معماری Zigbee

امروزه در دنیای ارتباطات ، استانداردهای ارتباطی متفاوت و باسرعت بالایی در دسترس هستند . اما هیچ کدام از این استانداردها تمامی نیازها را مرتفع نمی سازند . استانداردهای ارتباطی با سرعت بالا ، نیاز به زمان کم و مصرف انرژی محدود دارند و باید بتوانند در باندهای با پهنای کم نیز فعالیت نمایند .

سیستم اختصاصی Zigbee دارای هزینه و مصرف انرژی پایینی می باشد و وجود ویژگی های مناسب در آن باعث می شود که در بسیاری از کاربردهای صنعتی و اتوماسیون خانگی بتوان از آن استفاده کرد . ارتباطات Zigbee برای کنترل شبکه های حسگر بی سیم و براساس استاندارد IEEE 802.15.4 ساخته شده اند که می توان از آن ها در شبکه های بی سیم شخصی (WPAN) استفاده کرد . این استاندارد امکان مدیریت دستگاه ها را در سرعت کم فراهم می آورد . Zigbee در فرکانس ۶۸۸ مگاهرتز ، ۹۰۲-۹۲۸ مگاهرتز و ۲٫۴ گیگاهرتز عمل می نماید و نرخ انتقال داده در آن حدود ۲۵۰ کیلو بیت در ثانیه می باشد .

  Zigbee یک شبکه کم هزینه است که به انرژی بسیار کمی نیاز دارد و به طور گسترده ای برای کنترل و نظارت بر تجهیزات کاربردی در فاصله ای بین ۱۰ تا ۱۰۰ متر استفاده می شود . این شبکه از شبکه های بلوتوث و WiFi ارزان تر می باشد و هم چنین امکان پشتیبانی از پیکربندی شبکه های مختلف را دارا می باشد .

تجهیزاتZigbee

یک شبکه Zigbee شامل دستگاه های هماهنگ کننده Zigbee ، روترها و تجهیزات پایانی می باشد . هر شبکه Zigbee باید دارای حداقل یک هماهنگ کننده به عنوان ریشه و پل در شبکه باشد . این هماهنگ کننده مسئول انتقال اطلاعات و عملیات داده ای می باشد . روترهای Zigbee به عنوان دستگاه های واسطه ای عمل می کنند که اطلاعات از طریق آن ها به دستگاه های دیگر منتقل می شود و تجهیزات پایانی وظیفه برقراری ارتباط با گره های والد را برعهده دارند . باید توجه داشت که تعداد روترها ، هماهنگ کننده ها و دستگاه های پایانی به نوع شبکه (ستاره ای ، درختی ، مش) بستگی دارد .

معماری Zigbee شامل چندین لایه مختلف است که توسط لایه فیزیکی و MAC تعریف شده اند و بدین شکل اطلاعات را به لایه کاربردی انتقال می دهند . در ادامه توضیحی از هر لایه وجود دارد :

معماری Zigbee

لایه فیزیکی : این لایه مدولاسیون و دی مدولاسیون را بر روی سیگنال های انتقال انجام می دهد .

لایه MAC : این لایه مسئول انتقال داده ها و جلوگیری از دسترسی های چندگانه می باشد . هم چنین وظیفه هماهنگ سازی فریم های رادیویی را برعهده دارد .

لایه شبکه : این لایه تمامی عملیات مربوط به شبکه از جمله راه اندازی شبکه ، اتصال به تجهیزات و قطع اتصالات شبکه و تنظیمات کلی شبکه را برعهده دارد .

زیر لایه پشتیبانی کاربرد : این زیر لایه خدماتی را برای تجهیزات کاربردی Zigbee فراهم می نماید و خدمات مدیریت داده را برای لایه شبکه فراهم می نماید . این لایه مسئولیت تطبیق دولایه را برعهده دارد .

لایه کاربرد : ZDO به عنوان یک رابط بین برنامه های لایه کاربردی و دستگاه های Zigbee عمل می نماید و مسئولیت شناسایی و راه اندازی و اتصال دستگاه های دیگر به شبکه را برعهده دارد .

اطلاعات در Zigbee در دوحالت Beacon  و Non Beacon انتقال می یابند . در حالت اول تمامی تجهیزات در حال فعال می باشند ولی در حالت دوم هنگامی که اطلاعاتی در شبکه وجود ندارد ، روترها و هماهنگ کننده وارد وضعیت خواب می شوند .

توپولوژی Zigbee

Zigbee امکان پشتیبانی از چندین توپولوژی شبکه را دارد ، اما بیشتر از توپولوژی های ستاره ای ، مش و درختی استفاده می کند . هر توپولوژی از یک یا چند هماهنگ کننده تشکیل شده است که وظیفه مدیریت تجهیزات موجود در شبکه را برعهده دارند . در مجموع شبکه Zigbee از لحاظ هزینه و مصرف انرژی بسیار بهینه می باشد . در جدول زیر اطلاعاتی در زمینه مقایسه تکنولوژی Zigbee با دیگر تکنولوژی ها آمده است .

مقایسه Zigbee با سایر تکنولوژی ها

در اینجا به برخی از کاربردهای مطرح شبکه های Zigbee می پردازیم :

• اتوماسیون صنعتی : در صنایع تولیدی و تجهیزات بحرانی می توان از آن استفاده کرد و هزینه برقراری ارتباطات را کاهش داد .

• اتوماسیون خانگی : Zigbee برای کنترل لوازم خانگی ، از راه دور مناسب می باشد (اینترنت اشیاء ، شهرهای هوشمند ، شبکه های هوشمندو..) و به کمک آن می توان روشنایی ، لوازم خانگی و سیستم های گرمایشی و سرمایشی را کنترل کرد . هم چنین در زمینه های کنترل ایمنی و نظارت(Monitoring) نیز Zigbee قابلیت استفاده را دارد .

• اندازه گیری های هوشمند : در عملیات از راه دور و در اندازه گیری های هوشمند و بحرانی (مثلا در دستگاه های ذوب ) می توان از Zigbee بهره برد .

• نظارت بر شبکه های Smart Grid :  سیستم Zigbee در چنین شبکه های می تواند وظیفه نظارت بر دما ، موقعیت گسل و مدیریت توان رادیواکتیو را برعهده گیرد .

آن چه در بالا مطرح گردید کلیتی درباره شبکه Zigbee بود .

نویسنده : معاونی

کد مطلب: ۹۶۰۸۱۷۰۱

منبع : www.zigbee.org

https://telegram.me/moaveni_ir