er zijn drie klassen van ZigBee-apparaten:

• ZigBee-coördinator (ZC): het meest capabele apparaat, de coördinator vormt de wortel van de netwerkstructuur en kan een brug vormen naar andere netwerken. Er is precies één ZigBee coördinator in elk netwerk omdat het het apparaat is dat het netwerk oorspronkelijk heeft gestart (de ZigBee LightLink specificatie maakt het ook mogelijk om te werken zonder een ZigBee coördinator, waardoor het meer bruikbaar is voor off-the-shelf thuisproducten). Het slaat informatie op over het netwerk, inclusief het fungeren als Vertrouwenscentrum en repository voor beveiligingssleutels.
• ZigBee router (ZR): naast het uitvoeren van een toepassingsfunctie, kan een router fungeren als een tussenliggende router, door gegevens van andere apparaten door te geven.
• ZigBee end device (ZED): bevat net genoeg functionaliteit om met de bovenliggende node te praten (de coördinator of een router); het kan geen gegevens van andere apparaten doorsturen. Deze relatie Maakt het knooppunt in slaap een aanzienlijke hoeveelheid van de tijd waardoor een lange levensduur van de batterij. Een ZED vereist de minste hoeveelheid geheugen en kan dus minder duur zijn om te produceren dan een ZR of ZC.

de huidige ZigBee-protocollen ondersteunen beacon-enabled en non-beacon-enabled netwerken. In niet-beacon-ingeschakelde netwerken wordt een niet-onderbroken CSMA / CA-kanaaltoegangsmechanisme gebruikt. In dit type netwerk hebben Zigbee routers meestal hun ontvangers continu actief, waardoor extra stroom nodig is. Dit staat echter heterogene netwerken toe waarin sommige apparaten continu ontvangen, terwijl andere wanneer nodig verzenden. Het typische voorbeeld van een heterogeen netwerk is een Draadloze Lichtschakelaar: De ZigBee knooppunt bij de lamp kan voortdurend ontvangen omdat het betrouwbaar wordt gevoed door de netvoeding naar de lamp, terwijl een batterij-aangedreven lichtschakelaar in slaap zou blijven totdat de schakelaar wordt gegooid. In dat geval wordt de schakelaar wakker, stuurt een commando naar de lamp, ontvangt een bevestiging en gaat weer slapen. In zo ‘ n netwerk zal de lampknoop tenminste een ZigBee router zijn, zo niet de ZigBee coördinator; de schakelknoop is meestal een ZigBee eindapparaat. In beacon-enabled netwerken, ZigBee routers zenden periodieke bakens om hun aanwezigheid te bevestigen aan andere netwerkknooppunten. Knooppunten kunnen tussen bakens slapen, waardoor de levensduur van de batterij wordt verlengd. Bakenintervallen zijn afhankelijk van datasnelheid; ze kunnen variëren van 15,36 milliseconden tot 251,65824 seconden bij 250 kbit/s, van 24 milliseconden tot 393,216 seconden bij 40 kbit/s en van 48 milliseconden tot 786,432 seconden bij 20 kbit/s. lange bakenintervallen vereisen nauwkeurige timing, wat duur kan zijn om te implementeren in goedkope producten.

in het algemeen minimaliseren de ZigBee-protocollen de tijd dat de radio aanstaat, om zo het energieverbruik te verminderen. In beaconing-netwerken hoeven knooppunten alleen actief te zijn terwijl een baken wordt verzonden. In niet-beacon-enabled netwerken, stroomverbruik is beslist asymmetrisch: sommige apparaten zijn altijd actief, terwijl anderen besteden het grootste deel van hun tijd slapen.

behalve voor Smart Energy Profile 2.0 moeten ZigBee-apparaten voldoen aan de IEEE 802.15.4-2003 Low-rate Wireless Personal Area Network (LR-WPAN) standaard. De standaard specificeert de onderste protocollagen – de physical layer (PHY) en het gedeelte Media access control van de datalinklaag. De basis kanaaltoegangsmodus is carrier-sense multiple access met collision avoidance (CSMA/CA). Dat wil zeggen, de knooppunten communiceren op een manier enigszins analoog aan hoe mensen converseren: een knooppunt controleert kort om te zien dat andere knooppunten niet praten voordat het begint. CSMA/CA wordt niet gebruikt in drie opmerkelijke uitzonderingen:

• berichtbevestigingen
• bakens worden verzonden volgens een vast tijdschema.
• apparaten in beacon-ingeschakelde netwerken die realtime-vereisten met een lage latentie hebben, kunnen ook gegarandeerde tijdslots gebruiken.

Netwerklayeredit

de belangrijkste functies van de netwerklaag zijn om het juiste gebruik van de Mac-sublaag mogelijk te maken en een geschikte interface te bieden voor gebruik door de volgende bovenste laag, namelijk de toepassingslaag. De mogelijkheden en structuur ervan zijn die welke typisch geassocieerd zijn met dergelijke netwerklagen, inclusief routering. De functie van de netwerklaag is precies zoals het klinkt; het behandelt netwerkfuncties zoals verbinden, loskoppelen en netwerken opzetten. Het zal een netwerk toevoegen, adressen toewijzen en bepaalde apparaten toevoegen en verwijderen. Deze laag maakt gebruik van ster -, mesh-en boomtopologieën. Het voegt een interface toe aan de applicatielaag.

aan de ene kant maakt en beheert de data-entiteit netwerklaag data-eenheden vanuit de payload van de applicatielaag en voert routering uit volgens de huidige topologie. Aan de andere kant is er de layer control, die wordt gebruikt om de configuratie van nieuwe apparaten af te handelen en nieuwe netwerken op te zetten: het kan bepalen of een naburig apparaat behoort tot het netwerk en ontdekt nieuwe buren en routers. De controle kan ook de aanwezigheid van een ontvanger detecteren, die directe communicatie en Mac-synchronisatie mogelijk maakt.

het routeringsprotocol dat door de netwerklaag wordt gebruikt is AODV. In AODV, om de bestemming apparaat te vinden, AODV zendt een route verzoek aan al zijn buren. De buren zenden het verzoek vervolgens uit aan hun buren en verder totdat de bestemming is bereikt. Zodra de bestemming is bereikt, stuurt het zijn route antwoord via unicast transmissie na de laagste kosten pad terug naar de bron. Zodra de bron het antwoord ontvangt, zal het zijn routeringstabel bijwerken voor het bestemmingsadres van de volgende hop in het pad en de kosten van het pad.

Toepassingslaagdit

de toepassingslaag is de laag op het hoogste niveau gedefinieerd door de specificatie en is de effectieve interface van het ZigBee-systeem met de eindgebruikers. Het bestaat uit de meerderheid van de componenten toegevoegd door de ZigBee-specificatie: zowel ZDO en zijn beheerprocedures, samen met applicatieobjecten gedefinieerd door de fabrikant, worden beschouwd als onderdeel van deze laag. Deze laag bindt tabellen, verzendt berichten tussen gebonden apparaten, beheert groepsadressen, herassembleert pakketten en transporteert ook gegevens. Het is verantwoordelijk voor het leveren van service aan ZigBee apparaatprofielen.

Main componentsEdit

het ZDO (ZigBee device object), een protocol in de ZigBee protocol stack, is verantwoordelijk voor het algemene Apparaatbeheer, beveiligingssleutels en beleid. Het is verantwoordelijk voor het definiëren van de rol van een apparaat als coördinator of eindapparaat, zoals hierboven vermeld, maar ook voor het ontdekken van nieuwe (one-hop) apparaten op het netwerk en het identificeren van hun aangeboden diensten. Het kan dan verder gaan om beveiligde verbindingen met externe apparaten tot stand te brengen en dienovereenkomstig op bindende verzoeken te reageren.

De application support sublayer (APS) is het andere standaardonderdeel van de laag, en biedt als zodanig een goed gedefinieerde interface-en besturingsservices. Het werkt als een brug tussen de netwerklaag en de andere elementen van de applicatielaag: het houdt up-to-date bindende tabellen in de vorm van een database, die kan worden gebruikt om geschikte apparaten te vinden, afhankelijk van de diensten die nodig zijn en die de verschillende apparaten bieden. Als de vereniging tussen beide gespecificeerde lagen, stuurt het ook berichten over de lagen van de protocolstack.

communicatiemodellen edit

Zigbee high-level communicatiemodel

een toepassing kan bestaan uit communicerende objecten die samenwerken om de gewenste taken uit te voeren. De focus van Zigbee is om het werk te verdelen over vele verschillende apparaten die zich bevinden binnen individuele ZigBee knooppunten die op hun beurt een netwerk vormen (dit werk zal meestal grotendeels lokaal zijn voor elk apparaat, bijvoorbeeld de controle van elk huishoudelijk apparaat).

de verzameling van objecten die het netwerk vormen communiceert met behulp van de faciliteiten die door APS worden geboden, onder toezicht van ZDO-interfaces. De applicatielaaggegevensdienst volgt een typische structuur voor verzoek-bevestiging / indicatie-reactie. Binnen één apparaat kunnen tot 240 toepassingsobjecten bestaan, genummerd in het bereik 1-240. 0 is gereserveerd voor de ZDO data interface en 255 voor broadcast; de 241-254 range is momenteel niet in gebruik, maar kan in de toekomst.

twee services zijn beschikbaar voor toepassingen (in Zigbee 1.0):

• De key-value pair service (KVP) is bedoeld voor configuratiedoeleinden. Het maakt beschrijving, verzoek en wijziging van object attribuut via een eenvoudige interface op basis van getting/set en event primitieven, sommige toestaan van een verzoek voor een antwoord. Configuratie maakt gebruik van gecomprimeerde XML (volledige XML kan worden gebruikt) om een aanpasbare en elegante oplossing te bieden.
• de berichtendienst is ontworpen om een algemene benadering van de informatieverwerking te bieden, waarbij de noodzaak om toepassingsprotocollen en potentiële overhead van KVP aan te passen wordt vermeden. Hiermee kunnen willekeurige payloads worden verzonden via APS-frames.

adressering maakt ook deel uit van de toepassingslaag. Een netwerkknooppunt bestaat uit een 802.15.4-conforme radiotransceiver en een of meer apparaatbeschrijvingen (in principe verzamelingen van attributen die kunnen worden opgevraagd of ingesteld, of die kunnen worden gemonitord door middel van gebeurtenissen). De transceiver is de basis voor adressering, en apparaten binnen een knooppunt worden gespecificeerd door een endpoint identifier in het bereik 1-240.

communicatie en device discoveryEdit

om te kunnen communiceren, moeten de bestaande devices een gemeenschappelijk toepassingsprotocol gebruiken (soorten berichten, formaten, enzovoort); deze groepen conventies zijn gegroepeerd in profielen. Verder wordt besloten tot binding door het matchen van input en output cluster identifiers, uniek binnen de context van een bepaald profiel en gekoppeld aan een inkomende of uitgaande datastroom in een apparaat. Bindingstabellen bevatten bron-en doelparen.

afhankelijk van de beschikbare informatie kan device discovery verschillende methoden volgen. Wanneer het netwerkadres bekend is, kan het IEEE-adres worden opgevraagd met behulp van unicast-communicatie. Als dat niet het geval is, worden petities uitgezonden (het IEEE-adres maakt deel uit van de response payload). Eindapparaten reageren gewoon met het gevraagde adres, terwijl een netwerkcoördinator of een router ook de adressen van alle apparaten die ermee verbonden zijn, zal verzenden.

Dit extended discovery protocol staat externe apparaten toe om meer te weten te komen over apparaten in een netwerk en de services die zij aanbieden, welke eindpunten kunnen rapporteren wanneer ze worden opgevraagd door het ontdekkende apparaat (dat eerder hun adressen heeft verkregen). Matching services kunnen ook worden gebruikt.

het gebruik van cluster-ID ‘ s dwingt de binding af van complementaire entiteiten die gebruik maken van de bindingstabellen, die worden onderhouden door ZigBee-coördinatoren, aangezien de tabel altijd beschikbaar moet zijn binnen een netwerk en coördinatoren het meest waarschijnlijk een permanente stroomvoorziening hebben. Back-ups, beheerd door lagen op een hoger niveau, kunnen nodig zijn voor sommige toepassingen. Binding vereist een vaste communicatieverbinding; nadat deze bestaat, wordt besloten of er een nieuw knooppunt aan het netwerk moet worden toegevoegd, afhankelijk van het toepassings-en beveiligingsbeleid.

communicatie kan direct na de associatie plaatsvinden. Directe adressering maakt gebruik van zowel radioadres als endpoint identifier, terwijl indirecte adressering elk relevant veld (Adres, eindpunt, cluster en attribuut) gebruikt en vereist dat deze worden verzonden naar de netwerkcoördinator, die associaties onderhoudt en verzoeken om communicatie vertaalt. Indirecte adressering is vooral handig om sommige apparaten heel eenvoudig te houden en hun behoefte aan opslag te minimaliseren. Naast deze twee methoden is broadcast naar alle eindpunten in een apparaat beschikbaar, en groepsadressering wordt gebruikt om te communiceren met groepen van eindpunten die behoren tot een set van apparaten.