מבוא לזיגבי: אדריכלות, רשתות ופקודות

בדרך כלל אנשים רבים מתבלבלים עם שני מונחים XBee ו- ZigBee, רובם משתמשים בזה לסירוגין. אבל זה למעשה לא המקרה; ZigBee הוא פרוטוקול סטנדרטי עבור רשת אלחוטית. בעוד ש- XBee הוא מוצר התומך בפרוטוקולי תקשורת אלחוטיים שונים, כולל ZigBee, Wi-Fi (מודול Wi-Fly), 802.15.4, מודול 868 מגה-הרץ וכו '. כאן אנו מתמקדים בעיקר במודול ה- Xbee / Xbee-PRO ZB המורכב של הקושחה של ZigBee.

רק תחשוב על מחשבון במחשב, שבו מבוצעים חישובים מורכבים עם ממשק ידידותי למשתמש. המשימה הייתה מאוד קשה ומייגעת אם רק חומרה הייתה זמינה. לכן, ברמה הגבוהה ביותר, הזמינות של תוכנות מקלה על פתרון בעיות. התהליך כולו מחולק לשכבות של התוכנה על ידי החומרה בפועל אשר נקראת על ידי רמות גבוהות יותר.

אנו אפילו משתמשים במושג הרבדים בחיי היומיום שלנו. לדוגמא, שליחת שליח / מכתב לבית חברך, שליחת אימייל מנקודה אחת לעולם אחר. באופן דומה, רוב פרוטוקולי הרשת המודרניים אף משתמשים במושג שכבות להפרדת רכיבי תוכנה שונים למודולים עצמאיים הניתנים להרכבה בדרכים שונות. ייתכן שיהיה עליך ללכלך את ידיו על מנת להבין את הארכיטקטורה של Xbee לעומק, אך אנו נעשה את הדברים פשוטים מאוד עבורך.

נתחיל בכמה מונחים בסיסיים כמו ניתוב, הימנעות מהתנגשות והכרה. להבנת המונח הראשון פשוט עברו על שמו, "מסלול" שמשמעותו לעקוב או לזהות את הנתיב. ברשת, ניתוב פירושו לספק כיוון לנתונים מצומת המקור לצומת היעד. כששני צמתים ברשת מנסים להעביר בו זמנית, יוצרים מצב שנקרא התנגשות. לכן, בדרך כלל טכניקת Carrier Sense Multiple Access עם הימנעות מהתנגשות (CSMA / CA) כדי למנוע התנגשות, תוכלו ללמוד עוד על CSMA באמצעות קישור זה. בעיקרון בו הצמתים מדברים באותו אופן כמו השיחה האנושית; הם בודקים בקצרה שאיש אינו מדבר לפני שהם מתחילים לשלוח נתונים.

בכל פעם שמקבל מקבל את הנתונים המשודרים בהצלחה, הוא מאשר את המשדר. אסור לאפשר לזרם הנתונים להציף את רדיו המקלט. לכל רדיו קולט מהירות מוגבלת בה הוא יכול לעבד נתונים נכנסים וכמות מוגבלת של זיכרון לאחסון נתונים נכנסים.

אדריכלות ZigBee:

ישנן ארבע שכבות עיקריות הזמינות בערימת ZigBee שהן שכבה פיזית, שכבת גישה למדיה, שכבת רשת ושכבת יישום.

שכבת היישום מגדירה אובייקטים שונים של כתובת, כולל פרופילים, אשכולות ונקודות קצה. אתה יכול לראות את שכבות הערימה של ZigBee באיור לעיל.

שכבת רשת: היא מוסיפה יכולות ניתוב המאפשרות לחבילות נתוני RF לחצות מספר מכשירים ("כשות" מרובות) כדי לנתב נתונים ממקור ליעד (עמית לעמית).

שכבת MAC מנהלת עסקאות נתוני RF בין מכשירים שכנים (נקודה לנקודה). ה- MAC כולל שירותים כגון ניסיון לשידור מחדש ואישור אישור וטכניקות למניעת התנגשות.

רובד פיזי: הוא מגדיר כיצד מחברים מכשירים ליצירת רשת; הוא מגדיר את עוצמת המוצא, מספר הערוצים וקצב השידור. רוב יישומי ZigBee פועלים על פס ISM 2.4 GHz בקצב נתונים של 250 קילו-לשנייה.

לרוב משפחות XBee יש בקרת זרימה, קלט / פלט, A / D וקווי אינדיקטור מובנים בהם ניתן להגדיר באמצעות פקודות מתאימות. דגימות אנלוגיות מוחזרות כערכים של 10 סיביות. הקריאה האנלוגית מוקטנת כך ש- 0x0000 מייצג 0 וולט ו- 0 x 3FF = 1.2 וולט. (הכניסות האנלוגיות במודול לא יכולות להיות יותר מ -1.2 וולט)

כדי להמיר את קריאת ה- A / D ל- mV, בצע את הפעולות הבאות:

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

העברת נתונים ב- ZigBee

אתה יכול להתקשר לרשת כשילוב של תוכנה וחומרה המסוגלות לשלוח נתונים ממיקום אחד למשנהו. החומרה אחראית על נשיאת האותות מנקודה אחת לרשת לאחרת. תוכנה מורכבת מערכות הוראות המאפשרות לעבוד כפי שאנו מצפים.

בדרך כלל העברת הנתונים על ידי מנות ZigBee יכולה להתבצע בשתי דרכים: שידור unicast ושידור.

שידור שידור:

במילים פשוטות שידור פירושו המידע / התוכנית המועברים ברדיו או בטלוויזיה. במילים אחרות שידורי שידור נשלחים לרבים או לכל המכשירים ברשת. שידורי שידור עם פרוטוקול ZigBee מועברים בכל הרשת כך שכל הצמתים מקבלים את השידור. לשם כך, הרכז וכל הנתבים המקבלים שידור שידור ישדרו את החבילה שלוש פעמים.

שידור Unicast:

שידורי Unicast בנתיבי ZigBee מנתבים ממכשיר מקור אחד למכשיר יעד אחר. מכשיר היעד יכול להיות שכן מיידי של מכשיר המקור, או שהוא יכול להיות כמה כשות בין לבין. דוגמה מוצגת להלן באיור המסביר מנגנון לזיהוי מהימנות החוליה הדו-כיוונית.

יסודות הרשת לנתבים ולמתאם Xbee

כדי להגיע לבית חברך, מה אתה צריך? אתה רק צריך את הכתובת שלו. באופן דומה, לשליחת הנתונים ממודול Xbee אחד לאחר, אתה זקוק לכתובת הייחודית שלו. בדיוק כמו אצל אנשים, ל- Xbee יש אפילו מספר כתובות, לכל אחת מהן תפקיד מסוים ברשת. ישנם שני סוגים של כתובות כתובת סטטית (כתובת 64 סיביות) וכתובת דינמית (כתובת 16 סיביות).

כתובות:

כתובת 64 סיביות היא ייחודית באופן אוניברסלי; הוא מיוצר בתוך מודול ה- Xbee על ידי היצרן. לאף רדיו ZigBee אחר עלי אדמות לא תהיה אותה כתובת סטטית, בחלק האחורי של כל מודול ה- xbee תוכלו לראות כתובת זו כפי שמוצג להלן, ובמיוחד החלק הגבוה יותר של הכתובת "0013A200" זהה לכל מודול xbee.

התקן מקבל כתובת של 16 סיביות שאמורה להיות ייחודית מקומית, כאשר הוא מצטרף לרשת ZigBee. כתובת ה- 16 סיביות 0x0000 שמורה לרכז. כל שאר המכשירים מקבלים כתובת שנוצרה באופן אקראי מהנתב או מכשיר הרכז המאפשר הצטרפות. כתובת ה- 16 סיביות יכולה להשתנות כאשר שני מכשירים נמצאים באותה כתובת של 16 סיביות או שהתקן עוזב את הרשת ומאוחר יותר מצטרף (הוא יכול לקבל כתובת אחרת).

מזהה צומת:

למוח שלנו תמיד קל יותר לזכור מחרוזות במקום מספר. לפיכך, לכל מודול Xbee ברשת ניתן להקצות מזהה צומת. מזהה הצומת הוא קבוצה של תווים כלומר מחרוזות שיכולות להיות דרך ידידותית יותר לאדם לפנות לצומת ברשת.

רשתות אזוריות אישיות:

רשת שפותחה על ידי מודולי Xbee אלה נקראת רשתות אזוריות או PANs. כל רשת מוגדרת עם מזהה PAN ייחודי (PAN ID). מזהה זה נפוץ בקרב כל המכשירים באותה הרשת. ZigBee תומך במזהה PAN של 64 ביט וגם של 16 ביט. שתי כתובות ה- PAN משמשות לזיהוי רשת באופן ייחודי. התקנים באותה רשת ZigBee חייבים לשתף את אותם מזהי PAN של 64 סיביות ו -16 סיביות. אם מספר רשתות ZigBee פועלות בטווח זה מזה, כל אחת מהן צריכה להיות מזהי PAN ייחודיים.

מזהה ה- PAN של 16 סיביות משמש לכתובת שכבת MAC בכל העברות נתוני RF בין התקנים ברשת. אך בגלל שטח ההתייחסות המוגבל של מזהה ה- PAN עם 16 סיביות (65,535 אפשרויות), יתכן שיש סיכוי שרשתות ZigBee מרובות (בטווח האחת של השנייה) יכולות להיות בעלות אותו מזהה PAN של 16 סיביות. כדי לפתור סכסוכים אלה, ברית ZigBee יצרה מזהה PAN של 64 סיביות. ZigBee מגדיר שלושה סוגי מכשירים שונים: רכז, נתב ומכשיר קצה.

מתאם אחד תמיד נדרש בכל רשת לצורך חיוב בהקמת הרשת. אז זה לעולם לא יכול לישון. היא גם אחראית לבחירת ערוץ ומזהה PAN (הן 64 סיביות והן 16 סיביות) להפעלת הרשת. זה יכול לאפשר לנתבים והתקני קצה להצטרף לרשת. זה יכול לסייע בניתוב נתונים ברשת.

יכולות להיות מספר נתבים ברשת. נתב אחד יכול לקבל אותות מנתבים / EP אחרים (נקודות קצה). זה אף פעם לא יכול לישון. עליו להצטרף ל- PAN של זיגבי לפני שהוא יכול להעביר, לקבל או לנתב נתונים. לאחר ההצטרפות, הוא יכול לאפשר לנתבים ולהתקני קצה להצטרף לרשת. לאחר ההצטרפות, הוא יכול לסייע גם בניתוב נתונים. זה יכול לאגר חבילות נתוני RF למכשירי קצה שינה.

יכולות להיות מספר נקודות קצה גם כן. זה יכול לעבור למצב שינה כדי לחסוך בחשמל. עליו להצטרף ל- ZigBee PAN לפני שהוא יכול להעביר או לקבל נתונים והוא אפילו לא יכול לאפשר למכשירים להצטרף לרשת. זה תלוי בהורה להעברת / קבלת נתונים.

מכיוון שמכשיר הקצה יכול לעבור למצב שינה, על מכשיר האב להאגר או להחזיק מנות נתונים נכנסות עד שהתקן הקצה יתעורר ויקבל את מנות הנתונים.

טופולוגיית רשת שונה ב- ZigBee

טופולוגיית רשת מתייחסת לאופן תכנון הרשת. כאן, הטופולוגיה היא ייצוג גיאומטרי של היחס בין כל הקישורים והתקנים המקשרים (רכז, רכוב נתב והתקני קצה) זה לזה.

כאן יש לנו ארבעה רשת טופולוגית בסיסית, כוכב, היברידי ועץ.

בשנת טופולוגיה Mesh, כל צומת מחובר עם כל צומת אחר מצפים שמכשיר סוף כי תקני קצה לא יכול לתקשר ישירות. כדי לאפשר תקשורת פשוטה בין שני מכשירי רדיו של ZB, יהיה עליך להגדיר אחד עם קושחת הרכז, ואחד עם קושחת נתב או נקודת קצה. היתרון העיקרי של רשת Mesh הוא שאם אחד הקישורים הופך לבלתי שמיש, הוא אינו מסכן את כל המערכת.

In a טופולוגיית כוכב, כל מכשיר בעל חיבור נקודה לנקודה מוקדש בקר מרכזי (רכז). כל המכשירים אינם מקושרים ישירות זה לזה. שלא כמו טופולוגיית רשת, בטופולוגיית כוכבים מכשיר אחד אינו יכול לשלוח דבר ישירות למכשיר אחר. הרכז או הרכזת נמצאים שם להחלפה: אם מכשיר אחד רוצה לשלוח נתונים לאחר, הוא שולח את הנתונים לרכז, אשר בהמשך שולח את הנתונים למכשיר היעד.

רשת היברידית הן רשתות המכילות שני סוגים או יותר של תקני תקשורת. כאן, רשת היברידית היא שילוב של רשת כוכבים ועץ, מעט מכשירי קצה מחוברים ישירות לצומת הרכז ומכשירי קצה אחרים זקוקים לעזרת צומת האב כדי לקבל את הנתונים.

בשנת Tree רשת, נתבים מהווים את עמ' שדרה התקנים וסיום מקובצים בדרך כלל סביב כל נתב. זה לא שונה מאוד מתצורת רשת, למעט העובדה כי הנתבים אינם מחוברים זה לזה, אתה יכול לדמיין את הרשתות האלה באמצעות האיור המוצג לעיל.

קושחת Xbee

מודול ה- XBee לתכנות מצויד במעבד יישומים בקנה מידה חופשי. מעבד יישומים זה מגיע עם מטען אתחול מסופק. קושחת XBee ZV זו מבוססת על מחסנית Embernet 3.xx ZigBee-PRO, ניתן לשדרג מודולי XBee-Znet 2.5 לפונקציונליות זו. אתה יכול לבדוק את הקושחה באמצעות הפקודה ATVR עליה נדבר בהמשך הפרק. מספרי גרסת XBee יכללו 4 ספרות משמעותיות. ניתן לראות מספר גרסה גם באמצעות פקודת ATVR. התגובה מחזירה 3 או 4 מספרים. כל המספרים הם הקסדצימלי ויכולים לנוע בין 0-0xF. גרסה מדווחת כ- "ABCD". הספרות ABC הן מספר השחרור הראשי ו- D הוא מספר התיקון מהמהדורה הראשית. ה- API הנדון בפרק 4 ופקודות ה- AT זהים כמעט עבור קושחת Znet 2.5 ו- ZB.

בטלקומוניקציה, כל הפקודה של הייז היא פקודות ספציפיות לשפה שפותחו עבור מודם הייז חכם מודם, 1981 הם היו סדרה של מילים קצרות כדי לשלוט במודם מה שהופך את התקשורת וההקמה של מודם לפשוטה באותם הימים.

XBee עובד גם על מצב פקודה והגדיר את AT פקודות שמייצג ATTENTION, ניתן לשלוח פקודות אלה ל- XBee באמצעות מסופי XBee ולרדיו XBee מוגדרים AT יש שני מצבי תקשורת.

שקוף: הרדיו מעביר רק את המידע שהוא מקבל לכתובת הרדיו המרוחקת אליה הוגדרה. הנתונים שנשלחים דרך יציאה טורית מתקבלים על ידי XBee כפי שהם.

פקודה: נעשה שימוש במצב זה כדי לדבר עם רדיו ולהגדיר כמה מצבים שהוגדרו מראש, אנו מתקשרים למודולים בזמן שמצבים אלה ומשנים תצורה.

אתה יכול להקליד +++ ולהמתין שנייה אחת בלי ללחוץ על כפתורים אחרים, ואז ההודעה OK אמורה להופיע כתמונת הטרמינל בדיוק למעלה. על ידי אישור, ה- XBee אומר לנו שהוא בילה במצב COMMAND ומוכן לקבל הודעות תצורה.

פקודות XBee AT:

AT (TEST): זוהי פקודת הבדיקה כדי לבדוק אם המודול מגיב לאישור כתשובה מאשרת את אותו הדבר.

ATDH: כתובת יעד גבוהה. כדי להגדיר את 32 הסיביות העליונות של כתובת היעד של 64 סיביות DL ו- DH בשילוב נותן לך כתובת היעד של 64 סיביות.

ATDL: כתובת יעד נמוכה. זאת שוב לצורך קביעת התצורה של 32 הסיביות התחתונות של כתובת היעד של 64 סיביות.

ATID: פקודה זו משנה את מזהה ה- PAN (PersThe ID הוא 4 בתים של הקסדצימלי ויכול לנוע בין 0000 ל- FFFF

ATWR: כתוב. כתוב ערכי פרמטר לזיכרון שאינו נדיף כך ששינויים בפרמטרים יימשכו באמצעות איפוס הבא.

הערה: לאחר הוצאת WR, אין לשלוח תווים נוספים למודול עד

לאחר קבלת התגובה "OK".

ATRE (שחזור ברירות מחדל): מחזיר את הגדרות היצרן למודול, שימושי מאוד אם המודול אינו מגיב.

אם אתה רוצה ללמוד עוד על מודולי ZigBee אז הנה המשאב הגדול של Digi.