Pengenalan kepada zigbee: seni bina, rangkaian dan perintah

Umumnya ramai orang keliru dengan dua istilah XBee dan ZigBee, kebanyakan mereka menggunakannya secara bergantian. Tetapi ini sebenarnya tidak berlaku; ZigBee adalah protokol standard untuk rangkaian tanpa wayar. Walaupun XBee adalah produk yang menyokong pelbagai protokol komunikasi tanpa wayar, termasuk ZigBee, Wi-Fi (modul Wi-Fly), modul 802.15.4, 868 MHz dll. Di sini kita memfokuskan terutamanya pada modul Xbee / Xbee-PRO ZB RF yang terdiri firmware ZigBee.

Cuba fikirkan kalkulator di komputer, di mana pengiraan kompleks dilakukan dengan antara muka yang mesra pengguna. Tugas itu akan menjadi sangat sukar dan membosankan jika hanya perkakasan yang tersedia. Jadi, pada tahap tertinggi, ketersediaan perisian menjadikan proses penyelesaian masalah lebih mudah. Seluruh proses dibahagikan kepada lapisan perisian oleh perkakasan sebenar yang dipanggil oleh tahap yang lebih tinggi.

Malah kita menggunakan konsep lapisan dalam kehidupan seharian kita. Contohnya, menghantar kurier / surat ke rumah rakan anda, menghantar e-mel dari satu tempat ke dunia yang lain. Begitu juga, kebanyakan protokol rangkaian moden bahkan menggunakan konsep lapisan untuk memisahkan komponen perisian yang berbeza menjadi modul bebas yang dapat dipasang dengan cara yang berbeza. Seseorang mungkin harus mengotorkan tangannya untuk memahami secara mendalam mengenai seni bina Xbee, tetapi kami akan menjadikan perkara-perkara itu sangat mudah untuk anda.

Mari mulakan dengan beberapa istilah asas seperti penghalaan, penghindaran perlanggaran, dan pengakuan. Untuk memahami istilah pertama, namakan saja, "laluan" yang bermaksud mengesan atau mengenal pasti jalan. Dalam rangkaian, routing bermaksud memberikan arah ke data dari simpul sumber ke simpul tujuan. Apabila dua nod dalam rangkaian cuba menghantar secara serentak, mewujudkan keadaan yang disebut perlanggaran. Oleh itu, secara amnya teknik Carrier Sense Multiple Access dengan Collision Hindance (CSMA / CA) untuk mengelakkan perlanggaran, anda boleh mengetahui lebih lanjut mengenai CSMA menggunakan pautan ini. Pada dasarnya di dalamnya simpul bercakap dengan cara yang sama seperti perbualan manusia; mereka memeriksa secara ringkas untuk melihat bahawa tidak ada yang bercakap sebelum mereka mula menghantar data.

Setiap kali penerima berjaya menerima data yang dihantar, ia mengakui pemancar. Aliran data tidak boleh dibiarkan membanjiri radio penerima. Mana-mana radio penerima mempunyai kelajuan terhad di mana ia dapat memproses data masuk dan jumlah memori yang terhad untuk menyimpan data masuk.

Senibina ZigBee:

Terdapat empat lapisan utama yang terdapat dalam timbunan ZigBee iaitu lapisan fizikal, lapisan akses Media, lapisan Rangkaian dan lapisan aplikasi.

Lapisan aplikasi menentukan pelbagai objek pengalamatan termasuk profil, kluster, dan titik akhir. Anda dapat melihat lapisan timbunan ZigBee pada gambar di atas.

Lapisan rangkaian: Ini menambahkan keupayaan penghalaan yang memungkinkan paket data RF melintasi beberapa peranti (beberapa "hop") untuk merutekan data dari sumber ke tujuan (peer to peer).

Lapisan MAC menguruskan transaksi data RF antara peranti jiran (titik ke titik). MAC merangkumi perkhidmatan seperti ujian penghantaran semula dan pengurusan pengakuan dan teknik penghindaran perlanggaran.

Lapisan fizikal: Ia menentukan bagaimana peranti disambungkan untuk membuat rangkaian; ia menentukan kuasa output, bilangan saluran dan kadar penghantaran. Sebilangan besar aplikasi ZigBee beroperasi pada jalur ISM 2.4 GHz pada kadar data 250kbps.

Sebilangan besar keluarga XBee mempunyai kawalan aliran, I / O, A / D dan garis penunjuk yang dibina di dalamnya dapat dikonfigurasi menggunakan perintah yang sesuai. Sampel analog dikembalikan sebagai nilai 10-bit. Bacaan analog diskalakan sehingga 0x0000 mewakili 0V, dan 0x3FF = 1.2V. (Input analog pada modul tidak boleh melebihi 1.2V)

Untuk menukar bacaan A / D ke mV, lakukan perkara berikut:

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

Penghantaran Data di ZigBee

Anda boleh memanggil rangkaian sebagai gabungan perisian dan perkakasan yang mampu mengirim data dari satu lokasi ke lokasi lain. Perkakasan bertanggungjawab membawa isyarat dari satu titik rangkaian ke titik yang lain. Perisian terdiri daripada set arahan yang memungkinkan untuk berfungsi seperti yang kita harapkan.

Secara amnya penghantaran data oleh paket ZigBee dapat dilakukan dalam dua cara: unicast dan siaran.

Penghantaran Siaran:

Dengan kata mudah Siaran bermaksud maklumat / program yang dihantar melalui radio atau TV. Dengan kata lain transmisi siaran dihantar ke banyak atau semua peranti dalam rangkaian. Siaran siaran dengan protokol ZigBee disebarkan di seluruh rangkaian sehingga semua node menerima penghantaran. Untuk mencapai ini, penyelaras dan semua penghala yang menerima penghantaran siaran akan menghantar semula paket tiga kali.

Penghantaran Unicast:

Penghantaran unicast dalam data laluan ZigBee dari satu peranti sumber ke peranti destinasi yang lain. Peranti tujuan boleh menjadi tetangga langsung dari sumber sumber, atau mungkin ada beberapa hop di antara jalan. Contoh ditunjukkan di bawah dalam gambar yang menerangkan mekanisme untuk mengenali kebolehpercayaan pautan dua arah.

Asas rangkaian untuk penghala dan Penyelaras Xbee

Untuk sampai ke rumah rakan anda, apa yang anda perlukan? Anda hanya memerlukan alamatnya. Begitu juga, untuk menghantar data dari satu modul Xbee ke modul lain, anda memerlukan alamatnya yang unik. Sama seperti orang, Xbee bahkan mempunyai beberapa alamat, masing-masing mempunyai peranan tertentu dalam rangkaian. Terdapat dua jenis alamat Alamat statik (alamat 64-bit) dan alamat Dinamik (alamat 16-bit).

Alamat:

Alamat 64-bit unik secara universal; ia dikuatkan di dalam modul Xbee oleh pengeluar. Tidak ada radio ZigBee lain di bumi yang akan memiliki alamat statik yang sama, di belakang setiap modul xbee anda dapat melihat alamat ini seperti yang ditunjukkan di bawah ini, dan terutama bahagian alamat "0013A200" yang lebih tinggi adalah sama untuk setiap modul xbee.

Peranti menerima alamat 16-bit yang semestinya unik di dalam negara, apabila bergabung dengan rangkaian ZigBee. Alamat 16-bit 0x0000 dikhaskan untuk penyelaras. Semua peranti lain menerima alamat yang dihasilkan secara rawak dari penghala atau peranti penyelaras yang membenarkan penyambungan. Alamat 16-bit boleh berubah apabila dua peranti didapati mempunyai alamat 16-bit yang sama atau peranti keluar dari rangkaian dan kemudian bergabung (ia dapat menerima alamat yang berbeza).

Pengecam Nod:

Selalunya lebih mudah bagi otak kita untuk mengingat rentetan daripada nombor. Oleh itu, setiap modul Xbee dalam rangkaian dapat diberikan dengan pengecam nod. Pengecam nod adalah sekumpulan watak iaitu rentetan yang boleh menjadi cara yang lebih mesra manusia dalam menangani nod dalam rangkaian.

Rangkaian Kawasan Peribadi:

Rangkaian yang dikembangkan oleh modul Xbee ini disebut rangkaian kawasan peribadi atau PAN. Setiap rangkaian ditentukan dengan pengecam PAN yang unik (PAN ID). Pengecam ini biasa berlaku di semua peranti rangkaian yang sama. ZigBee menyokong ID PAN 64-bit dan 16-bit. Kedua-dua alamat PAN digunakan untuk mengenal pasti rangkaian secara unik. Peranti di rangkaian ZigBee yang sama mesti berkongsi ID PAN 64-bit dan 16-bit yang sama. Sekiranya beberapa rangkaian ZigBee beroperasi dalam jarak satu sama lain, masing-masing harus mempunyai ID PAN yang unik.

ID PAN 16-bit digunakan untuk mengatasi lapisan MAC dalam semua penghantaran data RF antara peranti dalam rangkaian. Tetapi, kerana ruang alamat terhad ID PAN 16-bit (65,535 kemungkinan), ada kemungkinan banyak rangkaian ZigBee (dalam jarak satu sama lain) dapat memiliki ID PAN 16-bit yang sama. Untuk menyelesaikan konflik ini, ZigBee Alliance membuat ID PAN 64-bit. ZigBee mentakrifkan tiga jenis peranti yang berbeza: penyelaras, penghala, dan peranti akhir.

Satu penyelaras selalu diperlukan di setiap rangkaian untuk mengenakan bayaran mengatur rangkaian. Jadi, ia tidak boleh tidur. Ia juga bertanggungjawab untuk memilih saluran dan PAN ID (kedua-duanya 64-bit dan 16-bit) untuk memulakan rangkaian. Ini dapat membolehkan penghala dan peranti akhir bergabung dalam rangkaian. Ini dapat membantu dalam merutekan data dalam rangkaian.

Terdapat banyak penghala dalam rangkaian. Satu penghala boleh mendapatkan isyarat dari penghala / EP lain (Titik Akhir). Ia juga tidak boleh tidur. Ia mesti bergabung dengan PAN Zigbee sebelum dapat menghantar, menerima, atau merutekan data. Setelah bergabung, ini membolehkan router dan peranti akhir bergabung ke rangkaian. Setelah bergabung, ia juga dapat membantu dalam merutekan data. Ia dapat menyekat paket data RF untuk peranti akhir tidur.

Terdapat juga beberapa Titik Akhir. Ia boleh masuk dalam mod tidur untuk menjimatkan kuasa. Ia mesti bergabung dengan ZigBee PAN sebelum dapat menghantar atau menerima data dan bahkan tidak boleh membenarkan peranti bergabung dalam rangkaian. Ia bergantung pada ibu bapa untuk menghantar / menerima data.

Oleh kerana peranti akhir boleh masuk dalam mod tidur, peranti induk mesti menyangga atau menahan paket data masuk sehingga peranti akhir bangun dan menerima paket data.

Topologi Rangkaian yang berbeza di ZigBee

Topologi rangkaian merujuk kepada cara rangkaian dirancang. Di sini, topologi adalah gambaran geometri hubungan semua pautan dan peranti penghubung (Penyelaras, Router dan Peranti akhir) antara satu sama lain.

Di sini kita mempunyai empat asas topologi mesh, star, hybrid dan tree.

Dalam Topologi Mesh, setiap nod dihubungkan antara satu sama lain simpul mengharapkan peranti akhir kerana peranti akhir tidak dapat berkomunikasi secara langsung. Untuk membolehkan komunikasi mudah antara dua radio ZB, anda perlu mengkonfigurasinya dengan firmware penyelaras, dan satu lagi dengan firmware penghala atau titik akhir. Kelebihan utama rangkaian Mesh adalah bahawa jika salah satu pautan menjadi tidak dapat digunakan, ia tidak melumpuhkan keseluruhan sistem.

Dalam topologi bintang, setiap peranti mempunyai sambungan titik-ke-titik khusus ke pengawal pusat (Koordinator). Semua peranti tidak dihubungkan secara langsung antara satu sama lain. Tidak seperti topologi mesh, dalam topologi bintang satu peranti tidak dapat menghantar apa-apa terus ke peranti lain. Koordinator atau hub ada untuk pertukaran: Jika satu peranti ingin mengirim data ke yang lain, ia mengirimkan data ke koordinator, yang selanjutnya mengirimkan data ke perangkat tujuan.

Rangkaian hibrid adalah rangkaian yang mengandungi dua atau lebih jenis standard komunikasi. Di sini, rangkaian hibrid adalah gabungan rangkaian bintang dan pokok, beberapa peranti hujung yang dihubungkan terus ke nod penyelaras dan peranti akhir yang lain memerlukan bantuan nod ibu bapa untuk menerima data.

Di rangkaian Tree, router membentuk tulang belakang dan peranti akhir yang umumnya berkumpul di sekitar setiap penghala. Ini tidak jauh berbeza dengan konfigurasi mesh kecuali kenyataan bahawa ada router yang tidak saling berhubungan, anda dapat menggambarkan rangkaian ini menggunakan gambar yang ditunjukkan di atas.

Firmware Xbee

Modul XBee Programmable dilengkapi dengan pemproses aplikasi skala Percuma. Pemproses aplikasi ini dilengkapi dengan boot loader yang disediakan. Firmware XBee ZV ini didasarkan pada tumpukan Embernet 3.xx ZigBee-PRO, modul XBee-Znet 2.5 dapat ditingkatkan ke fungsi ini. Anda boleh menyemak firmware menggunakan arahan ATVR yang akan kita bincangkan kemudian dalam bab ini. Nombor versi XBee akan mempunyai 4 digit yang signifikan. Nombor versi juga dapat dilihat menggunakan perintah ATVR. Respons mengembalikan 3 atau 4 nombor. Semua nombor adalah heksadesimal dan boleh berkisar antara 0-0xF. Versi dilaporkan sebagai "ABCD". Digit ABC adalah nombor pelepasan utama dan D adalah nombor semakan dari pelepasan utama. Perundingan API dalam bab 4 dan perintah AT hampir sama untuk firmware Znet 2.5 dan ZB.

Dalam telekomunikasi, keseluruhan perintah Hayes adalah perintah khusus bahasa yang dikembangkan untuk modem Hayes modem pintar, 1981 mereka adalah rangkaian kata pendek untuk mengendalikan komunikasi membuat modem dan penyiapan modem sederhana pada masa itu.

XBee juga berfungsi pada mod perintah dan telah mematikan Perintah AT yang bermaksud ATTENTION, perintah ini dapat dikirim ke XBee melalui terminal XBee dan radio XBee yang dikonfigurasi AT mempunyai dua mod komunikasi

Telus: Radio hanya menyampaikan maklumat yang diterimanya ke alamat radio jarak jauh yang telah dikonfigurasikannya. Data yang dihantar melalui port bersiri diterima oleh XBee sebagaimana adanya.

Perintah: Mod ini digunakan untuk bercakap dengan radio dan mengkonfigurasi beberapa mod yang telah dikonfigurasikan, kami berkomunikasi dengan modul semasa dalam mod ini dan mengubah konfigurasi.

Anda boleh menaip +++ dan tunggu sebentar tanpa menekan butang lain, mesej OK kemudian akan muncul sebagai gambar terminal baru sahaja muncul. Oleh OK, XBee memberitahu kami bahawa dia menghabiskan dalam mod PERINTAH dan bersedia menerima mesej konfigurasi.

Perintah XBee AT:

AT (UJIAN): Ini adalah arahan ujian untuk memeriksa sama ada modul memberi respons OK kerana jawapan mengesahkan perkara yang sama.

ATDH: Alamat Destinasi Tinggi. Untuk mengkonfigurasi 32 bit atas alamat destinasi 64-bit DL dan DH digabungkan memberikan anda alamat destinasi 64 bit.

ATDL: Alamat Destinasi Rendah. Ini sekali lagi untuk mengkonfigurasi 32 bit yang lebih rendah dari alamat tujuan 64-bit.

ATID: Perintah ini mengubah ID PAN (PersThe ID adalah 4 byte heksadesimal dan boleh berkisar antara 0000 hingga FFFF

ATWR: Tulis. Tuliskan nilai parameter ke memori yang tidak mudah berubah sehingga pengubahsuaian parameter berterusan melalui tetapan semula berikutnya.

Catatan: Setelah WR dikeluarkan, tidak ada watak tambahan yang harus dihantar ke modul hingga

Setelah sambutan "OK \ r" diterima.

ATRE (Restore Defaults): Mengembalikan tetapan kilang ke modul, sangat berguna jika modul tidak bertindak balas.

Sekiranya anda ingin mengetahui lebih lanjut mengenai ZigBee Modules maka inilah sumber hebat dari Digi.