Introduktion til zigbee: arkitektur, netværk og kommandoer

Generelt bliver mange mennesker forvekslet med to udtryk XBee og ZigBee, de fleste af dem bruger det ombytteligt. Men dette er faktisk ikke tilfældet; ZigBee er standardprotokol til trådløst netværk. Mens XBee er et produkt, der understøtter forskellige trådløse kommunikationsprotokoller, herunder ZigBee, Wi-Fi (Wi-Fly-modul), 802.15.4, 868 MHz-modul osv. Her er vi primært fokuseret på Xbee / Xbee-PRO ZB RF-modul, som består af ZigBee-firmware.

Tænk bare på en lommeregner i computeren, hvor komplekse beregninger udføres med brugervenlig grænseflade. Opgaven ville have været meget vanskelig og kedelig, hvis kun hardware ville have været tilgængelig. Så på højeste niveau gør tilgængeligheden af ​​software lettere løsningsproces. Hele processen er opdelt i lag af softwaren af ​​den aktuelle hardware, som kaldes af højere niveauer.

Vi bruger endda begrebet lag i vores daglige liv. For eksempel at sende kurer / brev til din vens hus, sende e-mail fra et sted i verden til et andet. Tilsvarende anvender de fleste moderne netværksprotokoller endda et koncept med lag til at adskille forskellige softwarekomponenter i uafhængige moduler, der kan samles på forskellige måder. Man bliver muligvis nødt til at få hans hænder beskidte for at få en dybere forståelse af Xbee-arkitektur, men vi vil gøre tingene meget enkle for dig.

Lad os starte med nogle grundlæggende udtryk som routing, kollisionsundgåelse og anerkendelse. For at forstå første sigt skal du bare gå efter dets navn, "rute", hvilket betyder at spore eller identificere stien. I netværk betyder routing at give retning til dataene fra kildeknudepunkt til destinationsnode. Når to noder i netværket forsøger at transmittere samtidigt, skaber en situation kaldet kollision. Så generelt Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA / CA) teknik for at undgå kollision kan du lære mere om CSMA ved hjælp af dette link. Dybest set i det taler noderne på samme måde som den menneskelige samtale; de kontrollerer kort for at se, at ingen taler, før de begynder at sende data.

Når modtager med succes modtager de transmitterede data, anerkender den senderen. Datastrømmen må ikke overvælde modtagerradioen. Enhver modtagende radio har en begrænset hastighed, hvormed den kan behandle indgående data og en begrænset mængde hukommelse, hvor indgående data kan lagres.

ZigBee-arkitektur:

Der er fire store lag til rådighed i ZigBee-stakken, som er fysisk lag, medieadgangslag, netværkslag og applikationslag.

Applikationslag definerer forskellige adresseringsobjekter, herunder profiler, klynger og slutpunkter. Du kan se ZigBee-staklagene i figuren ovenfor.

Netværkslag: Det tilføjer rutefunktioner, der gør det muligt for RF-datapakker at krydse flere enheder (flere "humle") for at dirigere data fra kilde til destination (peer to peer).

MAC-laget administrerer RF-datatransaktioner mellem tilstødende enheder (punkt til punkt). MAC inkluderer tjenester såsom transmissionstest og bekræftelsesstyring og kollisionsteknikker.

Fysisk lag: Det definerer, hvordan enheder er forbundet til at oprette et netværk; den definerer udgangseffekt, antal kanaler og transmissionshastighed. De fleste ZigBee-applikationer fungerer på 2,4 GHz ISM-båndet med en datahastighed på 250 kbps.

De fleste XBee-familier har flowkontrol, I / O, A / D og indikatorlinjer indbygget, som kan konfigureres ved hjælp af passende kommandoer. Analoge prøver returneres som 10-bit værdier. Den analoge aflæsning skaleres således, at 0x0000 repræsenterer 0V, og 0x3FF = 1,2V. (De analoge indgange på modulet må ikke være mere end 1,2 V)

For at konvertere A / D-aflæsningen til mV skal du gøre følgende:

AD (mV) = (A / D-aflæsning * 1200mV) / 1023

Dataoverførsel i ZigBee

Du kan ringe til et netværk som en kombination af software og hardware, der er i stand til at sende data fra et sted til et andet. Hardware er ansvarlig for at bære signalerne fra et netværkspunkt til et andet. Software består af instruktions sæt, der gør det muligt at arbejde, som vi forventer.

Generelt kan dataoverførslen via ZigBee-pakker ske på to måder: unicast og transmission.

Broadcast transmission:

Med enkle ord Broadcast betyder den information / program, der sendes via radio eller tv. Med andre ord sendes transmissioner til mange eller alle enheder i netværket. Broadcast-transmissioner med ZigBee-protokollen formeres i hele netværket, så alle noder modtager transmissionen. For at opnå dette sender koordinatoren og alle routere, der modtager en transmission, pakken tre gange igen.

Unicast transmission:

Unicast-transmissioner i ZigBee-rutedata fra en kildeenhed til en anden destinationsenhed. Destinationsenheden kan være en umiddelbar nabo til kildeenheden, eller den kan have flere humle imellem vejen. Et eksempel er vist nedenfor i figuren, der forklarer mekanismen til at genkende pålideligheden af ​​det tovejsforbindelse.

Grundlæggende om netværk til Xbee-routere og koordinator

For at nå din vens hus, hvad har du brug for? Du har bare brug for hans adresse. Tilsvarende har du brug for dens unikke adresse for at sende data fra et Xbee-modul til et andet. Ligesom med mennesker har Xbee endda flere adresser, hver har en særlig rolle i netværk. Der er to typer adresser Statisk adresse (64-bit adresse) og Dynamisk adresse (16-bit adresse).

Adresser:

64-bit adresse er unik universelt; det er fastgjort inde i Xbee-modulet af producenten. Ingen anden ZigBee-radio på jorden vil have den samme statiske adresse, på bagsiden af ​​hvert xbee-modul kan du se denne adresse som vist nedenfor, og især den højere del af adressen "0013A200" er den samme for hvert xbee-modul.

En enhed modtager en 16-bit adresse, som skal være unik lokalt, når den opretter forbindelse til et ZigBee-netværk. 16-bit-adressen 0x0000 er forbeholdt koordinatoren. Alle andre enheder modtager en tilfældigt genereret adresse fra routeren eller koordinatorenheden, der tillader tilslutning. 16-bit-adressen kan ændres, når to enheder viser sig at have den samme 16-bit-adresse, eller hvis en enhed forlader netværket og senere tilslutter sig (den kan modtage en anden adresse).

Nodeidentifikator:

Det er altid lettere for vores hjerne at huske strenge i stedet for nummer. Derfor kan hvert Xbee-modul i et netværk tildeles en node-id. Nodeidentifikator er sæt af tegn, dvs. strenge, der kan være en mere menneskelig venlig måde at adressere en node på i et netværk.

Personal Area Networks:

Netværk udviklet af disse Xbee-moduler kaldes personlige områdennetværk eller PAN'er. Hvert netværk er defineret med en unik PAN-id (PAN ID). Denne identifikator er almindelig blandt alle enheder i det samme netværk. ZigBee understøtter både en 64-bit og en 16-bit PAN ID. Begge PAN-adresser bruges til at identificere et netværk entydigt. Enheder på det samme ZigBee-netværk skal dele de samme 64-bit og 16-bit PAN-id'er. Hvis flere ZigBee-netværk fungerer inden for rækkevidde af hinanden, skal hvert have unikke PAN-id'er.

16-bit PAN ID bruges til at adressere MAC-lag i alle RF-datatransmissioner mellem enheder i et netværk. Men på grund af det begrænsede adresseringsområde for 16-bit PAN ID (65.535 muligheder) kan der være chance for, at flere ZigBee-netværk (inden for rækkevidde af hinanden) kan have det samme 16-bit PAN ID. For at løse disse konflikter oprettede ZigBee Alliance et 64-bit PAN ID. ZigBee definerer tre forskellige enhedstyper: koordinator, router og slutenhed.

Der kræves altid en koordinator i hvert netværk til opladning af opsætning af netværket. Så det kan aldrig sove. Det er også ansvarligt for at vælge en kanal og et PAN-ID (både 64-bit og 16-bit) for at starte netværket. Det kan give routere og slutenheder mulighed for at slutte sig til netværket. Det kan hjælpe med at dirigere data i et netværk.

Der kan være flere routere i et netværk. En router kan få signaler fra andre routere / EP'er (slutpunkter). Det kan heller ikke sove. Det skal tilslutte sig et Zigbee PAN, før det kan overføre, modtage eller rute data. Efter tilslutning kan det give routere og slutenheder adgang til netværket. Efter tilslutning kan det også hjælpe med at dirigere data. Det kan buffer RF-datapakker til sovende enheder.

Der kan også være flere slutpunkter. Det kan gå i dvaletilstand for at spare strøm. Det skal tilslutte sig et ZigBee PAN, før det kan sende eller modtage data, og det kan ikke engang tillade, at enheder tilslutter sig netværket. Det er afhængigt af forælder for at sende / modtage data.

Da slutenheden kan gå i dvaletilstand, skal den overordnede enhed buffer eller holde indgående datapakker, indtil slutenheden vågner op og modtager datapakkerne.

Forskellig netværkstopologi i ZigBee

Netværkstopologi henviser til den måde, hvorpå netværk er designet. Her er topologien geometrisk repræsentation af forholdet mellem alle links og linkende enheder (Koordinator, Router og End-enheder) til hinanden.

Her har vi fire grundlæggende topologienet, stjerne, hybrid og træ.

I Mesh Topology er hver knude forbundet med hinanden knude forventer slutenheden, fordi slutenheder ikke kan kommunikere direkte. For at muliggøre enkel kommunikation mellem to ZB-radioer skal du konfigurere en med koordinator-firmwaren og en med router- eller slutpunkt-firmware. Den største fordel ved Mesh-netværket er, at hvis et af linkene bliver ubrugeligt, vil det ikke gøre hele systemet uarbejdsdygtigt.

I en stjernetopologi har hver enhed en dedikeret punkt-til-punkt-forbindelse til en central controller (Koordinator). Alle enheder er ikke direkte forbundet med hinanden. I modsætning til en mesh-topologi kan en enhed i stjernetopologi ikke sende noget direkte til en anden enhed. Koordinatoren eller hubben er der til udveksling: Hvis en enhed ønsker at sende data til en anden, sender den dataene til koordinatoren, som yderligere sender dataene til destinationsenheden.

Hybridnetværk er de netværk, der indeholder to eller flere typer kommunikationsstandarder. Her er hybridnetværk en kombination af stjerne- og trænetværk, få slutenheder er forbundet direkte til koordinatornoden, og andre slutenheder har brug for hjælp fra overordnet node for at modtage dataene.

I Tree- netværk danner routere rygraden og slutenheder, der generelt er grupperet omkring hver router. Det er ikke meget forskelligt fra en maskekonfiguration bortset fra det faktum, at der ikke er routere, der er sammenkoblet, kan du visualisere disse netværk ved hjælp af figuren vist ovenfor.

Xbee-firmware

Det programmerbare XBee-modul er udstyret med en applikationsprocessor i fri skala. Denne applikationsprocessor leveres med en medfølgende boot loader. Denne XBee ZV-firmware er baseret på Embernet 3.xx ZigBee-PRO-stakken, XBee-Znet 2.5-moduler kan opgraderes til denne funktionalitet. Du kan kontrollere firmwaren ved hjælp af ATVR-kommandoen, som vi vil diskutere senere i kapitlet. XBee-versionsnumre har 4 betydende cifre. Et versionsnummer kan også ses ved hjælp af ATVR-kommandoen. Svaret returnerer 3 eller 4 tal. Alle tal er hexadecimale og kan have et interval fra 0-0xF. En version rapporteres som "ABCD". Cifre ABC er hovedfrigivelsesnummeret, og D er revisionsnummeret fra hovedfrigivelsen. API-diskussionen i kapitel 4 og AT-kommandoer er næsten de samme for Znet 2.5 og ZB firmware.

I telekommunikation er hele Hayes-kommandoen et sprogsspecifikt kommando udviklet til Hayes modem Smart Modem, 1981, de var en række korte ord til at styre modemet, hvilket gør kommunikation og opsætning af et modem simpelt i disse dage.

XBee fungerer også i kommandotilstand og har frakoblet AT-kommandoer, som står for OBS, disse kommandoer kan sendes til XBee via terminaler XBee og AT-konfigurerede XBee-radioer har to kommunikationsformer

Transparent: Radioen videregiver kun de oplysninger, den modtager, til den fjerntliggende radioadresse, den er konfigureret til. Dataene, der sendes via den serielle port, modtages af XBee, som de er.

Kommando: Denne tilstand bruges til at tale med radio og konfigurere nogle forudkonfigurerede tilstande, vi kommunikerer til modulerne i disse tilstande og ændrer konfiguration.

Du kan skrive +++ og vente et sekund uden at trykke på andre knapper, meddelelsen OK skal derefter vises som billedet af terminalen lige op. Ved OK fortæller XBee os, at han brugte i COMMAND-tilstand og er klar til at modtage konfigurationsmeddelelser.

XBee AT-kommandoer:

AT (TEST): Dette er testkommandoen for at kontrollere, om modulet reagerer OK, da svaret bekræfter det samme.

ATDH: Destinationsadresse høj. At konfigurere de øverste 32 bit af 64-bit destinationsadressen DL og DH kombineret giver dig 64 bit destinationsadresse.

ATDL: Destinationsadresse Lav. Dette igen til konfiguration af de nederste 32 bit af 64-bit destinationsadressen.

ATID: Denne kommando ændrer PAN ID (PersThe ID er 4 bytes med hexadecimal og kan variere fra 0000 til FFFF

ATWR: Skriv. Skriv parameterværdier til ikke-flygtig hukommelse, så parameterændringer fortsætter gennem efterfølgende nulstillinger.

Bemærk: Når WR er udstedt, skal der ikke sendes yderligere tegn til modulet før

Efter "OK ​​\ r" svaret er modtaget.

ATRE (Gendan standardindstillinger): Gendanner fabriksindstillingerne til modulet, er meget nyttigt, hvis modulet ikke reagerer.

Hvis du vil lære mere om ZigBee-moduler, er her den store ressource fra Digi.