Программно-аппаратное обеспечение беспроводной ЛВС системы контроля
Архитектура стека ZigBee
Стек протоколов ZigBee построен по принципу иерархической семиуровневой модели протоколов передачи данных в открытых системах OSI (Open System Interconnection). Стек включает в себя уровни стандарта IEEE 802.15.1, отвечающие за реализацию канала связи, и программные сетевые уровни и уровни поддержки приложений, определенные спецификацией Альянса ZigBee [1].
Архитектура стека ZigBee/802.15.4 представлена на рисунке 1. Стандарт IEEE 802.15.4 определяет уровень доступа к среде (MAC) и физический уровень передачи данных в среде распространения (PHY), т.е. нижние уровни протокола беспроводной передачи данных [2]. Альянс определяет программные уровни стека ZigBee от уровня канала передачи данных (DLC) до уровня профилей устройств (ZigBee Profiles).
Прием и передача данных по радиоканалу осуществляется на физическом уровне PHY, определяющем рабочий частотный диапазон, тип модуляции, максимальную скорость, число каналов: O-QPSK - квадратичная фазовая манипуляция со смещением для диапазона 2,4 ГГц (16 каналов, 250 Кбит/с), BPSK - двоичная фазовая манипуляция для частот 915 МГц (10 каналов, 40 Кбит/с) и 868 МГц (1 канал, 20 Кбит/с). Уровень PHY осуществляет активацию/ дезактивацию приемопередатчика, детектирование энергии принимаемого сигнала на рабочем канале, выбор физического частотного канала, индикацию качества связи при получении пакета данных и оценку свободного канала для реализации протокола CSMA-CA (протокол множественного доступа к среде с контролем несущей и предотвращением коллизий). Важно понимать, что стандарт 802.15.4 - это физическое радио (микросхема радиоприемопередатчика), a ZigBee - это логическая сеть и программный стек, обеспечивающие функции безопасности и маршрутизации.
Далее в структуре стека ZigBee следует уровень контроля доступа к среде IEEE 802.15.4 MAC (рисунок 6.13). Характеристики MAC уровня:
— 64-битная IEEE адресация, 16-битная адресация внутри локальных сетей (теоретически максимальное количество устройств в сети 
, организация простых сетей при использовании 16-битной локальной адресации с более чем 65 тыс. (216) устройств). Способы адресации:
— идентификаторы: сетевой ID + ID устройства (топология «Звезда»);
— идентификатор Отправителя/Получателя (передача между равноправными узлами);
— вхождение в сеть/выход из сети, автоматическая/полуавтоматическая организация сети;
— формат пакетов сообщений сети ZigBee, максимальная полезная загрузка одного пакета данных составляет 104 байта данных, максимальная длина кадра равна 127 байт;
— уровни безопасности:
— свободный доступ к сети;
— список контроля доступа;
— таймеры определения задержек при передаче и актуальность пакетов данных;
— шифрование с использованием 128 битного симметричного ключа AES;
— механизм доступа в сеть, функции временного разделения и гарантированных временных интервалов, доступ к каналу посредством протокола CSMA-CA;
— поддержка сетевых топологий, включая соединения типа «точка — точка», «звезда», многоячейковой и кластерной топологий;
— оповещение о поступлении пакета данных, подтверждение приема (АСК), 16 битный контроль ошибок (CRC);
— поддержка трех классов устройств;
— пакетный/потоковый режимы передачи.
Механизмы доступа в сеть
Оптимизация энергопотребления является приоритетной задачей при построении ZigBee сетей. Одним из решений этой задачи является стратегия связи, основанная на передаче данных только при их поступлении и последующее ожидание подтверждения в случае успешного приема пакета со стороны адресата. При этом каждое устройство может инициировать передачу в любой момент. Очевидным недостатком данного метода является вероятность интерференции при одновременной передаче данных несколькими устройствами. Однако возможность наложения сводится к минимуму благодаря крайне малой длительности активного цикла устройства, случайности момента передачи и, как правило, небольшим объемам передаваемой информации. Надежность соединения повышается за счет использования протокола CSMA-CA.
Стратегия простого множественного доступа применима только к соединениям типа «точка — точка» или «звезда». Она подходит не всем приложениям. Для предотвращения нежелательного взаимодействия возможно использование протокола множественного доступа с временным разделением (TDMA). Технология ZigBee/802.15.4 гарантирует временные интервалы по принципу схожему с технологией TDMA, но использование данного разделения возможно только совместно с режимом синхронизации и временного разделения, что является более сложным и менее энергоэффективным алгоритмом по сравнению с обычным TDMA доступом [].
Актуальное на сайте:
Характеристика предприятия
Предприятие «Спецавтохозяйство» филиал ОАО «Читаэнерго». Местонахождение 672022 г. Чита «Спецавтохозяйство».
Основными видами деятельности являются:
1 Обеспечение предприятия ОАО «Читаэнерго», согласно заявок, эффективной и качественной ...
Проектные технико-экономические показатели птс
В основе расчета на проектной стадии используется внешняя общерыночная информация в сфере работ и услуг по техническому сервису, позволяющая определить границы основных элементов себестоимости, численности работников. производственных мощ ...
Устройство автомобиля на примере автомобилей
Автомобили ВАЗ-2108, ВАЗ-2109 и модификации на их базе это, прежде всего, переднеприводные легковые автомобили. Их компоновочная схема характеризуется передним и поперечным расположением силового агрегата (двигателя в сборе с коробкой пер ...
Автомобильные дизельные топлива