Uživatel:Remektom

Z HPM wiki
Přejít na: navigace, hledání

Semestralni prace

Obsah

ZigBee

ZigBee je bezdrátová komunikační technologie vystavěná na standardu IEEE 802.15.4, která umožňuje vzájemnou komunikaci mnoha zařízení na vzdálenost stovek metrů. Díky nízkým nárokům na hardware a nízké spotřebě najde uplatnění v oblasti řízení budov, spotřební elektroniky a průmyslu, například v podobě bateriově napájených bezdrátových senzorů. Zigbee je poměrně novým standardem platným od listopadu 2004.

Podobně jako Bluetooth je určena pro spojení nízkovýkonových zařízení v sítích PAN. Díky použití multiskokového ad-hoc směrování umožňuje komunikaci i na větší vzdálenosti bez přímé radiové viditelnosti jednotlivých zařízení. Primární určení směřuje do aplikací v průmyslu a senzorových sítích. Pracuje v bezlicenčních pásmech (generální povolení) přibližně 868 MHz, 902–928 MHz a 2,4 GHz. Přenosová rychlost činí 20, 40, 250 kbit/s. Existuje však celá škála průmyslových aplikací, pro které Bluetooth není vhodný. Z tohoto důvodu byla založena ZigBee aliance za účelem vytvoření nového bezdrátového komunikačního standardu vhodného i pro účely průmyslové automatizace. V současné době se na vývoji a rozvoji tohoto standardu podílí více než šedesát firem a mezi nimi jsou i přední světové firmy z oboru automatizace (Honeywell, Motorola, Philips, Samsung,Omron, ABB, Siemens).

Použití

ZigBee je navržen jako jednoduchá a flexibilní technologie pro tvorbu i rozsáhlejších bezdrátových sítí, u nichž není požadován přenos velkého objemu dat. K jejím hlavním přednostem patří spolehlivost, jednoduchá a nenáročná implementace, velmi nízká spotřeba energie a v neposlední řadě též příznivá cena. Díky těmto vlastnostem nalezne uplatnění v celé škále aplikací, jež lze zařadit do několika skupin: automatizace budov (zabezpečení, ovládání světel, kontrola přístupu) spotřební elektronika (dálkové ovládání elektrospotřebičů) počítačové periferie (bezdrátové myši, klávesnice) průmyslová automatizace zdravotnictví (pacientské monitory)


Prenos dat

Díky různorodosti předpokládaných aplikací standard definuje tři základní režimy přenosu dat: periodicky se opakující (přenos dat z čidel) nepravidelné přenosy (externí události, např. stisknutí tlačítka uživatelem) a opakující se přenosy u nichž je požadavek na malé zpoždění (bezdrátové počítačové periferie – klávesnice a myši).

Kvůli nutnosti implementovat standard ZigBee i do málo výkonných 8 bitových mikrokontrolérů (HC08, x51) bylo dbáno na maximální jednoduchost implementace protokolů. Díky tomu struktura protokolů nezabere více než 30 kB programové paměti.

Stejně jako každý jiný komunikační standard i ZigBee lze popsat OSI modelem. Ten lze rozdělit do třech základních bloků podle toho kým jsou definovány: IEEE 802.15.4 - definuje fyzickou a linkovou vrstvu OSI modelu ZigBee Alliance - definuje vyšší vrstvy OSI modelu (síťová a transportní ) Zákazník - definuje zákaznickou aplikace v aplikační vrstvě OSI modelu

Vrstva.gif

Topologie

Fyzická a MAC vrstva standardu IEEE 802.15.4. Standard IEEE 802.15.4 definuje několik základních radiových pásem, aby mohl být využit v různých zemích, kde jsou rozdílné národní předpisy a normy. Byla proto definována tři základní frekvenční pásma: globální, Amerika a Austrálie, Evropa. Z důvodů minimalizace spotřeby koncových zařízení může být na základě synchronizace mezi koordinátorem sítě a koncovou stanicí uspávána jednotlivá koncová zařízení. K jejich probouzení dochází v předem definovanou dobu, a poté jsou přeneseny veškeré užitečné informace. Interval synchronizačních sekvencí může být v rozmezí 15ms až přibližně 15 minut. Synchronizace je realizována pomocí tzv. rámce beacon. Koncová zařízení jsou periodicky probouzena a přenáší data ke koordinátoru sítě. Ten tato data uloží a následně přepošle při probuzení zařízení pro nějž jsou tata data určena. Tento přístup umožňuje extrémně snížit spotřebu koncových zařízení. Technologie ZigBee postavená na fyzické linkové vrstvě IEEE 802.15.4 definuje tři různé síťové topologie. Základní topologií je topologie hvězdicová s centrálním řídícím uzlem (koordinátorem sítě). Druhým typem je stromová struktura, jež umožňuje zvětšit vzdálenost mezi koordinátorem a koncovým zařízením. Protokol též umožňuje vytvoření redundancích spojení a vzniká tak topologie typu sítě – mesh. S její pomocí je možné vytvořit síť prakticky libovolného uspořádání.


Hvezda.jpg

Standard ZigBee dělí zařízení na zařízení FFD (Full Functional Device) a RFD (Reduced Functionality Device). FFD zařízení implementují kompletní protokolový rámec a zajišťují veškeré služby, které standard ZigBee stanovuje. RFD zařízení implementují pouze nezbytné protokolové knihovny z důvodu maximálního omezení hardwarové náročnosti. Tato zařízení mohou pracovat pouze jako koncová. Mohou komunikovat pouze s koordinátorem sítě a jsou omezeny na hvězdicové uspořádání topologie (koncové větve). Koordinátor sítě a směrovače jsou realizovány FFD zařízeními.

Jednotlivá zařízení sítě jsou adresována pomocí binárního adresného kódu o délce 64 bitů či ve zkrácené podobě 16 bitů. Lokální zkrácená adresa umožňuje v jedné síti adresovat maximálně 65535 zařízení. Každá sestavená síť je ještě dále identifikována 16 bitovým PAN ID, jež slouží pro rozlišení překrývajících se sítí postavených na standardu IEEE 802.15.4. Každou síť zakládá a spravuje koordinátor, který též přiděluje PAN ID. Ostatní stanice pracují jako směrovače a koncová zařízení.

Síťová vrstva (NWK) zajišťuje připojení k sítí, zabezpečení, směrování a synchronizaci. V případě koordinátora sítě je ještě zodpovědná za start sítě a přiřazování adres nově nalezeným zařízením.

Zabezpečení

Jako základní zabezpečení ZigBee se používá AES (Advanced Encryption Standard) s klíčem o délce 128 bitů jež je implementován v síťové vrstvě. Pokud je požadováno i zabezpečení MAC Command Frame, Beacon Frame a Acknowledgement Frame je realizováno již v MAC vrstvě pomocí AES. Díky tomu je možné ověřit autenticitu a integritu MAC rámce a zajistit jeho důvěrnost.



Zdroje

http://hw.cz

http://pcworld.cz

http://wikipedia.org

Osobní nástroje
Jmenné prostory
Varianty
Akce
Navigace
Nástroje