Introduksjon til zigbee: arkitektur, nettverk og kommandoer

Vanligvis blir mange forvekslet med to termer XBee og ZigBee, de fleste av dem bruker det om hverandre. Men dette er faktisk ikke tilfelle; ZigBee er standardprotokoll for trådløst nettverk. Mens XBee er et produkt som støtter ulike trådløse kommunikasjonsprotokoller, inkludert ZigBee, Wi-Fi (Wi-Fly-modul), 802.15.4, 868 MHz-modul etc. Her er vi hovedsakelig fokusert på Xbee / Xbee-PRO ZB RF-modul som består av ZigBee firmware.

Bare tenk på en kalkulator i datamaskinen, der komplekse beregninger utføres med brukervennlig grensesnitt. Oppgaven ville ha vært veldig vanskelig og kjedelig hvis bare maskinvare hadde vært tilgjengelig. Så på høyeste nivå gjør tilgjengeligheten av programvare det enklere å løse problemer. Hele prosessen er delt inn i lag av programvaren av den faktiske maskinvaren som kalles av høyere nivåer.

Vi bruker til og med lagbegrepet i vårt daglige liv. For eksempel å sende bud / brev til vennen din, sende e-post fra et verdenspunkt til et annet. På samme måte bruker de fleste moderne nettverksprotokoller til og med et konsept med lag for å skille forskjellige programvarekomponenter i uavhengige moduler som kan settes sammen på forskjellige måter. Man må kanskje skitne hendene for å få en grundig forståelse av Xbee-arkitekturen, men vi vil gjøre tingene veldig enkle for deg.

La oss starte med noen grunnleggende begreper som ruting, kollisjon unngåelse og bekreftelse. For å forstå første sikt bare gå under navnet sitt, "rute" som betyr å spore eller identifisere stien. I nettverk betyr ruting å gi retning til dataene fra kildenoden til destinasjonsnoden. Når to noder i nettverket prøver å overføre samtidig, skaper en situasjon som kalles kollisjon. Så generelt, Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA / CA) teknikk for å unngå kollisjon, kan du lære mer om CSMA ved hjelp av denne lenken. I utgangspunktet snakker nodene på samme måte som menneskelig samtale; de sjekker kort for å se at ingen snakker før de begynner å sende data.

Hver gang mottakeren mottar de overførte dataene, bekrefter den senderen. Datastrømmen må ikke overvelde mottakerradioen. Enhver mottaksradio har en begrenset hastighet der den kan behandle innkommende data og en begrenset mengde minne der innkommende data kan lagres.

ZigBee-arkitektur:

Det er fire store lag tilgjengelig i ZigBee-stakken som er fysisk lag, mediatilgangslag, nettverkslag og applikasjonslag.

Applikasjonslag definerer forskjellige adresseringsobjekter, inkludert profiler, klynger og sluttpunkter. Du kan se ZigBee-stabellagene i figuren ovenfor.

Nettverkslag: Det legger til rutemuligheter som gjør at RF-datapakker kan krysse flere enheter (flere "humle") for å dirigere data fra kilde til destinasjon (peer to peer).

MAC-laget administrerer RF-datatransaksjoner mellom nærliggende enheter (punkt til punkt). MAC inkluderer tjenester som overføringsforsøk og bekreftelsesadministrasjon og teknikker for å unngå kollisjon.

Fysisk lag: Den definerer hvordan enheter kobles til for å lage et nettverk; den definerer utgangseffekt, antall kanaler og overføringshastighet. De fleste ZigBee-applikasjoner opererer på 2,4 GHz ISM-båndet med en datahastighet på 250 kbps.

De fleste XBee-familier har flytkontroll, I / O, A / D og indikatorlinjer innebygd som kan konfigureres ved hjelp av passende kommandoer. Analoge prøver returneres som 10-biters verdier. Den analoge avlesningen er skalert slik at 0x0000 representerer 0V, og 0x3FF = 1,2V. (De analoge inngangene på modulen kan ikke være mer enn 1,2 V)

For å konvertere A / D-lesing til mV, gjør du følgende:

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

Dataoverføring i ZigBee

Du kan ringe et nettverk som en kombinasjon av programvare og maskinvare som kan sende data fra et sted til et annet. Maskinvare er ansvarlig for å bære signalene fra et nettverkspunkt til et annet. Programvare består av instruksjonssett som gjør det mulig å jobbe som vi forventer.

Generelt kan dataoverføringen med ZigBee-pakker gjøres på to måter: unicast og kringkasting.

Kringkastingssending:

Med enkle ord Broadcast betyr informasjonen / programmet som overføres via radio eller TV. Med andre ord sendes sendinger til mange eller alle enheter i nettverket. Kringkastingsoverføringer med ZigBee-protokollen overføres i hele nettverket slik at alle noder mottar overføring. For å oppnå dette vil koordinatoren og alle rutere som mottar en kringkastingssending, sende pakken på nytt tre ganger.

Unicast-overføring:

Unicast-overføringer i ZigBee-rutedata fra en kildeenhet til en annen målenhet. Destinasjonsenheten kan være en umiddelbar nabo til kildenheten, eller den kan ha flere humle i mellom. Et eksempel er vist nedenfor i figuren som forklarer mekanismen for å gjenkjenne påliteligheten til toveiskoblingen.

Grunnleggende om nettverk for Xbee-rutere og koordinator

Hva trenger du for å komme til vennens hus? Du trenger bare adressen hans. På samme måte trenger du den unike adressen for å sende data fra en Xbee-modul til en annen. Akkurat som med mennesker har Xbee til og med flere adresser, hver har en spesiell rolle i nettverk. Det er to typer adresser Statisk adresse (64-biters adresse) og Dynamisk adresse (16-biters adresse).

Adresser:

64-biters adresse er unik universelt; den er festet inne i Xbee-modulen av produsenten. Ingen andre ZigBee-radioer på jorden vil ha den samme statiske adressen, på baksiden av hver xbee-modul kan du se denne adressen som vist nedenfor, og spesielt den høyere delen av adressen "0013A200" er den samme for hver xbee-modul.

En enhet mottar en 16-biters adresse som skal være unik lokalt når den blir med i et ZigBee-nettverk. 16-bits adressen 0x0000 er reservert for koordinatoren. Alle andre enheter mottar en tilfeldig generert adresse fra ruteren eller koordinatorenheten som gjør det mulig å bli med. 16-biters adressen kan endres når to enheter har samme 16-biters adresse eller en enhet forlater nettverket og senere blir med (den kan motta en annen adresse).

Nodeidentifikator:

Det er alltid lettere for hjernen vår å huske strenger i stedet for antall. Derfor kan hver Xbee-modul i et nettverk tilordnes en nodeidentifikator. Nodeidentifikator er sett med tegn, dvs. strenger som kan være en mer menneskelig vennlig måte å adressere en node i et nettverk på.

Personlige nettverk:

Nettverk utviklet av disse Xbee-modulene kalles personlige nettverk eller PAN-er. Hvert nettverk er definert med en unik PAN-identifikator (PAN ID). Denne identifikatoren er vanlig blant alle enheter i samme nettverk. ZigBee støtter både en 64-bit og en 16-bit PAN-ID. Begge PAN-adressene brukes til å identifisere et nettverk unikt. Enheter på samme ZigBee-nettverk må dele de samme 64-biters og 16-biters PAN-ID-ene. Hvis flere ZigBee-nettverk opererer innenfor rekkevidden til hverandre, bør hvert ha unike PAN-IDer.

16-biters PAN ID brukes til å adressere MAC-laget i alle RF-dataoverføringer mellom enheter i et nettverk. Men på grunn av det begrensede adresseringsområdet til 16-biters PAN ID (65.535 muligheter), kan det være sjanse for at flere ZigBee-nettverk (innen rekkevidde for hverandre) kan ha samme 16-biters PAN-ID. For å løse disse konfliktene opprettet ZigBee Alliance en 64-bit PAN-ID. ZigBee definerer tre forskjellige enhetstyper: koordinator, ruter og sluttapparat.

Det kreves alltid en koordinator i hvert nettverk for lading av konfigurering av nettverket. Så det kan aldri sove. Det er også ansvarlig for å velge en kanal og PAN-ID (både 64-bit og 16-bit) for å starte nettverket. Det kan tillate rutere og sluttapparater å bli med i nettverket. Det kan hjelpe til med å dirigere data i et nettverk.

Det kan være flere rutere i et nettverk. Én ruter kan få signaler fra andre rutere / EP-er (End Points). Det kan heller aldri sove. Den må bli med i et Zigbee PAN før den kan overføre, motta eller rute data. Etter å ha blitt med, kan det tillate rutere og sluttapparater å bli med i nettverket. Etter å ha blitt med, kan den også hjelpe til med å dirigere data. Den kan buffer RF-datapakker for sovende enheter.

Det kan også være flere sluttpunkter. Det kan gå i hvilemodus for å spare strøm. Den må bli med i en ZigBee PAN før den kan overføre eller motta data, og den kan ikke engang tillate at enheter blir med i nettverket. Det er avhengig av foreldre for å overføre / motta data.

Siden sluttenheten kan gå i hvilemodus, må foreldreenheten buffer eller holde innkommende datapakker til sluttenheten våkner og mottar datapakkene.

Ulike nettverkstopologi i ZigBee

Nettverkstopologi refererer til måten nettverket er designet på. Her er topologien geometrisk fremstilling av forholdet mellom alle lenker og koblingsenheter (koordinator, ruter og sluttapparater) til hverandre.

Her har vi fire grunnleggende topologinett, stjerne, hybrid og tre.

I Mesh Topology, er hver node koblet til hverandre node og forventer sluttenheten fordi sluttenheter ikke kan kommunisere direkte. For å muliggjøre enkel kommunikasjon mellom to ZB-radioer, må du konfigurere en med koordinator firmware og en med router eller endpoint firmware. Hovedfordelen med Mesh-nettverket er at hvis en av lenkene blir ubrukelig, vil den ikke inhabilisere hele systemet.

I en stjernetopologi har hver enhet en dedikert punkt-til-punkt-forbindelse til en sentral kontroller (Koordinator). Alle enhetene er ikke direkte knyttet til hverandre. I motsetning til en masketopologi, kan ikke en enhet i stjernetopologi sende noe direkte til en annen enhet. Koordinatoren eller navet er der for utveksling: Hvis en enhet vil sende data til en annen, sender den dataene til koordinatoren, som videre sender dataene til målenheten.

Hybridnettverk er de nettverkene som inneholder to eller flere typer kommunikasjonsstandarder. Her er hybridnettverk en kombinasjon av stjerne- og treverk, få slutt enheter er koblet direkte til koordinatornoden og andre slutt enheter trenger hjelp fra foreldrenoden for å motta dataene.

I Tree- nettverket danner rutere ryggraden og sluttenheter som generelt er gruppert rundt hver ruter. Det er ikke veldig forskjellig fra en nettkonfigurasjon bortsett fra det faktum at rutere ikke er sammenkoblet. Du kan visualisere disse nettverkene ved hjelp av figuren vist ovenfor.

Xbee firmware

Den programmerbare XBee-modulen er utstyrt med en applikasjonsprosessor i fri skala. Denne applikasjonsprosessoren leveres med en medfølgende boot loader. Denne XBee ZV-firmware er basert på Embernet 3.xx ZigBee-PRO stack, XBee-Znet 2.5-moduler kan oppgraderes til denne funksjonaliteten. Du kan sjekke fastvaren ved hjelp av ATVR-kommandoen som vi vil diskutere senere i kapitlet. XBee-versjonsnumre vil ha 4 betydende sifre. Et versjonsnummer kan også sees ved hjelp av ATVR-kommandoen. Svaret returnerer 3 eller 4 tall. Alle tall er heksadesimale og kan ha et område fra 0-0xF. En versjon rapporteres som "ABCD". Sifre ABC er hovedutgivelsesnummeret og D er revisjonsnummeret fra hovedutgivelsen. API-diskusjonen i kapittel 4 og AT-kommandoer er nesten de samme for Znet 2.5 og ZB firmware.

I telekommunikasjon er hele Hayes-kommandoen språkspesifikke kommandoer utviklet for Hayes modem Smart Modem, 1981, de var en serie korte ord for å kontrollere modemet som gjør kommunikasjon og oppsett av et modem enkelt i disse dager.

XBee fungerer også på kommandomodus og har satt av AT-kommandoer som står for OBS, disse kommandoene kan sendes til XBee via terminaler XBee og AT-konfigurerte XBee-radioer har to kommunikasjonsmåter

Gjennomsiktig: Radioen sender bare informasjonen den mottar til den fjerntliggende radioadressen den er konfigurert til. Dataene som sendes gjennom serieporten mottas av XBee som de er.

Kommando: Denne modusen brukes til å snakke med radio og konfigurere noen forhåndskonfigurerte moduser, vi kommuniserer til modulene mens vi er i denne modusen og endrer konfigurasjon.

Du kan skrive +++ og vente ett sekund uten å trykke på noen andre knapper. Meldingen OK skal da vises som bildet av terminalen like oppe. Med OK forteller XBee at han brukte i COMMAND-modus og er klar til å motta konfigurasjonsmeldinger.

XBee AT-kommandoer:

AT (TEST): Dette er testkommandoen for å sjekke om modulen svarer OK, da svaret bekrefter det samme.

ATDH: Destinasjonsadresse høy. Å konfigurere de øvre 32 bitene til 64-biters destinasjonsadresse DL og DH kombinert gir deg 64 bit destinasjonsadresse.

ATDL: Destinasjonsadresse Lav. Dette igjen for å konfigurere de nedre 32 bitene til 64-bits destinasjonsadressen.

ATID: Denne kommandoen endrer PAN-ID (PersThe ID er 4 byte med heksadesimal og kan variere fra 0000 til FFFF

ATWR: Skriv. Skriv parameterverdier til ikke-flyktig minne, slik at parameterendringer vedvarer gjennom påfølgende tilbakestillinger.

Merk: Når WR er utstedt, skal det ikke sendes flere tegn til modulen før

Etter at "OK \ r" svaret er mottatt.

ATRE (Restore Defaults): Gjenoppretter fabrikkinnstillinger til modulen, er veldig nyttig hvis modulen ikke reagerer.

Hvis du vil lære mer om ZigBee-moduler, er her den gode ressursen fra Digi.