanya perlu berada dalam keadaan aktif ketika suar sedang ditransmisikan. Pada jaringan non-suar, konsumsi daya bersifat asimetris, beberapa alat selalu aktif, sementara yang lain menghabiskan sebagian besar waktu dalam keadaan padam.

ZigBee RF4CE

Pada tanggal 3 Maret 2009, RF4CE (Radio Frequency for Consumer Electronics) Consortium setuju untuk bekerja dengan Aliansi ZigBee untuk bersama-sama memberikan standar spesfikasi pada radio pengendali jauh berbasis frekuensi. ZigBee RF4CE dirancang untuk digunakan dalam berbagai macam produk-produk elektronik dengan pengendali jarak jauh audio/visual, seperti televisi dan boks set-top. ZigBee RF4CE ini menyediakan multi-vendor pengendali jarak jauh interoperable sebagai solusi pada elektronik konsumen, yakni jaringan komunikasi nirkabel dua arah dengan konektivitas yang kuat, murah, dan sederhana.

Tidak seperti banyaknya pengendali jarak jauh RF yang ada pada masa kini, yang memerlukan penggunaan perantara base-station dalam penerimaannya, ZigBee RF4CE dirancang untuk dibangun di dalam perangkat elektronik konsumen. Ini merupakan teknologi yang ideal untuk komunikasi dua arah antara alat dan pengendali jarak jauh. Standar ZigBee RF4CE menyediakan lapisan jaringan yang sederhana serta standar profil aplikasi yang dapat digunakan sebagai solusi multi-vendor interoperabel untuk digunakan di rumah.

Terdapat beberapa karakteristik dari ZigBee RF4CE, yakni beroperasi pada pita frekuensi 2.4 GHz menurut IEEE 802.15.4, merupakan solusi operasi frekuensi pada tiga saluran, menggunakan mekanisme hemat-daya untuk pengendali jarak jauh dan perangkat CE, memiliki mekanisme penemuan dalam konfirmasi aplikasi sepenuhnya, keamanan melalui skema standar industri AES-128, memiliki mekanisme keamanan kunci generasi, memilki profil pengendali jarak jauh sederhana untuk produk-produk CE, serta dapat bekerja dengan segala vendor baik yang standar maupun yang spesifik.

Perangkat Lunak dan Perangkat Keras

Perangkat lunak dirancang agar mudah untuk dikembangkan pada mikroprosesor yang kecil dan murah. Desain radio yang digunakan oleh ZigBee telah dioptimalkan secara saksama dengan biaya yang rendah dalam produksi skala besar. Perangkat ini memiliki beberapa tahap analog dan sedapat mungkin menggunakan sirkuit digital. Meskipun radio sendiri tidak mahal, proses kualifikasi dari ZigBee melibatkan validasi penuh dalam persyaratan lapisan fisik. Jumlah lapisan fisik ini menghasilkan beberapa keuntungan karena pada dasarnya semua radio berasal dari semikonduktor yang menggunakan karakteristik RF yang sama. Di sisi lain, kegagalan fungsi lapisan fisik yang tanpa disertai sertifikasi dapat melumpuhkan daya tahan baterai pada perangkat-perangkat lainnya dalam jaringan ZigBee. Ketika protokol-protokol lain dapat menutupi sensitivitas yang buruk ataupun masalah-masalah esoterik lainnya, radio ZigBee memiliki hambatan teknis yang sangat ketat, yakni daya dan lebar pita yang dibatasi. Dengan demikian, radio-radio yang ada diuji dengan standar ISO 17025 berdasarkan panduan yang dikeluarkan oleh Clause 6 dari standar 802.15.4-2006. Kebanyakan vendor berencana untuk mengintegrasikan radio dan pengendali mikro dalam chip tunggal yang menggunakan perangkat yang lebih kecil.

Sejarah

  • Jaringan ZigBee-style mulai dipahami pada sekitar tahun 1998, yakni pada waktu ketika banyak pemasang mulai menyadari bahwa Wi-Fi dan Bluetooth akan menjadi kurang dapat kompatibel dengan banyak aplikasi. Terutama para insinyur melihat adanya kebutuhan akan jaringan ad hoc self-organizing radio digital.
  • Standar IEEE 802.15.4-2003 disempurnakan pada Mei 2003 yang kemudian digantikan oleh publikasi IEEE 802.15.4-2006
  • Pada musim panas tahun 2003, Philips Semiconductors, pendukung utama jaringan mesh, berhenti berinvestasi. Namun, Philips Lighting terus melanjutkan partisipasinya dan tetap menjadi anggota promoter dari Direksi Aliansi ZigBee.
  • Aliansi ZigBee mengumumkan bahwa keanggotaannya telah berjumlah mencapai lebih dari dua kali lipat pada tahun sebelumnya dan telah berkembang menjadi lebih dari 100 perusahaan anggota, yang tersebar pada 22 negara pada bulan Oktober 2004. Kemudian pada April 2005, keanggotaannya berkembang lagi menjadi lebih dari 150 perusahaan, dan setelah itu pada Desember 2005 keanggotaannya mencapai hingga 200 perusahaan.
  • Spesifikasi ZigBee disahkan pada 14 Desember 2004
  • Aliansi ZigBee mengumumkan mengenai ketersedian spesifikasi 1.0 untuk masyarakat umum yakni pada 13 Juni 2005, yang pada waktu itu lebih dikenal dengan spesifikasi ZigBee 2004.
  • Aliansi ZigBee mengumumkan mengenai penyempurnaan dan ketersediaan anggota langsung dari standar ZigBee pada versi yang telah ditingkatkan pada September 2006, yang pada saat itu dikenal sebagai spesifikasi ZigBee 2006.
  • Pada akhir tahun 2007, ZigBee Pro tengah disempurnakan dan diselesaikan.

Asal usul Nama ZigBee

ZigBee merupakan padanan dari kata Zig, yang berarti gerakan zig-zag, dan Bee, yang berarti lebah madu. Hal ini dikarenakan Zigbee memiliki sifat komunikasi yang mirip dengan lebah madu, yakni melakukan gerakan-gerakan tidak menentu dalam menyampaikan informasi dari lebah madu yang satu kepada lebah madu yang lainnya.

Lihat pula

Referensi
Kembali kehalaman sebelumnya