Спецификация ZigBee Green Power (ZGP) была разработана специально для поддержки автономных устройств, которые вообще не имеют батареек. Такие устройства получают энергию для кратковременного срабатывания из своего окружения или каких-то действий с ними: как результат движения, освещения, пьезо-эффекта при нажатии, термоэлектрического эффекта Пельтье и т.п. Наиболее очевидное применение подобных устройств — это выключатели света, в которых нажатием кнопки вырабатывается электроэнергия, необходимая для отправки управляющих сигналов (включение/выключение).
ZigBee Green Power эффективно обеспечивает работату в сетях ZigBee именно таких устройств, которые могут сообщать о своем присутствии только в очень малые промежутки времени, когда у них есть энергия. С помощью ZigBee Green Power эти устройства могут входить и выходить в/из состава сети и безопасно взаимодействовать в ней, большее время оставаясь выключенными (обесточенными). Это применимо как устройствам без батареек, так и к устройствам с батарейками, которые, используя ZigBee Green Power и имея сверхнизкое энергопотребление, могут годами сохранять свою работоспособность. Кроме того, спецификация применима также для таких оконечных устройств в сети, которые не участвуют в поддержании ее ячеистой структуры и взаимодействие с которыми происходит по сути в режиме точка-точка.
Основные элементы и принцип работы ZigBee Green Power
ZigBee Green Power для экономии энергии предусматривает передачу между узлами специальных сокращенных пакетов данных, которые хотя и являются стандартными пакетами протокола IEEE 802.15.4IEEE 802.15.4, но не включают массу служебной информации протокола ZigBee Pro. Такие узлы не становятся полноценными постоянными членами сети ZigBee, но могут передавать данные только тогда, когда им это требуется (только в тот момент, когда пользователь нажимает кнопку). Отправленные таким образом упрощенные пакеты передаются в сети ZigBee через цепочку прокси-узлов (Green Power Proxy) к специальному узлу-приемнику (Green Power Sink). Прокси-узлы по сути просто туннелируют трафик Green Power, встраивая его пакеты внутрь типовых пакетов ZigBee и передавая затем такие пакеты по сети самым обычным образом.
Для обеспечения работы описанного механизма туннелирования трафика прокси-узлы и узел-приемник трафика ZigBee Green Power должны поддерживать специальные функции, которые распознают и правильно обрабатывают инкапсулированные пакеты с данными ZGP. В терминологии протокола ZigBee для этого предназначен отдельный кластер (Green Power Cluster) на уровне приложения.
Устройства с поддержкой ZigBee Green Power
На практике описанные выше Proxy и Sink функции могут реализовываться в одном физическом устройстве. Например, прибор освещения (лампа) является исполнительным устройством и работает как узел-приемник Green Power Sink. Такой узел, как правило, имеет постоянный источник питания и непрерывно присутствует в ZigBee-сети. Но в этом случае он является прекрасным кандидатом для реализации на его основе и функции посредника Green Power Proxy. Действуя как посредник, такая лампа сможет непосредственно принимать команды от выключателя, работающего по протоколу ZigBee Green Power. А как приемник она же сможет интерпретировать эти команды и выполнять их. Приборы, совмещающие обе функции, принято называть Green Power Combo (GPC).
Продолжая пример с лампой и выключателем, можно пояснить, что когда выключатель становится активным и передает в сеть команды ZigBee Green Power, их может принимать только устройство, реализующее функции Green Power Proxy (посредник) — в приведенном примере это лампа или иное устройство-посредник, присутствующее в сети. Посредник затем передает полученные команды в устройство-приемник (Sink), которым может быть как та же самая лампа, так и другая лампа, с которой выключатель не может установить радиосвязь напрямую. Таким образом, выключатель, передающий команды, не одолжен обязательно находится вблизи лампы, а может быть расположен в соседней комнате или в любой удаленной точке сети, а его команды будут передаваться через маршрутизаторы сети, как и любые другие данные ZigBee.
Специальная простая процедура привязки между парой устройств (в нашем примере — выключатель и лампа) позволяет обеспечить для команд и устройств ZigBee Green Power такой же уровень безопасности и защищенности, как и для всей сети, с опорой на существующие средства безопасности, предусмотренные протоколом ZigBee. Поддерживается также связывание и большего количества устройств (множество выключателей к одной лампе).
Функции поддержки ZigBee Green Power были включены в стек протокола ZigBee Pro в 2012 году. Большинство новых устройств, выпускаемых на рынок, начиная с этого времени в том или ином виде поддерживают эти функции. Так, например, устройства, являющиеся ZigBee-маршрутизаторами или координаторами, могут выступать и в качестве Green Power Proxy.
Одним из первых устройств, использующих протокол ZigBee Green Power, стали беспроводные выключатели Philips HUE Tap, вышедшие в 2013 году и предназначенные для совместного использования с лампами Philips HUE. Эти выключатели не имеют батареек и питаются от энергии, получаемой при нажатиях кнопок пользователем.