mi a ZigBee technológia és hogyan működik?

Zigbee technológia tervezése, architektúrája és alkalmazásai

Bevezetés a ZigBee vezeték nélküli hálózati technológiába

a ZigBee egy IEEE 802.15.4 alapú, alacsony fogyasztású, alacsony adatátviteli sebességet támogató vezeték nélküli hálózati szabvány, amelyet alapvetően kétirányú kommunikációra használnak az érzékelők és a vezérlőrendszer között. Ez egy rövid hatótávolságú kommunikációs szabvány, mint a Bluetooth és a Wi-Fi, amely 10-100 méteres hatótávolságot fed le. A különbség az, hogy míg a Bluetooth és a Wi-Fi nagy adatátviteli sebességű kommunikációs szabvány, amely támogatja az olyan összetett struktúrák átvitelét, mint a média, a szoftver stb.,

a ZigBee Technológia Támogatja az ilyen egyszerű adatok továbbítását az érzékelőktől. Támogatja az alacsony, körülbelül 250 kbps adatátviteli sebességet. A működési frekvenciák 868 MHz, 902-928 MHz és 2,4 GHz. A ZigBee technológiát elsősorban olyan alkalmazásokhoz használják, amelyek alacsony energiát, alacsony költséget, alacsony adatátviteli sebességet és hosszú akkumulátor-élettartamot igényelnek.

olvassa el még: elektromos áramkörök / Hálózatok és az ahhoz kapcsolódó fontos kifejezések, amelyeket tudnia kell

a Zigbee technológia története

a ZigBee szabványt a ZigBee Alliance fejlesztette ki, beleértve számos olyan nagyvállalatot, mint a Philips, a Mitsubishi Electric, az Epson, az Atmel, a Texas Instruments stb. Ez a Szövetség 2002-ben alakult nonprofit szervezetként.

ZigBee architektúra

a Zigbee hálózati protokoll az IEEE 802.15-öt követi.4 szabvány fizikai és MAC rétegekre, valamint saját hálózati és alkalmazási rétegekre.

1.ábra: ZigBee építészet

olvassa el még: az épületek energiatakarékosságának áttekintése

az alábbiakban az egyes rétegek magyarázata található.

1. fizikai réteg: ez a legalacsonyabb protokoll réteg, és felelős a rádió adó-vevő vezérléséért és aktiválásáért, valamint a csatorna frekvenciájának kiválasztásáért és a csatorna felügyeletéért. Felelős a rádiókészülékekkel való kommunikációért is. Az adatok vagy parancsok kommunikációja csomagok segítségével történik. Minden PHY csomag tartalmaz egy szinkronizációs fejlécet(SHR) (felelős a vevő szinkronizálásáért), fizikai fejlécet(PHR) (információkat tartalmaz a keret hosszáról) és PHY hasznos terhet (a felső rétegek keretként biztosítják, és adatokat vagy parancsokat tartalmaznak).
2. közepes hozzáférés-vezérlés vagy MAC réteg: interfészként működik a fizikai réteg és a hálózati rétegek között. Felelős a jelzőfények létrehozásáért és az eszközök szinkronizálásáért a Beacon enabled hálózatban. A MAC keret lehet egy Beacon keret (által használt koordinátor továbbítására jelzők), adatkeret, nyugtázza keret vagy a parancs keret. Ez egy MAC fejlécből áll (információkat tartalmaz a biztonságról és a címzésről), változó hosszúságú Mac hasznos teherből (adatokat vagy parancsokat tartalmaz) és egy MAC Láblécből (16 bites Keretellenőrzési sorozatot tartalmaz az adatok ellenőrzéséhez).
3. hálózati réteg: ez a réteg összeköti az alkalmazási réteget a MAC réteggel. Kezeli a hálózat kialakítását és az útválasztást. Létrehoz egy új hálózatot, és kiválasztja a hálózati topológiát. Az NWK keret az NWK fejlécből és az NWK hasznos teherből áll. A fejléc információkat tartalmaz a hálózati szintű címzésről és vezérlésről. Az NWK hasznos teher tartalmazza az alkalmazás alréteg keretét.
4. alkalmazástámogatási alréteg: két entitáson – Application SupportData Entity és Application Support Management Entity-keresztül nyújt szolgáltatásokat az alkalmazás-és hálózati rétegekhez. Ezek az entitások a megfelelő szolgáltatási hozzáférési pontokon (SAP) keresztül érhetők el
5. alkalmazási réteg: Ez a hálózat legmagasabb rétege, és felelős az alkalmazásobjektumok tárolásáért, amelyek a felhasználói alkalmazásokat és a ZigBee Eszközobjektumokat (ZDOs) tárolják. Egyetlen ZigBee eszköz akár 240 alkalmazásobjektumot is tartalmazhat, amelyek a protokollrétegeket vezérlik és kezelik. Minden alkalmazásobjektum egy alkalmazásprofilból vagy programból állhat, amelyet a felhasználó vagy a ZigBee Szövetség fejlesztett ki. Az alkalmazásprofil felelős az adatok továbbításáért és fogadásáért a hálózatban. Az egyes eszközök típusát és funkcióját egy alkalmazásprofil határozza meg. A Zigbee Eszközobjektumok interfészként működnek az alkalmazásobjektumok, az eszközprofilok és az alkalmazás alréteg között.

a Zigbee hálózati Topológiái

a ZigBee hálózat sokféle topológiát támogat, a népszerű a csillag és a peer to peer topológiák. Minden hálózati topológia három típusú csomópontból áll: ZigBee koordinátor, Zigbee Router és ZigBee End Device. A koordinátor feladata, hogy egyedi címet rendeljen a hálózat minden eszközéhez, kezdeményezzen és továbbítson üzeneteket a hálózatban, és kiválaszt egy egyedi azonosítót a hálózathoz. A ZigBee eszközök két típusból állnak: Full Function Device (FFD) és Reduced Function Device (RFD)

2.ábra: Zigbee hálózati topológiák

a Star topológiában a koordinátor a központi eszköz, amely a hálózaton belüli eszközöket kezdeményezi és kezeli. Minden koordinátor kiválaszt egy egyedi azonosítót, amelyet a befolyási régiójában egyetlen más Hálózat sem használ. Minden végberendezés kommunikál a koordinátorral. A végberendezések általában RFD-k, amelyek csak a koordinátorral vagy az FFD-vel tudnak kommunikálni.

A Peer to Peer topológiában minden végberendezés képes kommunikálni egymással a közelében. Az eszközök FFD-k, amelyek közvetlenül kommunikálhatnak egymással. Az ilyen típusú topológia azonban tartalmazhat RFD-t, amely csak egy eszközzel kommunikál a hálózatban. A Peer to Peer topológia lehet hálós topológia vagy fa topológia.

olvassa el még: automatikus UPS rendszer bekötési rajz (új kialakítás nagyon egyszerű) otthoni vagy irodai használatra

kommunikáció a Zigbee használatával

az adatátvitel koordinátor és eszköz között vagy Peer-to-Peer lehet. A koordinátor és az eszköz közötti adatátvitel két módszerrel történhet: Beacon Enabled és Non Beacon Enabled.

a Beacon-kompatibilis hálózatokban a contention free channel access módszert használják. Itt a koordinátor egy adott időrést oszt ki minden eszközhöz, az úgynevezett garantált időrés (GTS). Itt a hálózat összes eszközét szinkronizálni kell. Ezt úgy biztosítjuk, hogy a koordinátor jeladó jelet küld minden eszközre (csomópontra), úgy, hogy minden eszköz szinkronizálja az óráját. Ez azonban csökkentheti az eszközök akkumulátorának élettartamát, ha nincs más feladata, mint az óra szinkronizálása.

az eszköz szinkronizálása után adatokat továbbíthat a koordinátornak a Carrier Sense Multiple Access (CSMA-CA) módszerrel, ahol meghatározzák a megszálló jel típusát, vagy a GTS allokációs időszak alatt. A kérelem elküldésekor a koordinátor visszaküldi a visszaigazolást. Az adatok Koordinátorról eszközre történő átviteléhez egy jelzést küld a Beacon üzenettel az eszközre. A készülék ezt követően megkapja ezt a jelzést, és adatkérési üzenetet küld. A koordinátor visszaigazolást küld az adatkérés átvételéről, és továbbítja a megfelelő adatokat.

nem jeladó hálózatokban a koordinátor nem továbbít jeladó üzenetet. Inkább minden eszköz CSMA-CA módszerrel továbbítja az adatokat ugyanabban a frekvenciacsatornában. A készülék továbbítja az adatokat, amint a csatorna tiszta. Az adatok Koordinátorról eszközre történő átviteléhez az eszköz először adatkérési üzenetet küld a koordinátornak, majd az utóbbi az adatok elérhetőségéről null hosszúságú hasznos teherrel továbbítja az adatüzenetet. Ha nincs függőben lévő adat, a koordinátor nyugtát küld, amelyben jelzi, hogy nincs folyamatban lévő adat.

olvassa el még: mik azok az ipari kommunikációs hálózatok? Áttekintés

a ZigBee technológia alkalmazásai

otthoni automatizálás: a ZigBee technológia a legmegbízhatóbb technológiának bizonyul az otthoni automatizálás megvalósításában. Különböző alkalmazások, mint az energiafogyasztás ellenőrzése és ellenőrzése, vízgazdálkodás, fényszabályozás stb. a ZigBee technológiát használó automatizálás révén könnyebbé váltak.

3.ábra: ZigBee otthoni automatizálás

ipari automatizálás: a ZigBee alapú RFID eszközök megbízható hozzáférés-kezelést biztosítanak az iparágakban. Az iparágak egyéb alkalmazásai közé tartozik a folyamatirányítás, az energiagazdálkodás, a személyzet nyomon követése stb.

egészségügyi automatizálás: az egészségügyi automatizálás népszerű példája a távoli egészségfigyelés. Egy személy ZigBee készüléket visel testparaméter-mérő érzékelővel, amely összegyűjti az egészségügyi információkat. Ez az információ a ZigBee hálózaton továbbít az Internet Protocol (IP) hálózatra, majd az egészségügyi személyzetnek (az orvosnak vagy a nővérnek), aki a kapott információk alapján megfelelő gyógyszert ír elő.

Ön is olvashatja: energiaelosztás az iparágakban – minden, amit tudnia kell

a fenti háromon kívül a ZigBee technológiának számos alkalmazása van. Ez egy rövid bevezetés a ZigBee technológiáról. A technológiával kapcsolatos egyéb információkat az alábbi megjegyzések részben várjuk.

is olvasható:

• közlekedési lámpa vezérlő elektronikus projekt segítségével IC 4017 & 555 időzítő
• Arduino soros: soros kommunikáció Arduino
• programozható logikai vezérlők (PLC) ipari vezérléshez