ZigBee

Zigbee — это протокол беспроводной связи, предназначенный для маломощного обмена данными на коротких расстояниях и ставший краеугольным камнем в области Интернета вещей. Разработанный для удовлетворения уникальных потребностей подключенных устройств, Zigbee отличается своей эффективностью, надежностью и масштабируемостью.

ZigBee Альянс

Альянс ZigBee был основан в августе 2001 года. На сегодняшний день, помимо всемирно известных компаний, таких как Invensys, Mitsubishi Electronics, Motorola, Samsung и Philips, в альянс входит около сотни компаний-членов, и он быстро растет. К ним относятся производители полупроводников, поставщики IP-услуг, производители бытовой электроники и OEM-производители, такие как компании по промышленному контролю и домашней автоматизации, такие как Honeywell, Eaton и Invensys Metering Systems, и даже компании по производству игрушек, такие как Mattel.

Все эти компании участвуют в рабочей группе IEEE802.15.4, ответственной за разработку технических стандартов физического уровня и уровня управления мультимедиа ZigBee. В таких областях, как промышленность, сельское хозяйство, электронные системы, установленные на транспортных средствах, домашние сети, медицинские датчики и сервоприводы, требования к беспроводным сетям сильно отличаются от требований в гражданских приложениях. Обычно он имеет низкие требования к пропускной способности данных и низкое энергопотребление.

Кроме того, появление большого количества простых и удобных беспроводных устройств, которые можно будет использовать по своему желанию, потребует развертывания большого количества точек беспроводного доступа, и ключевую роль будет играть низкая цена. Таким образом, задача, которую должен решить стандарт ZigBee, заключается в разработке канала связи, поддерживающего минимальный трафик и несложного беспроводного приемопередатчика. Основными вопросами, которые следует учитывать, являются низкое энергопотребление и низкая стоимость конструкции, что требует, чтобы стандарт обеспечивал приложения с низкой пропускной способностью и низкой скоростью передачи данных.

Группа IEEE802.15.4 и ZigBee Alliance совместно разработали стандарт ZigBee. Стандарт ZigBee — это развивающийся недорогой, маломощный стандарт беспроводной связи малого радиуса действия. Это спецификация беспроводной сети, предназначенная для низкоскоростных сетей датчиков и управления.

В декабре 2000 года IEEE создал группу 802.15.4, ответственную за разработку спецификаций физического уровня (PHY) и уровня управления доступом к среде передачи (MAC), а в мае 2003 года принял стандарт IEEE802.15.4. Альянс ZigBee представляет собой глобальный альянс предприятий; для сотрудничества в целях создания надежных, недорогих и маломощных продуктов для мониторинга беспроводных сетей на основе глобальных открытых стандартов. Он был создан совместно Honeywell, Mitsubishi, Motorola, Philips и Invensys. Он в основном отвечает за разработку сетевых уровней, управление безопасностью и безопасностью. Приложения Спецификация интерфейса приняла версию 1.0 в декабре 2004 года.

Топология сети Zigbee

Протокол подключения Zigbee использует стандартную физическую беспроводную конструкцию 802.15.4, одобренную комитетом Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) в 2003 году. Этот стандарт спецификации представляет собой пакетный протокол беспроводной связи, предназначенный для использования в недорогих инновационных продуктах с батарейным питанием со сроком службы батареи в несколько лет. Протокол Zigbee взаимодействует с устройствами для передачи данных в различных типах сетевых топологий. Вы можете подключить свои устройства умного дома к различным сетям с помощью устройств протокола Zigbee, как показано на рисунке.

Звездообразная топология ZigBee

Топология «звезда», также известная как Zigbee Smart Energy, состоит из координатора Zigbee и нескольких устройств конечных пользователей. Устройства общаются только с координатором.

Сетчатая топология ZigBee

Топология Mesh, также известная как процесс самовосстановления, состоит из координатора Zigbee, нескольких маршрутизаторов и устройств конечных пользователей. Каждый узел индивидуально подключается к каждому другому узлу через выделенные кабельные каналы, создавая ячеистую сеть. Для n узлов должно быть n (n-1)/2 ссылок. Из-за такого большого количества требований к каналам ячеистая топология считается очень дорогой, поскольку затраты на прокладку кабелей очень высоки.

Топология дерева ZigBee

В древовидной топологии узлы строятся в виде дерева. Сеть Zigbee состоит из центрального узла, который действует как координатор, нескольких маршрутизаторов и конечных устройств. Основная цель этой топологии — расширить зону покрытия сети. Топология дерева состоит из базового узла и нескольких узлов ветвей.

Кабели отвода начинаются от базового узла и соединяют узел базового устройства с другими устройствами сети умного дома в последовательном или иерархическом порядке. Эта топология более экономична по сравнению с ячеистой топологией.

Зигби архитектура

Сетевой протокол ZigBee соответствует стандарту IEEE 802.15.4 для физического уровня и уровня MAC, а также для собственных более крупных сетевых и прикладных уровней. Архитектура сети Zigbee состоит из комбинации четырех уровней. Два верхних уровня определены Zigbee Alliance, а два нижних уровня основаны на стандартах IEEE. Приложения конечного пользователя, подключенные к беспроводной сети, по-прежнему располагаются поверх четырех уровней сетевой архитектуры.

физический слой

Физический уровень определяется спецификацией IEEE 802.15.4, напрямую управляет оборудованием и отвечает за связь с приемопередатчиком Zigbee. Этот уровень интерпретирует и передает пакеты данных по беспроводной среде связи. Он также выполняет операции модуляции и демодуляции при передаче и приеме сигналов. Проектирование и реализация физического уровня определяют полосы частот, скорости передачи данных, диапазоны и другие ключевые параметры.

Уровень управления доступом к среде передачи (уровень MAC)

Этот уровень также определяется стандартом спецификации IEEE 802.15.4. Он формулирует интерфейс между физическим уровнем и сетевым уровнем. Уровень MAC обеспечивает идентификатор PAN и обнаружение сети посредством запросов маяка.

Сетевой уровень

Этот уровень действует как интерфейс связи между уровнем MAC и уровнем приложений. Здесь мы определяем топологию сети как ячеистую сеть.

Прикладной уровень

Верхним уровнем сетевого протокола Zigbee является уровень приложений. Он состоит из уровня поддержки приложений и устройства Zigbee в качестве подуровней. Он также содержит приложения, разработанные разными производителями.