ZigBee – перспективная технология для построения беспроводных сетей с небольшими объемами передаваемой информации

Сравнительные характеристика протоколов организации беспроводных сетей. Структура и топология сети ZigBee, спецификация стандарта IEEE 802.15.4. Варианты аппаратных решений ZigBee на кристаллах различных производителей и технология программирования.
Краткое сожержание материала:

41

Размещено на

41

ZigBee - перспективная технология для построения беспроводных сетей с небольшими объемами передаваемой информации

Содержание

Введение

1. Сравнительные характеристика протоколов организации беспроводных сетей

1.1 Что такое беспроводные сети?

1.2 Преимущества ZigBee

1.3 Сравнение стандартов семейства 802.15 и 802.11b

1.3.1 Организация WiFi сети

1.3.2 Организация Bluetooth сети

1.3.3 Организация ZigBee сети

1.3.4 Организация UWB сети

2. Организация сети ZigBee

2.1 Структура сети ZigBee 802.15.4

2.2 Спецификация стандарта IEEE 802.15.4

2.3 Топология сети ZigBee

3. Реализация устройства ZigBee на базе однокристального модуля

3.1 Решение на основе чипа “Freescale” MC13192

3.2 Варианты аппаратных решений ZigBee на кристаллах различных производителей

3.2.1 Приемопередатчики ZigBee компании Ember

3.2.2 Отладочные средства для сетей ZigBee компании Ember

3.2.3 Отладочные средства для кристалла EM 250

3.2.4 Отладочные средства для кристалла EM 260

3.2.5 Отладочные средства для кристаллов EM2420+Atmega128L

3.3.a Програмные обеспечение Freescale

3.3.б Програмные обеспечение Ember

3.3.б.1 Стек протоколов ZigBee

3.3.б.2 Библиотеки EmberZNet

3.3.б.3 Компилятор xIDE for EM250

3.3.б.4 Анализатор трафика InSight Desk Top

3.3.с Технология программирования

Заключение

Список используемой литературы

Введение

ZigBee является наиболее молодой и перспективной технологией для построения беспроводных сетей с небольшими объемами передаваемой информации. Протокол ZigBee изначально разрабатывался для объединения в сеть большого количества автономных устройств, например датчиков и выключателей с батарейным питанием. Cтандарт ZigBee (6 947 Кб) опирается на Стандарт 802.15.4 (5 059 Кб), который описывает физическую среду передачи сигнала (PHY уровень) и способы доступа к ней (MAC уровень). Другими словами, стандарт 802.15.4. оговаривает следующие параметры радиосети - диапазон частот, тип модуляции, структуру пакетов, правила формирования контрольной суммы, способы предотвращения коллизий и т.д. Все эти характеристики, в большей или меньшей степени, реализуются в микросхеме приемопередатчика (трансивера). Трансиверы, отвечающие стандарту 802.15.4, могут использоваться как самостоятельные устройства, если разработчику нужно организовать связь точка-точка или звезда. Для организации полноценной сети ZigBee необходимо добавить микроконтроллер, в который должен быть загружен набор управляющих программ, так называемый стек протоколов ZigBee.

Ряд компаний выпускает законченные модули ZigBee. Это небольшие платы (2...5 кв. см.), на которых установлен чип трансивера, управляющий микроконтроллер и необходимые дискретные элементы. В управляющий микроконтроллер, в зависимости от желания и возможности производителя закладывается либо полный стек протоколов ZigBee, либо иная программа, реализующая возможность простой связи между однотипными модулями. В последнем случае модули именуются ZigBee-готовыми (ZigBee-ready) или ZigBee-совместимыми (ZigBee compliant). Все модули очень просты в применении - они содержат широко распространенные интерфейсы (UART, SPI) и управляются с помощью небольшого набора несложных команд. Применяя такие модули, разработчик избавлен от работы с высокочастотными компонентами, т.к. на плате присутствует ВЧ трансивер, вся необходимая "обвязка(connection, binding)" и антенна. Модули содержат цифровые и аналоговые входы

Низкая пропускная способность и маленький радиус действия не позволят применять сети ZigBee для трансляции больших объемов информации (скажем, потокового видео или аудио) или для связи между собой удаленных офисов. Впрочем, разработчики стандарта и не преследовали подобные цели - для этого существует технология широкополосной беспроводной передачи данных WiMAX.

Основной же сферой применения ZigBee-устройств в перспективе станут системы мониторинга, безопасности, контроля состояния медицинской аппаратуры и пр. Датчики с контроллерами ZigBee существенно упростят работу служб технической поддержки в крупных организациях. Ведь в этом случае при возникновении нештатной ситуации инженерам, чтобы выявить причину неисправности, будет достаточно быстро произвести опрос сенсоров, например, с помощью ноутбука или карманного компьютера. К тому же применение беспроводной связи и автономных источников питания повышает надежность охранных систем и комплексов мониторинга, поскольку злоумышленник не сможет вывести всю беспроводную сеть из строя путем отключения одного силового кабеля.

Предполагается также, что связь ZigBee станет неотъемлемой частью "цифрового дома". Причем контроллеры ZigBee получат не только датчики систем безопасности и сигнализации, но и бытовая техника, в том числе кондиционеры, видеомагнитофоны, телевизоры, и даже обыкновенные выключатели света. Это позволит контролировать работу всех приборов при помощи унифицированного пульта дистанционного управления или мобильного телефона. Кстати, компания Pantech & Curitel в конце прошлого года продемонстрировала первый в мире мобильник P1 с интегрированным контроллером ZigBee и функциями пульта ДУ (на фото).

Кроме того, ZigBee-котроллеры могут встраиваться в различные компьютерные устройства, не предъявляющие высокие требования к пропускной способности каналов связи. Это могут быть, например, джойстики, мыши и т.п.

В сфере медицины беспроводная связь ZigBee поможет отслеживать состояние перенесших операции пациентов или людей, находящихся в тяжелом состоянии. Вместо датчиков с проводами на руку пациента можно будет надеть электронный браслет с сенсорами давления, температуры, частоты сердечных сокращений и с нужной периодичностью сбрасывать снимаемые показания на центральный сервер, который в случае опасности выдаст сигнал тревоги с указанием номера палаты и койки.

Естественно, для ZigBee-устройств найдутся и многие другие области применения.

1. Сравнительные характеристики протоколов организации беспроводных сетей

Технологии развёртывания беспроводных сетей

Wireless network deployment issues can be best understood if placed into the following three service classifications Процесс развёртывания беспроводных сетей будет понятен лучше, если их разделить на три класса:

· Персональные беспроводные сети (WPAN)

· локальная или территориальная беспроводная сеть (WLAN)

· Обширная беспроводная сеть (WWAN)

Сегодня, технологическое ядро, скрывающееся за каждой из этих трёх служб, является уникальным и, что еще более важно, ему не присуща стратегия бесшовного сетевого интегрирования. Например, пользователь PDA подключающийся к Интернет через провайдера не может подключиться непосредственно к локальной сети учреждения, на территории которого он находится. Этот пример показывает, что эти две службы являются совершенно разными, с разными требованиями к оборудованию и имеющими различные фундаментальные ограничения.

Технология WPAN

Системы WPAN эволюционировали от технологий, заменяющих шнур. Вот некоторые примеры:

· Беспроводные клавиатуры.

· соединение PDA с персональным компьютером.

· Радиотелефон (беспроводное соединение между базой и носимой трубкой в современных аппаратах).

Исходя из первоначального назначения, WPAN использует маломощные передатчики и покрывает ограниченное пространство.

Наиболее известная технология WPAN называется «Bluetooth». Bluetooth - это маломощная беспроводная система изначально разработанная как замена для инфракрасного соединения. Вот характеристики:

· Скорость передачи данных 732 Kbps или менее.

· Расстояние передачи - не более 10 метров.

· Нет поддержки роуминга - возможности сохранения соединения при переходе от одного Bluetooth к другому.

Технология WLAN

Системы WLAN были разработаны для расширения возможностей, а в некоторых случаях для полной замены традиционных кабельных сетей. Преобладающим стандартом в сетях WLAN является IEEE 802.11b (802.11b - это улучшенная версия предыдущего 2-мегабитного стандарта 802.11). Вот основные характеристики:

· Скорость передачи данных - до 11 Mbs.

· Радиус действия ~ 30 метров.

· Поддержка роуминга.

Поддерживаемая топология включает перекрывающиеся ячейки и интеграцию отдаленных ячеек через существующую инфраструктуру сети.

В настоящее время в разработке находится следующее поколение беспроводных стандартов 802.11:

· 802.11g: стандарт 802.11b со скоростью передачи данных увеличенной до 20 Mb. Как 802.11b и Bluetooth, 802.11g работает на частоте 2....