Беспроводные сети zigbee. часть 1 [вводная]

Пропускная способность сети и задержки

При разработке mesh-сети нужно правильно задавать ключевые параметры стека, которые будут влиять на пропускную способность сети и возникающие в ней задержки. Довольно сложно ответить на вопрос о конкретных цифрах задержек и максимальной скорости передачи данных, так как подобные значения лучше всего проверять на практике — в процессе тестовых проверок в условиях, близких к реальным. Пропускная способность ZigBee-сети зависит от топологии сети, направления передачи информации, уровня сигнала и даже соотношения числа роутеров и конечных устройств. Для XBee-модулей ZB максимальная пропускная способность примерно равна 35 кбит/с. В таблице 1 приведены примерные цифры для различной конфигурации сети, полученные экспериментальным путем. При измерении пропускной способности пересылалось 100 000 байт при высоком уровне сигнала. Случаев потерь пакетов и перепрокладки маршрута отмечено не было.

Несмотря на относительно невысокие скорости передачи, это не является критичным параметром для большинства тех применений, для которых, собственно, и разрабатывался этот стандарт. В системах сбора информации с беспроводных датчиков объем полезных данных составляет десятки байт: такой объем не предъявляет высоких требований к средней скорости передачи данных. Однако, кроме скорости передачи, в сетях с mesh-топологией данные будут доходить до узла сбора информации с переменной задержкой, которую необходимо учитывать при принятии решения о недоставке сообщения и, соответственно, повторных попытках передачи. Простая отдача команды на пересылку пакета приводит в действие сложный алгоритм работы стека ZigBee (рис. 3). В модулях XBee ZB (согласно спецификации ZigBee) широко используются задержки случайной величины — как в алгоритме доступа к среде (CSMA-CA), так и при формировании ответа каждого узла на команду обнаружения узлов. Рассмотрим основные параметры временных задержек для различных типов сообщений.

При подаче команды на обнаружение всех узлов в сети (ND) в передаваемом пакете присутствует максимальная временная задержка, которую могут использовать узлы сети при отправке ответа. Эта задержка необходима для того, чтобы все узлы сети успели отправить ответные сообщения и эти сообщения не мешали друг другу. Данная задержка устанавливается командой NT и по умолчанию равна 6 секундам. При подаче запроса ND не следует предпринимать никаких действий, пока не пройдет время NT. Чем меньше узлов в сети, тем меньше может быть значение NT. Минимально допустимое время NT — 3,2 с. Не рекомендуется рассылать широковещательные сообщения чаще, чем 1 раз в 8 секунд.

При отправке сообщения на удаленный узел используется параметр NH (максимальное число ретрансляций) для установки максимального времени ожидания ответа. По умолчанию значение NH = 0_1E, что эквивалентно 1,6 секунды на одну попытку отправки. С учетом того, что время передачи пакета между 2 соседними узлами составляет 50 мс и еще 100 мс необходимо на обработку данных, установленное по умолчанию значение NH определяет максимальную дальность в 8 ретрансляций (9 модулей в ряд). Если модуль отправляет сообщение и не получает ответа от удаленного узла за 1,6 секунды, то он автоматически делает еще 2 попытки. Таким образом, общее время, отводимое стеком на доставку (с подтверждением) одного сообщения, будет 4,8 секунды для сети глубиной в 8 ретрансляций. Если же сообщение отправляется на спящий конечный узел, то ко времени доставки еще необходимо добавить время сна (параметр SP), длительность которого может достигать десятков секунд.

Работаем с выключателями Xiaomi из zigbee-shepherd

Выключатели Xiaomi Aqara на батарейках, работающие по протоколу ZigBee

Первым делом следует добавить устройство ZigBee в сеть. Для этого сначала нужно сбросить его настройки на заводские и тем самым удалить информацию о предыдущей сети, если оно было добавлено прежде. Комбинация сброса и добавления устройства для выключателей Xiaomi Aqara следующая: зажать кнопку на пять секунд, пока светодиоды не начнут мигать, после чего отпустить и ждать, когда закончится процесс добавления. Если включен дебаг, то при добавлении устройства выводится подробный лог. Добавление устройства может занять до одной минуты.

После добавления устройства важно еще правильно с ним работать. Zigbee-shepherd не предоставляет веб-интерфейса для добавления устройств и управления ими, вместо этого мощный JS API позволяет получить полный контроль над любым устройством и написать собственную систему автоматизации

В вики есть полное описание всех функций. Но чтобы быстрее разобраться с ними, нужно понимать программную структуру устройства.

IEEE address. Каждое устройство ZigBee имеет уникальный 48-битный MAC-адрес, он зашит в девайс, и сбросить его невозможно. По MAC-адресу можно обращаться к устройству и получать информацию о нем.

Endpoint. В устройстве может быть несколько функций, например датчик температуры и влажности или выключатель с двумя кнопками. Для каждой функции устройства создается отдельный Endpoint.

Clusters. Группа команд, которые можно отправлять устройству. Например, команда включает или выключает устройство, а если это лампа с диммером, то команда позволит задать уровень яркости.

Attributes. У устройства можно запросить его текущее состояние, обратившись в интересующий Cluster. Например, командой можно узнать состояние атрибута — оно может быть 0 или 1.

Выключатель Xiaomi Aqara с одной кнопкой имеет следующую структуру:

Чтобы обрабатывать нажатие кнопки, нужно отловить сообщение от выключателя. Делается это с помощью события . Изменим код следующим образом:

При нажатии кнопки придет сообщение:

Здесь

  • — MAC-адрес устройства;
  • — канал (endpoint) устройства;
  • — ID кластера и атрибут, в данном случае выключатель прислал команду .

Если проверять эти данные, то, нажимая на кнопку выключателя, можно будет управлять другими устройствами ZigBee по определенному алгоритму. Например, при каждом нажатии включать-выключать или только выключать группу устройств.

Zigbee-shepherd полностью поддерживает работу с диммируемыми лампами Ikea Trådfri и Philips Hue, поэтому для примера можно настроить простой алгоритм включения лампы с помощью выключателя Xiaomi Aqara. Добавляем в код обработчик нажатия кнопки и включение лампы Ikea Trådfri на максимальную яркость:

Увязываем наше решение с другими

Zigbee-shepherd использует инфраструктуру Node.js, поэтому можно реализовать управление любыми объектами, для которых есть соответствующие библиотеки. Так протокол MQTT дает возможность интеграции со многими системами домашней автоматизации, такими как OpenHub и Home Assistant. Для последней существует готовый проект на GitHub.

Многие хабы и самостоятельные устройства Wi-Fi вроде розеток поддерживают управление через запросы HTTP. Узнать команды можно из документации, либо подглядеть в веб-интерфейсе хаба умного дома, либо проанализировать трафик от мобильного приложения.

Z-Wave контроллер RaZberry имеет хорошо документированный HTTP API, поэтому не составит труда написать запрос на выключение света.

Для отправки HTTP-запросов требуется установить библиотеку request:

1 $npm install request—save

Добавляем в код поддержку HTTP запросов и сам запрос на выключение света:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

varZShepherd=require(‘zigbee-shepherd’);

varzserver=newZShepherd(‘/dev/ttyACM0’);

varrequest=require(‘request’);

zserver.on(‘ind’,function(msg){

switch(msg.type){

case’attReport’

varepId=msg.endpoints.epId;

varieeeAddr=msg.endpoints.device.ieeeAddr;

vardata=msg.data;

if(ieeeAddr===»0x00158d00015efcef»&& epId === 1 && data.cid === «genOnOff») {

              request(‘http://admin::8083/ZAutomation/api/v1/devices/ZWayVDev_zway_7-0-37/command/off’, function (error, response, body) {

                  if (error) { console.log(«— Error send request:», error);}

});

}

break;

default

console.log(msg);

break;

}

});

zserver.start(function(err){

if(err)console.log(err);

});

Минимальная домашняя автоматизации готова! В 26 строках кода запускается сервер ZigBee, отслеживается нажатие кнопки и исполняется команда управления светодиодной лампой или команда HTTP. Если подключить фреймворк веб-приложений для Node.js (например, express), то можно реализовать полноценное HTTP API для работы с устройствами ZigBee.

Zigbee-shepherd позволяет добавить к уже существующей домашней автоматизации на KNX, Z-Wave или Wi-Fi недорогие устройства ZigBee, которых с каждым годом выпускается все больше.

История

Самоорганизующиеся специальные цифровые радиосети в стиле Zigbee были задуманы в 1990-х годах. Спецификация IEEE 802.15.4-2003 Zigbee была ратифицирована 14 декабря 2004 года. Zigbee Alliance объявил о доступности спецификации 1.0 13 июня 2005 года, известной как спецификация ZigBee 2004 .

Кластерная библиотека

В сентябре 2006 года была объявлена спецификация Zigbee 2006 , в результате чего стек 2004 года был отменен. Спецификация 2006 года заменяет структуру пары сообщение и ключ-значение, используемую в стеке 2004 года, кластерной библиотекой . Библиотека представляет собой набор стандартизованных команд, организованных в группы, известные как кластеры с такими именами, как Smart Energy, Home Automation и ZigBee Light Link.

В январе 2017 года, Альянс ZigBee переименована в библиотеку Dotdot и объявил его как новый протокол , который будет представлен смайл ( ||: ) . Они также объявили, что теперь он будет дополнительно работать с другими типами сетей с использованием интернет-протокола и будет взаимодействовать с другими стандартами, такими как Thread . С момента своего открытия Dotdot функционировал как прикладной уровень по умолчанию почти для всех устройств Zigbee.

Zigbee Pro

Zigbee Pro, также известный как Zigbee 2007, был завершен в 2007 году. Устройство Zigbee Pro может подключаться и работать в устаревшей сети Zigbee и наоборот. Из-за различий в параметрах маршрутизации устройства Zigbee Pro должны стать конечными устройствами Zigbee без маршрутизации (ZED) в устаревшей сети Zigbee, а устаревшие устройства Zigbee должны стать ZED в сети Zigbee Pro. Он работает в диапазоне ISM 2,4 ГГц и добавляет полосу ниже ГГц.

Свежие статьи

Полный список команд для голосовых ассистентов Салют от компании Сбер.

Умный Яндекс Дом в помощнике Алиса и умных колонках

Платформа умного дома от Яндекса позволяет управлять розетками, лампочками, телевизорами и другими бытовыми приборами.

Как бесплатно слушать радио онлайн в Яндекс.Станции, Irbis A и Dexp Smartbox. Полный список всех FM радиостанций.

Аудиокниги в сервисе Яндекс Музыка и колонках с Алисой

Как слушать аудиокниги онлайн бесплатно на компьютере, на Android и iPhone, и на умных колонках Яндекс.Станция, Irbis A и Dexp Smartbox.

Как настроить запуск двигателя голосом в приложении СтарЛайн через Быстрые команды Сири.

6.2 Организация передачи данных на центральный узел сбора

Для того, чтобы спящие конечные устройства автоматически присылали данные на центральное устройство, воспользуемся встроенной функцией, которая может быть вызвана по прерыванию или событию. В нашей задаче мы хотим получать информацию о температуре через определенные интервалы времени. Поэтому необходимо воспользоваться одним из встроенных таймеров, который и будет вызывать встроенную функцию. Пусть прерывание от таймера/счетчика 7 будет возникать каждые 10 секунд. Для задания порога срабатывания таймера/счетчика 7 используется регистр S37. Пороговое значение в секундах определяется по следующей формуле:

Номер вызываемой по прерыванию от таймера/счетчика 7 функции записывается в регистр S38. Необходимая нам функция имеет номер 0110, которая отправляет данные о состоянии всех портов ввода/выывода, напряжении питания и оцифрованные значения АЦП на Sink-узел. Для того, чтобы она автоматически перезапускала таймер, необходимо старший бит (S38F) в регистре S38 установить в 1. Итоговое значение, которое необходимо записать – 8110. Об этой возможности встроенной прошивки можно почитать в документации. Ниже дана краткая информация о том, что такое Sink-узел.

Sink-узлы

Каждое устройство в сети ZigBee имеет собственный уникальный короткий идентификатор (PANID). Координатор всегда имеет короткий адрес 0000 и очень часто именно его делают центральным узлом сбора данных. Однако, бывают случаи, когда координатором является устройство, не имеющее внешних интерфейсов (UART, SPI и т.д.) и требуется отправлять данный с датчиков на какой-то другой узел. Одно из решений – в собственном приложении, взаимодействующем с модулями ETRX357, вручную задать адрес устройства, которое будет собирать и обрабатывать поступающую информацию. Недостатки данного подхода:

  • если используется короткий идентификатор при отправке адресных сообщений с данными:
    • устройство сбора данных может при определенных обстоятельствах покинуть сеть и при переподключении ему будет выдан новый идентификатор
    • короткий идентификатор выдается при подключении узла к сети. В связи с этим могут возникнуть сложности с настройкой узлов, которые должны передавать пакеты данных на узел сбора данных
  • если используется длинный идентификатор при отправке адресных сообщений с данными:

Для того, чтобы упростить механизм отправки данных на определенные узлы в сети, в стандартной прошивке модулей ETRX357 имеется специальная надстройка — стать Sink-узлом — которую может задействовать любой роутер в сети. Чтобы сделать роутер Sink-узлом, 4 бит в регистре S10 необходимо установить в единицу. Во всех узлах, которые используют встроенные функции, отправляющие данные на Sink, или же желающие использовать специальную команду для отправки сообщений на Sink, необходимо установить 8 бит в регистре S10 или использовать команду AT+SSINK для осуществления поиска ближайшего Sink-узла. Sink-устройство периодически отправляет широковещательные сообщения в сеть и все узлы, получившие его, делают запись в своей адресной таблице. В случае большой сети, вводят несколько Sink-узлов, которые принимают данные от ближайших соседей. Устройства, отправляющие данные на Sink-узел, автоматически выбирают наиболее подходящий узел сбора данных, используя информацию о качестве связи. Это позволяет разгрузить устройства сбора данных, а также предотвратить сбои в получении данных, так как в случае выхода из строя одного из Sink-узлов сеть автоматически перестроит маршруты.

После этого можно отправлять данные на Sink с помощью команды AT+SCAST:

Specific Device Configuration~

If your device pairs successfully with Zigbee2Tasmota but doesn’t report on standardised endpoints you will see messages similar to:

In this case you will have to use rules or an external home automation solution to parse those messages. The following section will focus only on rules to utilize the device inside Tasmota ecosystem.

<!— ### Ikea ON/OFF Switch

  • Short press —
  • Short press —
  • Long press —
  • Long press —
  • Long press release or —

In this example Tradfri switch reports on and is used to control another Tasmota light device:

Aqara Vibration Sensor

To modify sensor sensitivity use command. Replace with your own device name:

Command needs to be issued shortly after pressing the device button. There will be no response to the command but you can check if the new option is active by using

Received response will be :

is the key, value is high sensitivity, medium and is low.

Приложения

Протоколы ZigBee разработаны для использования во встроенных приложениях, требующих низкую скорость передачи данных и низкое энергопотребление. Цель ZigBee — это создание недорогой, самоорганизующейся сети с ячеистой топологией предназначенной для решения широкого круга задач. Сеть может использоваться в промышленном контроле, встроенных датчиках, сборе медицинских данных, оповещении о вторжении или задымлении, строительной и домашней автоматизации и т. д. Созданная в итоге сеть потребляет очень мало энергии — индивидуальные устройства согласно данным сертификации ZigBee позволяют энергобатареям работать два года.. Типовые области приложения:

  • Домашние развлечения и контроль — рациональное освещение, продвинутый температурный контроль, охрана и безопасность, фильмы и музыка.
  • Домашнее оповещение — датчики воды и энергии, мониторинг энергии, датчики задымления и пожара, рациональные датчики доступа и переговоров.
  • Мобильные службы — мобильные оплата, мониторинг и контроль, охрана и контроль доступа, охрана здоровья и телепомощь.
  • Коммерческое строительство — мониторинг энергии, HVAC, света, контроль доступа.
  • Промышленное оборудование — контроль процессов, промышленных устройств, управление энергией и имуществом.

Существуют три различных типа устройств ZigBee.

  • Координатор ZigBee (ZC) — наиболее ответственное устройство, формирует пути древа сети и может связываться с другими сетями. В каждой сети есть один координатор ZigBee. Он и запускает сеть от начала. Он хранит информацию о сети, выступает как доверенный центр и хранит ключи безопасности.
  • Маршрутизатор ZigBee (ZR) — Маршрутизатор может выступать в качестве промежуточного маршрутизатора, передавая данные с других устройств. Он также может запускать функцию приложения.
  • Конечное устройство ZigBee (ZED) — его функциональная нагруженность позволяет ему обмениваться информацией с материнским узлом (или координатором, или с маршрутизатором), он не может передавать данные с других устройств. Такое отношение позволяет узлу львиную часть времени пребывать в спящем состоянии, что позволяет экономить энергоресурс батарей. ZED требует минимальное количество памяти, и поэтому может быть дешевле в производстве, чем ZR или ZC.

Программная реализация стека ZigBee

Если стандартных возможностей прошивки не хватает, то можно использовать реализацию программного стека ZigBee от компании Silicon Labs – Ember ZNet PRO. Так как модули выполнены на базе микросхемы EM357, то переход от стандартной прошивки к разработке собственного приложения потребует лишь приобретение программатора-отладчика ISA3 с помощью которого можно делать как внутрисхемную отладку устройства, так и отлаживать приложение на сетевом уровне.
Справа на рисунке показан пример того, как отображаются данные о пути следования пакета и его расшифровка.
Для упрощения процесса создания приложения предоставляется компоновщик приложений, который для выбранной конфигурации ZigBee-устройства генерирует каркас приложения и создает функции, в которых разработчик должен дописать требуемую логику приложения.
Все утилиты входят в программный пакет Simplicity Studio, куда также входит демонстрационная версия стека Ember ZNet PRO. Поэтому можно прямо сейчас скачать и посмотреть как это работает.

Заключение

Надеюсь, что эта статья помогла понять основные особенности беспроводной технологии ZigBee и вы сможете прикинуть в каких приложениях можно её использовать. Сама технология является полностью открытой и все её спецификации доступны для скачивания с сайта альянса ZigBee. А стандартная библиотека кластеров – это настоящий язык взаимодействия между устройствами, которые окружают нас каждый день: устройства домашней автоматизации, системы безопасности, сенсорное оборудование и многое другое.

P.S. Для тех, кто не смог осилить текст, есть возможность посмотреть вводные видео по технологии ZigBee.

Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.

Типы устройств и режимы работы

Есть три класса устройств Zigbee:

  • Координатор Zigbee (ZC) : наиболее мощное устройство, координатор формирует корень сетевого дерева и может подключаться к другим сетям. В каждой сети есть ровно один координатор Zigbee, поскольку это устройство, которое изначально запустило сеть (спецификация Zigbee LightLink также допускает работу без координатора Zigbee, что делает его более удобным для использования с готовыми домашними продуктами). Он хранит информацию о сети, в том числе действует как центр доверия и репозиторий для ключей безопасности.
  • Маршрутизатор Zigbee (ZR) : помимо выполнения функции приложения, маршрутизатор может действовать как промежуточный маршрутизатор, передавая данные с других устройств.
  • Конечное устройство Zigbee (ZED) : содержит достаточно функциональных возможностей для связи с родительским узлом (либо координатором, либо маршрутизатором); он не может передавать данные с других устройств. Эта взаимосвязь позволяет узлу находиться в спящем режиме значительную часть времени, тем самым обеспечивая длительный срок службы батареи. ZED требует наименьшего количества памяти и, следовательно, может быть дешевле в производстве, чем ZR или ZC.

Текущие протоколы Zigbee поддерживают сети с маячками и без них. В сетях без маяка используется механизм доступа к каналу CSMA / CA без временных интервалов . В этом типе сети приемники маршрутизаторов Zigbee обычно постоянно активны, что требует дополнительной мощности. Однако это позволяет создавать гетерогенные сети, в которых одни устройства принимают непрерывно, а другие передают при необходимости. Типичным примером гетерогенной сети является беспроводной выключатель света : узел Zigbee на лампе может постоянно получать, так как он надежно питается от сети, подаваемой на лампу, в то время как выключатель света с батарейным питанием будет оставаться в спящем режиме до тех пор, пока выключатель не будет включен. . В этом случае коммутатор выходит из спящего режима, отправляет команду на лампу, получает подтверждение и возвращается в спящий режим. В такой сети ламповый узел будет как минимум маршрутизатором Zigbee, если не координатором Zigbee; узел коммутации обычно представляет собой оконечное устройство Zigbee. В сетях с включенными маячками маршрутизаторы Zigbee периодически передают маяки, чтобы подтвердить свое присутствие другим сетевым узлам. Узлы могут спать между маяками, что продлевает срок их службы. Интервалы радиомаяков зависят от скорости передачи данных; они могут варьироваться от 15,36 миллисекунд до 251,65824 секунд при 250  кбит / с , от 24 миллисекунд до 393,216 секунд при 40 кбит / с и от 48 миллисекунд до 786,432 секунд при 20 кбит / с. Длинные интервалы между маяками требуют точного времени, что может быть дорогостоящим для реализации в недорогих продуктах.

В общем, протоколы Zigbee минимизируют время работы радио, чтобы снизить потребление энергии. В сетях передачи маяков узлы должны быть активны только во время передачи маяка. В сетях без радиомаяков энергопотребление явно асимметрично: одни устройства всегда активны, а другие проводят большую часть времени в спящем режиме.

За исключением Smart Energy Profile 2.0, устройства Zigbee должны соответствовать стандарту IEEE 802.15.4 -2003 для низкоскоростной беспроводной персональной сети (LR-WPAN). Стандарт определяет нижние уровни протокола — физический уровень (PHY) и часть управления доступом к среде передачи данных (DLL). Базовым режимом доступа к каналу является «контроль несущей, множественный доступ / предотвращение конфликтов» ( CSMA / CA ). То есть узлы общаются способом, в некоторой степени аналогичным тому, как общаются люди: узел ненадолго проверяет, чтобы убедиться, что другие узлы не разговаривают с ним, перед его запуском — но с тремя заметными исключениями. Маяки отправляются по расписанию с фиксированным временем и не используют CSMA. Подтверждения сообщений также не используют CSMA. Наконец, устройства в сетях с включенными радиомаяками, которые имеют требования к низкой задержке в реальном времени, также могут использовать гарантированные временные интервалы (GTS), которые по определению не используют CSMA.

Из чего состоит ZigBee сеть

Как устроена ZigBee сеть

ZigBee  сеть состоит из различных комбинаций следующих элементов:

  • маршрутизаторов;
  • координаторов;
  • конечных устройств.

Координатор выполняет функции управляющего центра, определяет настройки работы и безопасности, подключает и отсоединяет конечные устройства. Маршрутизатор определяет порядок связи между устройствами (маршрут), устраняет повреждения сети, создавая новые направления, управляет работой конечных устройств. В качестве конечных устройств могут использоваться компьютеры, отдельные датчики или исполнительные механизмы, а также целые автоматизированные системы.

Радиомодемы, подключенные к соответствующему адаптеру, могут выполнять функции как маршрутизаторов, так и координаторов. Кроме того, ZigBee устройства могут использоваться не в составе организованной сети, а по принципу «каждый с каждым». Такое подключение снижает быстродействие сети, но повышает надежность.

Адаптер ZigBee сети с установленным радиомодемом

Еще одно назначение подобных сетей ­– максимальное энергосбережение

По сравнению с Wi-Fi, в рабочем режиме радиомодемы сетей ZigBee потребляют в десятки раз меньше электроэнергии, что очень важно для автономных устройств. Подключение к датчику движения Wi-Fi модема приведет к необходимости замены или зарядки аккумулятора один раз в 2–3 дня

Подключение этого датчика к сети ZigBee позволит увеличить срок работы до замены аккумулятора до 5–10 дней. Такая разница в энергопотреблении возникает из-за различных скоростей передачи информации (до 250 кбит/c). Ведь чем выше скорость передачи, тем больше энергопотребление и ниже надежность. Кроме того, переход от спящего к рабочему состоянию для ZigBee устройств составляет десятки миллисекунд. В Bluetooth и Wi-Fi сетях время на такой переход исчисляется сотнями миллисекунд, а иногда и секундами.

Описание

ZigBee — стандарт для набора высокоуровневых протоколов связи, использующих небольшие, маломощные цифровые трансиверы, основанный на стандарте IEEE 802.15.4-2006 для беспроводных персональных сетей, таких как, например, беспроводные наушники, соединённые с мобильными телефонами посредством радиоволн коротковолнового диапазона. Технология определяется спецификацией ZigBee, разработанной с намерением быть проще и дешевле, чем остальные персональные сети, такие как Bluetooth. ZigBee предназначен для радиочастотных устройств, где необходима длительная работа от батареек и безопасность передачи данных по сети.

Альянс ZigBee является органом, обеспечивающим и публикующим стандарты ZigBee, он также публикует профили приложений, что позволяет производителям изначальной комплектации создавать совместимые продукты. Текущий список профилей приложений, опубликованных, или уже находящихся в работе:

  • Домашняя автоматизация
  • Рациональное использование энергии (ZigBee Smart Energy 1.0/2.0)
  • Автоматизация коммерческого строительства
  • Телекоммуникационные приложения
  • Персональный, домашний и больничный уход
  • Игрушки

Сотрудничество между IEEE 802.15.4 и ZigBee подобно тому, что было между IEEE 802.11 и альянсом Wi-Fi. Спецификация ZigBee 1.0 была ратифицирована 14 декабря 2004 и доступна для членов альянса ZigBee. Сравнительно недавно, 30 октября 2007 г., была размещена спецификация ZigBee 2007. О первом профиле приложения — «Домашняя автоматизация» ZigBee, было объявлено 2 ноября 2007.
ZigBee работает в промышленных, научных и медицинских (ISM-диапазон) радиодиапазонах: 868 МГц в Европе, 915 МГц в США и в Австралии, и 2.4 ГГц в большинстве стран в мире (под большинством юрисдикций стран мира). Как правило, в продаже имеются чипы ZigBee, являющиеся объединёнными радио- и микроконтроллерами с размером Flash-памяти от 60К до 128К таких производителей, как Jennic JN5148, Freescale MC13213, Ember EM250, Texas Instruments CC2430, Samsung Electro-Mechanics ZBS240 и Atmel ATmega128RFA1. Радиомодуль также можно использовать отдельно с любым процессором и микроконтроллером. Как правило, производители радиомодулей предлагают также стек программного обеспечения ZigBee, хотя доступны и другие независимые стеки.

Так как ZigBee может активироваться (то есть переходить от спящего режима к активному) за 15 миллисекунд или меньше, задержка отклика устройства может быть очень низкой, особенно по сравнению с Bluetooth, для которого задержка, образующаяся при переходе от спящего режима к активному, обычно достигает трёх секунд.
Так как ZigBee большую часть времени находится в спящем режиме, уровень потребления энергии может быть очень низким, благодаря чему достигается длительная работа от батарей.

Первый выпуск стека сейчас известен под названием ZigBee 2004. Второй выпуск стека называется ZigBee 2006, и, в основном, заменяет структуру MSG/KVP, использующуюся в ZigBee 2004 вместе с «библиотекой кластеров». Стек 2004 года сейчас более или менее вышел из употребления.
Реализация ZigBee 2007 в настоящее время является текущей, она содержит два профиля стека, профиль стека № 1 (который называют просто ZigBee) для домашнего и мелкого коммерческого использования, и профиль стека № 2 (который называют ZigBee Pro). ZigBee Pro предлагает больше функций, таких как широковещание, маршрутизацию вида «многие-к-одному» и высокую безопасность с использованием симметричного ключа (SKKE), в то время как ZigBee (профиль стека № 1) занимает меньше места в оперативной и Flash-памяти. Оба профиля позволяют развернуть полномасштабную сеть с ячеистой топологией и работают со всеми профилями приложений ZigBee.

ZigBee 2007 полностью совместим с устройствами ZigBee 2006. Устройство ZigBee 2007 может подключаться и работать с сетью ZigBee 2006, и наоборот. В связи с наличием различий в опциях маршрутизации, устройства ZigBee Pro могут быть только конечными устройствами (ZEDs) сетей ZigBee 2006, и наоборот, устройства ZigBee 2006 и ZigBee 2007 могут быть только конечными устройствами в сети ZigBee Pro. При этом приложения, которые запускаются на устройствах, работают одинаково, независимо от реализации профиля стека.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий