ZigBee

ZigBee er navnet på specifikationen af ​​et sæt højt niveau protokoller for trådløs kommunikation til brug med energibesparende digital transmission, baseret på IEEE 802.15.4 trådløse personlige netværk. De målrette applikationer, der kræver sikker kommunikation med lav sende data og maksimere levetiden af ​​dine batterier.

I princippet det område, hvor kobber forventes, at denne teknologi er stærkere i home automation, som det kan ses i dokumenterne ZigBee Alliance, i referencerne nedenfor i dokumentet "ZigBee Home Automation." Grunden til dette er forskellige funktioner, der adskiller den fra andre teknologier:

  • Dens lave strømforbrug.
  • Dens mesh netværkstopologi.
  • Nem integration.

Oversigt

ZigBee er baseret på det fysiske lag og Media Access Control er defineret i 2003-udgaven af ​​standarden IEEE 802.15.4

802.15.4-2003 forholdet mellem IEEE og ZigBee er den samme som mellem IEEE 802.11 og Wi-Fi Alliance. ZigBee 1.0 specifikationen blev godkendt den 14. december 2004 og er tilgængelig for medlemmer af udviklingsgruppe. Et første niveau af abonnement, kaldet adoptant, tillader oprettelsen af ​​produkter til kommercialisering vedtagelse af specifikationen af ​​$ 3500 om året. Denne specifikation er tilgængelig for offentligheden til ikke-kommercielle formål i anmodningen download. Den igangværende revision af 2006 blev vedtaget i december samme år.

ZigBee bruger ISM-båndet til industrielle og medicinske anvendelser, videnskabsmænd; specifikt 868 MHz i Europa, 915 i USA og 2,4 GHz verdensplan. Men når designe enheder, virksomheder næsten altid vælge 2,4 GHz, at være fri i hele verden. Den teknologiske udvikling er fokuseret på enkelhed og lave omkostninger end andre trådløse netværk, f.eks WPAN familien, såsom Bluetooth. Den mest komplette ZigBee node kræver i teorien i nærheden af ​​10% af hardwaren i en Bluetooth eller Wi-Fi typiske knude; dette tal falder til 2% for de simpleste noder. Men størrelsen af ​​selve koden er meget større og ca. 50% af størrelsen af ​​Bluetooth. Enheder med op til 128 kB lagerplads annonceres.

I 2006 markedsprisen for en kompatibel transceiver med ZigBee nærmer dollaren og prisen på et sæt af radio, processor og hukommelse er omkring tre dollars. Til sammenligning, Bluetooth havde i sin begyndelse et forventet pris på $ 4.6 store mængder; i begyndelsen af ​​2007, at prisen på almindelige forbrugsvarer enheder var omkring tre dollars.

Den første version af den nu normalt kaldes ZigBee stak 2004. Den anden og nuværende version fra juni 2006 hedder ZigBee 2006 og erstatter MSG / KVP struktur med et bibliotek af klynger, der forlader forældet den tidligere version. Endelig har ZigBee Alliance præsenterede 2007-udgaven af ​​stakken. Nogle nye anvendelsesområder profiler, og automatisk aflæsning, kommerciel bygningsautomation og automatisering baseret på princippet om at bruge bibliotekets klynge huse er også inkluderet.

2007 undertiden kaldet ZigBee Pro, men er faktisk en Pro stak profil, der definerer visse træk derpå.

ZigBee netværk lag 2007 er ikke kompatibel med ZigBee 2004-2006 selvom en knude RFD kan deltage i et netværk 2007 og omvendt. De kan ikke kombineres routere i de gamle versioner med en koordinator 2007.

ZigBee vs Bluetooth

ZigBee er meget lig Bluetooth, men med visse forskelle og fordele for home automation:

  • En ZigBee netværk kan bestå af højst 65.535 knuder fordelt i undernetværk af 255 knuder versus maksimalt otte Bluetooth-undernet.
  • Lavere strømforbrug end Bluetooth. I nøjagtige betingelser, ZigBee har et forbrug på 30mA sende- og 3 UA i hvile, mod 40 mA sende- og 0.2mA i hvile, der har Bluetooth. Denne lavere forbrug, fordi ZigBee-systemet for det meste forbliver i søvn, mens på en Bluetooth-kommunikation ikke kan give, og altid sender og / eller modtager.
  • Det har en hastighed på 250 kbit / s, mens der i Bluetooth er op til 3000 kbs.
  • På grund af hastigheden for hver enkelt er mere hensigtsmæssig end den anden for visse ting. For eksempel, mens Bluetooth bruges til applikationer såsom mobiltelefoner og hjemmecomputere, hastigheden af ​​ZigBee bliver utilstrækkelig til disse opgaver, aflede det til applikationer såsom home automation, afhængige batteri produkter, medicinske sensorer, artikler og legetøj, hvor dataoverførslen er lavere.
  • Der er et system, der integrerer Bluetooth RF karakteristisk grænseflade med overførsel af data via infrarød udviklet af IBM ved hjælp af en protokol ADSI og MDSI version.

Enheder

Typer af enheder

Tre forskellige typer af ZigBee-enhed er defineret ved deres rolle i netværket:

  • ZigBee-koordinator. Den type mere komplet enhed. Der skal være mindst ét ​​net. Dens funktioner er ansvarlig for at styre netværket og veje, der skal følges af enheder at oprette forbindelse med hinanden.
  • ZigBee router. Separate grænseflader i topologi af netværket, men samtidig give et niveau af ansøgning kode brugernes enheder.
  • Slutenhed. Det har den funktionalitet, er nødvendig for at kommunikere med sit moderselskab node, men kan ikke videregive oplysninger til andre enheder. Således kan denne type node være søvn meste af tiden, hvilket øger den gennemsnitlige levetid for dens batterier. En ZED har minimal hukommelse krav og er derfor betydeligt billigere.

Som et eksempel på anvendelse i Automation, vi i et rum i huset ville have forskellige endelige enheder og sammenkobling netværk realiseret med Routere ZigBee og omfattet af koordinator.

Funktionalitet

Baseret på dens funktionalitet, kan du overveje en anden placering:

  • Fuld enhed funktionalitet: Også kendt som en aktiv node. Det er i stand til at modtage beskeder om 802.15.4-format. Takket være den ekstra hukommelse og databehandling kapacitet, kan det fungere som koordinator eller ZigBee Router, eller kan anvendes i netværksenheder, der virker i grænsefladen med brugerne.
  • Enhed reduceret funktionalitet: Også kendt som passiv node. Det har begrænset kapacitet og med henblik på at opnå en billig og meget enkel funktionalitet. Dybest set er det sensor / aktuator-netværk.

En ZigBee node reducerer sine forbrug takket være du kan bo i søvn det meste af tiden. Når der kræves dets anvendelse, ZigBee node er i stand til at vågne op i en lille tid til at gå tilbage til at sove, når der ikke længere er nødvendig. Enhver node vågner op i ca. 15 ms. Ud over dette tidspunkt er andre mål for tid fælles træk vises:

  • Omnummerering af slave noder: ca. 30 ms.
  • Adgang til kanalen mellem en aktiv node og en forpligtelser: ca. 15 ms.

Protokoller

Protokollerne er baseret på den nyeste forskning på nettet algoritmer til at opbygge ad-hoc-netværk med lav hastighed. De fleste store netværk er udformet til at danne en klynge af klynger. Det kan også være struktureret i form af net eller som en enkelt klynge. De nuværende profiler af protokollerne støtter netværk, der bruger faciliteterne markeret ud eller ej.

Netværk uden beacons adgang til kanalen ved hjælp af CSMA / CA. Routere er normalt aktive hele tiden, så de kræver en stabil samlede effekt. Dette vil igen, gør det muligt for heterogene netværk, hvor nogle enheder kan der sender hele tiden, mens andre kun transmittere i overværelse af eksterne stimuli. Det typiske eksempel er en trådløs switch: en knude i lampen kan kontinuerligt modtaget som den er tilsluttet netværket; i stedet, ville et skift til batterier være søvn, indtil mekanismen aktiveres. I et sådant netværk lampen ville være en koordinator eller en router, og knappen en endelig enhed.

Hvis dit netværk bruger beacons er routere genereres periodisk at bekræfte deres tilstedeværelse til andre noder. Knudepunkterne kan slukkes mellem receptioner af beacons reducerer sin pligt cyklus. Balizado intervaller kan variere fra 15,36 ms til 15,36 ms * 2 = 251,65824 sekunder til 250 kbit / s; 24 ms til 24 ms * 2 = 393.216 sekunder 40 kbit / s; og fra 48 ms til 48 ms * 2 = 786,432 sekunder til 20 kbit / s. Men lange perioder med kortere service-cykler kræver præcis timing, som kan gå imod princippet om lave omkostninger.

Generelt ZigBee protokoller minimere den tid radioen aktivitet for at undgå energiforbrug. For netværk med beacons kun knudepunkter behøver at være vågen, mens beacons transmitteres. Hvis der ikke beacons, er forbruget asymmetrisk fordelt i permanent aktive enheder og andre, der ikke kun sporadisk.

ZigBee-enheder skal respektere standarden for WPAN lav sats for overførsel IEEE 802.15.4-2003. Dette definerer de lavere niveauer: det fysiske lag og medier adgangskontrol. Standarden fungerer på ISM-bånd ureguleret brug beskrevet ovenfor. Defineres op til 16 kanaler i størrelsesordenen 2,4 GHz, hver med en båndbredde på 5 MHz frekvens på hver kanal kan beregnes som :. CF =) MHz, med k = 11, 12,. .., 26.

Radioer bruge et spread spectrum direkte sekvens. BPSK bruges i de to nederste frekvensområder og en QPSK ortogonale transmitterer to bit pr symbol i 2,4 GHz-båndet. Dette tillader transmissionshastigheder i luften op til 250 kbps, mens de lavere bånd De har udvidet med den seneste revision af denne sats fra 40 kbps i den første version. De transmissionshastigheder ligger mellem 10 og 75 meter, selvom helt kontekst afhængige. Den effekt af radioen er normalt 0 dBm.

Selvom generelt CSMA / CA bruges til at undgå kollisioner i transmissionen, er der nogle undtagelser fra dens anvendelse: For det første forbliver rammer fastsættes en tidsforsinkelse skal respekteres; ellers behøver bekræftelser af overførsler ikke følge denne disciplin; Endelig, hvis tildeles garanterede tidsvinduer til transmission er det også muligt, at der er påstand.

Hardware og software

Mens hardware er enkel, processen med certificering af en anordning medfører en fuldstændig validering af kravene i den fysiske niveau. Denne intensive gennemgang har flere fordele, da alle radioer lavet af en samme maske af halvleder vil nyde de samme RF egenskaber. På den anden side kunne en fysisk niveau dårligt kontrolleret skade ikke blot for selve enheden, men strømforbrug andre enheder på netværket. Andre standarder kan kompensere visse problemer, mens ZigBee arbejder i meget smalle margener og forbrug båndbredde. Derfor, ifølge 802.15.4 radioer passere valideringer ISO 17025. De fleste producenter har planer om at integrere radio og mikrocontroller på en enkelt chip, som lader dig skabe mere kompakte enheder.

Tilslutning

Netværkstopologier

ZigBee understøtter tre netværkstopologier:

  • Stjerne topologi: Koordinatoren er i centrum.
  • Topologi i træet: koordinatoren vil være roden af ​​træet.
  • Masketopologi: mindst én af de knudepunkter vil have mere end to forbindelser.

Det mest interessante topologi er masketopologi. Dette tillader, at hvis der på et givet tidspunkt, en node mislykkes og falder måde kan fortsætte kommunikationen mellem alle andre knuder, fordi alle vejene er lavet om. Forvaltningen af ​​vejene er op til koordinatoren.

Strategier forbinder enheder på et Zigbee-netværk

ZigBee netværk er designet til at spare strøm på noderne "slaver". Således er den lave strømforbrug opnås. Strategien er, at i lang tid, en "slave" enheden er i "sleep", således at kun "vågner op" for en brøkdel af et sekund for at bekræfte, at det er "i live" på netværksenheder del. Denne overgang fra "sleep mode" til "vågen" tilstand tager omkring 15ms, og opregningen af ​​hårde "slaver" omkring 30ms, som allerede nævnt previously.1

I Zigbee-netværk, kan du bruge to typer af miljøer eller systemer:

Beacons

Det er en mekanisme til at styre effektforbrug i netværket. Den lader alle vide, når enheder kan overføre. I denne model, de to veje har en forhandler netværk, der er ansvarlig for at kontrollere og lede kanal transmissioner. Beacons, der giver navn til denne type miljø, der bruges til at synkronisere alle enheder i netværket, identificere automatisering netværk og beskrivelse af strukturen af ​​"superramme". Intervallerne for de beacons tildeles af netværket koordinator og kan variere fra 15ms til 4 minutter.

Anbefales denne tilstand, når netværk koordinator arbejder med et batteri. De enheder i netværket, lyt til denne koordinator for "fyrtårn". En enhed, der ønsker at gribe ind, den første ting du skal gøre er at tilmelde dig koordinatoren, og det er, når de søger budskaber til ham. Hvis der ikke er nogen beskeder, denne enhed vender tilbage til "sleep", og vågner op efter en tidligere fastlagte tidsplan koordinator. Som koordinator fuldender "beacon" tilbage til "sleep".

Ingen beacons

Zigbee multiple adgangssystem i et netværk punkt nærmeste punkt er brugt. I denne type, hver enhed er autonom og kan starte en samtale, hvor den anden kan forstyrre. Nogle gange kan det ske, at målet enheden ikke kan høre anmodningen, eller kanalen er optaget.

Dette system anvendes typisk i sikringssystemer, hvor deres enheder, de sover næsten hele tiden. Således at de er taget i betragtning, er disse elementer "vække" regelmæssigt for at meddele, at forblive i netværket. Når der opstår en hændelse, sensoren "vågner op" øjeblikkeligt og sender den tilsvarende alarm. Det er på dette punkt, at netværkets koordinator, modtager beskeden sendt af sensoren, og aktiverer den tilhørende alarm. I dette tilfælde er netværk koordinator den medfølgende fra nettet på alle tidspunkter.

Omkostninger til fremtidige ZigBee moduler

Det er håbet, at ZigBee moduler er de billigere trådløse sendere historie og også produceret i løs vægt. Det vil koste ca. omkring $ 8 og vil have en indbygget antenne, frekvensstyring og et lille batteri. De tilbyder en så økonomisk løsning, fordi radioen kan fremstilles med færre analoge kredsløb, der normalt er nødvendige.

Kronologi

  • Netværk familie af ZigBee forestille mod 1998, mens det blev klart, at Wi-Fi og Bluetooth-løsninger er ikke gyldige for alle sammenhænge. Især blev der observeret et behov for trådløse ad hoc-netværk.
  • IEEE 802.15.4 standard blev godkendt i maj 2003.
  • I sommeren 2003, Philips Semiconductors endte sine investeringer i netværk masker. Philips Lighting har foreviget deltagelse af Philips, som stadig er et promimente medlem af ZigBee Alliance.
  • ZigBee Alliancen annoncerede i oktober 2004 en fordobling af sit medlemskab i det forløbne år mere end 100 virksomheder i 22 lande. I april 2005 var der mere end 150 virksomheder som medlemmer og mere end 200 i december samme år.
  • Specifikationen blev godkendt den 14. december 2004.
  • ZigBee 2004 stilles til rådighed for offentligheden den 13. juni 2005.
  • I december 2006 blev den igangværende revision af specifikationen offentliggjort.
  • I november udkom 2007 Profil home automation af specifikationen.

Eksempler på anordninger Zigbee

  • Wireless Mouse
  • Router
  • Trådløs opladning
  • Trådløse erindringer
Forrige artikel Zebaoth
Næste artikel Zali Steggall