mitä ZigBee-teknologia on ja miten se toimii?

ZigBee Technology its Design, Architecture and Applications

Johdatus Zigbee Wireless Networking Technology

ZigBee on IEEE 802.15.4-pohjainen, pienitehoinen, Alhainen tiedonsiirtonopeus tukee langatonta verkkostandardia, jota käytetään periaatteessa kaksisuuntaiseen viestintään antureiden ja ohjausjärjestelmän välillä. Se on lyhyen kantaman viestintästandardi, kuten Bluetooth ja Wi-Fi, joka kattaa 10-100 metriä. Ero on, Kun Bluetooth ja Wi-Fi ovat korkean tiedonsiirtonopeuden viestinnän standardi tukee siirto monimutkainen rakenne, kuten media, ohjelmisto jne.,

ZigBee-teknologia tukee sensorien kaltaisten yksinkertaisten tietojen siirtämistä. Se tukee Alhainen tiedonsiirtonopeus noin 250 kbps. Toimintataajuudet ovat 868 MHz, 902-928 MHz ja 2,4 GHz. ZigBee-tekniikkaa käytetään pääasiassa sovelluksissa, jotka vaativat pientä tehoa, edullisia kustannuksia, alhaista tiedonsiirtonopeutta ja pitkää akkukestoa.

Lue myös: sähköpiirit / Verkot ja siihen liittyvät tärkeät termit sinun täytyy tietää

Zigbee-tekniikan historia

ZigBee-standardin kehitti ZigBee Alliance, johon kuului monia suuria yrityksiä, kuten Philips, Mitsubishi Electric, Epson, Atmel, Texas Instruments jne. Liitto perustettiin vuonna 2002 voittoa tavoittelemattomana järjestönä.

ZigBee-Arkkitehtuuri

ZigBee – verkkoprotokolla noudattaa IEEE 802.15: tä.4 standardeja fyysinen ja MAC kerrokset, sekä oma verkko ja sovellus kerrokset.

Kuva 1: ZigBee Architecture

Lue myös: rakennusten energiansäästöä koskeva yleiskatsaus

alla on selitys jokaiselle kerrokselle.

1. fyysinen kerros: tämä on alin protokollakerros ja vastaa radiolähettimen ohjauksesta ja aktivoinnista sekä kanavan taajuuden valinnasta ja kanavan valvonnasta. Se vastaa myös viestinnästä radiolaitteiden kanssa. Tietojen tai komentojen välittäminen tapahtuu paketeilla. Jokainen PHY-paketti koostuu synkronointi-otsakkeesta (SHR) (vastaa vastaanottimen synkronoinnista), fyysisestä otsakkeesta(PHR) (sisältää tietoja kehyksen pituudesta) ja PHY-hyötykuormasta (ylemmät kerrokset tarjoavat kehyksenä ja sisältää tietoja tai komentoja).
2. Medium Access Control tai MAC Layer: se toimii rajapintana fyysisen kerroksen ja Verkkokerrosten välillä. Se on vastuussa sukupolven majakat ja synkronointi laitteiden Beacon käytössä verkossa. MAC-kehys voi olla Beacon Frame (jota koordinaattori käyttää lähettimien lähettämiseen), Data Frame, account Frame tai Komentokehys. Se koostuu MAC-otsakkeesta (sisältää tietoja turvallisuudesta ja osoitteista), muuttuvasta pituuskoosta MAC-hyötykuormasta (sisältää tietoja tai komentoja) ja MAC-alatunnisteesta (sisältää 16-bittisen kehyksen tarkistussekvenssin tietojen todentamista varten).
3. Verkkokerros: tämä kerros yhdistää sovelluskerroksen MAC-kerrokseen. Se hallinnoi verkon muodostumista ja reititystä. Se perustaa uuden verkon ja valitsee verkon topologian. NWK-runko koostuu NWK-otsakkeesta ja NWK-hyötykuormasta. Otsikko sisältää tietoja verkon tason osoittamisesta ja valvonnasta. NWK hyötykuorma sisältää sovelluksen alikerroksen kehyksen.
4. Application Support Sub Layer: se tarjoaa joukon palveluja kahden yksikön kautta – Application SupportData Entity ja Application Support Management Entity, sovellus-ja verkkokerroksiin. Näihin yksiköihin pääsee niiden vastaavien Service Access Points (SAP)
5. Application Layer: Tämä on verkon korkein kerros ja vastaa sovelluskohteiden isännöinnistä, jossa on käyttäjäsovelluksia ja Zigbee-Laiteobjekteja (ZDOs). Yksi ZigBee-laite voi sisältää jopa 240 sovellusobjektia, jotka ohjaavat ja hallitsevat protokollatasoja. Jokainen sovellusobjekti voi koostua yhdestä käyttäjän tai ZigBee-allianssin kehittämästä sovellusprofiilista tai ohjelmasta. Sovellusprofiili vastaa datan lähettämisestä ja vastaanottamisesta verkossa. Kunkin laitteen tyyppi ja toiminta määritellään sovellusprofiilissa. ZigBee-Laiteobjektit toimivat rajapintana sovellusobjektien, laiteprofiilien ja sovelluksen alikerroksen välillä.

Zigbeen Verkkotopologiat

Zigbeen verkko tukee monenlaisia topologioita, joista suosituin on – tähti ja vertaisverkkotopologiat. Jokainen verkkotopologia koostuu kolmentyyppisistä solmuista-ZigBee-koordinaattori, ZigBee-reititin ja ZigBee-päätelaitteet. Koordinaattori suorittaa yksilöllisen osoitteen osoittamisen jokaiselle verkon laitteelle, käynnistää ja siirtää viestejä verkossa ja valitsee yksilöllisen tunnisteen verkolle. ZigBee-laitteita on kahta tyyppiä-Full Function Device (FFD) ja Reduced Function Device (RFD)

kuva 2: ZigBee-Verkkotopologiat

Tähtitopologiassa koordinaattori on keskuslaite, joka käynnistää ja hallinnoi verkon sisällä olevia laitteita. Kukin koordinaattori valitsee yksilöllisen tunnisteen, jota mikään muu verkosto sen vaikutusalueella ei käytä. Jokainen Päätylaite kommunikoi koordinaattorin kanssa. Päätelaitteet ovat yleensä RFD-laitteita, jotka voivat kommunikoida vain koordinaattorin tai FFD: n kanssa.

Peer to Peer topologiassa jokainen päätylaite voi kommunikoida toistensa kanssa, jotka on sijoitettu sen läheisyyteen. Laitteet ovat FFD-laitteita, jotka voivat kommunikoida suoraan keskenään. Tämäntyyppinen topologia voi kuitenkin sisältää RFD: n, joka kommunikoi vain yhden verkon laitteen kanssa. Vertaistopologia voi olla verkkotopologia tai Puutopologia.

Lue myös: automaattinen UPS-järjestelmän kytkentäkaavio (Uusi rakenne hyvin yksinkertainen) kotiin tai toimistoon

viestintä ZigBee

tiedonsiirto voi tapahtua koordinaattorin ja laitteen tai vertaisverkon välillä. Tiedonsiirto koordinaattorin ja laitteen välillä voidaan tehdä kahdella tavalla – Beacon Enabled ja Non Beacon Enabled.

Beacon Enabled Networkissa käytetään contention free channel access-menetelmää. Tässä koordinaattori jakaa kullekin laitteelle tietyn aikarajan, joka tunnetaan nimellä Guaranteed Time Slot (GTS). Täällä kaikki verkon laitteet on synkronoitava. Tämä varmistetaan lähettämällä koordinaattorin lähettämä Majakkasignaali kuhunkin laitteeseen (solmuun) siten, että jokainen laite synkronoi kellonsa. Tämä voi kuitenkin päätyä lyhentämään laitteiden akkukestoa, kun ei ole muuta tehtävää kuin kellojen synkronointi.

kun laite on synkronoitu, se voi lähettää tietoja koordinaattorille käyttämällä Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA-CA) – menetelmää, jossa määritetään miehityssignaalin tyyppi, tai GTS-jakojakson aikana. Lähettäessään pyynnön koordinaattori lähettää kuittauksen takaisin. Tiedon siirtämiseksi koordinaattorilta laitteelle lähetetään Majakkaviestin mukana ilmoitus laitteelle. Laite vastaanottaa tämän ilmoituksen ja lähettää tietopyyntöviestin. Koordinaattori lähettää kuittauksen tästä tietopyynnöstä ja siirtää vastaavat tiedot.

muussa kuin Majakkaverkossa koordinaattori ei lähetä mitään Majakkaviestiä. Sen sijaan jokainen laite lähettää dataa CSMA-CA-menetelmällä samalla taajuuskanavalla. Laite lähettää tiedot heti, kun kanava on selvä. Tietojen siirtämiseksi koordinaattorilta laitteelle laite lähettää ensin tietopyyntösanoman koordinaattorille, jonka jälkeen koordinaattori lähettää datasanoman nollapituisella hyötykuormalla, kun tiedot ovat saatavilla. Jos Tietoja ei ole vireillä, koordinaattori lähettää vastaanottovahvistuksen, jossa ilmoitetaan, ettei tietoja ole vireillä.

Lue myös: Mitä ovat teolliset Viestintäverkot? Yleiskatsaus

Zigbee-teknologian sovellukset

kotiautomaatio: ZigBee-tekniikka osoittautuu luotettavimmaksi tekniikaksi kotiautomaation toteuttamisessa. Erilaisia sovelluksia, kuten energiankulutuksen valvonta ja seuranta, Vesihuolto, valonohjaus jne. on tehty helpommaksi automaation avulla ZigBee teknologiaa.

kuva 3: ZigBee Home Automation

Industrial Automation: ZigBee-pohjaiset RFID-laitteet auttavat tarjoamaan luotettavaa käyttöoikeuksien hallintaa teollisuudessa. Muita käyttökohteita toimialoilla ovat prosessinohjaus, energianhallinta, henkilöstön seuranta jne.

terveydenhuollon automaatio: suosittu esimerkki terveydenhuollon automaatiosta on etäterveyden seuranta. Henkilö käyttää ZigBee-laitetta, jossa on kehon parametria mittaava anturi, joka kerää terveystiedot. Nämä tiedot välitetään ZigBee-verkossa Internet Protocol (IP) – verkkoon ja sitten terveydenhuollon henkilöstölle (lääkäri tai sairaanhoitaja), joka sitten määrää asianmukaisen lääkityksen saatujen tietojen perusteella.

voit lukea myös: Power Distribution in Industries – All you Need to Know

edellä mainittujen kolmen lisäksi ZigBee-tekniikalle on monia sovelluksia. Tämä on lyhyt esittely ZigBee-teknologiasta. Kaikki muut tiedot tästä tekniikasta ovat tervetulleita alla kommenttiosiossa.

lue myös:

• liikennevalojen elektroninen Ohjausprojekti IC 4017 & 555 Timer
• Arduino Serial: Serial Communication by Arduino
• Programmable Logic Controllers (PLC) for Industrial Control