ZigBee - Notatki (Artykulik) 2007

Autor : Grzegorz Wierzowiecki

Ilustracje: ilustracje zostały zacytowane z witryn. Linki do źródeł są pod obrazkami. Prawa autorskie do ilustracji należą do prawowitych autorów.

To jest wolny artykuł, jest na licencji : Creative Commons Attribution-Noncommercial-Share Alike 3.0 License , dzięki czemu możesz się czuć wolny w jego cytowaniu i używaniu przy tworzeniu własnych treści o ile zachowasz warunki licencji (m.in. informację o autorstwie oraz swoją pracę opublikujesz na odpowiadającej licencji. Więcej informacji na witrynie organizacji CreativeCommons).

Krótko o tym co to jest ?

Platforma do tworzenia sieci bezprzewodowych. Jest to specyfikacja protokołu [1] transmisji danych obejmująca następujące warstwy: fizyczną, łącza, sieciową i bezpieczeństwa, interfejs dla aplikacji [2]. Wyższe warstwy (warstwy aplikacji) można zaimplementować własne, bądź użyć gotowych elementów/implementacji "ZigBee" [3].

Motywacja do stworzenia

Twórcy ZigBee zauważyli iż istnieje szeroka gama zastosowań gdzie technologie Bluetooth i WiFi nie wystarczają. Głównym zarzutem wobec konkurentów jest ich złożoność zarówno w budowie jak i w implementacji konkretnych rozwiązań na nich opartych. Potrzeba wyposażenia prostych urządzeń w funkcje sieci bezprzewodowej stała się głównym miejscem przeznaczenia ZigBee.

Zastosowania

ZigBee jest przeznaczone do tworzenia małych sieci, o małych przepływach danych oraz o małym zasięgu. Trwają prace nad rozwiązaniami do urządzeń domowych.[8]

Kto to stworzył.

Do stworzenia standardu przyczyniło się wiele firm . Członkami ZigBee Alliance są m.in.: Philips, Samsung, Siemens, Texas Instruments, Mitsubishi Electric, ATMEL, OKI i wiele innych. [5]

Zalety.

Główną zaletą ZigBee, która mnie zainteresowała tą technologią była prostota w stworzeniu własnych rozwiązań opartych o tę technologię.
Jak można zobaczyć w wielu artykułach w Elektronice Praktycznej wystarczy kupienie odpowiednich modułów oraz niewielki wysiłek programistyczny by móc się cieszyć z funkcjonalności sieci bezprzewodowej. Pisząc niewielki mam na myśli , w porównaniu do konkurencyjnych technologi Bluetooth czy WiFi. Wystarczy spojrzeć na artykuły opisujące implementację konkurentów by zobaczyć znaczną przewagę ZigBee pod względem prostoty użycia.

Prostota implementacyjna wynika m.in z modelu warstwowego tworzonego w oparciu o OSI/ISO1 w sposób minimalistyczny , mający na uwadze prostotę użytkowania.

Zacytuje z [6]

  • Mały pobór mocy. Baterie zasilające urządzenia używające tej technologii powinny wystarczać na okres miesięcy a nawet lat. Oszczędność energii pozostaje nie bez znaczenia nie tylko dla wygody użytkownika, ale również jest pożądana z ekologicznego punktu widzenia.
  • Łatwość użycia. W przeciwieństwie do technologii Bluetooth, w której wybór trybu pracy zależy od wymaganego opóźnienia oraz poboru mocy, ZigBee posiada tylko dwa tryby pracy: aktywny (wysyłanie/odbiór sygnału) oraz stan uśpienia. W ten sposób aplikacje nie muszą wybierać odpowiedniego trybu w zależności od potrzeb transmisji – dzieje się to niezależnie.
  • Niskie koszty. Koszty urządzeń działających w technologii ZigBee są bardzo nieduże (kilkadziesiąt centów do kilku dolarów). Dzięki małemu zużyciu energii, ich eksploatacja również jest niedroga. Wbudowana konfiguracja powoduje, iż dodatkowe urządzenia sieciowe stają się niepotrzebne, co dodatkowo zmniejsza koszty.
  • Możliwość obsługi dużej liczby urządzeń. Sieci ZigBee mogą obsługiwać praktycznie każdą liczbę urządzeń . Ma to zasadnicze znaczenie dla wielkich tablic czujników i sieci sterujących.
  • Prosty protokół. Kod protokołu stosu ZigBee stanowi ok. ¼ kodu stosu Bluetooth. Prostota kodu pozwala na łatwe współdziałanie oraz wspomniane już obniżenie kosztów.
  • Globalna implementacja. Standard IEEE 802.15.4 implementowany przez ZigBee pozwala na pracę w pasmach 868 MHz w Europie, 915 MHz w Ameryce, Australii oraz 2.4 GHz – akceptowanym jako pasmo globalne niemal we wszystkich państwach.

Topologia sieci oraz typy urządzeń

Sieć jest typu mesh [7], co oznacza dużą elastyczność i dynamikę jak w rozwiązaniach P2P.

W tej sieci wyróżniamy trzy typy2 urządzeń:

  • pełnej funkcjonalności - może rout-ować oraz zostać kontrolerem sieci
  • standardowe - może rout-ować
  • uproszczone - może tylko korzystać z sieci, nie potrafi rout-ować , więc nie może w niej uczestniczyc.

W danej sieci mesh jedno z urządzeń posiadających funkcjonalność kontrolera sieci, nim zostaje.

ZigBee_topologie_sieci.png
Źródło obrazka: [4]

Charakterystyka

Zacytuje z [6]

Charakterystyka ZigBee/IEEE 802.15.4

  • Podwójny protokół warstwy fizycznej (dla 2.4GHz i 868/915 MHz)
  • Szybkość transmisji danych: 250 kbps (2.4 GHz), 40 kbps (915 MHz), 20 kbps (868 MHz)
  • Zoptymalizowany dla aplikacji o krótkim cyklu pracy (<0.1%)
  • Dostęp do kanału obsługi z użyciem CSMA/CA - uzyskuje wysoką przepustowość i małe opóźnienie dla urządzeń o krótkim cyklu pracy takich jak czujniki i kontrolki.
  • Niski pobór mocy – czas zużywania baterii zasilających: wiele miesięcy do kilku lat.
  • Możliwe wiele topologii sieciowych: gwiaździsta, peer-to-peer, kratowa.
  • Przestrzeń adresowa:
    • do 18,450,000,000,000,000,000 urządzeń (64-bitowy adres IEEE)
    • do 65,535 sieci
  • Możliwe zagwarantowanie szczeliny czasowej dla aplikacji wymagających małego opóźnienia.
  • Protokół "hand-shaked" niezawodności transferu
  • Zasięg: 100m - standardowy (5-500m zależnie od środowiska)

.

Źródła
3. "Minimalizowanie poboru mocy w sieciach ZigBee" autor: Marcin Kmieć http://www.elektronikab2b.pl/index.php/content/view/1470/108/lang,pl/
4. "ZigBee - sieci energooszczędne" autor: Marcin Suszkiewicz http://wireless.idg.pl/artykuly/45542.html
5. ZigBee Alliance - Our Memebers http://www.zigbee.org/en/about/members.asp
8. Sieci domowe z technologią ZigBee - Janusz Chustecki http://www.idg.pl/news/113925.html
O ile nie zaznaczono inaczej, treść tej strony objęta jest licencją Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License