ZigBee. Φοιτητής: Μόσχογλου Στυλιανός Επιβλέπων καθηγητής: κ. Δοκουζγιάννης Σταύρος

Transcript

1 ZigBee Φοιτητής: Μόσχογλου Στυλιανός Επιβλέπων καθηγητής: κ. Δοκουζγιάννης Σταύρος

2 Τι είναι το ZigBee; Ένα τυποποιημένο πρωτόκολλο χαμηλής Κατανάλωσης Ισχύος σε Wireless Persnal Area Netwrks (WPANs) Ένα σύνολο προδιαγραφών για WPANs για ψηφιακή ασύρματη επικοινωνία μεταξύ υπολογιστών και άλλων ηλεκτρονικών συσκευών Στοχεύει σε εφαρμογές ραδιοφωνικών συχνοτήτων (radi frequency), που απαιτούν χαμηλό ρυθμό μετάδοσης δεδομένων, μεγάλη διάρκεια ζωής, και ασφαλή δικτύωση

3 Τεχνικές Προδιαγραφές Από 10 έως και 115kbps ρυθμαπόδοση δεδομένων Από 10 έως και 75m κάλυψη δικτύου Μέχρι 200 και πλέον συνδεμένους κόμβους Μέχρι και 2 χρόνια διάρκεια ζωής με χρήση μίας συμβατικής, αλκαλικής μπαταρίας

4 ZigBee Alliance O ZigBee Alliance είναι ένας οργανισμός που απαρτίζεται από διάφορες εταιρίες οι οποίες συνεργάζονται ώστε να διασφαλίσουν αξιόπιστα, οικονομικά, χαμηλής ισχύος προϊόντα, τα οποία είναι βασισμένα σε ένα διεθνές, τυποποιημένο πρότυπο

5 Παραδείγματα εταιριών

6 ΙΕΕΕ Το ZigBee είναι ένα σύνολο πρωτοκόλλων επικοινωνίας υψηλού επιπέδου που βασίζονται πάνω στα χαρακτηριστικά του προτύπου , όπως αυτό ορίστηκε από την ΙΕΕΕ, για τα Wireless Persnal Area Netwrks (WPANs)

7 (W)PANs Ένα Persnal Area Netwrk (PAN) είναι ένα δίκτυο που χρησιμοποιείται για την επικοινωνία υπολογιστικών συσκευών (συμπεριλαμβανομένων τηλεφώνων, PDAs, κ.λπ.) T Wireless PAN αποτελείται από ένα δυναμικό grup κόμβων (μικρότερων σε αριθμό από 255) που επικοινωνούν σε μία απόσταση 10-75m

8 Κατηγορίες WPANs

9 Ασύρματα πρωτόκολλα

10 ZigBee vs Bluetth T Bluetth: Στοχεύει σε μέσο ρυθμό μετάδοσης δεδομένων, επί συνεχούς λειτουργίας Θεωρητικό μέγιστο 1Mbps, πραγματικός ρυθμός μετάδοσης περίπου 700Kbps Για μεταφορά δεδομένων ή για ασύρματη μεταφορά φωνής Αναμετάδοση από ένα προς πολλά μέσα Το ZigBee: Χαμηλός ρυθμός μετάδοσης δεδομένων, μικροί κύκλοι λειτουργίας Θεωρητικό μέγιστο 250Kbps, πραγματικός ρυθμός μετάδοσης δεδομένων περίπου Kbps Μεγάλη διάρκεια ζωής μπαταρίας Εξελιγμένο μέσο δικτύωσης

11 ZigBee vs άλλα πρωτόκολλα

12 Βασικά του ΙΕΕΕ Η πρόσβαση στο κανάλι γίνεται με CSMA/CA και οπτική εγκοπή χρόνου (time sltting) Τρεις μπάντες συχνοτήτων, 27 καναλιών 2.4Ghz, 16 κανάλια, 250Kbps 868.3Mhz, 1 κανάλι, 20Kbps Μhz, 10 κανάλια, 40Kbps Οπτική αναγνώριση μέσω της δομής beacn Ασφάλεια πολλαπλών επιπέδων Λειτουργεί καλά με επιλεγόμενο latency για ελεγκτές, αισθητήρες και απομακρυσμένη διαχείριση φορητών συσκευών Σχεδιασμένο για μέγιστη διάρκεια ζωής μπαταρίας

13 Εφαρμογές ZigBee

14 Αρχιτεκτονική

15 Αλληλοσυσχετίσεις

16 Φυσικό επίπεδο

17 Χαρακτηριστικά φυσικού επίπεδου Το PHY layer του ΙΕΕΕ διαθέτει υψηλά επίπεδα ολοκλήρωσης (integratin), ώστε να είναι απλό ως προς τη δομή των αναλογικών του κυκλωμάτων και να επιτρέπει εύκολες υλοποιήσεις Ενεργοποίηση και απενεργοποίηση του πομποδέκτη (transceiver) Εντοπισμός ενέργειας μέσα στο κανάλι που τρέχει Ένδειξη ποιότητας σύνδεσης κατά τη λήψη πακέτων Επιλογή συχνότητας καναλιού Εκπομπή και λήψη δεδομένων

18 Ζώνες συχνοτήτων

19 Επίπεδο MAC T Media Access Cntrl (MAC) του IEEE επιτρέπει την χρήση διαφόρων ειδών τοπολογιών χωρίς να παρουσιάζονται περιπλοκές και στοχεύει στην αρμονική λειτουργία πολλών συσκευών ταυτοχρόνως

20 Χαρακτηριστικά MAC Επιτρέπει την χρήση και 64bit αλλά και των κλασικών 16bit διευθύνσεων IP Συνολικά το τοπικό δίκτυο μπορεί να περιλαμβάνει μέχρι και 255 κόμβους Συνολικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν περισσότερες από συσκευές! Ορισμός τριών συσκευών: Reduced Functin Device (RFD) Full Functin Device (FFD) Netwrk Crdinatr (FFDC) Αξιόπιστη μετάδοση δεδομένων Υποστηρίζει πρωτόκολλο ασφαλείας AES-128 Υποστηρίζει τον μηχανισμό των beacns

21 Επιλογές MAC Δικτύωση nn-beacn : Επικοινωνία με το κλασικό πρότυπο CSMA/CA ACK για επιτυχή αποστολή/λήψη αρχείου Δικτύωση beacn : Για συγκεκριμένο (dedicated) bandwidth Για χαμηλή χρονοκαθυστέρηση (lw latency) O Netwrk Crdinatr μεταδίδει beacns ανά προκαθορισμένα χρονικά διαστήματα Παραπλήσιο του CSMA/CA, με τις εξής ιδιαιτερότητες: Από 15ms έως 252sec (15.38ms 2n, όπου 0 n 14) 16 ισόποσες σε χρόνο χρονοθυρίδες (time slts) μεταξύ των beacns

22 PAN Crdinatr Είναι ο κόμβος που κατέχει το δίκτυο Αυτός που το εκκινεί Επιτρέπει σε άλλες συσκευές να συνδεθούν σε αυτό Παρέχει τους πίνακες διευθύνσεων (address tables) Σώζει τα μηνύματα μέχρι να μεταδοθούν επιτυχώς Ανήκει στις Full Functin Devices (FFD) Λειτουργεί (συνήθως) με αγωγό τροφοδοσίας

23 Ruter Δρομολογεί τα μηνύματα Δεν εκκινεί και δεν έχει υπό την κατοχή του το δίκτυο Σαρώνει ώστε να βρει ένα δίκτυο στο οποίο και συνδέεται Του δίνεται μία λίστα διευθύνσων τις οποίες και αντιστοιχεί στις διάφορες συσκευές Μία Full Functin Device (FFD) Λειτουργεί (συνήθως) με αγωγό τροφοδοσίας

24 Τερματικές συσκευές Επικοινωνούν με μία άλλη συσκευή Δεν εκκινεί και δεν έχει υπό την κατοχή της το δίκτυο Σαρώνει ώστε να βρει ένα δίκτυο στο οποίο και συνδέεται Μπορεί να είναι είτε FFD είτε RFD (Reduced Functin Device) Συνήθως λειτουργεί με μπαταρία

25 Είδη συσκευών ΙΕΕΕ Netwrk Crdinatr: Κατέχει γνώση για όλο το δίκτυο Συσκευή με τις μεγαλύτερες αρμοδιότητες Απαιτεί τη μεγαλύτερη υπολογιστική και ενεργειακή ισχύ Full Functin Device (FFD): Διαθέτει όλες τις λειτουργίες που παρέχει το πρότυπο IEEE Επιπλέον μνήμη και υπολογιστική ισχύ της δίνουν τη δυνατότητα να λειτουργεί και ως ruter σε ένα δίκτυο Μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σα συσκευή διασύνδεσης μεταξύ ενός δικτύου IEEE και ενός δικτύου κάποιου άλλου προτύπου Reduced Functin Device (RFD): Διαθέτει περιορισμένες λειτουργίες προς όφελος κόστους και πολυπλοκότητας Στη γενική περίπτωση χρησιμοποιείται σε τερματικές συσκευές

26 Είδη συσκευών ZigBee ZigBee Crdinatr: Μοναδικός για κάθε δίκτυο τύπου ZigBee! Kάθε δίκτυο έχει μοναδικό PAN ID και αριθμό καναλιού Θέτει σε λειτουργία το δίκτυο Λειτουργεί σαν τον PAN Crdinatr του Μπορεί να λειτουργήσει και ως ruter όταν σχηματισθεί το δίκτυο ZigBee Ruter: Προαιρετικό στοιχείο του δικτύου Συμμετέχει στη μετάδοση πολλαπλών μηνυμάτων ZigBee Τερματική Συσκευή: Συμμετέχει σε ένα δίκτυο που έχει στήσει ο ZC Λειτουργεί σαν ένα RFD (Reduced Functin Device) Χαμηλή κατανάλωση ισχύος Δε συμμετέχει στη δρομολόγηση μηνυμάτων

27 Τοπολογίες δικτύωσης

28 Τοπολογία δικτύου ZigBee

29 Τρόποι μετάδοσης Έχουμε δύο τρόπους μετάδοσης: Beacn Nn-beacn Το beacn mde χρησιμοποιείται όταν: Ο ZC (ZigBee Crdinatr) λειτουργεί υπό μπαταρία, ώστε να παρέχει μέγιστη εξοικονόμηση ισχύος Το nn-beacn mde χρησιμοποιείται όταν: Ο ΖC (ZigBee Crdinatr) λειτουργεί υπό αγωγό τροφοδοσίας

30 Beacn Mde Στο beacn mde, μία συσκευή αναζητά το beacn του crdinatr, το οποίο αποστέλλεται ανά συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα. Εφόσον το λάβει, το κλειδώνει και στέλνει το μήνυμα. Εάν η λήψη είναι επιτυχής, ο crdinatr μπαίνει στη διαδικασία αποστολής επόμενου beacn και η συσκευή τίθεται σε κατάσταση νάρκης (sleep mde).

31 Nn-beacn Mde Σε αυτό το mde οι συσκευές είναι σχεδόν συνέχεια σε κατάσταση νάρκης (sleep mde), όπως π.χ. σε ανιχνευτές καπνού ή συναγερμούς. Εκκινούνται σε τυχαία χρονικά διαστήματα και γι αυτό δεν απαιτείται η συνεχής αποστολή beacns από τον crdinatr Βασίζεται στην αρχή του CSMA/CA

32 Δεδομένα Στο beacn mde, η τερματική συσκευή βρίσκει ένα beacn του crdinatr, το κλειδώνει και εν συνεχεία στέλνει τα δεδομένα μέσω του CSMA/CA Στο nn-beacn mde, η τερματική συσκευή απλώς στέλνει τα δεδομένα μέσω του CSMA/CA

33 Ερωτήσεις;

34 Ευχαριστώ! Τεχνικές λεπτομέρειες θα βρείτε στην εργασία, την οποία και έχω ανεβάσει στο στο sectin Prjects University Digital Systems Μικρό διάλειμμα και συνεχίζουμε με την επόμενη ομάδα!