Ievads zigbee: arhitektūra, tīkli un komandas

Parasti daudzi cilvēki tiek sajaukti ar diviem terminiem XBee un ZigBee, lielākā daļa no viņiem to lieto savstarpēji. Bet patiesībā tas tā nav; ZigBee ir bezvadu tīkla standarta protokols. Kamēr XBee ir produkts, kas atbalsta dažādus bezvadu sakaru protokolus, ieskaitot ZigBee, Wi-Fi (Wi-Fly moduli), 802.15.4, 868 MHz moduli utt. Šeit mēs galvenokārt koncentrējamies uz Xbee / Xbee-PRO ZB RF moduli, kas sastāv no no ZigBee programmaparatūras.

Vienkārši padomājiet par kalkulatoru datorā, kur sarežģīti aprēķini tiek veikti ar lietotājam draudzīgu saskarni. Uzdevums būtu bijis ļoti grūts un garlaicīgs, ja būtu pieejama tikai aparatūra. Tātad visaugstākajā līmenī programmatūras pieejamība atvieglo problēmu risināšanas procesu. Viss process ir sadalīts programmatūras slāņos ar faktisko aparatūru, kuru sauc augstākie līmeņi.

Mēs pat ikdienā izmantojam slāņu jēdzienu. Piemēram, kurjera / vēstules nosūtīšana uz drauga māju, e-pasta sūtīšana no viena pasaules punkta uz otru. Tāpat lielākā daļa mūsdienu tīkla protokolu pat izmanto slāņu koncepciju, lai atšķirtu dažādus programmatūras komponentus neatkarīgos moduļos, kurus var salikt dažādos veidos. Iespējams, nāksies sasmērēt rokas, lai padziļināti izprastu Xbee arhitektūru, taču mēs jums lietas padarīsim ļoti vienkāršas.

Sāksim ar dažiem pamatterminiem, piemēram, maršrutēšanu, izvairīšanos no sadursmēm un apstiprināšanu. Lai saprastu pirmo terminu, vienkārši ejiet ar tā nosaukumu “maršruts”, kas nozīmē ceļa izsekošanu vai identificēšanu. Tīklošanā maršrutēšana nozīmē virziena nodrošināšanu datiem no avota mezgla līdz galamērķa mezglam. Kad divi tīkla mezgli mēģina vienlaikus pārraidīt, rodas situācija, ko sauc par sadursmi. Tātad, lai izvairītos no sadursmes, parasti ir Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA / CA) tehnika, lai uzzinātu vairāk par CSMA, izmantojot šo saiti. Būtībā tajā mezgli runā tāpat kā cilvēku saruna; pirms viņi sāk sūtīt datus, viņi īsi pārbauda, ​​vai neviens nerunā.

Ikreiz, kad uztvērējs veiksmīgi saņem pārsūtītos datus, tas apstiprina raidītāju. Nedrīkst pieļaut, ka datu plūsma nomāc uztvērēja radio. Jebkuram uztverošajam radio ir ierobežots ātrums, ar kuru tas var apstrādāt ienākošos datus, un ierobežots atmiņas apjoms, kurā glabāt ienākošos datus.

ZigBee arhitektūra:

Ir lielas pieejami četri slāņi ar ZigBee kaudze, kas ir fiziskā slāņa, Media piekļuves slānis, tīkla slāni un lietojuma slāni.

Lietojumprogrammas slānis nosaka dažādus adresācijas objektus, tostarp profilus, kopas un galapunktus. Iepriekš redzamajā attēlā varat redzēt ZigBee kaudzes slāņus.

Tīkla slānis: Tas papildina maršrutēšanas iespējas, kas ļauj RF datu paketēm šķērsot vairākas ierīces (vairākus "apiņus"), lai datus novirzītu no avota uz galamērķi (vienaudžiem uz vienaudžiem).

MAC slānis pārvalda RF datu transakcijas starp kaimiņu ierīcēm (punkts uz punktu). MAC ietver tādus pakalpojumus kā atkārtota pārsūtīšana un apstiprināšanas pārvaldība, kā arī sadursmju novēršanas paņēmieni.

Fiziskais slānis: tas nosaka, kā ierīces ir savienotas, lai izveidotu tīklu; tas nosaka izejas jaudu, kanālu skaitu un pārraides ātrumu. Lielākā daļa ZigBee lietojumprogrammu darbojas 2,4 GHz ISM joslā ar datu pārraides ātrumu 250 kb / s.

Lielākajai daļai XBee ģimeņu ir iebūvēta plūsmas kontrole, I / O, A / D un indikatoru līnijas, kuras var konfigurēt, izmantojot atbilstošas ​​komandas. Analogie paraugi tiek atgriezti kā 10 bitu vērtības. Analogais rādījums tiek mērogots tā, ka 0x0000 apzīmē 0V un 0x3FF = 1.2V. (Moduļa analogās ieejas nedrīkst pārsniegt 1,2 V)

Lai A / D rādījumu pārvērstu mV, rīkojieties šādi:

AD (mV) = (A / D rādījums * 1200mV) / 1023

Datu pārraide ZigBee

Jūs varat izsaukt tīklu kā programmatūras un aparatūras kombināciju, kas spēj nosūtīt datus no vienas vietas uz otru. Aparatūra ir atbildīga par signālu pārnešanu no viena tīkla punkta uz otru. Programmatūra sastāv no instrukciju komplektiem, kas ļauj strādāt tā, kā mēs sagaidām.

Parasti datu pārraidi ar ZigBee paketēm var veikt divos veidos: vienradzība un apraide.

Apraides pārraide:

Vienkāršos vārdos apraide ir informācija / programma, ko pārraida pa radio vai TV. Citiem vārdiem sakot, apraides pārraides tiek sūtītas uz daudzām vai visām tīkla ierīcēm. Apraides pārraides ar ZigBee protokolu tiek izplatītas visā tīklā tā, lai visi mezgli saņemtu pārraidi. Lai to paveiktu, koordinators un visi maršrutētāji, kas saņem apraides pārraidi, trīs reizes retranslēs pakešu.

Unicast pārraide:

Unicast pārraides ZigBee maršruta datos no vienas avota ierīces uz citu mērķa ierīci. Galamērķa ierīce varētu būt tieša avota ierīces kaimiņvalsts, vai arī starp tām var būt vairāki apiņi. Piemērs ir parādīts zemāk attēlā, kas izskaidro mehānismu divvirzienu saites uzticamības atpazīšanai.

Tīkla pamati Xbee maršrutētājiem un koordinators

Kas jums nepieciešams, lai sasniegtu drauga māju? Jums vienkārši nepieciešama viņa adrese. Līdzīgi, lai datus nosūtītu no viena Xbee moduļa uz citu, jums ir nepieciešama tā unikālā adrese. Tāpat kā ar cilvēkiem, arī Xbee ir vairākas adreses, katrai no tām ir īpaša loma tīkla izveidē. Pastāv divu veidu adreses: statiskā adrese (64 bitu adrese) un dinamiskā adrese (16 bitu adrese).

Adreses:

64 bitu adrese ir unikāla universāli; Xbee moduļa iekšpusē to nostiprina ražotājs. Nevienam citam ZigBee radio uz zemes nebūs tāda pati statiskā adrese, katra xbee moduļa aizmugurē jūs varat redzēt šo adresi, kā parādīts zemāk, un jo īpaši adreses “0013A200” augšējā daļa ir vienāda katram xbee modulim.

Pievienojoties ZigBee tīklam, ierīce saņem 16 bitu adresi, kurai lokāli jābūt unikālai. 16 bitu adrese 0x0000 ir rezervēta koordinatoram. Visas pārējās ierīces saņem nejauši ģenerētu adresi no maršrutētāja vai koordinatora ierīces, kas ļauj pievienoties. 16 bitu adrese var mainīties, ja tiek konstatēts, ka divām ierīcēm ir viena un tā pati 16 bitu adrese, vai arī ierīce pamet tīklu un vēlāk pievienojas (tā var saņemt citu adresi).

Mezgla identifikators:

Mūsu smadzenēm vienmēr ir vieglāk atcerēties virknes skaitļa vietā. Tādējādi katram tīkla Xbee modulim var piešķirt mezgla identifikatoru. Mezgla identifikators ir rakstzīmju kopums, ti, virknes, kas var būt cilvēkiem draudzīgāks veids, kā adresēt mezglu tīklā.

Personālie tīkli:

Šo Xbee moduļu izstrādāto tīklu sauc par personālajiem tīkliem vai PAN. Katrs tīkls tiek definēts ar unikālu PAN identifikatoru (PAN ID). Šis identifikators ir izplatīts visās tā paša tīkla ierīcēs. ZigBee atbalsta gan 64 bitu, gan 16 bitu PAN ID. Abas PAN adreses tiek izmantotas, lai unikāli identificētu tīklu. Vienā un tajā pašā ZigBee tīklā esošajām ierīcēm ir jābūt vienādām ar 64 un 16 bitu PAN ID. Ja viens no otra darbojas vairāki ZigBee tīkli, katram no tiem jābūt unikāliem PAN ID.

16 bitu PAN ID tiek izmantots, lai adresētu MAC slāni visās RF datu pārraides tīklā starp ierīcēm. Bet, ņemot vērā ierobežoto 16 bitu PAN ID adresēšanas vietu (65 535 iespējas), var būt iespēja, ka vairākiem ZigBee tīkliem (viens otra diapazonā) var būt viens un tas pats 16 bitu PAN ID. Lai atrisinātu šos konfliktus, ZigBee Alliance izveidoja 64 bitu PAN ID. ZigBee definē trīs dažādus ierīču veidus: koordinatoru, maršrutētāju un gala ierīci.

Katram tīklam vienmēr ir nepieciešams viens koordinators, lai uzlādētu tīkla iestatīšanu. Tātad, tas nekad nevar gulēt. Tas ir atbildīgs arī par kanāla un PAN ID (gan 64 bitu, gan 16 bitu) izvēli tīkla palaišanai. Tas var ļaut maršrutētājiem un gala ierīcēm pievienoties tīklam. Tas var palīdzēt maršrutēt datus tīklā.

Tīklā var būt vairāki maršrutētāji. Viens maršrutētājs var saņemt signālus no citiem maršrutētājiem / EP (gala punktiem). Tā arī nekad nevar gulēt. Tam ir jāpievienojas Zigbee PAN, lai varētu nosūtīt, saņemt vai maršrutēt datus. Pēc pievienošanās tas var atļaut maršrutētājiem un gala ierīcēm pievienoties tīklam. Pēc pievienošanās tas var arī palīdzēt datu maršrutēšanā. Tas var buferēt RF datu paketes miega gala ierīcēm.

Var būt arī vairāki beigu punkti. Lai taupītu enerģiju, tā var pāriet miega režīmā. Tam ir jāpievienojas ZigBee PAN, pirms tas var pārsūtīt vai saņemt datus, un tas pat nevar atļaut ierīcēm pievienoties tīklam. Datu pārsūtīšana / saņemšana ir atkarīga no vecākiem.

Tā kā gala ierīce var pāriet miega režīmā, vecākajai ierīcei ir jā buferizē vai jāuztur ienākošās datu paketes, līdz gala ierīce pamostas un saņem datu paketes.

Dažāda tīkla topoloģija ZigBee

Tīkla topoloģija attiecas uz tīkla projektēšanas veidu. Šeit topoloģija ir visu saišu un saistošo ierīču (koordinatora, maršrutētāja un beigu ierīču) savstarpējās attiecības ģeometriskais attēlojums.

Šeit mums ir četras pamata topoloģijas acs, zvaigzne, hibrīds un koks.

In Mesh Topoloģija, katrs mezgls ir saistīts ar otru mezglu sagaidīt gala ierīci, jo gala ierīcēm nevar sazināties tieši. Lai iespējotu vienkāršu saziņu starp diviem ZB radioaparātiem, jums būs jākonfigurē viens ar koordinatora programmaparatūru un viens ar maršrutētāja vai galapunkta programmaparatūru. Galvenā tīkla tīkla priekšrocība ir tā, ka, ja kāda no saitēm kļūst nelietojama, tā nespēj darboties visā sistēmā.

Ar zvaigznes topoloģiju, katrai ierīcei ir īpaša point-to-point savienojumu ar centrālo kontrolieri (koordinators). Visas ierīces nav savstarpēji tieši saistītas. Atšķirībā no tīkla topoloģijas, zvaigžņu topoloģijā viena ierīce neko nevar tieši nosūtīt uz citu ierīci. Koordinators vai centrmezgls ir paredzēts apmaiņai: ja viena ierīce vēlas nosūtīt datus citai, tā nosūta datus koordinatoram, kurš datus tālāk nosūta mērķa ierīcei.

Hibrīdais tīkls ir tie tīkli, kas satur divu vai vairāku veidu sakaru standartus. Šeit hibrīdais tīkls ir zvaigžņu un koku tīkla kombinācija, maz gala ierīču ir tieši savienotas ar koordinatora mezglu, un citām gala ierīcēm datu saņemšanai nepieciešama vecākā mezgla palīdzība.

In Tree tīklā, maršrutētāji veido mugurkaulu un gala ierīces parasti koncentrētas ap katru maršrutētāju. Tas ļoti neatšķiras no tīkla konfigurācijas, izņemot to, ka maršrutētāji nav savstarpēji savienoti, varat vizualizēt šos tīklus, izmantojot iepriekš parādīto attēlu.

Xbee programmaparatūra

XBee Programmable modulis ir aprīkots ar Free scale pieteikumu procesoru. Šis lietojumprogrammas procesors tiek piegādāts ar komplektācijā iekļauto sāknēšanas iekrāvēju. Šī XBee ZV programmaparatūras pamatā ir Embernet 3.xx ZigBee-PRO kaudze, XBee-Znet 2.5 moduļus var jaunināt uz šo funkcionalitāti. Jūs varat pārbaudīt programmaparatūru, izmantojot komandu ATVR, kuru mēs apspriedīsim vēlāk nodaļā. XBee versijas numuriem būs 4 zīmīgi cipari. Versijas numuru var redzēt arī, izmantojot komandu ATVR. Atbilde atgriež 3 vai 4 skaitļus. Visi skaitļi ir heksadecimāli, un to diapazons var būt no 0-0xF. Tiek ziņots, ka versija ir "ABCD". Cipari ABC ir galvenais laidiena numurs, un D ir galvenā laidiena labojuma numurs. 4. nodaļā aplūkotais API un Znet 2.5 un ZB programmaparatūrai komandas ir gandrīz vienādas.

Telekomunikācijās visa Hayes komanda ir valodas specifiskas komandas, kas izstrādātas Hayes modemam Smart Modem, 1981. Tie bija īsu vārdu sērija, lai kontrolētu modemu, padarot komunikāciju un modema iestatīšanu vienkāršu tajās dienās.

XBee darbojas arī komandu režīmā un ir ieslēdzis AT komandas, kas apzīmē UZMANĪBU. Šīs komandas var nosūtīt XBee caur termināliem XBee un AT konfigurētajiem XBee radio ir divi saziņas veidi

Caurspīdīgs: radio pārsūta saņemto informāciju tikai uz attālināto radio adresi, kurai tā ir konfigurēta. Datus, kas nosūtīti caur seriālo portu, XBee saņem tādu, kāds tas ir.

Komanda: Šis režīms tiek izmantots, lai runātu ar radio un konfigurētu dažus iepriekš konfigurētus režīmus, mēs sazināmies ar moduļiem, atrodoties šajā režīmā, un mainām konfigurāciju.

Varat ierakstīt +++ un pagaidīt vienu sekundi, nenospiežot citas pogas, pēc tam uz termināļa attēla jāparādās ziņojumam OK. Ar OK iestatījumu XBee mums paziņo, ka pavadījis režīmā COMMAND, un ir gatavs saņemt konfigurācijas ziņojumus.

XBee AT komandas:

AT (TEST): Šī ir testa komanda, lai pārbaudītu, vai modulis atbild uz Labi, jo atbilde apstiprina to pašu.

ATDH: Augsta galamērķa adrese. Lai konfigurētu 64 bitu galamērķa adreses augšējos 32 bitus, DL un DH kopā dod jums 64 bitu mērķa adresi.

ATDL: Zema galamērķa adrese. Tas atkal tiek darīts, lai konfigurētu 64 bitu galamērķa adreses 32 zemākos bitus.

ATID: Šī komanda maina PAN ID (Pers ID ir 4 baiti heksadecimālā un var svārstīties no 0000 līdz FFFF

ATWR: rakstiet. Rakstiet parametru vērtības uz nepastāvīgo atmiņu, lai parametru modifikācijas saglabātu turpmāko atiestatīšanu.

Piezīme: Kad WR ir izdots, modulim nevajadzētu nosūtīt papildu rakstzīmes līdz

Pēc atbildes “Labi” saņemšanas.

ATRE (Restore Defaults): atjauno moduļa rūpnīcas iestatījumus, ir ļoti noderīgi, ja modulis nereaģē.

Ja vēlaties uzzināt vairāk par ZigBee moduļiem, šeit ir lielisks Digi resurss.