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:
Устройства и сооружения для осмотра автомобилей
Для обеспечения доступа к агрегатам, узлам и деталям, расположенным снизу подвижного состава, в процессе выполнения работ ТО и ТР преимущественно должны использоваться напольные механизированные устройства (гидравлические и электрические ...
График оптимального распределения тормозных сил по осям
При оптимальном соотношении тормозных сил на колесах передней и задней осей автомобиля тормозной путь – минимальный. Соотношение тормозных сил, близкое к оптимальному, обеспечивается регулятором.
Тормозные силы на осях определяются по фо ...
Расчёт снижения численности работников при применении машин
на текущем содержании пути
Снижение численности работников от применения машин на текущем содержании пути определяется по таблице « Нормы снижения численности работников, занятых на текущем содержании пути, при применении машин» на годовые объёмы работ в соответств ...
Автомобильные дизельные топлива