ЖУРНАЛ СТА 1/2009

100 СТА 1/2009 www.cta.ru мой мощности, небольшой скорости передачи и малых габаритов. Эти свойства идеально соответствуют требованиям к большинству про мышленных датчиков. Поэтому ZigBee часто отождествляют с про мышленными беспроводными сен сорными сетями WSN (Wireless Sen sor Network) [17–22]. Устройства ZigBee используются в применениях, где технология Bluetooth оказывается слишком дорогой и не требуется вы сокая скорость передачи. ZigBee, как и Bluetooth, использует нелицензируемый [15] диапазон 2,4 ГГц. Стандарт предусматривает также использование частот 868 МГц в Европе и 915 МГц в США. Макси мальная скорость передачи состав ляет 250 кбит/с в диапазоне 2,4 ГГц. Диапазон 2,4 ГГц разделён на 11–26 каналов шириной по 5 МГц каждый. Несмотря на то что вся идеология стандарта IEEE 802.15.4 построена в предположении, что типовая связь будет осуществляться на расстоянии около 10 м, стандарт не устанавлива ет требований к мощности передат чика. Этот параметр регулируется нормативными документами в об ласти радиосвязи, специфическими для каждого государства. Наиболь шее распространение на рынке име ют передатчики с мощностью 1 мВт, которые обеспечивают связь на рас стоянии до 10 м в помещении, а так же передатчики с мощностью 10 мВт, увеличивающие это расстоя ние до 80 м в помещении и до 1 км в условиях прямой видимости. Даль ность связи можно увеличить приме нением антенн специальной конст рукции. Модель OSI сети ZigBee представ лена в табл. 1. Она включает в себя физический уровень (PHY), каналь ный уровень, состоящий из подуров ня доступа к среде передачи MAC и LLC (смысл обозначений см. в опи сании Ethernet), которые определя ются стандартом IEEE 802.15.4, а также сетевой уровень NWK (NetWorK) и уровень приложений APL, состоящий из подуровня под держки приложений (APplication Support sub layer — APS), подуровня объектов устройств ZigBee (ZigBee Device Object — ZDO) и объектов Application Objects, определяемых изготовителем ZigBee устройств. Подуровень MAC управляет досту пом к радиоканалу, используя метод CSMA/CA. Он также отвечает за пе редачу маячковых фреймов (см. сле дующий подраздел), синхронизацию и обеспечение надёжных методов пе редачи информации. Подуровень SSCS (Service Specific Convergence Sublayer — подуровень сближения специфических сервисов) выполня ет роль интерфейса между подуров нями LLC и MAC. Подуровень LLC выполняет связь сетевого уровня с уровнем MAC. Уровень NWK использует методы, обеспечивающие: ● регистрацию в сети нового устрой ства и исключение его из сети; ● безопасность при передаче фрей мов; ● указание маршрута фрейма к месту назначения; ● прокладку маршрутов между уст ройствами в сети; ● обнаружение в сети ближайших соседей; ● запоминание необходимой инфор мации о соседних узлах. В ZigBee имеются три типа уст ройств: ● координатор формирует тополо гию сети и может устанавливать мосты с другими сетями (в каждой ZigBee сети имеется только один координатор); ● маршрутизатор работает как про межуточное звено, передавая в нужном направлении данные от других устройств; ● конечное устройство передаёт дан ные координатору или маршрути затору и не может связываться с аналогичными ему устройствами. Уровень NWK отвечает за органи зацию новой сети, когда это нужно, и назначение адресов новым устрой ствам, подключаемым к сети. Подуровень APS уровня приложе ний обеспечивает: ● обслуживание таблиц для связыва ния устройств сети на основе ин формации о необходимости и воз можности связывания; ● передачу сообщений между свя занными устройствами; ● определение группового адреса устройств, удаление и фильтрацию сообщений с групповыми адреса ми; ● отображение 64 битового адреса в 16 битовый; ● фрагментацию, перекомпоновку и транспортировку данных. Подуровень ZDO обеспечивает: ● определение роли устройств в сети (координатор, маршрутизатор или оконечное устройство); ● инициирование или ответ на за прос соединения; ● защиту информации; ● обнаружение устройств в сети и определение того, какой сервис они предоставляют. Топология Zigbee сети поддержи вается уровнем NWK и может иметь форму звезды, дерева или ячеистой сети. В топологии типа звезды сеть контролируется координатором. Ко ординатор отвечает за инициализа цию и обслуживание сетевых уст ройств и всех конечных устройств, непосредственно взаимодействую щих с координатором. В ячеистой и древовидной структуре сети коорди натор отвечает за организацию сети и выбор некоторых ключевых пара метров, но сеть может быть расшире на с помощью ZigBee маршрутиза торов. В сети с древовидной тополо гией маршрутизаторы перемещают данные и управляющие сообщения по сети, используя иерархическую В ЗАПИСНУЮ КНИЖК У ИНЖЕ Н Е РА Номер уровня Модель OSI Сеть Функции 7 Прикладной APL (APS, ZDO и Application Objects) ZigBee Передача сообщений, обнаружение устройств, определение роли устройств 6 Уровень представления — — 5 Сеансовый — — 4 Транспортный — — 3 Сетевой NWK ZigBee Безопасность, маршрутизация 2 Канальный (передачи данных) LLC IEEE 802.15.4 CSMA/CA, передача маячков, синхронизация SSCS IEEE 802.15.4 MAC IEEE 802.15.4 1 Физический PHY IEEE 802.15.4 Радиоканал 2,4 ГГц Таблица 1 Уровни модели OSI сети ZigBee/IEEE 802.15.4 © СТА-ПРЕСС