1. Беспроводная технология Zigbee стандарта 802.15.4

1.1 Актуальность построения сети Zigbee

В 2001 г. Институту инженеров электротехники и электроники IEEE было предложено выработать стандарт, относящийся к семейству беспроводных персональных сетей WPAN и получивший обозначение 802.15.4. В 2002 г. был основан альянс ZigBee. Альянс ZigBee — быстро растущий некоммерческий промышленный консорциум компаний-лидеров рынка полупроводниковых компонентов, технологических компаний, OEM-производителей и конечных потребителей со всего мира. Альянс разрабатывает глобальную спецификацию стека ZigBee для высоконадежных, рентабельных, энергоэкономичных беспроводных приложений, используя механизм передачи пакетов данных IEEE 802.15.4.

Любой стандарт, будь то интерфейс проводного обмена данными или беспроводная связь, создается для решения своего круга задач. К примеру, WiFi позволяет связываться на средних расстояниях с относительно большими скоростями передачи данных; позволяя передавать видео и аудио, WiFi ориентирован на применение для доступа беспроводных устройств в корпоративные сети и Интернет. Также стандарт Bluetooth предназначен для передачи данных на малых расстояниях. Bluetooth существенно проигрывает в скорости WiFi; он идеален для передачи потокового аудио или видео, к примеру, между компонентами домашнего кинотеатра. Основная задача, решаемая при помощи ZigBee, - передача небольших объемов данных на средние расстояния. Специфичность предназначения ZigBee состоит в том, что приемо-передающие устройства этого стандарта должны иметь минимальное энергопотребление. С IEEE 802.15.4 и ZigBee нельзя передавать качественное потоковое аудио или видео высокой четкости, зато можно реализовать сложные схемы мониторинга.

Рисунок 1.1- Классификация основных беспроводных стандартов

Основная цель альянса — выработка единой спецификации программного стека протоколов ZigBee, поддерживающей различные сетевые типа «звезда», «кластерное дерево», «многоячейковая сеть» с функциями безопасности и совместимыми профилями различных приложений. Спецификация ZigBee позволяет реализовывать беспроводное сетевое решение, основанное на едином глобальном стандарте, с поддержкой скоростей передачи до 250 Кбит/с, крайне низким энергопотреблением, обеспечивающее защиту информации и надежность системы. Таким образом, ZigBee — это альянс компаний, разрабатывающих программное обеспечение дополнительного сетевого слоя над уровнями стандарта 802.15.4. Члены альянса определяют новые рынки применения совместимых беспроводных сетей. Благодаря участию в консорциуме все его активные члены имеют полный доступ ко всей технической информации по технологии ZigBee и возможность влиять на спецификацию ZigBee. Технология ZigBee заняла ранее пустовавшую нишу радиоинтерфейсов которую заполняли либо устройства и технологии с более высокими техническими характеристиками и, соответственно, более дорогие, либо решения, базирующиеся на отдельных микросхемах радиотрансиверов различных производителей электронных компонентов, не имеющих под собой жестко стандартизированной базы. Разработчики вынуждены были идти на повышенные затраты при решении простых задач либо создавать собственные протоколы передачи и программные стеки для персональных беспроводных сетей, что также сказывалось на стоимости конечного изделия и сроках выхода готового продукта на рынок. В результате часто терялись новизна и интерес рынка к продукции. ZigBee/802.15.4 является единственной стандартизирован-ной беспроводной технологией, изначально нацеленной на следующие приложения мониторинга и контроля, распределенные сети датчиков, на развертывание беспроводных информационных сетей для малопотребляющих систем, используемых в коммерческой, промышленной и домашней автоматике:

• системы управления освещением (промышленные, муниципальные и домашние);

• промышленная и домашняя автоматика и управление (отопление, вентиляция и кондиционирование (ОВК), вспомогательные устройства и оборудование);

• потребительская электроника (мультимедиа/развлекательные системы, портативная электроника), бытовая техника,

• периферийное оборудование ПК: мышь, клавиатура, игровые приставки, джойстики;

• системы сигнализации и безопасности, аварийного оповещения, системы контроля доступа, бесконтактные ключи, датчики дыма, газа, движения, пламени, температуры, давления и т.д.;

• устройства медицинской диагностики пациента, мониторинг состояния спортсменов, биодатчики и медицинское оборудование;

• удаленные управление и контроль технологических процессов, управление движущимися аппаратами, станками, промышленным оборудованием, холодильными установками, устройствами дистанционного сбора данных, телеметрия;

• мониторинг промышленных и портовых активов, логистика;

• мониторинг систем водо-, газо- и теплоснабжения, системы управления и инструментального контроля электроэнергии, системы жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ);

• беспроводные устройства обмена информацией, радиомодемы, радиопередача

• автомобильная электроника (системы контроля давления в шинах, противоугонные системы, системы идентификации и диагностики) и т.д.

Одним из основных преимуществ стандарта ZigBee/802.15.4 является простота установки и обслуживания подобных устройств. Особенности спецификации ZigBee позволяют с легкостью развертывать беспроводные персональные сети: «Вы вынимаете устройство из коробки, вставляете в него батареи и нажимаете соответствующую клавишу. Затем подносите два устройства друг к другу и удерживаете нажатыми кнопки до тех пор, пока не загорятся зеленые светодиоды». Таким образом осуществляется объединение двух устройств в сеть либо привязка, например, выключателя света к определенной лампе. Реализация данного принципа предполагает внедрение ZigBee-модулей во все новые приборы и системы как в небольших помещениях (дом, офис), так и на предприятиях (промышленная зона, заводы). [1]