Standard 802.15.4 i ZigBee
Standard IEEE 802.15.4 został stworzony z myślą o małych, energooszczędnych urządzeniach pracujących w pasmach częstotliwości radiowej: 868MHz, 915MHz i 2.45GHz. Szybkość przesyłania danych wspierana przez ten standard to odpowiednio: 20, 40 i 250kbps, co można uznać, wg dzisiejszych powszechnie rozumianych standardów za niewystarczające (w porównaniu ze standardem IEEE 802.11a - 54Mbps), lecz trzeba mieć na uwadze to, iż standard ten opracowano z myślą o sieciach w których prędkość przesyłania danych jest kwestią drugorzędną (transmitowane są małe porcję danych w dużych odstępach czasu), a na pierwszy plan wysuwa się energooszczędność urządzeń i niski koszt eksploatacji [15]. Technologia ta określa warstwę fizyczną (PHY, ang. Physical) modelu ISO/OSI, oraz metodę CSMA/CA (ang. Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) dostępu do łącza MAC (ang. Media Access Control) w warstwie łącza danych.
Standard IEEE 802.15.4 stał się bazą dla stworzenia bezprzewodowej sieci WPAN ZigBee (ang. Wireless Personal Area Network), przez organizację ZigBee Alliance. ZigBee Alliance jest to organizacja zrzeszająca setki członków z całego świata, pracujących wspólnie w celu rozwoju specyfikacji ZigBee. Model referencyjny standardu ZigBee przedstawiony jest na rys. 2.12.
Rys. 2.12: Model referencyjny ZigBee [15].
Standard ZigBee służy do nieregularnej i rzadkiej komunikacji urządzeń w sieci pomiarowej, gdzie prędkość transmisji schodzi na dalszy plan, a priorytetem jest wydłużenie czasu życia baterii, akumulatorów. Przesyłane dane mają małą objętość (wynik pomiaru temperatury) , oraz zakłada się że stosunek czasu pracy aktywnej (nadawanie lub odbieranie) do czasu bezczynności urządzenia (ang. Duty cycle) wynosi około 0,1%.
Warstwa fizyczna definiuje interfejsy sieciowe IEEE 802.15.4, ich parametry i funkcje. W warstwie tej zdefiniowano 27 kanałów fizycznych (tab. 1): 16 w paśmie 2,450 GHz, 10 w paśmie 915 MHz oraz 1 w paśmie 868 MHz.
| Częstotliwość | Pasmo | Obszar geograficzny | Prędkość transmisji | Liczba kanałów |
| 2,4GHz | ISM | Świat | 250kbps | 16 |
| 915MHz | ISM | USA | 40kbps | 10 |
| 868MHz | ISM | Europa | 20kbps | 1 |
Tab. 2.2: Alokacja kanałów fizycznych ZigBee w poszczególnych obszarach geograficznych [15].
Warstwa łącza danych definiuje metodę dostępu do sieci oraz sposób transmisji ramek. Sposób pracy sieci ZigBee realizowany jest w dwojaki sposób:
Za pomocą ramek synchronizacyjnych (ang. Beaconing) – transmisja danych odbywa się przez urządzenia pracujące w trybie ciągłym.
Bez ramek synchronizacyjnych (ang. Non-beaconing) – używany w środowisku z urządzeniami transmitującymi dane w sposób okresowy/losowy. W tym trybie urządzenia korzystają z protokołu dostępu do medium fizycznego w postaci CSMA/CA.
Urządzenia standardu IEEE 802.15.4 produkowane są w dwóch odmianach:
Urządzenie ze wszystkimi funkcjami systemowymi FFD (ang. Full Function Device).
Urządzenie z ograniczonymi funkcjami systemowymi (ang. Reduced Function Device).
Moduły RFD nie muszą zawierać pamięci nieulotnej, ani nie wymagają pojemnych pamięci RAM lub ROM , z tego względu są znacznie tańsze od modułów FFD. Niestety ich funkcja w sieci jest ograniczona, mogą się jedynie komunikować z modułami FFD i żaden moduł RFD nie może zostać wybrany na koordynatora w standardzie ZigBee.
Bazując na urządzeniach fizycznych określonych przez standard IEEE 802.15.4 ZigBee definiuje trzy własne rodzaje urządzeń logicznych: koordynator, ruter, urządzenie końcowe(ang. End device). Tabela 2.2 przedstawia możliwe kombinacje typów urządzeń w działającej sieci ZigBee [15].
| Typ urządzenia fizycznego (802.15.4) | Typ urządzenia logicznego (ZigBee) | ||
| Koordynator | Ruter | Urządzenie końcowe | |
| Urządzenie FFD | Tak | Tak | Tak |
| Urządzenie RFD | Nie | Nie | Tak |
Tab. 2.3: Typy urządzeń w sieciach ZigBee [15].
Koordynator – urządzenie FFD odpowiedzialne za zestawienie sieci i jej kontrolę. W sieci ZigBee musi istnieć co najmniej jeden koordynator.
Ruter – urządzenie FFD odpowiedzialne za trasowanie informacji w sieci. Dzięki ruterom możliwe jest wieloskokowe przesyłanie danych pomiędzy urządzeniami. Mogą one komunikować się z wszystkimi urządzeniami w sieci.
Urządzenie końcowe – urządzenie RFD zawierające wystarczająco dużo funkcjonalności, by komunikować się koordynatorem lub ruterem. Urządzenie końcowe nie może komunikować się z innymi modułami RFD.
Bazując na wymienionych urządzeniach standardu ZigBee bezprzewodowa sieć ZigBee może pracować w trzech topologiach sieciowych: topologii gwiaździstej, topologii siatkowej i topologii drzewiastej, rys. 2.13.
Rys. 2.13: Konfiguracja sieci z urządzeniami ZigBee.
Sieci w standardzie ZigBee najczęściej organizowane są w topologii gwiazdy, możliwe jest wtedy dołączenie 65536 urządzeń końcowych, zasilanie bateryjne w tym przypadku wystarcza często na lata. Topologie drzewiaste i siatkowe pozwalają przesyłać dane pomiarowe wieloskokowo, co przydaje się w przypadku sieci rozległych, gdzie bezpośrednia komunikacja z koordynatorem nie jest możliwa.
komentarze
Copyright © 2008-2010 EPrace oraz autorzy prac.