LinkedIn YouTube Facebook
Szukaj

Newsletter

Proszę czekać.

Dziękujemy za zgłoszenie!

Wstecz
IoT

ZigBee w ekspresowym skrócie

Zigbee to protokół transmisji danych w sieciach bezprzewodowych o konfiguracjach mesh i/lub cluster tree. Jego wstępna specyfikacja została uznana za standard IEEE w roku 2003, pierwsze moduły OEM zgodne z nim pojawiły się w masowej sprzedaży na początku roku 2006.
ZigBee opracowano jako standard samokonfigurujących się sieci radiowych o niewielkim zasięgu, przeznaczony do stosowania w systemach telemetrycznych, do komunikacji pomiędzy różnego rodzaju czujnikami, urządzeniami monitorującymi, a także do bezprzewodowego odczytu wyników pomiarów z liczników energii, ciepła itp. W ramach standardu ZigBee opracowano względnie prosty, odporny na błędy komunikacji i nieuprawnione odczyty protokół pakietowej wymiany danych, co widać m.in. w relatywnie niewielkich wymaganiach stawianych mikrokontrolerom, na których implementowane są stosy protokołów ZigBee. Według danych konsorcjum ZIGBEE.org implementacja kompletnego stosu ZigBee wymaga zaledwie ok. 1/4 pojemności pamięci Flash niezbędnej do zaimplementowania stosu Bluetooth (rys. 1).

Rys. 1. Stos IEEE 802.15.4

Rys. 1. Stos IEEE 802.15.4

Jak widać na rysunku, standard IEEE 802.15.4 definiuje dwie najniższe warstwy: fizyczną (PHYsical) i warstwę MAC (Media Access Control), która odpowiada m.in. za dostęp do kanałów radiowych z wykorzystaniem mechanizmu CSMA-CA oraz za transmisję ramek sygnalizacyjnych beacon i synchronizację wymiany danych. Warstwę PHY (IEEE 802.15.4) podzielono na dwie części przystosowane do obsługi dwóch zakresów częstotliwości: 868 MHz i 2,4 GHz.
Dzięki wbudowanym zabezpieczeniom, protokół ZigBee zapewnia wysoką niezawodność transmisji, wykrywanie i usuwanie błędów transmisji, łączność pomiędzy urządzeniami o ustalonych priorytetach. Możliwość pracy wielu urządzeń w niewielkiej odległości od siebie uzyskano dzięki wykorzystaniu transmisji radiowej sygnału z widmem rozproszonym. Kolejnym atutem urządzeń pracujących w systemach ZigBee jest ukierunkowanie na minimalizację poboru energii, co w wielu przypadkach pozwala zasilać je z ogniw chemicznych. Transmisja radiowa w ZigBee odbywa się w paśmie 2,4 GHz (opcjonalnie w paśmie 868 MHz), budowę i parametry wymaganego toru radiowego opisuje standard IEEE802.15.4.

Typy urządzeń ZigBee

Coordinator może:

  • komunikować się ze wszystkim urządzeniami w sieci
  • wybudzać pozostałe urządzenia ze stanu oszczędzania energii
  • dystrybuować publiczny klucz do deszyfrowania transmisji

Full Function Device (FFD) może:

  • funkcjonować w dowolnej topologii
  • być koordynatorem sieci
  • bezpośrednio komunikować się z każdym urządzeniem

Reduced Function Device (RFD) może:

  • funkcjonować wyłącznie w topologii gwiaździstej
  • komunikować się wyłącznie z koordynatorem sieci lub urządzeniami FFD

Urządzenia wchodzące w skład typowych systemów ZigBee podzielono na trzy rodzaje:

  • koordynator. W każdej sieci może funkcjonować tylko jedno takie urządzenie. Spełnia on rolę węzła przyłączeniowego dla wszystkich pozostałych urządzeń, np. w systemie bezprzewodowych liczników energii elektrycznej gromadzi dane odczytane z wszystkich liczników.
  • router. Jest to urządzenie o funkcjonalności zbliżonej do klasycznych routerów sieciowych jego zadaniem jest przekazywanie pakietów oraz zwiększenie zasięgu sieci, tworząc trasy z „przeskokami” multihop routing.
  • urządzenia końcowe. Przesyłają dane do koordynatora (także przez router), do którego jest przyłączone. Zazwyczaj jest czasowo usypiane, co pozwala obniżyć pobór energii.

W sieci ZigBee musi funkcjonować co najmniej jeden koordynator, a liczba urządzeń końcowych może teoretycznie wynosić 65536 (skrócone adresowanie 16-bitowe z alokacją), zazwyczaj ich liczba nie przekracza 256.

Polski portal branżowy dedykowany zagadnieniom elektroniki. Przeznaczony jest dla inżynierów i konstruktorów, projektantów hardware i programistów oraz dla studentów uczelni technicznych i miłośników elektroniki. Zaglądają tu właściciele startupów, dyrektorzy działów R&D, zarządzający średniego szczebla i prezesi dużych przedsiębiorstw. Oprócz artykułów technicznych, czytelnik znajdzie tu porady i pełne kursy przedmiotowe, informacje o trendach w elektronice, a także oferty pracy. Przeczyta wywiady, przejrzy aktualności z branży w kraju i na świecie oraz zadeklaruje swój udział w wydarzeniach, szkoleniach i konferencjach. Mikrokontroler.pl pełni również rolę patrona medialnego imprez targowych, konkursów, hackathonów i seminariów. Zapraszamy do współpracy!