Стандарт ZigBee RF4CE (Radio Frequency for Consumer Electronics) первоначально был разработан в 2008 году консорциумом компаний Panasonic, Philips, Samsung и Sony для использования в беспроводных радиофицированных пультах дистанционного управления телевизорами, стереосистемами и т.п. Предполагалось, что подобные пульты будут постепенно приходить на замену традиционным пультам на инфракрасных светодиодах. Ведь использование радиоканала устраняет такие известные ограничения ИК-пультов, как относительно малая дальность действия и необходимость прямой видимости управляемого устройства.
Однако, первая версия стандарта ZigBee RF4CE оказалась слишком узко специализированной и не получила широкого распространения. В 2009 году стандарт получил поддержку ZigBee Alliance и вошел в состав его спецификаций. В дальнейшем он был доработан и интегрирован с текущей библиотекой приложений ZigBee, в рамках которой был разработан новый профиль ZigBee, получивший название ZigBee Remote Control (ZRC). Альянсом были выпущены спецификации ZRC 1.1 и затем ZRC 1.2.
В 2014 году вышла новая заметно расширенная версия профиля ZigBee Remote Control 2.0 (ZRC 2.0), которая была принципиально рассчитана на расширение сферы применения самих пультов дистанционного управления. Теперь, вместе с телевизорами и стереосистемами, эти пульты смогли управлять вообще любыми устройствами в сетях ZigBee — умными лампами и системами освещения, окнами и роллетами, системами безопасности и т.п. А поскольку глубина проникновения и интеграции новых смарт-систем в традиционной потребительской электронике постоянно расширяется, то и возможная сфера применения стандарта ZRC 2.0 тоже постоянно растет.
Кроме прочего, стандарт ZigBee RF4CE поддерживает полную обратную совместимость с традиционными системами ИК-управления. Контроллеры, работающие на основе этого стандарта, могут автоматически распознавать и загружать используемую систему команд унаследованного оборудования. которое изначально требовало ИК-управления.
Поддерживаемые топологии
Обычно сети ZigBee RF4CE строятся по топологии точка-точка или по звездной топологии, где целевое устройство (Target или Recipient) взаимодействует с одним или множеством узлов, выполняющих функцию дистанционного управления (Controller или Originator). В этой схеме нет необходимости осуществлять какую-то маршрутизацию или организовывать прямое взаимодействие между управляющими узлами. Но возможны и более сложные случаи, когда связи между несколькими сетями (PANs) обеспечиваются через участие определенных узлов сразу во множестве таких сетей.
На следующем рисунке показана топология, которя включает целевые узлы TV, CD и DVD, каждый из которых через свою сеть (PAN1, PAN2, PAN3) связан с управляющим узлом TV RC, CD RC, DVD RC. При этом узлы TV и DVD являются членами сразу двух сетей PAN1 и PAN3. И если в одной сети такой узел выступает целевым устройством, то в другой он уже является устройством управления. То есть TV может передавать управляющие команды в DVD по сети PAN3, а DVD, в свою очередь может передавать управляющие команды в CD по сети PAN1 (такие команды, к примеру, передаются, чтобы телевизор переключился на определенный вход для воспроизведения сигнала от DVD-плеера сразу после включения DVD на пригрывание).
Членом всех трех сетей PAN1, PAN2, PAN3 и контролирующим устройством в них выступает специальное мультифункциональное устройство дистанционного управления (Multi-function RC), умеющее взаимодействовать и с телевизором, и с CD-, и с DVD-плеером.
Топология сети также допускает, чтобы устройстов, выполняющее роль дистанционного управления (Originator) само выступало целью (Target) для какого-то еще устройства в сети. В свою очередь, управляемые устройства (Recipient) всегда являются целевыми и не могут одновременно иметь другую роль в той же сети (в другой сети — могут).
Профили приложений ZigBee RF4CE
Для устройств, основанных на стандарте ZigBee RF4CE предусматривается использование трех различных профилей приложений ZigBee:
- Generic Device Profile (GDP) — это основа для профилей RF4CE, которая определяет базовые функции для взаимодействия и управления другими профилями и необходимые политики, которым такие профили должны соответствовать.
- ZigBee Remote Control (ZRC) — профиль (также иногда называется Consumer Electronics Remote Control — CERC), который используется в таких потребительских устройствах как: телевизоры, CD/DVD-плееры и др., позволяя осуществлять дистанционное управление этими устройствами.
- ZigBee Input Device (ZID) — профиль, предоставляющий интерфейсы для сетевого уровня сети ZigBee RF4CE (отсюда его второе название ZigBee Interface Devices), и используемый в таких устройствах как: мыши, тачпады, клавиатуры, указки и т.п.
Исторически профиль ZRC возник первым на раннем этапе разработки стандарта ZigBee RF4CE. Помимо набора команд, призванных заменить традиционную ИК-технологию дистанционного управления, этим профилем предусматривается очень простой, управляемый простым нажатием кнопки процесс привязки (установки связи между устройством управления и контролирующим устройством). Сам этот процесс базируется на сервисах поиска (discovery) и парной привязки (pairing), реализуемых нижними уровнями стека протокола ZigBee RF4CE.
Вторым профилем для протокола ZigBee RF4CE стал профиль ZID. Этот профиль позволяет передавать узлам сети команды, поступающие от интерфейсных устройств, взаимодействующих с человеком (Human interface devices — HIDs). Профилем определяется два типа устройств: устройство класса HID (HID class device) и адаптер (HID adaptor). Устройства класса HID могут использоваться для таких устройств как мыши, клавиатуры или тачпады, а адаптеры предназначены для взаимодействия через специальные драйверы с персональными компьютерами или некоторыми встроенными устройствами.
Совместимость разных версий стандарта
Поскольку существует несколько версий спецификации ZigBee Remote Control Specification (ZRC), то на практике может возникнуть вопрос совместимости разных устройств. В общем случае, к сожалению, совместимость не обеспечивается. Однако, у производителей имеется возможность встраивать в свои устройства, реализованные на базе ZRC 2.0 дополнительный профиль ZRC 1.1 (и/или иной версии). В этом случае, когда устройство ZRC 2.0 пытаются связать с другим устройством, функционирующим на базе спецификации ZRC 1.1, оно автоматически переключается на эту, более раннюю, версию стандарта и устанавливает связь.
Таким образом, поддержка разных версий спецификации ZRC не является обязательной для стандарта, но допустима по желанию производителей. Так что при выбире того или иного устройства на это следует обращать внимание.
Функции энеросбережения и быстродействие
Учитывая, что нижние уровни стека протокола ZigBee RF4CE обеспечиваются по стандарту IEEE 802.15.4, общее энергопотребление устройств, выполненных по стандарту ZigBee RF4CE, может быть чрезвычайно низким (особенно, если сравнивать их с устройствами на основе WiFi или Bluetooth). Устройства постоянно находятся в энергосберегающем режиме и активируются только в моменты передачи команд. И в таком режиме проявляется другое важное преимущество технологии ZigBee — крайне низкая латентность протокола. Это значит, что управляющее устройство, выйдя из «спячки», может очень быстро восстановить связь с контролируемым узлом и передать команды. Обычно такая операция занимает менее 30 мс, а получившее команду оборудование сразу же может отреагировать на нее. Такая быстрая реакция позволяет избежать многократных нажатий, когда пользователь раз за разом давит на кнопки, не наблюдая реакции на свои действия.