Особенности и применение технологии ZigBee

Последние пару лет наблюдается усиление интереса со стороны разработчиков радиоэлектронной аппаратуры к технологиям и стандартам беспроводной связи, действующих на коротких расстояниях (ZigBee, Bluetooth, Wi-Fi, UWB).

ZigBee – стандарт беспроводной связи, предназначенный для систем управления и сбора данных. Он позволяет создавать самостоятельно организующиеся и восстанавливающиеся беспроводные сети с поддержкой автоматической ретрансляции сообщений, а также мобильных и батарейных узлов.

На сегодняшний день технология ZigBee выходит за рамки исследовательских лабораторий, она находит широкое применение на практике в создании беспроводных сетей датчиков, систем автоматизации зданий, систем управления в промышленности, охранных системах. Сети с использованием ZigBee обеспечивают защиту передаваемой информации и гарантируют целостную доставку пакетов несмотря на небольшую скорость передачи данных.

Стандарт предусматривает работу в частотных диапазонах 868 МГц, 915 МГц и 2,4 ГГц. Достигнуть наибольшей скорости и помехоустойчивости возможно используя диапазон 2,4 ГГц. По этой причине многие изготовители микросхем производят приемопередатчики именно под этот диапазон. Он предусматривает 16 частотных каналов с шагом 5 МГц. Техническая скорость передачи данных, учитывая служебную информацию, достигает 250 кбит/с. Для передачи полезных данных, в зависимости от количества ретрансляций и загруженности сети, средняя пропускная способность узла варьируется от 5 до 40 кбит/с.

ZigBee применим в случае, когда в пределах прямой видимости дальность радиосвязи является недостаточно большой, и возникает потребность в ее наращивании с сохранением энергопотребления на низком уровне. При ведении работы внутри помещения, расстояния между узлами сети могут составлять десятки метров, на открытом пространстве – сотни метров. Зону покрытия сети можно значительно увеличить за счет применения репитеров.

Характеристики стандарта обеспечивают:

• Поддержание высокого уровня защиты передаваемых данных;
• Гибкость в настройке узлов сети;
• Получение скорости обмена информации по радиоканалу до 250 кбит/с ;
• Поддержание в одной сети до нескольких тысяч узлов;
• Создание сложных сетевых решений, применяя автоматическую маршрутизацию, ретрансляцию пакетов данных, а также восстановление работы сети при выходе из строя ее отдельных участков.

Топология сети

Сеть ZigBee имеет ячеистую топологию (mesh-топология), благодаря чему устройства связываются друг с другом напрямую или через промежуточные узлы сети. Данная топология предусматривает и другие варианты выбора маршрута между узлами. Пакет передается от одного узла к другому, пока не попадет к конечному получателю. Топологией предусмотрены альтернативные пути прохождения сообщения в случае, если один из элементов сети выходит из строя.

Сеть ZigBee состоит из 4 типов узлов:

• Координатор. Это главное устройство сети, выполняющее функции формирования сети, это также и доверительный центр (trust-центр), задающий настройки во время подключения прибора (устройства) к сети и устанавливающий критерии безопасности;
• Спящее и мобильное устройство. Оба прибора работают в режиме низкого энергопотребления. Они представляют собой узлы, имеющие батарейное питание, которые играют роль контроллеров или датчиков других исполнительных устройств. Количество спящих или мобильных устройств зависит от потребности конкретного приложения;
• Роутер. Этот прибор предназначен для маршрутизации пакетов, потому он в любой момент должен быть готов передавать данные. По этой причине роутеры имеют стационарное питание и никогда не работают в режиме низкого энергопотребления. В сети должно быть достаточное количество данных приборов, чтобы обслужить требуемое число спящих и мобильных узлов (одним роутером может обслуживаться максимум 32 спящих или мобильных узла).

Область применения технологии ZigBee

Технология ZigBee широко применяется в быстроразвивающемся направлении IT-индустрии под названием «Умные дома». Пока в этом сегменте у стандарта нет конкурентов. На данном этапе интернет-дома являются основными объектами, на которые ориентированы ZigBee-устройства. На рынке автоматизированных зданий пока нет единого стандарта для совместимости оборудования различных фирм, что ведет за собой повышение цен на оборудование и неразбериху в коммуникациях. Внедрение ZigBee в качестве основного стандарта поможет устранить эти проблемы.