Articles

Zigbee

by admin

det finns tre klasser av Zigbee-enheter:

  • Zigbee coordinator (ZC): den mest kapabla enheten, samordnaren bildar roten till nätverksträdet och kan överbrygga till andra nätverk. Det finns exakt en Zigbee-koordinator i varje nätverk eftersom det är enheten som startade nätverket ursprungligen (Zigbee LightLink-specifikationen tillåter också drift utan Zigbee-koordinator, vilket gör den mer användbar för hushållsprodukter utanför hyllan). Den lagrar information om nätverket, inklusive att fungera som trustcenter och arkiv för säkerhetsnycklar.
  • Zigbee router (ZR): förutom att köra en applikationsfunktion kan en router fungera som en mellanliggande router och överföra data från andra enheter.
  • Zigbee end device (ZED): innehåller precis tillräckligt med funktionalitet för att prata med den överordnade noden (antingen samordnaren eller en router); det kan inte vidarebefordra data från andra enheter. Detta förhållande gör att noden kan sova en betydande del av tiden vilket ger lång batteritid. En ZED kräver minst minne och kan därför vara billigare att tillverka än en ZR eller ZC.

de nuvarande Zigbee-protokollen stöder beacon-aktiverade och icke-beacon-aktiverade nätverk. I icke-beacon-aktiverade nätverk används en oskärmad CSMA / CA-kanalåtkomstmekanism. I denna typ av nätverk har Zigbee-routrar vanligtvis sina mottagare kontinuerligt aktiva, vilket kräver ytterligare ström. Detta möjliggör emellertid heterogena nätverk där vissa enheter mottar kontinuerligt medan andra sänder vid behov. Det typiska exemplet på ett heterogent nätverk är en trådlös ljusbrytare: Zigbee-noden vid lampan kan ständigt ta emot eftersom den drivs pålitligt av elnätet till lampan, medan en batteridriven ljusbrytare skulle sova tills strömbrytaren kastas. I så fall vaknar omkopplaren, skickar ett kommando till lampan, får en bekräftelse och återgår till viloläge. I ett sådant nätverk kommer lampnoden att vara minst en Zigbee-router, om inte Zigbee-samordnaren; omkopplarnoden är vanligtvis en Zigbee-slutenhet. I beacon-aktiverade nätverk överför Zigbee-routrar periodiska beacons för att bekräfta deras närvaro till andra nätverksnoder. Noder kan sova mellan fyrar, vilket förlänger batteriets livslängd. Beacon intervaller beror på datahastighet; de kan sträcka sig från 15.36 millisekunder till 251.65824 sekunder vid 250 kbit/s, från 24 millisekunder till 393.216 sekunder vid 40 kbit/s och från 48 millisekunder till 786.432 sekunder vid 20 kbit/s. långa beacon intervaller kräver exakt timing, vilket kan vara dyrt att implementera i billiga produkter.

i allmänhet minimerar Zigbee-protokollen tiden som radion är på, för att minska strömförbrukningen. I beaconing-nätverk behöver noder bara vara aktiva medan en fyr överförs. I icke-beacon-aktiverade nätverk är strömförbrukningen bestämt asymmetrisk: vissa enheter är alltid aktiva medan andra tillbringar större delen av sin tid på att sova.

förutom Smart Energy Profile 2.0 måste Zigbee-enheter överensstämma med IEEE 802.15.4-2003 LR-WPAN-standarden (low-rate Wireless Personal Area Network). Standarden anger de nedre protokollskikten-det fysiska lagret (PHY) och medieåtkomstkontrolldelen av datalänkskiktet. Det grundläggande kanalåtkomstläget är carrier-sense multiple access med kollisionsundvikande (CSMA/CA). Det vill säga noderna kommunicerar på ett sätt som är något analogt med hur människor pratar: en nod kontrollerar kort för att se att andra noder inte pratar innan den börjar. CSMA / CA används inte i tre anmärkningsvärda undantag:

  • meddelandebekräftelser
  • Beacons skickas på ett schema med fast tidpunkt.
  • enheter i beacon-aktiverade nätverk som har låg latens, realtidskrav kan också använda garanterade tidsluckor.

network layerEdit

huvudfunktionerna i nätverksskiktet är att möjliggöra korrekt användning av MAC-underskiktet och tillhandahålla ett lämpligt gränssnitt för användning av nästa övre lager, nämligen applikationsskiktet. Dess kapacitet och struktur är de som vanligtvis är associerade med sådana nätverkslager, inklusive routing. Nätverkslagrets funktion är precis som det låter; det handlar om nätverksfunktioner som att ansluta, koppla bort och ställa in nätverk. Det lägger till ett nätverk, allokerar adresser och lägger till och tar bort vissa enheter. Detta lager använder sig av stjärna, mesh och träd topologier. Det lägger till ett gränssnitt till applikationsskiktet.

å ena sidan skapar och hanterar dataenheten nätverkslager från nyttolasten i applikationsskiktet och utför routing enligt den aktuella topologin. Å andra sidan finns lagerkontrollen, som används för att hantera konfigurationen av nya enheter och etablera nya nätverk: den kan avgöra om en angränsande enhet tillhör nätverket och upptäcker nya grannar och routrar. Kontrollen kan också upptäcka närvaron av en mottagare, vilket möjliggör direkt kommunikation och MAC-synkronisering.

routingprotokollet som används av nätverksskiktet är AODV. I AODV, för att hitta destinationsenheten, sänder AODV ut en ruttförfrågan till alla sina grannar. Grannarna sänder sedan begäran till sina grannar och vidare tills destinationen nås. När destinationen har nåtts skickar den sitt ruttsvar via unicast-överföring efter den lägsta kostnadsvägen tillbaka till källan. När källan får svaret kommer den att uppdatera sin routingtabell för destinationsadressen för nästa hopp i sökvägen och sökvägskostnaden.

Application layerEdit

applikationsskiktet är det högsta nivåskiktet som definieras av specifikationen och är det effektiva gränssnittet för Zigbee-systemet till sina slutanvändare. Den består av de flesta komponenter som läggs till av Zigbee-specifikationen: både ZDO och dess hanteringsförfaranden, tillsammans med applikationsobjekt definierade av tillverkaren, anses vara en del av detta lager. Detta lager binder tabeller, skickar meddelanden mellan bundna enheter, hanterar gruppadresser, återmonterar paket och transporterar även data. Det är ansvarigt för att tillhandahålla service till Zigbee-enhetsprofiler.

huvudkomponentsedit

ZDO (Zigbee device object), ett protokoll i Zigbee protocol stack, ansvarar för övergripande enhetshantering, säkerhetsnycklar och policyer. Det ansvarar för att definiera en enhets roll som antingen samordnare eller slutanordning, som nämnts ovan, men också för upptäckten av nya (One-hop) enheter i nätverket och identifieringen av deras erbjudna tjänster. Det kan sedan fortsätta att upprätta säkra länkar med externa enheter och svara på bindande förfrågningar i enlighet därmed.

application support sublayer (APS) är den andra huvudstandardkomponenten i lagret, och som sådan erbjuder det ett väldefinierat gränssnitt och kontrolltjänster. Det fungerar som en bro mellan nätverksskiktet och de andra elementen i applikationsskiktet: det håller uppdaterade bindande tabeller i form av en databas, som kan användas för att hitta lämpliga enheter beroende på vilka tjänster som behövs och de olika enheterna erbjuder. Som unionen mellan båda angivna skikten, det leder också meddelanden över lagren i protokollstacken.

Kommunikationsmodelsedit

Zigbee kommunikationsmodell på hög nivå

en applikation kan bestå av att kommunicera objekt som samarbetar för att utföra önskade uppgifter. Zigbees fokus är att distribuera arbete mellan många olika enheter som finns inom enskilda Zigbee-noder som i sin tur bildar ett nätverk (nämnda arbete kommer vanligtvis att vara till stor del lokalt för varje enhet, till exempel kontrollen av varje hushållsapparat).

samlingen av objekt som bildar nätverket kommunicerar med hjälp av de anläggningar som tillhandahålls av APS, övervakad av ZDO-gränssnitt. Application layer data service följer en typisk begäran-bekräfta / indikation-svar struktur. Inom en enda enhet kan upp till 240 applikationsobjekt existera, numrerade i intervallet 1-240. 0 är reserverat för ZDO-datagränssnittet och 255 för sändning; intervallet 241-254 används för närvarande inte men kan vara i framtiden.

två tjänster är tillgängliga för applikationsobjekt att använda (i Zigbee 1.0):

  • nyckelvärdespar-tjänsten (KVP) är avsedd för konfigurationsändamål. Det möjliggör beskrivning, begäran och modifiering av Objektattribut genom ett enkelt gränssnitt baserat på att få/ställa in och Händelse primitiver, vissa tillåter en begäran om svar. Konfigurationen använder komprimerad XML (full XML kan användas) för att ge en anpassningsbar och elegant lösning.
  • meddelandetjänsten är utformad för att erbjuda en allmän strategi för informationsbehandling, vilket undviker behovet av att anpassa applikationsprotokoll och potentiella omkostnader som KVP ådrar sig. Det gör att godtyckliga nyttolaster kan överföras över APS-ramar.

adressering är också en del av applikationsskiktet. En nätverksnod består av en 802.15.4-överensstämmande radiosändare och en eller flera enhetsbeskrivningar (i princip samlingar av attribut som kan pollas eller ställas in eller som kan övervakas genom händelser). Sändtagaren är basen för adressering, och enheter inom en nod specificeras av en slutpunktsidentifierare i intervallet 1-240.

Kommunikation och device discoveryEdit

för program för att kommunicera, deras innefattande enheter måste använda ett gemensamt program protokoll (typer av meddelanden, format och så vidare); dessa uppsättningar av konventioner är grupperade i Profiler. Vidare bestäms bindning genom att matcha inmatnings-och utmatningsklusteridentifierare, unika inom ramen för en viss profil och associerade med ett inkommande eller utgående dataflöde i en enhet. Bindande tabeller innehåller käll-och destinationspar.

beroende på tillgänglig information kan enhetsupptäckt följa olika metoder. När nätverksadressen är känd kan IEEE-adressen begäras med unicast-kommunikation. När det inte är det sänds framställningar (IEEE-adressen är en del av svarets nyttolast). Slutenheter svarar helt enkelt med den begärda adressen medan en nätverkskoordinator eller en router också skickar adresserna till alla enheter som är associerade med den.

detta utökade upptäcktsprotokoll tillåter externa enheter att ta reda på enheter i ett nätverk och de tjänster som de erbjuder, vilka slutpunkter som kan rapportera när de frågas av upptäcktenheten (som tidigare har fått sina adresser). Matchningstjänster kan också användas.

användningen av klusteridentifierare gör det möjligt att binda kompletterande enheter med hjälp av bindningstabellerna, som upprätthålls av Zigbee-samordnare, eftersom tabellen alltid måste vara tillgänglig inom ett nätverk och samordnare sannolikt har en permanent strömförsörjning. Säkerhetskopior, som hanteras av lager på högre nivå, kan behövas av vissa applikationer. Bindning kräver en etablerad kommunikationslänk; när den finns, bestäms huruvida en ny nod ska läggas till i nätverket enligt applikations-och säkerhetspolicyn.

kommunikation kan ske direkt efter föreningen. Direktadressering använder både radioadress och slutpunktsidentifierare, medan indirekt adressering använder alla relevanta fält (adress, slutpunkt, kluster och attribut) och kräver att de skickas till nätverkskoordinatorn, som upprätthåller föreningar och översätter förfrågningar om kommunikation. Indirekt adressering är särskilt användbar för att hålla vissa enheter mycket enkla och minimera deras behov av lagring. Förutom dessa två metoder är sändning till alla slutpunkter i en enhet tillgänglig, och gruppadressering används för att kommunicera med grupper av slutpunkter som tillhör en uppsättning enheter.