Uvod u zigbee: arhitektura, mreže i naredbe

Općenito se mnogi ljudi zbune s dva pojma XBee i ZigBee, a većina ih ih koristi naizmjenično. Ali to zapravo nije slučaj; ZigBee je standardni protokol za bežično umrežavanje. Iako je XBee proizvod koji podržava različite bežične komunikacijske protokole, uključujući ZigBee, Wi-Fi (modul Wi-Fly), 802.15.4, modul od 868 MHz itd. Ovdje smo uglavnom fokusirani na Xbee / Xbee-PRO ZB RF modul koji se sastoji od ZigBee firmwarea.

Sjetite se samo kalkulatora u računalu, gdje se složeni izračuni izvode s korisničkim sučeljem. Zadatak bi bio vrlo težak i naporan da je dostupan samo hardver. Dakle, na najvišoj razini, dostupnost softvera olakšava postupak rješavanja problema. Cijeli proces podijeljen je u slojeve softvera stvarnim hardverom koji se naziva višim razinama.

Koncept slojeva koristimo čak i u svakodnevnom životu. Na primjer, slanje kurira / pisma kući vašeg prijatelja, slanje e-pošte s jedne točke svijeta na drugu. Slično tome, većina modernih mrežnih protokola čak koristi koncept slojeva za odvajanje različitih softverskih komponenata u neovisne module koji se mogu sastaviti na različite načine. Možda ćete morati zaprljati ruke kako biste dublje razumjeli Xbee arhitekturu, ali mi ćemo vam sve učiniti vrlo jednostavnim.

Počnimo s nekim osnovnim pojmovima poput usmjeravanja, izbjegavanja sudara i potvrde. Da biste razumjeli prvi pojam, samo nazovite njegov naziv, "ruta" što znači pratiti ili identificirati put. U umrežavanju, usmjeravanje znači pružanje smjera podacima od izvornog čvora do odredišnog čvora. Kada dva čvora u mreži pokušavaju istovremeno emitirati, stvara se situacija koja se naziva sudar. Dakle, općenito višestruki pristup Carrier Sense s izbjegavanjem sudara (CSMA / CA) kako biste izbjegli sudar možete saznati više o CSMA koristeći ovu vezu. U osnovi čvorovi razgovaraju na isti način kao i ljudski razgovor; kratko provjeravaju da nitko ne razgovara prije nego što počnu slati podatke.

Kad god prijamnik uspješno primi prenesene podatke, on priznaje odašiljač. Ne smije se dopustiti da protok podataka preplavi radio prijemnika. Bilo koji radio prijemnik ima ograničenu brzinu kojom može obraditi dolazne podatke i ograničenu količinu memorije u koju će pohraniti dolazne podatke.

ZigBee arhitektura:

U slogu ZigBee dostupna su glavna četiri sloja, a to su fizički sloj, sloj pristupa medijima, mrežni sloj i aplikacijski sloj.

Aplikacijski sloj definira različite objekte za adresiranje, uključujući profile, klastere i krajnje točke. Slojeve sloga ZigBee možete vidjeti na gornjoj slici.

Mrežni sloj: Dodaje mogućnosti usmjeravanja koje RF paketima podataka omogućuju prelazak više uređaja (višestruki "skokovi") za usmjeravanje podataka od izvora do odredišta (peer to peer).

MAC sloj upravlja RF podatkovnim transakcijama između susjednih uređaja (od točke do točke). MAC uključuje usluge poput ponovnog pokušaja prijenosa i upravljanja potvrdom te tehnika izbjegavanja sudara.

Fizički sloj: definira kako su uređaji povezani kako bi stvorili mrežu; definira izlaznu snagu, broj kanala i brzinu prijenosa. Većina ZigBee aplikacija radi na 2,4 GHz ISM opsegu brzinom podataka od 250 kbps.

Većina obitelji XBee ima ugrađene kontrole protoka, I / O, A / D i indikatorske crte koje se mogu konfigurirati pomoću odgovarajućih naredbi. Analogni uzorci vraćaju se kao 10-bitne vrijednosti. Analogno očitanje skalirano je tako da 0x0000 predstavlja 0V, a 0x3FF = 1,2V. (Analogni ulazi na modulu ne smiju biti veći od 1,2 V)

Da biste pretvorili A / D očitanje u mV, učinite sljedeće:

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

Prijenos podataka u ZigBeeu

Mrežu možete nazvati kao kombinaciju softvera i hardvera koja može slati podatke s jednog mjesta na drugo. Hardver je odgovoran za prijenos signala s jedne točke mreže na drugu. Softver se sastoji od skupova uputa koji omogućuju rad onako kako očekujemo.

Općenito se prijenos podataka putem ZigBee paketa može izvršiti na dva načina: jednoastavno i emitiranje.

Prijenos:

Jednostavnim riječima Broadcast znači informaciju / program koji se emitira putem radija ili TV-a. Drugim riječima, emitirani prijenosi šalju se na mnoge ili na sve uređaje u mreži. Emitirani prijenosi sa ZigBee protokolom šire se u cijeloj mreži tako da svi čvorovi primaju prijenos. Da bi to postigao, koordinator i svi usmjerivači koji prime emitirani prijenos ponovit će paket tri puta.

Unicast prijenos:

Jednostruki prijenosi u ZigBeeu usmjeravaju podatke s jednog izvornog uređaja na drugi odredišni uređaj. Odredišni uređaj može biti neposredni susjed izvornog uređaja ili može imati nekoliko poskokova između puta. Primjer je prikazan dolje na slici objašnjavajući mehanizam prepoznavanja pouzdanosti dvosmjerne veze.

Osnove mreže za Xbee usmjerivače i koordinatora

Što trebate da biste došli do kuće svog prijatelja? Trebaš samo njegovu adresu. Slično tome, za slanje podataka s jednog Xbee modula na drugi potrebna vam je njegova jedinstvena adresa. Kao i kod ljudi, i Xbee ima nekoliko adresa, a svaka ima određenu ulogu u umrežavanju. Postoje dvije vrste adresa Statička adresa (64-bitna adresa) i Dinamička adresa (16-bitna adresa).

Adresa:

64-bitna adresa jedinstvena je univerzalno; proizvođač ga učvršćuje unutar Xbee modula. Nijedan drugi ZigBee radio na zemlji neće imati istu istu statičku adresu. Na poleđini svakog xbee modula možete vidjeti ovu adresu kao što je prikazano dolje, a posebno je gornji dio adrese "0013A200" jednak za svaki xbee modul.

Uređaj prima 16-bitnu adresu koja bi trebala biti jedinstvena lokalno, kada se pridruži mreži ZigBee. 16-bitna adresa 0x0000 rezervirana je za koordinatora. Svi ostali uređaji dobivaju nasumično generiranu adresu od usmjerivača ili koordinatorskog uređaja koji omogućuje spajanje. 16-bitna adresa može se promijeniti kada se utvrdi da dva uređaja imaju istu 16-bitnu adresu ili ako uređaj napusti mrežu i kasnije se pridruži (može primiti drugu adresu).

Identifikator čvora:

Našem je mozgu uvijek lakše pamtiti nizove umjesto broja. Stoga se svakom Xbee modulu u mreži može dodijeliti identifikator čvora. Identifikator čvora je skup znakova, tj. Nizova koji mogu biti pristupačniji način obraćanja čvoru u mreži.

Osobne mreže:

Mreže koje su razvili ovi Xbee moduli nazivaju se osobnim mrežama ili PAN-ima. Svaka je mreža definirana jedinstvenim PAN identifikatorom (PAN ID). Ovaj je identifikator zajednički među svim uređajima iste mreže. ZigBee podržava i 64-bitni i 16-bitni PAN ID. Obje PAN adrese koriste se za jedinstvenu identifikaciju mreže. Uređaji na istoj ZigBee mreži moraju dijeliti iste 64-bitne i 16-bitne PAN ID-ove. Ako više ZigBee mreža radi unutar dometa jedna od druge, svaka bi trebala imati jedinstvene PAN ID-ove.

16-bitni PAN ID koristi se za adresiranje MAC sloja u svim RF prijenosima podataka između uređaja u mreži. No, zbog ograničenog adresnog prostora 16-bitnog PAN ID-a (65.535 mogućnosti), postoji mogućnost da više ZigBee mreža (unutar dometa jedna druge) može imati isti 16-bitni PAN ID. Da bi riješio ove sukobe, ZigBee savez stvorio je 64-bitni PAN ID. ZigBee definira tri različite vrste uređaja: koordinator, usmjerivač i završni uređaj.

U svakoj mreži uvijek je potreban jedan koordinator za naplatu postavljanja mreže. Dakle, nikad ne može spavati. Također je odgovoran za odabir kanala i PAN ID-a (i 64-bitni i 16-bitni) za pokretanje mreže. Može omogućiti usmjerivačima i završnim uređajima da se pridruže mreži. Može vam pomoći u usmjeravanju podataka u mreži.

U mreži može biti više usmjerivača. Jedan usmjerivač može primati signale s drugih usmjerivača / EP-a (krajnje točke). Također nikad ne može spavati. Mora se pridružiti Zigbee PAN-u prije nego što može prenositi, primati ili usmjeravati podatke. Nakon pridruživanja može omogućiti usmjerivačima i završnim uređajima da se pridruže mreži. Nakon pridruživanja, također može pomoći u usmjeravanju podataka. Može pohraniti RF pakete podataka za uspavane uređaje.

Može biti i više Završnih bodova. Može uštedjeti energiju u načinu mirovanja. Mora se pridružiti ZigBee PAN-u prije nego što može prenositi ili primati podatke, a ne može dopustiti ni uređajima da se pridruže mreži. Ovisno o roditelju za prijenos / primanje podataka.

Budući da krajnji uređaj može ići u stanje mirovanja, roditeljski uređaj mora međuspremiti ili zadržati dolazne podatkovne pakete dok se krajnji uređaj ne probudi i ne primi podatkovne pakete.

Različita mrežna topologija u ZigBeeu

Topologija mreže odnosi se na način na koji je mreža dizajnirana. Ovdje je topologija geometrijski prikaz međusobnog odnosa svih veza i uređaja za povezivanje (koordinatora, usmjerivača i krajnjih uređaja).

Ovdje imamo četiri osnovne topološke mreže, zvijezdu, hibrid i stablo.

U mrežnoj topologiji, svaki čvor je povezan međusobno, čvor očekuje krajnji uređaj jer krajnji uređaji ne mogu izravno komunicirati. Da biste omogućili jednostavnu komunikaciju između dva ZB radija, morat ćete konfigurirati jedan s firmware-om koordinatora, a jedan s firmware-om usmjerivača ili krajnje točke. Glavna prednost Mesh mreže je u tome što ako jedna od veza postane neupotrebljiva, to neće onesposobiti cijeli sustav.

U topologiji zvijezda, svaki uređaj ima namjensku vezu točka-točka na središnji kontroler (koordinator). Svi uređaji nisu izravno povezani jedni s drugima. Za razliku od mrežaste topologije, u topologiji zvijezda jedan uređaj ne može poslati ništa izravno na drugi uređaj. Koordinator ili čvorište postoji za razmjenu: Ako jedan uređaj želi poslati podatke drugom, on šalje podatke koordinatoru, koji dalje šalje podatke odredišnom uređaju.

Hibridne mreže su one mreže koje sadrže dvije ili više vrsta komunikacijskih standarda. Ovdje je hibridna mreža kombinacija mreže zvijezda i stabla, malo je krajnjih uređaja spojenih izravno na čvor koordinatora, a ostali krajnji uređaji trebaju pomoć roditeljskog čvora da bi primili podatke.

U Tree mreži usmjerivači čine okosnicu i krajnje uređaje koji su obično skupljeni oko svakog usmjerivača. To se ne razlikuje puno od mrežaste konfiguracije, osim činjenice da tamo usmjerivači nisu međusobno povezani, te mreže možete vizualizirati pomoću gore prikazane slike.

Xbee firmware

Programabilni modul XBee opremljen je procesorom aplikacija Free scale. Uz ovaj procesor aplikacija dolazi isporučeni pokretački program. Ovaj ugrađeni softver XBee ZV temelji se na Embernet 3.xx ZigBee-PRO stogu, a moduli XBee-Znet 2.5 mogu se nadograditi na ovu funkcionalnost. Ugrađeni softver možete provjeriti pomoću naredbe ATVR o čemu ćemo razgovarati kasnije u poglavlju. Brojevi verzija XBee imat će 4 značajne znamenke. Broj verzije također se može vidjeti pomoću naredbe ATVR. Odgovor vraća 3 ili 4 broja. Svi brojevi su heksadecimalni i mogu imati raspon od 0-0xF. Verzija je prijavljena kao "ABCD". Znamenke ABC glavni su broj izdanja, a D revizijski broj glavnog izdanja. API rasprave u poglavlju 4 i AT naredbe su gotovo iste za Znet 2.5 i ZB firmware.

U telekomunikacijama, cijela Hayesova naredba specifične su za jezik naredbe razvijene za Hayes modem Smart Modem, 1981. bile su niz kratkih riječi za kontrolu modema čineći komunikaciju i postavljanje modema jednostavnom u ono doba.

XBee također radi u naredbenom načinu rada i pokrenuo je AT naredbe, što znači POZOR, te se naredbe mogu poslati XBeeu preko terminala XBee, a AT konfigurirani XBee radio ima dva načina komunikacije

Transparent: Radio prima informacije samo na daljinsku radio adresu na koju je konfiguriran. Podaci poslani putem serijskog porta XBee prima takve kakvi jesu.

Naredba: Ovaj se način koristi za razgovor s radiom i konfiguriranje nekih unaprijed konfiguriranih načina, mi komuniciramo s modulima dok smo u ovom načinu i mijenjamo konfiguraciju.

Možete upisati +++ i pričekati jednu sekundu bez pritiskanja bilo koje druge tipke, tada bi se poruka OK trebala pojaviti kao slika terminala. U redu, XBee nam govori da je proveo u COMMAND načinu i spreman je za primanje konfiguracijskih poruka.

XBee AT naredbe:

AT (TEST): Ovo je test naredba za provjeru odgovara li modul u redu jer odgovor to isto potvrđuje.

ATDH: Adresa odredišta visoka. Da biste konfigurirali gornja 32 bita 64-bitne odredišne ​​adrese, DL i DH u kombinaciji daju vam 64-bitnu odredišnu adresu.

ATDL: Adresa odredišta niska. Ovo opet za konfiguriranje donjih 32 bita 64-bitne odredišne ​​adrese.

ATID: Ova naredba mijenja PAN ID (PersThe ID je 4 bajta heksadecimalnog značenja i može se kretati od 0000 do FFFF

ATWR: Napišite. Vrijednosti parametara zapišite u trajnu memoriju kako bi izmjene parametara nastavile tijekom sljedećih resetiranja.

Napomena: Nakon izdavanja WR-a, modulu se ne smiju slati dodatni znakovi do

Nakon primljenog odgovora "OK \ r".

ATRE (Vraćanje zadanih vrijednosti): Vraća tvorničke postavke modula, vrlo je korisno ako modul ne reagira.

Ako želite saznati više o ZigBee modulima, ovdje je sjajan resurs tvrtke Digi.