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Zigbee

by admin

Zigbeeデバイスには三つのクラスがあります。

  • Zigbee coordinator(ZC):最も能力の高いデバイスで、コーディネーターはネットワークツリーのルートを形成し、他のネットワー ネットワークを最初に起動したデバイスであるため、各ネットワークにはZigbee coordinatorが正確に一つあります（Zigbee LightLink仕様では、Zigbee coordinatorなしでの操作も可能であり、既製のホーム セキュリティキーのトラストセンターやリポジトリとして機能するなど、ネットワークに関する情報が格納されます。
  • Zigbee router(ZR):アプリケーション機能を実行するだけでなく、ルーターは中間ルーターとして機能し、他のデバイスからデータを渡すことができます。
  • Zigbee end device(ZED):親ノード(コーディネーターまたはルーター)と通信するのに十分な機能が含まれています。 この関係により、ノードがかなりの時間スリープ状態になることができ、バッテリ寿命が長くなります。 ZEDは、メモリの最小量を必要とするため、ZRまたはZCよりも製造するために安価にすることができます。

現在のZigbeeプロトコルは、ビーコン対応ネットワークと非ビーコン対応ネットワークをサポートしています。 非ビーコン対応ネットワークでは、スロットされていないCSMA/CAチャネルアクセス機構が使用されます。 このタイプのネットワークでは、Zigbeeルーターは通常、受信機を継続的にアクティブにし、追加の電力を必要とします。 ただし、これにより、一部のデバイスは継続的に受信し、他のデバイスは必要に応じて送信する異機種間ネットワークが可能になります。 異種ネットワークの典型的な例は、ワイヤレスライトスイッチです: ランプのZigbeeノードは、ランプへの主電源によって確実に電力が供給されるため、常に受信することができますが、バッテリ駆動のライトスイッチはスイッ この場合、スイッチはウェイクアップし、ランプにコマンドを送信し、確認応答を受信してスリープ状態に戻ります。 このようなネットワークでは、ランプノードは、Zigbeeコーディネータではない場合、少なくともZigbeeルータになります。 ビーコン対応ネットワークでは、Zigbeeルーターは定期的なビーコンを送信して、他のネットワークノードにその存在を確認します。 ノードはビーコンの間でスリープすることがあり、バッテリ寿命が延長されます。 ビーコン間隔はデータレートに依存し、15.36ミリ秒から251.65824秒で250kbit/s、24ミリ秒から393.216秒で40kbit/s、48ミリ秒から786.432秒で20kbit/sの範囲である。

一般に、Zigbeeプロトコルは、電力使用量を減らすために、無線のオン時間を最小限に抑えます。 ビーコンネットワークでは、ビーコンが送信されている間だけノードがアクティブである必要があります。 ビーコンが有効でないネットワークでは、消費電力は明らかに非対称であり、一部のデバイスは常にアクティブであり、他のデバイスはほとんどの時間を睡眠に費やしています。Smart Energy Profile2.0を除き、ZigbeeデバイスはIEEE802.15.4-2003Low-rate Wireless Personal Area Network（LR-WPAN）標準に準拠する必要があります。 この規格では、下位のプロトコル層（物理層（PHY））、およびデータリンク層のメディアアクセス制御部分）を指定しています。 基本的なチャネルアクセスモードは、衝突回避を伴う搬送波感知多重アクセス（CSMA/CA）である。 つまり、ノードは人間が会話する方法に幾分類似した方法で通信します：ノードは、開始する前に他のノードが話していないことを簡単にチェックします。 CSMA/CAは、

  • メッセージ確認
  • ビーコンは、固定タイミングスケジュールで送信されます。
  • 低遅延、リアルタイム要件を持つビーコン対応ネットワーク内のデバイスは、保証されたタイムスロットを使用することもできます。

Network layerEdit

ネットワーク層の主な機能は、MACサブ層の正しい使用を可能にし、次の上位層、すなわちアプリケーション層で使用するのに適したインタ その機能と構造は、ルーティングを含むそのようなネットワーク層に一般的に関連するものです。 ネットワーク層の機能は、ネットワークの接続、切断、設定などのネットワーク機能を処理します。 ネットワークの追加、アドレスの割り当て、特定のデバイスの追加と削除が行われます。 このレイヤーは、スター、メッシュ、ツリートポロジを使用します。 アプリケーション層にインターフェイスを追加します。

一方で、データエンティティは、アプリケーション層のペイロードからネットワーク層データユニットを作成および管理し、現在のトポロジに従ってルーティン 一方、新しいデバイスの設定を処理し、新しいネットワークを確立するために使用されるレイヤ制御があります。 制御はまた直接通信およびMACの同時性を可能にする受信機の存在を検出できる。

ネットワーク層で使用されるルーティングプロトコルはAODVです。 AODVでは、宛先デバイスを見つけるために、AODVはすべてのネイバーにルート要求をブロードキャストします。 その後、ネイバーは、宛先に到達するまで、その要求をネイバーにブロードキャストします。 宛先に到達すると、最低コストのパスに続いてユニキャスト送信を介してルート応答を送信元に戻します。 送信元が応答を受信すると、パス内の次ホップの宛先アドレスとパスコストのルーティングテーブルが更新されます。

Application layerEdit

アプリケーション層は、仕様によって定義された最高レベルの層であり、Zigbeeシステムのエンドユーザーへの効果的なインターフェイスです。 ZDOとその管理手順は、製造元によって定義されたアプリケーション・オブジェクトとともに、この層の一部と見なされます。 この層は、テーブルのバインド、バインドされたデバイス間でのメッセージの送信、グループアドレスの管理、パケットの再組み立て、データの転送を行います。 Zigbeeデバイスプロファイルにサービスを提供する責任があります。

Main componentsEdit

Zigbeeプロトコルスタック内のプロトコルであるZDO(Zigbee device object)は、デバイス管理、セキュリティキー、およびポリシー全体を担当します。 前述のように、コーディネータまたはエンドデバイスとしてのデバイスの役割を定義するだけでなく、ネットワーク上の新しい（ワンホップ）デバイスの検出 その後、外部デバイスとの安全なリンクを確立し、それに応じてバインド要求に応答することができます。

application support sublayer(APS)は、レイヤーの他の主要な標準コンポーネントであり、明確に定義されたインターフェイスと制御サービスを提供します。 これは、ネットワーク層とアプリケーション層の他の要素との間のブリッジとして機能します: これは、必要とされるサービスと異なるデバイスが提供するものに応じて、適切なデバイスを見つけるために使用することができ、データベースの形で最新のバインディングテーブルを保持します。 指定された両方のレイヤ間の結合として、プロトコルスタックのレイヤ間でメッセージをルーティングします。

通信modelsEdit

Zigbee高レベル通信モデル

アプリケーションは、目的のタスクを実行するために協力する通信オブジェク Zigbeeの焦点は、順番にネットワークを形成する個々のZigbeeノード内に存在する多くの異なるデバイス間で作業を配布することです（この作業は、通常、各デバイスに

ネットワークを形成するオブジェクトのコレクションは、ZDOインターフェイスによって監視されるAPによって提供される機能を使用して通 アプリケーション層データサービスは、一般的な要求-確認/指示-応答構造に従います。 単一のデバイス内には、最大240個のアプリケーションオブジェクトが存在でき、1-240の範囲で番号が付けられます。 0はZDOデータインターフェイス用に予約され、255はブロードキャスト用に予約されています。241-254の範囲は現在使用されていませんが、将来的に使用される可能性があります。

2つのサービスがアプリケーションオブジェクトで使用できます(Zigbee1.0では)。

  • キーと値のペアサービス(KVP)は構成目的のためのものです。 これは、getting/setとevent primitivesに基づく単純なインターフェイスを介してオブジェクト属性の記述、要求、変更を可能にし、いくつかは応答の要求を可能にします。 構成は適応可能で、優雅な解決を提供するのに圧縮されたXMLを使用する(完全なXMLは使用することができる)。
  • メッセージサービスは、アプリケーションプロトコルとKVPによって発生する潜在的なオーバーヘッドを適応させる必要性を回避し、情報処理への一般的 これにより、任意のペイロードをAPSフレーム経由で送信することができます。

アドレッシングはアプリケーション層の一部でもあります。 ネットワークノードは、802.15.4準拠の無線トランシーバと、1つ以上のデバイス記述(基本的にポーリングまたは設定できる属性の集合、またはイベントを介して監視できる属性の集合)で構成されます。 トランシーバはアドレス指定のベースであり、ノード内のデバイスは1-240の範囲のエンドポイント識別子によって指定されます。

通信とデバイス検出

アプリケーションが通信するためには、それらのデバイスは共通のアプリケーションプロトコル(メッセージの種類、形式など)を使用する必要があります。これらの規則のセットは、プロファイルにグループ化されています。 さらに、バインドは、特定のプロファイルのコンテキスト内で一意であり、デバイス内の着信または発信データフローに関連付けられた、入力および出力クラスター識別子を一致させることによって決定されます。 バインディングテーブルには、ソースと宛先のペアが含まれています。

利用可能な情報に応じて、デバイスの検出は異なる方法に従うことができます。 ネットワークアドレスが既知の場合は、ユニキャスト通信を使用してIEEEアドレスを要求できます。 そうでない場合は、請願がブロードキャストされます（IEEEアドレスは応答ペイロードの一部です）。 エンドデバイスは要求されたアドレスで応答するだけで、ネットワークコーディネーターまたはルータはそれに関連付けられたすべてのデバイスのアドレ

この拡張検出プロトコルにより、外部デバイスは、ネットワーク内のデバイスと、そのデバイスが提供するサービスについて調べることができます。 マッチングサービスも利用できます。

クラスタ識別子の使用は、zigbeeコーディネータによって維持されるバインディングテーブルを使用して補完エンティティのバインディングを強制します。 一部のアプリケーションでは、上位レベルのレイヤーによって管理されるバックアップが必要になる場合があります。 バインドには確立された通信リンクが必要であり、それが存在した後、アプリケーションとセキュリティポリシーに従って、ネットワークに新しいノードを追

通信は、関連付けの直後に発生する可能性があります。 直接アドレス指定では無線アドレスとエンドポイント識別子の両方が使用されますが、間接アドレス指定では関連するすべてのフィールド(アドレ 間接アドレス指定は、一部のデバイスを非常にシンプルに保ち、ストレージの必要性を最小限に抑えるのに特に便利です。 これらの2つの方法に加えて、デバイス内のすべてのエンドポイントへのブロードキャストが利用可能であり、グループアドレス指定は、一連のデバイスに属すエンドポイントのグループと通信するために使用されます。