1.3 Схемы модуляции

Оборудование стандарта EEE 802.15.4b может работать в трех частотных диапазонах: 868 МГц в Европе, 915 МГц в США и 2,4 ГГц во всем мире.

В диапазонах 868 МГц и 915 МГц полосы используются три дополнительных схемы модуляции: двоичная фазовая манипуляция BPSK, квадратурная фазовая манипуляция со сдвигом OQPSK и технология расширения спектра методом параллельных последовательностей (Parallel Sequence Spread Spectrum, PSSS), что показано в таблице.

В зависимости от схемы модуляции радиооборудование может поддерживать различные скорости передачи данных: 250 Кбит на частоте 2,4 ГГц, от 20 кбит до 250 кбит на частоте 868 МГц и от 40 Кбит до 250 Кбит в диапазоне 915 МГц. На рисунке ниже показано распределение каналов в соответствии со стандартом IEEE 802.15.4b, в соответствии с которым в диапазоне 868 МГц организуется только один канал, 10 каналов на 915 МГц и 16 каналов на 2,4 ГГц. Центральные частоты этих каналов fc определяются следующим образом:

fc = 868,3 [МГц], k = 0;

fc = 906+2(k-1) [МГц], k = 1, 2,…, 10;

fc = 2405+5(k-11) [МГц], k = 11, 12,…, 26, где k - номер канала [4].

Распределение каналов в стандарте IEEE 802.15.4b

1.4 Типы устройств

Сети ZigBee включают следующие типы устройств (базовых станций):

-координаторы;

-маршрутизаторы;

-конечные устройства.

Координатор - это устройство запускает сеть и управляет ею. Координатор формирует сеть, является центром управления сети и доверительным центром (trust-центром) - устанавливает политику безопасности и задает настройки во время подключения устройства к сети, отвечает за ключи безопасности.

Маршрутизатор расширяет область покрытия сети, осуществляет динамическую маршрутизацию в обход препятствий, восстанавливает маршруты в случаях перегрузки сети или отказа какого-либо устройства. Маршрутизаторы осуществляют маршрутизацию пакетов по сети и должны быть готовы к передаче данных в любой момент времени. Поэтому эти узлы не используют режимов пониженного энергопотребления и имеют стационарное питание. Их количество в сети должно быть достаточным для обслуживания требуемого количества спящих узлов.

Конечное устройство может принимать и отправлять сообщения, но не может транслировать пакеты и осуществлять маршрутизацию. Конечные устройства подключаются к маршрутизатору или координатору и не могут поддерживать дочерних устройств.

Как особый тип устройств, в сетях ZigBee можно выделить так называемые «спящие устройства». По сути это конечные устройства, переведенные в спящий режим.

Спящие устройства используют режимы пониженного энергопотребления. Как правило, это узлы с батарейным питанием. Их количество определяется конкретным приложением. На время «сна» маршрутизаторы, к которым эти устройства подключены, «представляют» их в сети [1].

1.5 Библиотека кластеров ZigBee (ZCL)

Одна из основных идей разработки стандарта ZigBee состояла в том, чтобы обеспечить возможность совместной работы в одной беспроводной сети устройств различных производителей. Очевидно, что для обеспечения совместимости на уровне приложения устройствам ZigBee требуется некий стандартный язык общения. Для реализации этой задачи была разработана библиотека ZigBee-кластеров ZCL (ZigBee Cluster Library).

Каждый кластер имеет два «конца» - клиент и сервер.

Кластер похож на класс в объектно-ориентированном программировании и представляет собой совокупность:

описания стандартного устройства ZigBee (осветительное устройство, диммер, выключатель, счетчик)

описания стандартных атрибутов для этого устройства (вкл./выкл., яркость, показания счетчика)

описания стандартных команд для этого устройства (установить уровень яркости, считать показания, включить/выключить)

ZigBee-cервер - это устройство, которое хранит значение атрибута, в то время, как ZigBee-клиент дистанционно считывает или записывает значение этого атрибута. Например, пара стандартных устройств лампочка и выключатель могут вместе реализовать функционирование стандартного кластера включить/выключить. При этом лампочка будет ответственна за серверную часть кластера. Она хранит значение атрибута включено/выключено. Выключатель дистанционно устанавливает значение этого атрибута и реализует, таким образом, клиентскую часть кластера.