Zigbee（ジグビー）

2025年10月29日

Zigbee（ジグビー）

英語表記: Zigbee

概要

Zigbeeは、主にスマートホームや産業用IoT（Internet of Things）デバイスで利用されることを目的とした、国際標準規格に基づく低消費電力の無線通信技術です。特に、組み込み機器（IoTデバイス、マイコン）がバッテリー駆動で長期間動作し、かつ多数のデバイスが協調して動作する環境において、非常に重要な役割を果たします。IEEE 802.15.4という規格を物理層として利用し、低いデータ転送速度ながらも、広範囲をカバーできるメッシュネットワークを容易に構築できる点が最大の特徴です。

詳細解説

Zigbeeは、私たちが日々利用するスマートフォンやPCで使われる高速なWi-Fiとは、目的が大きく異なります。この技術は、組み込み機器（マイコン）がセンサーデータを収集したり、簡単な制御信号を送受信したりする際に、「できるだけ電力を消費しないこと」と「ネットワークの信頼性を高めること」を最優先事項として設計されています。まさに、組み込み機器が「通信とネットワーク」の機能を実現するための、最適な選択肢の一つと言えるでしょう。

組み込み機器における役割と目的

IoTデバイスでは、数年間にわたって電池交換なしで動作することが求められるケースが多々あります。Zigbeeは、スリープ状態からの高速な復帰や、必要なときだけ通信を行う設計により、極めて低い消費電力を実現しています。これにより、マイコンに接続された温度センサーや人感センサーなどの末端デバイスが、エネルギー効率良くデータを中央に送信することが可能になります。

メッシュネットワークの仕組み

Zigbeeの最も強力な特徴は、そのトポロジー、特にメッシュネットワークを構築できる点にあります。このネットワークには、主に以下の3種類のデバイスが登場します。

コーディネーター (Coordinator): ネットワーク全体を立ち上げ、管理する中心的な役割を担います。ネットワークごとに一つだけ存在します。
ルーター (Router): データの転送経路を提供する中継役です。電源に接続されているデバイス（スマートプラグや照明器具など）がこの役割を担うことが多いです。
エンドデバイス (End Device): センサーやスイッチなど、実際にデータを生成・消費する末端のデバイスです。低消費電力を重視するため、通常、ルーターやコーディネーターを経由して通信を行います。

このメッシュ構造により、もし一部の通信経路が途絶えても、データは他のルーターを経由して目的地に到達することができます。これは、多数の組み込み機器が分散配置されるスマートファクトリーや大規模なスマートホームにおいて、通信の信頼性を劇的に高める仕組みなのです。無線通信の分野において、この自己修復能力は非常に魅力的ですね。

技術的背景と動作周波数

Zigbeeは、主に世界共通のISMバンドである2.4GHz帯域を使用します。これはWi-FiやBluetoothと同じ帯域ですが、Zigbeeはデータ転送速度を約250kbps程度に抑えることで、消費電力の低減と通信の安定性を確保しています。高速な動画ストリーミングには向きませんが、組み込み機器が行う「ON/OFF制御」や「温度データ送信」といった低頻度かつ小容量の通信には、この速度で十分すぎるほどなのです。

このように、Zigbeeは、組み込み機器（IoTデバイス, マイコン）が、広範なエリアで通信とネットワークを、無線通信という形で実現するための、非常に賢く、かつ信頼性の高いプロトコルスイートであると言えます。

具体例・活用シーン

Zigbeeは、その設計思想から、特に多数の小型デバイスが連携して環境を制御するシーンで威力を発揮します。

スマートホーム制御システム

最も身近な活用例はスマートホームです。例えば、一つの部屋に多数のZigbeeデバイスが導入されているケースを想像してみてください。

照明スイッチ（エンドデバイス）: 押されたという信号を送信します。
スマート電球（ルーター）: スイッチからの信号を受け取り、自身のON/OFFを制御するとともに、その信号を他のデバイスへ中継します。
ハブ（コーディネーター）: ネットワーク全体を管理し、外部ネットワーク（インターネット）との接続を担います。

もし、ハブと遠く離れた場所にあるセンサーが通信したい場合でも、途中のスマート電球やスマートプラグがバケツリレーのようにデータを運びます。これにより、家庭内のどこにデバイスを置いても、安定した通信が保証されるわけです。

アナロジー：密かに働く伝書鳩のネットワーク

Zigbeeのメッシュネットワークを初心者の方が理解するためのアナロジーとして、「伝書鳩のネットワーク」を考えてみましょう。

高速なWi-Fiが「長距離を高速で飛ぶ旅客機」だとすれば、Zigbeeは「短距離を確実に、そして頻繁に情報を運ぶ伝書鳩」のような存在です。

通常のポイント・ツー・ポイント（一対一）の通信では、送信者（マイコン）と受信者（ハブ）の間に障害物があると、通信が途絶えてしまいます。しかし、伝書鳩（ルーター）が途中に何羽も配置されていれば、一羽が休んでいたり道に迷ったりしても、他の伝書鳩が代わりにメッセージを運んでくれます。しかも、この伝書鳩たちは、メッセージを運んでいないときは、エネルギーをほとんど使わずに静かに休んでいるのです。

この「低消費電力で確実に情報を中継し合う」仕組みこそが、Zigbeeが組み込み機器の無線通信で選ばれる理由です。

産業用監視システム

工場や倉庫のような広大な敷地では、Wi-Fiの電波が届きにくい場所が多く発生します。そこで、定期的に温度や振動を監視するセンサー（エンドデバイス）を多数配置し、電源供給が可能な機器（機械制御盤など）をルーターとして活用することで、低コストかつ堅牢な監視ネットワークを構築できます。

資格試験向けチェックポイント

IT資格試験、特に基本情報技術者試験や応用情報技術者試験では、IoT技術の基礎知識としてZigbeeの特性が問われることがあります。組み込み機器の文脈で、以下の点をしっかり押さえておきましょう。

低消費電力通信規格であること: Zigbeeの最大の目的は、バッテリー駆動の組み込み機器の長寿命化です。Wi-Fiと比較して、データ転送速度は低いが、消費電力が圧倒的に低い点を理解してください。
IEEE 802.15.4準拠: 物理層とMAC層の基盤となる規格です。この番号は、低速で短距離の無線PAN（Personal Area Network）を定義しているものとして記憶しておくと強力です。
メッシュネットワークの構築能力: 多数のデバイス（ルーター）が相互に連携し、通信経路を自動的に選択・修復できる点が重要です。これにより、広範囲かつ高信頼性のネットワークを少ない電力で実現します。
利用シーンの区別: 高速大容量通信（例：動画配信）には不向きであり、センサーデータ収集、遠隔監視、機器制御といった低頻度・小容量の組み込み機器の用途に特化している、と明確に区別して覚えておきましょう。
デバイスの役割: コーディネーター、ルーター、エンドデバイスの3種類の役割と、それぞれの機能（特にルーターが中継役であること）は、ネットワークトポロジーの理解として頻出パターンです。