Zigbee'ye giriş: mimari, ağlar ve komutlar

Genelde birçok kişi XBee ve ZigBee olmak üzere iki terimle karıştırılır, çoğu birbirinin yerine kullanır. Ama aslında durum bu değil; ZigBee, kablosuz ağ için standart protokoldür. XBee, ZigBee, Wi-Fi (Wi-Fly modülü), 802.15.4, 868 MHz modülü vb. Dahil olmak üzere çeşitli kablosuz iletişim protokollerini destekleyen bir ürün olsa da, burada esas olarak Xbee / Xbee-PRO ZB RF modülüne odaklanıyoruz. ZigBee ürün yazılımı.

Kullanıcı dostu arayüz ile karmaşık hesaplamaların yapıldığı bilgisayarda bir hesap makinesi düşünün. Yalnızca donanım mevcut olsaydı görev çok zor ve yorucu olurdu. Dolayısıyla, en üst düzeyde, yazılımın kullanılabilirliği problem çözme sürecini kolaylaştırır. Tüm süreç, daha yüksek seviyeler tarafından adlandırılan gerçek donanım tarafından yazılımın katmanlarına bölünmüştür.

Günlük hayatımızda katman kavramını bile kullanıyoruz. Örneğin, arkadaşınızın evine kurye / mektup göndermek, dünyanın bir noktasından diğerine e-posta göndermek. Benzer şekilde, çoğu modern ağ protokolü, farklı yazılım bileşenlerini farklı şekillerde birleştirilebilen bağımsız modüllere ayırmak için bir katman kavramı bile kullanır. Xbee mimarisini derinlemesine anlamak için kişinin elini kirletmesi gerekebilir, ancak işleri sizin için çok basit hale getireceğiz.

Yönlendirme, çarpışmadan kaçınma ve onay gibi bazı temel terimlerle başlayalım . İlk terimi anlamak için, yolu izlemek veya tanımlamak anlamına gelen "rota" adıyla gidin. Ağ oluşturmada, yönlendirme, kaynak düğümden hedef düğüme verilere yön sağlamak için araçlar. Ağdaki iki düğüm aynı anda iletim yapmaya çalıştığında, çarpışma adı verilen bir durum oluşturur. Bu nedenle, çarpışmayı önlemek için genellikle Çarpışma Önleme ile Taşıyıcı Algılama Çoklu Erişim (CSMA / CA) tekniği bu bağlantıyı kullanarak CSMA hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz. Temelde içinde düğümler, insan sohbetiyle aynı şekilde konuşur; veri göndermeye başlamadan önce kimsenin konuşmadığını kısaca kontrol ederler.

Alıcı, iletilen veriyi başarıyla aldığında, vericiyi onaylar. Veri akışının alıcı radyoyu bastırmasına izin verilmemelidir. Herhangi bir alıcı telsizin, gelen verileri işleyebileceği sınırlı bir hızı ve gelen verileri depolamak için sınırlı bir bellek miktarı vardır.

ZigBee Mimarisi:

ZigBee yığınında fiziksel katman, Ortam erişim katmanı, Ağ katmanı ve uygulama katmanı olmak üzere dört ana katman mevcuttur.

Uygulama katmanı, profiller, kümeler ve uç noktalar dahil olmak üzere çeşitli adresleme nesnelerini tanımlar. ZigBee yığın katmanlarını yukarıdaki şekilde görebilirsiniz.

Ağ katmanı: RF veri paketlerinin, verileri kaynaktan hedefe (eşler arası) yönlendirmek için birden çok cihazı (birden çok "atlama") geçmesine olanak tanıyan yönlendirme yetenekleri ekler.

MAC katmanı, komşu cihazlar arasındaki RF veri işlemlerini yönetir (noktadan noktaya). MAC, iletim yeniden deneme ve onay yönetimi ve çarpışmadan kaçınma teknikleri gibi hizmetleri içerir.

Fiziksel katman: Cihazların bir ağ oluşturmak için nasıl bağlandıklarını tanımlar; çıkış gücünü, kanal sayısını ve iletim oranını tanımlar. Çoğu ZigBee uygulaması 250kbps veri hızında 2,4 GHz ISM bandında çalışır.

Çoğu XBee ailesinde, uygun komutlar kullanılarak yapılandırılabilen yerleşik akış kontrolü, G / Ç, A / D ve gösterge hatları bulunur. Analog örnekler 10 bitlik değerler olarak döndürülür. Analog okuma, 0x0000, 0V ve 0x3FF = 1.2V'yi temsil edecek şekilde ölçeklenir. (Modül üzerindeki analog girişler 1,2V'den büyük olamaz)

A / D okumasını mV'ye dönüştürmek için aşağıdakileri yapın:

AD (mV) = (A / D okuma * 1200mV) / 1023

ZigBee'de Veri İletimi

Bir konumdan diğerine veri gönderebilen bir yazılım ve donanım kombinasyonu olarak bir ağı arayabilirsiniz. Donanım, sinyalleri bir ağ noktasından diğerine taşımaktan sorumludur. Yazılım, beklediğimiz gibi çalışmayı mümkün kılan talimat setlerinden oluşur.

Genel olarak ZigBee paketleri ile veri aktarımı iki şekilde yapılabilir: tek noktaya yayın ve yayın.

Yayın İletimi:

Basit bir deyişle Yayın, radyo veya TV tarafından iletilen bilgi / program anlamına gelir. Başka bir deyişle, yayın iletimleri ağdaki birçok veya tüm cihazlara gönderilir. ZigBee protokolü ile yayın iletimleri, tüm düğümler iletimi alacak şekilde tüm ağa yayılır. Bunu başarmak için, koordinatör ve yayın iletimini alan tüm yönlendiriciler paketi üç kez yeniden iletecektir.

Tek Noktaya Yayın İletimi:

ZigBee'deki tek noktaya yayın iletimleri, verileri bir kaynak cihazdan başka bir hedef cihaza yönlendirir. Hedef cihaz, kaynak cihazın hemen komşusu olabilir veya yol arasında birkaç sekme olabilir. İki yönlü bağlantının güvenilirliğini tanımak için mekanizmayı açıklayan şekilde aşağıda bir örnek gösterilmektedir.

Xbee yönlendiricileri ve Koordinatörü için ağın temelleri

Arkadaşınızın evine ulaşmak için neye ihtiyacınız var? Sadece adresine ihtiyacın var. Benzer şekilde, verileri bir Xbee modülünden diğerine göndermek için benzersiz adresine ihtiyacınız vardır. Tıpkı insanlarda olduğu gibi, Xbee'nin birkaç adresi bile vardır ve her birinin ağ oluşturmada belirli bir rolü vardır. Statik adres (64 bit adres) ve Dinamik adres (16 bit adres) olmak üzere iki tür adres vardır.

Adresler:

64 bit adres evrensel olarak benzersizdir; üretici tarafından Xbee modülünün içinde sıkılır. Yeryüzündeki başka hiçbir ZigBee telsizi aynı statik adrese sahip olmayacaktır, her xbee modülünün arkasında bu adresi aşağıda gösterildiği gibi görebilirsiniz ve özellikle "0013A200" adresinin üst kısmı her xbee modülü için aynıdır.

Bir cihaz, bir ZigBee ağına katıldığında yerel olarak benzersiz olması gereken 16 bitlik bir adres alır. 16 bitlik adres 0x0000 koordinatöre ayrılmıştır. Diğer tüm cihazlar, birleştirmeye izin veren yönlendirici veya koordinatör cihazdan rastgele oluşturulmuş bir adres alır. 16 bit adres, iki cihazın aynı 16 bitlik adrese sahip olduğu tespit edildiğinde veya bir cihaz ağdan ayrıldığında ve daha sonra katıldığında değişebilir (farklı bir adres alabilir).

Düğüm Tanımlayıcı:

Beynimizin sayı yerine dizeleri hatırlaması her zaman daha kolaydır. Dolayısıyla, bir ağdaki her Xbee modülüne bir düğüm tanımlayıcısı atanabilir. Düğüm tanımlayıcı, bir ağdaki bir düğüme hitap etmenin daha insan dostu bir yolu olabilen karakter kümesidir.

Kişisel Alan Ağları:

Bu Xbee modülleri tarafından geliştirilen ağlara kişisel alan ağları veya PAN'ler denir. Her ağ benzersiz bir PAN kimliği (PAN ID) ile tanımlanır. Bu tanımlayıcı, aynı ağdaki tüm cihazlar arasında ortaktır. ZigBee, hem 64-bit hem de 16-bit PAN ID'yi destekler. Her iki PAN adresi de bir ağı benzersiz şekilde tanımlamak için kullanılır. Aynı ZigBee ağındaki cihazlar, aynı 64 bit ve 16 bit PAN kimliklerini paylaşmalıdır. Birden fazla ZigBee ağı birbirinin kapsama alanında çalışıyorsa, her birinin benzersiz PAN ID'leri olmalıdır.

16-bit PAN ID, bir ağdaki cihazlar arasındaki tüm RF veri iletimlerinde MAC katmanını adreslemek için kullanılır. Ancak, 16 bitlik PAN Kimliğinin sınırlı adresleme alanı nedeniyle (65,535 olasılık), birden çok ZigBee ağının (birbirinin menzili içinde) aynı 16 bit PAN kimliğine sahip olma ihtimali olabilir. Bu çakışmaları çözmek için, ZigBee Alliance 64 bitlik bir PAN ID oluşturdu. ZigBee, üç farklı cihaz türü tanımlar: koordinatör, yönlendirici ve uç cihaz.

Ağın kurulumunun şarj edilmesi için her ağda her zaman bir koordinatör gereklidir. Yani asla uyuyamaz. Ağı başlatmak için bir kanal ve PAN ID (hem 64 bit hem de 16 bit) seçmekten de sorumludur. Yönlendiricilerin ve uç cihazların ağa katılmasına izin verebilir. Bir ağdaki verilerin yönlendirilmesine yardımcı olabilir.

Bir ağda birden fazla yönlendirici olabilir. Bir yönlendirici, diğer yönlendiricilerden / EP'lerden (Bitiş Noktaları) sinyal alabilir. Ayrıca asla uyuyamaz. Verileri iletmeden, almadan veya yönlendirmeden önce bir Zigbee PAN'ye katılması gerekir. Katıldıktan sonra, yönlendiricilerin ve uç cihazların ağa katılmasına izin verebilir. Katıldıktan sonra, verilerin yönlendirilmesine de yardımcı olabilir. Uyuyan uç cihazlar için RF veri paketlerini arabelleğe alabilir.

Birden fazla Bitiş Noktası da olabilir. Güç tasarrufu yapmak için uyku moduna geçebilir. Veri aktarabilmesi veya alabilmesi için bir ZigBee PAN'ye katılması gerekir ve cihazların ağa katılmasına bile izin veremez. Verilerin iletilmesi / alınması için ebeveyne bağlıdır.

Uç cihaz uyku moduna geçebileceğinden, ana cihaz gelen veri paketlerini son cihaz uyanana ve veri paketlerini alana kadar arabelleğe almalı veya tutmalıdır.

ZigBee'de Farklı Ağ Topolojisi

Ağ topolojisi, ağın tasarlanma şeklini ifade eder. Burada topoloji, tüm bağlantıların ve bağlantı cihazlarının (Koordinatör, Yönlendirici ve Uç cihazlar) birbirine olan ilişkisinin geometrik temsilidir.

Burada dört temel topoloji ağımız, yıldız, hibrit ve ağaç var.

Gelen Örgü topolojisi uç cihazlar doğrudan iletişim çünkü, her düğüm, uç cihaz hariç bir düğüm ile bağlanır. İki ZB telsizi arasında basit iletişimi etkinleştirmek için, birini koordinatör ürün yazılımıyla ve birini yönlendirici veya uç nokta sabit yazılımıyla yapılandırmanız gerekir. Mesh ağının ana avantajı, bağlantılardan biri kullanılamaz hale gelirse, tüm sistemi etkisiz hale getirmemesidir.

Bir yıldız topolojisinde, her cihazın merkezi bir denetleyiciye (Koordinatör) özel bir noktadan noktaya bağlantısı vardır. Tüm cihazlar doğrudan birbirine bağlı değildir. Bir örgü topolojisinin aksine, yıldız topolojisinde bir cihaz başka bir cihaza doğrudan hiçbir şey gönderemez. Koordinatör veya hub değişim için oradadır: Bir cihaz diğerine veri göndermek isterse, verileri koordinatöre gönderir ve bu da verileri hedef cihaza gönderir.

Hibrit ağ, iki veya daha fazla tür iletişim standardı içeren ağlardır. Burada hibrit ağ, yıldız ve ağaç ağının birleşimidir, birkaç uç cihaz doğrudan koordinatör düğüme bağlanır ve diğer uç cihazlar, verileri almak için ana düğümün yardımına ihtiyaç duyar.

Gelen ağacı ağ, yönlendiriciler, genel olarak, her yönlendirici gruplanarak, omurga ve son aygıtlarını oluşturur. Yönlendiricilerin birbirine bağlı olmaması dışında, ağ yapılandırmasından çok farklı değildir, yukarıda gösterilen şekli kullanarak bu ağları görselleştirebilirsiniz.

Xbee üretici yazılımı

XBee Programlanabilir modülü, Serbest ölçekli bir uygulama işlemcisi ile donatılmıştır. Bu uygulama işlemcisi, verilen bir önyükleyici ile birlikte gelir. Bu XBee ZV aygıt yazılımı Embernet 3.xx ZigBee-PRO yığınına dayanmaktadır, XBee-Znet 2.5 modülleri bu işlevselliğe yükseltilebilir. Bu bölümde daha sonra tartışacağımız ATVR komutunu kullanarak aygıt yazılımını kontrol edebilirsiniz. XBee sürüm numaralarında 4 anlamlı basamak bulunur. ATVR komutu kullanılarak bir sürüm numarası da görülebilir. Yanıt 3 veya 4 sayı döndürür. Tüm sayılar onaltılıktır ve 0-0xF aralığında olabilir. Bir sürüm "ABCD" olarak rapor edilir. ABC rakamları ana sürüm numarasıdır ve D ana sürümdeki revizyon numarasıdır. Bölüm 4'teki API tartışması ve AT komutları, Znet 2.5 ve ZB aygıt yazılımı için hemen hemen aynıdır.

Telekomünikasyonda, tüm Hayes komutu, 1981 yılında Hayes modem Akıllı Modem için geliştirilmiş, dile özgü bir komuttur. Bunlar, o günlerde iletişimi ve bir modemin kurulumunu kolaylaştıran modemi kontrol etmek için bir dizi kısa kelimeydi.

XBee ayrıca komut modunda çalışır ve ATTENTION anlamına gelen AT Komutlarını başlatmıştır, bu komutlar XBee terminalleri aracılığıyla XBee'ye gönderilebilir XBee ve AT yapılandırılmış XBee telsizlerinde iki iletişim modu vardır

Şeffaf: Telsiz, aldığı bilgileri yalnızca yapılandırıldığı uzak telsiz adresine iletir. Seri port üzerinden gönderilen veriler XBee tarafından olduğu gibi alınır.

Komut: Bu mod telsizle konuşmak ve önceden yapılandırılmış bazı modları yapılandırmak için kullanılır, bu moddayken modüllerle iletişim kurar ve konfigürasyonu değiştiririz.

+++ yazabilir ve başka herhangi bir tuşa basmadan bir saniye bekleyebilirsiniz, OK mesajı terminalin görüntüsü olarak görünmelidir. Tamam olarak, XBee bize KOMUT modunda harcadığını ve yapılandırma mesajlarını almaya hazır olduğunu söylüyor.

XBee AT Komutları:

AT (TEST): Bu, modülün bir TAMAM'a yanıt verip vermediğini kontrol etmek için test komutudur, çünkü yanıt aynı şeyi onaylar.

ATDH: Hedef Adresi Yüksek. 64 bitlik hedef adresin üst 32 bitini yapılandırmak için DL ve DH birleştirilmiş 64 bit hedef adresi verir.

ATDL: Hedef Adresi Düşük. Bu yine 64 bitlik hedef adresin alt 32 bitini yapılandırmak içindir.

ATID: Bu komut PAN ID'sini değiştirir (PersThe ID 4 bayt onaltılıktır ve 0000 ile FFFF arasında değişebilir.

ATWR: Yaz. Parametre değerlerini kalıcı belleğe yazın, böylece parametre değişiklikleri sonraki sıfırlamalar boyunca devam eder.

Not: WR yayınlandıktan sonra, modüle kadar ek karakterler gönderilmemelidir.

"Tamam" yanıtı alındıktan sonra.

ATRE (Varsayılanları Geri Yükle): Fabrika ayarlarını modüle geri yükler, modül yanıt vermezse çok kullanışlıdır.

ZigBee Modülleri hakkında daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız, işte Digi'den harika bir kaynak.