Johdatus zigbee: arkkitehtuuriin, verkkoihin ja komentoihin

Yleensä monet ihmiset sekoittuvat kahteen termiin XBee ja ZigBee, useimmat käyttävät sitä keskenään. Mutta näin ei todellakaan ole; ZigBee on langattoman verkon vakioprotokolla. Vaikka XBee on tuote, joka tukee erilaisia ​​langattomia yhteyskäytäntöjä, mukaan lukien ZigBee, Wi-Fi (Wi-Fly-moduuli), 802.15.4, 868 MHz -moduuli jne. Tässä keskitymme pääasiassa Xbee / Xbee-PRO ZB RF-moduuliin, joka koostuu ZigBee-laiteohjelmistosta.

Ajattele vain laskinta tietokoneessa, jossa monimutkaiset laskelmat suoritetaan käyttäjäystävällisellä käyttöliittymällä. Tehtävä olisi ollut erittäin vaikea ja tylsä, jos vain laitteita olisi ollut saatavana. Joten korkeimmalla tasolla ohjelmistojen saatavuus helpottaa ongelmanratkaisuprosessia. Koko prosessi on jaettu ohjelmistokerroksiin varsinaisen laitteiston avulla, jota korkeammat tasot kutsuvat.

Käytämme jopa kerrosten käsitettä jokapäiväisessä elämässämme. Esimerkiksi lähettämällä kuriiri / kirje ystäväsi kotiin, lähettämällä sähköpostia eri puolilta maailmaa toiseen. Vastaavasti useimmat nykyaikaiset verkkoprotokollat ​​käyttävät jopa kerrosten käsitettä erottaakseen eri ohjelmistokomponentit itsenäisiksi moduuleiksi, jotka voidaan koota eri tavoin. Joku saattaa joutua likaantumaan saadakseen syvällisen käsityksen Xbee-arkkitehtuurista, mutta teemme asioista hyvin yksinkertaisia ​​sinulle.

Aloitetaan joistakin perustermeistä, kuten reititys, törmäysten välttäminen ja kuittaus. Ensimmäisen termin ymmärtämiseksi mene vain nimellä, "reitti", joka tarkoittaa polun jäljittämistä tai tunnistamista. Verkostossa reititys tarkoittaa suunnan tarjoamista tiedoille lähdesolmusta kohdesolmuun. Kun kaksi verkon solmua yrittää lähettää samanaikaisesti, syntyy tilanne, jota kutsutaan törmäykseksi. Joten yleensä Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA / CA) -tekniikka törmäysten välttämiseksi voit oppia lisää CSMA: sta tämän linkin avulla. Pohjimmiltaan solmut puhuvat samalla tavalla kuin ihmisten keskustelu; he tarkistavat lyhyesti, ettei kukaan puhu, ennen kuin he alkavat lähettää tietoja.

Aina kun vastaanotin vastaanottaa lähetetyn datan onnistuneesti, se kuittaa lähettimen. Tietovirran ei pidä antaa hukuttaa vastaanottimen radiota. Kaikilla vastaanottavilla radioilla on rajoitettu nopeus, joilla se voi käsitellä saapuvaa dataa, ja rajallinen määrä muistia saapuvan datan tallentamiseen.

ZigBee-arkkitehtuuri:

On merkittävä neljä kerrosta saatavilla in ZigBee pino, jotka ovat fyysinen kerros, Media pääsy kerros, verkkokerros ja sovelluskerros.

Sovelluskerros määrittelee erilaiset osoiteobjektit, kuten profiilit, klusterit ja päätepisteet. Näet ZigBee-pinon tasot yllä olevassa kuvassa.

Verkkokerros: Se lisää reititysominaisuudet, joiden avulla RF-datapaketit voivat kulkea useita laitteita (useita "humaloita") reitittääkseen tietoja lähteestä kohteeseen (vertaisverkosta).

MAC-kerros hallitsee naapurilaitteiden välisiä radiotaajuustietotapahtumia (pisteestä pisteeseen). MAC sisältää palveluja, kuten uudelleenlähetysyrityksen ja kuittausten hallinnan sekä törmäysten välttämisen tekniikat.

Fyysinen kerros: Se määrittelee, miten laitteet yhdistetään verkon muodostamiseksi; se määrittelee lähtötehon, kanavien lukumäärän ja siirtonopeuden. Suurin osa ZigBee-sovelluksista toimii 2,4 GHz: n ISM-kaistalla 250 kbps: n tiedonsiirtonopeudella.

Useimmissa XBee-perheissä on sisäänrakennettu virtauksen hallinta, I / O, A / D ja ilmaisulinjat, jotka voidaan määrittää sopivilla komennoilla. Analogiset näytteet palautetaan 10-bittisinä arvoina. Analoginen lukema skaalataan siten, että 0x0000 edustaa 0V ja 0x3FF = 1,2V. (Moduulin analogiatulot voivat olla enintään 1,2 V)

Muunna A / D-lukema mV: ksi seuraavasti:

AD (mV) = (A / D-lukema * 1200 mV) / 1023

Tiedonsiirto ZigBee: ssä

Voit soittaa verkkoon ohjelmistojen ja laitteistojen yhdistelmänä, joka pystyy lähettämään tietoja paikasta toiseen. Laitteisto on vastuussa signaalien kuljettamisesta verkon pisteestä toiseen. Ohjelmisto koostuu käskyjoukoista, jotka mahdollistavat toimimisen odotusten mukaisesti.

Yleensä tiedonsiirto ZigBee-pakettien avulla voidaan tehdä kahdella tavalla: unicast ja broadcast.

Lähetys:

Yksinkertaisesti sanoen Broadcast tarkoittaa radion tai television välittämää tietoa / ohjelmaa. Toisin sanoen lähetyslähetyksiä lähetetään monille tai kaikille verkon laitteille. ZigBee-protokollalla lähetettyjä lähetyksiä levitetään koko verkossa siten, että kaikki solmut vastaanottavat lähetyksen. Tämän saavuttamiseksi koordinaattori ja kaikki yleislähetyksen vastaanottavat reitittimet lähettävät paketin uudelleen kolme kertaa.

Yksilähetetty lähetys:

Yksilähetyslähetykset ZigBee-reittitiedoissa yhdestä lähdelaitteesta toiseen kohdelaitteeseen. Kohdelaite voi olla lähdelaitteen välitön naapuri tai sillä voi olla useita humaloja välissä. Alla olevassa kuvassa on esimerkki, joka selittää mekanismin kaksisuuntaisen linkin luotettavuuden tunnistamiseksi.

Xbee-reitittimien ja koordinaattorin verkon perusteet

Mitä tarvitset päästäksesi ystäväsi kotiin? Tarvitset vain hänen osoitteensa. Vastaavasti tietojen lähettämiseen yhdestä Xbee-moduulista toiseen tarvitaan sen yksilöllinen osoite. Aivan kuten ihmisten kohdalla, Xbeellä on jopa useita osoitteita, joista jokaisella on erityinen rooli verkostoitumisessa. Osoitteita on kahdenlaisia: staattinen osoite (64-bittinen osoite) ja dynaaminen osoite (16-bittinen osoite).

Osoitteet:

64-bittinen osoite on ainutlaatuinen yleisesti; se vahvistetaan Xbee-moduulin sisällä valmistajan toimesta. Mikään muu maan päällä oleva ZigBee-radio ei saa samaa staattista osoitetta, jokaisen xbee-moduulin takana näet tämän osoitteen alla olevan kuvan mukaisesti, ja erityisesti osoitteen "0013A200" ylempi osa on sama kaikille xbee-moduuleille.

Laite saa 16-bittisen osoitteen, jonka tulisi olla paikallisesti ainutlaatuinen, kun se liittyy ZigBee-verkkoon. 16-bittinen osoite 0x0000 on varattu koordinaattorille. Kaikki muut laitteet saavat satunnaisesti generoidun osoitteen reitittimeltä tai koordinaattorilaitteelta, joka sallii liittymisen. 16-bittinen osoite voi muuttua, kun kahdella laitteella havaitaan sama 16-bittinen osoite tai laite poistuu verkosta ja myöhemmin liittyy (se voi vastaanottaa eri osoitteen).

Solmun tunniste:

Aivojemme on aina helpompaa muistaa merkkijonoja numeron sijaan. Näin ollen jokaiselle verkon Xbee-moduulille voidaan määrittää solmutunniste. Solmutunniste on joukko merkkejä eli merkkijonoja, jotka voivat olla ihmisystävällisempi tapa osoittaa solmu verkossa.

Henkilökohtaiset verkot:

Näiden Xbee-moduulien kehittämää verkkoa kutsutaan henkilökohtaisiksi verkkoiksi tai PAN: ksi. Jokainen verkko määritetään yksilöllisellä PAN-tunnuksella (PAN ID). Tämä tunniste on yhteinen saman verkon kaikkien laitteiden keskuudessa. ZigBee tukee sekä 64-bittistä että 16-bittistä PAN-tunnusta. Molempia PAN-osoitteita käytetään verkon yksilölliseen tunnistamiseen. Samassa ZigBee-verkossa olevien laitteiden on jaettava samat 64- ja 16-bittiset PAN-tunnukset. Jos useita ZigBee-verkkoja toimii toistensa rajoissa, jokaisella on oltava yksilölliset PAN-tunnukset.

16-bittistä PAN ID: tä käytetään MAC-kerroksen osoittamiseen kaikissa verkon laitteiden välisissä RF-tiedonsiirroissa. Mutta 16-bittisen PAN ID: n rajoitetun osoitetilan (65 535 mahdollisuutta) vuoksi voi olla mahdollista, että useilla ZigBee-verkoilla (toistensa alueella) voi olla sama 16-bittinen PAN ID. Näiden ristiriitojen ratkaisemiseksi ZigBee Alliance loi 64-bittisen PAN-tunnuksen. ZigBee määrittelee kolme erilaista laitetyyppiä: koordinaattori, reititin ja päätelaite.

Verkon perustamisen lataamiseen tarvitaan aina yksi koordinaattori jokaisessa verkossa. Joten se ei voi koskaan nukkua. Se on myös vastuussa kanavan ja PAN ID: n (sekä 64-bittisen että 16-bittisen) valinnasta verkon käynnistämiseksi. Se voi sallia reitittimien ja päätelaitteiden liittymisen verkkoon. Se voi auttaa tietojen reitittämisessä verkossa.

Verkossa voi olla useita reitittimiä. Yksi reititin voi saada signaaleja muilta reitittimiltä / EP: ltä (päätepisteet). Se ei voi myöskään koskaan nukkua. Sen on liityttävä Zigbee PAN -laitteeseen, ennen kuin se voi lähettää, vastaanottaa tai reitittää tietoja. Liittymisen jälkeen se voi antaa reitittimien ja päätelaitteiden liittyä verkkoon. Liittymisen jälkeen se voi myös auttaa tietojen reitittämisessä. Se voi puskuroida RF-datapaketteja lepotilalaitteille.

Päätepisteitä voi olla myös useita. Se voi siirtyä lepotilaan virran säästämiseksi. Sen on liityttävä ZigBee PAN: ään, ennen kuin se voi lähettää tai vastaanottaa tietoja, eikä se voi edes sallia laitteiden liittymistä verkkoon. Lähetys- / vastaanottotiedot ovat riippuvaisia ​​vanhemmista.

Koska päätelaite voi siirtyä lepotilaan, vanhemman laitteen on puskuroitava tai pidettävä saapuvia datapaketteja, kunnes päätelaite herää ja vastaanottaa datapaketit.

Eri verkkotopologia ZigBee: ssä

Verkkotopologia viittaa tapaan, jolla verkko on suunniteltu. Tässä topologia on geometrinen esitys kaikkien linkkien ja linkityslaitteiden (koordinaattori, reititin ja lopetuslaitteet) suhteesta toisiinsa.

Täällä meillä on neljä topologian perusverkkoa, tähti, hybridi ja puu.

In Mesh Topologia, joka solmu on kytketty toisiinsa solmu odottaa loppuun laitetta, koska päätelaitteet eivät voi kommunikoida suoraan. Yksinkertaisen tiedonsiirron mahdollistamiseksi kahden ZB-radion välillä sinun on määritettävä yksi koordinaattorin laiteohjelmalla ja toinen reitittimen tai päätepisteen laiteohjelmistolla. Mesh-verkon tärkein etu on, että jos yhdestä linkistä tulee käyttökelvoton, se ei kykene koko järjestelmään.

On tähtitopologia, jokainen laite on oma point-to-point-yhteys keskitettyyn ohjaimeen (koordinaattori). Kaikki laitteet eivät ole suoraan yhteydessä toisiinsa. Toisin kuin verkkotopologia, tähtitopologiassa yksi laite ei voi lähettää mitään suoraan toiseen laitteeseen. Koordinaattori tai keskitin on vaihdettavissa: Jos yksi laite haluaa lähettää tietoja toiselle, se lähettää tiedot koordinaattorille, joka edelleen lähettää tiedot kohdelaitteelle.

Hybridiverkko on verkko, joka sisältää kahden tai useamman tyyppisiä viestintätandardeja. Tässä hybridiverkko on tähti- ja puuverkon yhdistelmä, vain harvat päätelaitteet on kytketty suoraan koordinaattorisolmuun ja muut päätelaitteet tarvitsevat yläsolmun apua datan vastaanottamiseksi.

In Tree verkko, reitittimet selkäranka ja päätelaitteet on yleensä ryhmitelty jokainen reititin. Se ei ole kovin erilainen kuin mesh-kokoonpano, paitsi että reitittimet eivät ole yhteydessä toisiinsa. Voit visualisoida nämä verkot käyttämällä yllä olevaa kuvaa.

Xbee-laiteohjelmisto

XBee Programmable -moduuli on varustettu Free scale -sovellusprosessorilla. Tämän sovellusprosessorin mukana toimitetaan käynnistyslatain. Tämä XBee ZV -laiteohjelmisto perustuu Embernet 3.xx ZigBee-PRO -pinoon, XBee-Znet 2.5 -moduulit voidaan päivittää tähän toimintoon. Voit tarkistaa laiteohjelmiston ATVR-komennolla, josta keskustellaan myöhemmin luvussa. XBee-versionumeroissa on 4 merkitsevää numeroa. Versionumero voidaan nähdä myös ATVR-komennolla. Vastaus palauttaa 3 tai 4 numeroa. Kaikki luvut ovat heksadesimaaleja, ja niiden väli voi olla 0-0xF. Versio ilmoitetaan nimellä "ABCD". Numerot ABC ovat pääjulkaisunumero ja D on pääjulkaisun versionumero. Luvussa 4 käsiteltävät API: t ja AT-komennot ovat melkein samat Znet 2.5- ja ZB-laiteohjelmistoille.

Televiestinnässä koko Hayes-komento on kielikohtainen komento, joka on kehitetty Hayes-modeemille Smart Modem, 1981. Ne olivat sarja lyhyitä sanoja modeemin hallitsemiseksi, jolloin kommunikointi ja modeemin asettaminen yksinkertaiseksi noina päivinä.

XBee toimii myös komentotilassa ja on lähettänyt AT-komennot, jotka tarkoittavat TÄRKEÄÄ, nämä komennot voidaan lähettää XBee-laitteelle päätelaitteiden kautta.

Läpinäkyvä: Radio välittää saamansa tiedot vain etäosoitteeseen, johon se on määritetty. Sarjaportin kautta lähetetyn datan XBee vastaanottaa sellaisenaan.

Komento: Tätä tilaa käytetään puhumaan radiosta ja konfiguroimaan joitain ennalta määritettyjä tiloja, kommunikoimme moduulien kanssa tässä tilassa ja muutamme kokoonpanoa.

Voit kirjoittaa +++ ja odottaa sekuntia ilman mitään muita painikkeita, viestin OK pitäisi näkyä päätelaitteen kuvana juuri ylöspäin. Valitsemalla OK, XBee kertoo meille käyttäneensä COMMAND-tilassa ja on valmis vastaanottamaan määritysviestejä.

XBee AT -komennot:

AT (TEST): Tämä on testikomento, jolla tarkistetaan, vastaako moduuli OK-vastausta, kun sama vahvistaa vastauksen.

ATDH: Kohdeosoite korkea. 64-bittisen kohdeosoitteen ylemmän 32 bitin määrittäminen DL ja DH yhdistettynä antaa sinulle 64-bittisen kohdeosoitteen.

ATDL: Kohdeosoite matala. Tämä taas konfiguroidaan 64-bittisen kohdeosoitteen 32 alempaa bittiä.

ATID: Tämä komento muuttaa PAN ID: tä (Pers ID on 4 tavua heksadesimaalia ja voi vaihdella välillä 0000 - FFFF

ATWR: Kirjoita. Kirjoita parametriarvot haihtumattomaan muistiin, jotta parametrien muutokset pysyvät voimassa seuraavien palautusten aikana.

Huomaa: Kun WR on annettu, moduuliin ei tule lähettää muita merkkejä vasta

Kun "OK" vastaus on vastaanotettu.

ATRE (Palauta oletukset): Palauttaa moduulin tehdasasetukset, on erittäin hyödyllinen, jos moduuli ei vastaa.

Jos haluat oppia lisää ZigBee-moduuleista, tässä on Digin upea resurssi.