1. Особливості технології ZigBee
У багатьох виникне питання – чому ZigBee? Назва ZigBee утворена з двох слів: zigzag (зигзагоподібна траєкторія руху) та bee (бджола). А до чого тут бджоли? Домашні бджоли живуть у вуликах роєм, на чолі якого стоїть королева. Її обслуговують кілька трутнів та тисячі робочих бджіл. Виживання, розвиток та майбутнє колонії бджіл безпосередньо залежить від того, наскільки безперервно, без збоїв відбуватиметься обмін інформацією між усіма членами колонії. Принцип, за яким інформація передається між членами бджолиного співтовариства, припустимо, про місцезнаходження квіткової галявини, схожий на той, на якому засновані алгоритми ZigBee.
Мережі ZigBee, на відміну від інших бездротових мереж передачі даних, повністю відповідають вимогам, а саме:
- завдяки пористій (mesh) топології мережі та використанню спеціальних алгоритмів маршрутизації мережа ZigBee забезпечує самовідновлення та гарантовану доставку пакетів у випадках обриву зв'язку між окремими вузлами (появи перешкоди), перевантаження чи відмови якогось елемента;
- специфікація ZigBee передбачає криптографічний захист даних, що передаються бездротовими каналами, і гнучку політику безпеки;
- пристрої ZigBee відрізняються низьким електроспоживанням, особливо кінцеві пристрої, котрим передбачений режим «сну», що дозволяє цим пристроям працювати до трьох років від однієї звичайної батареї АА і навіть ААА;
- мережа ZigBee - самоорганізується, її структура задається параметрами профілю стека конфігуратора і формується автоматично шляхом приєднання (повторного приєднання) до мережі пристроїв, що утворюють її, що забезпечує простоту розгортання і легкість масштабування шляхом простого приєднання додаткових пристроїв;
- пристроїZigBee компактні та мають відносно невисоку вартість (рис. 1.1).
Малюнок 1.1 ZigBee-модуль PAN4555 із вбудованим мікроконтролером від Panasonic
Стандарт передбачає можливість використання каналів у кількох частотних діапазонах. Найбільша швидкість передачі та найкраща завадостійкість досягається в діапазоні від 2,4 до 2,48 ГГц. У цьому діапазоні передбачено 16 каналів 5 МГц.
Ціна, яку довелося заплатити в мережах ZigBee за мінімізацію енергоспоживання, компактність та дешевизну – відносно низька швидкість передачі даних.
"Брутто" швидкість (включаючи службову інформацію) становить 250 кбіт/c. Середня швидкість передачі корисних даних, залежно від завантаження мережі та кількості ретрансляцій, становить від 5 до 40 кбіт/с.
Відстань між робочими станціями мережі становить десятки метрів усередині приміщень та сотні метрів на відкритому повітрі. За рахунок ретрансляцій зона, що покривається мережею, може бути дуже значною: до декількох тисяч квадратних метрів у приміщенні і до кількох гектарів на відкритому просторі.
Більше того, мережа ZigBee у будь-який момент може бути розширена додаванням нових елементів або, навпаки, розбита на кілька зон простим призначенням відповідного числа нових конфігураторів мережі. Це корисно зниження навантаження і підвищення швидкості передачі даних.
Застосування мереж ZigBee в Україні в частотному діапазоні 2,405-2,485 ГГц не вимагає отримання частотних дозволів і додаткових погоджень (Рішення ДКРЧ при Мінінформзв'язку України .2 Склад та формат пакетів
Формати пакетів, що передаються в мережах ZigBee:
пакет даних (використовується для передачі даних)
пакет підтвердження (використовується для підтвердження успішної передачі даних)
пакет МАС команди (використовується для організації пересилок керуючих МАС команд)
сигнальний пакет (використовується координатором для організації синхронізованого доступу)
Формат пакету даних:
дозволяє передавати до 104 байт даних
для контролю послідовності пакетів, що передаються використовується нумерація пакетів (Data sequence number)
контрольна сума послідовності кадру забезпечує безпомилкову передачу (Frame Check Sequence - FCS)
Формат пакета підтвердження:
забезпечує зворотний зв'язок від одержувача до відправника про успішну безпомилкову передачу пакета даних
мала довжина пакета збільшує час перебування у стані спокою мережевих кінцевих пристроїв.
передача пакета підтвердження здійснюється відразу після отримання пакета даних
Формат пакету МАС команди:
використовується для віддаленого керування та конфігурування мережевих пристроїв
дозволяє координатору мережі конфігурувати окремо всі мережеві підлеглі пристрої незалежно від розмірів мережі
Формат сигнального пакета:
- сигнальні пакети необхідні для мереж типу «багатячячкова» та «кластерне дерево», забезпечуючи синхронізацію всіх мережевих пристроїв без необхідності кожним з них витрачати енергію своїх автономних джерел живлення, «слухаючи» ефір в очікуванні отримання пакету