Equipe-1-2014-1-RCO3

Pesquisa ZigBee

ZigBee é um padrão que será definido por uma aliança de empresas de diferentes segmentos do mercado, chamada "ZigBee Alliance". Este protocolo está sendo projetado para permitir comunicação sem fio confiável, com baixo consumo de energia e baixas taxas de transmissão para aplicações de monitoramento e controle. Para implementar as camadas MAC (Medium Access Control) e PHY (Physical Layer) o ZigBee utiliza a definição 802.15.4 do IEEE. Surgiu para preencher uma lacuna deixada pelas redes sem fio. Observando as redes sem fio existentes, que incluem WiFi, WiMax, Bluetooth, Celular (GPRS – EDGE), percebe-se que nenhuma delas é dedicada a uma rede de equipamentos simples que não requisite grande complexidade e onde a economia de baterias e o baixo custo sejam essenciais, como ocorre numa rede de sensores, iluminação, refrigeração e afins. Consumo (baterias), custo e complexidade reduzidos são as prioridades do padrão ZigBee. Esses princípios guiaram o seu desenvolvimento.Fornecedores de chips ZigBee tipicamente vendem rádios integrados e microcontroladores com memória flash entre 60 KB e 256 KB. ZigBee opera nas faixas de rádio industriais, científicas e médicas (ISM), 868 MHz na Europa, 915 MHz nos EUA e Austrália, e de 2,4 GHz na maioria das jurisdições em todo o mundo. As taxas de transmissão de dados variam de 20 a 900 kbits por segundo. A camada de rede ZigBee suporta nativamente a topologia estrela e árvore em arquiteturas de malha genérica.

Padrão IEEE 802.15.4

Enquanto os padrões IEEE 802.11 tem como objetivo ser o mais parecido possível com o Ethernet o IEEE 802.15, padrão para redes locais pessoais (WPAN - Wireless Personal Area Network), por sua vez o padrão IEEE 802.15.4 , tem seus objetivos muito diferentes, sendo estes: baixo custo, baixo consumo, curto alcance e tamanho reduzido do dispositivo. O Bluetooth foi criado para ser uma rede de curta distância, entre dispositivos fixos ou móveis, para transmissão de dados, com alto nível de segurança. A rede conhecida como ZigBee, criada pelo IEEE em conjunto com a ZigBee Alliance, foi criada com o intuito de disponibilizar uma rede com extrema baixa potência de operação, ocasionando um baixo consumo de energia nos dispositivos, estendendo a vida útil de suas baterias, podendo as mesmas durarem anos. Dessa forma a rede tem como principais casos de uso dispositivos que não necessitem de taxas de transmissão de dados tão altas quanto as permitidas pelo Bluetooth, e querem se aproveitar das características de baixo consumo. O padrão IEEE 802.15.4 (IEEE 802.15.4, 2006) é um conjunto de especificações que tem como finalidade definir tanto o protocolo quanto o comportamento da comunicação entre dispositivos da rede. O padrão 802.15.4 ficou responsável pela criação das duas camadas mais baixas da tecnologia ZigBee, enquanto que a ZigBee Alliance trabalhava nas camadas superiores.

Tipos de dispositivos

O padrão IEEE define para as redes ZigBee dois tipos de dispositivos: os de função reduzida (RFD - Reduced Function Device), e os de função completa (FFD - Full Function Device).

Dispositivos FFD são aqueles aptos a funcionarem em qualquer um dos modos de operação do padrão: coordenador, roteador ou dispositivo final. Podem se comunicar tanto com outros FFD quanto com dispositivos RFD.

Os dispositivos RFD, por sua vez, são dispositivos que só podem se comunicar com dispositivos FFD. Dessa forma fica claro que esses dispositivos poderão atuar apenas como end-pointings da rede. São dispositivos mais simples e de menor custo, visando um consumo de energia ainda mais reduzido. Funções Lógicas dos dispositivos

De acordo com a disponibilidade de funções do dispositivo (FFD ou RFD) e sua posição na rede, os nós podem ser classificados como: coordenadores, roteadores ou dispositivos finais.

Coordenador

O coordenador é o nó inicial da rede. Um dispositivo ao ser ligado pela primeira vez como coordenador iniciará sua rede selecionando um identificador PAN único no seu raio de influência. Na inicialização, todos os canais da frequência de operação são escaneados até esse PAN ID único ser encontrado. O coordenador opera em estado ativo para efetuar o controle da rede e costuma ser alimentado diretamente reduzindo o risco de falha no nó centralizador da rede.

Roteador

Os dispositivos roteadores são usados em topologias em malha (mesh) e cluster para dar maior robustez à rede. Eles possuem tabelas de roteamento e, por serem FFD, permitem encontrar o menor caminho para se chegar ao destino. Caso o roteador não possua o endereço de destino requisitado, este fará o broadcast de uma requisição de rota (route request) e receberá do destino a rota mais eficaz atualizando sua tabela. Este mecanismo dá à rede a característica de auto-regeneração caso ocorra a queda das funcionalidades de outros nós roteadores na rede.

Dispositivo final

São os nós folhas das topologias estrelas e cluster. Por serem dispositivos RFD, não fazem função de roteamente nem coordenam a rede. Eles se comunicam diretamente com o roteador pai e podem ser implementados com microcontroladores ainda menores (em termos de memória e potência) passando quase todo o tempo em estado inativo. Um dispositivo RFD é a comum localização de sensores, atuadores e sistemas de controle.

Aplicações

O padrão ZigBee pode ser empregado em diversos tipos de aplicações. Algumas destas estão relacionadas abaixo:

Automação e Controle Predial (Segurança, Controle de Acesso e Iluminação); Controle Industrial (gerenciamento de ativos, controle de processos, etc.); Periféricos para PC (Teclado, mouse e joystick); Controle remoto de produtos eletrônicos; Automação residencial e comercial; Saúde Pessoal (Monitoração de pacientes, Acompanhamento de Exercício Físico).

O protocolo IEEE 802.15.4, Zigbee, apresenta algumas características importantes, sendo elas: longa duração das baterias, devido ao baixo consumo, e pequenos circuitos. Qualquer aplicação que tenha essas características com um dos fatores primordiais para êxito do projeto, pode se aproveitar do Zigbee para sua execução.

Referências

• Introdução ao IEEE 802.15.4
• Monografia de Leandro Honorato
• [1]
• [2]

Projeto final de RCOIII

O Projeto consite em construir um sistema onde cada domínio utiliza diferentes tipos de protocolo de roteamento e a interligação entre eles é feita pelo BGP com a utilização do Netkit.

Topologia Proposta

Configurações Netkit

Entre os Sistemas Autônomos

• R1-R3 => 10.10.10.0/24 (Sistema Autônomo 20 - Sistema Autônomo 10)
• R2-R3 => 10.10.140.0/24 (Sistema Autônomo 20 - Sistema Autônomo 10)
• R2-R7 => 10.10.30.0/24 (Sistema Autônomo 20 - Sistema Autônomo 30)
• R4-R6 => 10.10.80.0/24 (Sistema Autônomo 10 - Sistema Autônomo 40)
• R6-R9 => 10.10.90.0/24 (Sistema Autônomo 40 - Sistema Autônomo 30)

Sistema Autônomo 10

• R3-R4 => 10.10.50.0/24
• R3-R5 => 10.10.40.0/24
• R4-R5 => 10.10.50.0/24
• R4-H2 => 10.10.70.0/24

Sistema Autônomo 20

• R1-R2 => 10.10.20.0/24

Sistema Autônomo 30

• R7-R8 => 10.10.110.0/24
• R7-R9 => 10.10.100.0/24
• R8-R9 => 10.10.120.0/24
• R8-H1 => 10.10.130.0/24

Endereços Ips

• R1 eth0 => 10.10.10.1/24
• R1 eth1 => 10.10.20.1/24

• R2 eth0 => 10.10.20.2/24
• R2 eth1 => 10.10.30.1/24
• R2 eth2 => 10.10.140.1/24

• R3 eth0 => 10.10.10.2/24
• R3 eth1 => 10.10.140.2/24
• R3 eth2 => 10.10.40.1/24
• R3 eth3 => 10.10.50.1/24

• R4 eth0 => 10.10.50.2/24
• R4 eth1 => 10.10.60.1/24
• R4 eth2 => 10.10.70.1/24
• R4 eth3 => 10.10.80.1/24

• H2 eth1 => 10.10.70.2/24

• R5 eth0 => 10.10.40.2/24
• R5 eth1 => 10.10.60.2/24

• R6 eth0 => 10.10.80.2/24
• R6 eth1 => 10.10.90.1/24

• R7 eth0 => 10.10.110.1/24
• R7 eth1 => 10.10.100.1/24
• R7 eth2 => 10.10.30.2/24

• R8 eth0 => 10.10.120.1/24
• R8 eth1 => 10.10.110.2/24
• R8 eth2 => 10.10.130.1/24

• H1 eth1 => 10.10.130.2/24

• R9 eth0 => 10.10.90.2/24
• R9 eth1 => 10.10.120.2/24
• R9 eth2 => 10.10.100.2/24

Configurações de Roteamento utilizadas

• R1 => Configuração Estática e Protocolo de roteamento BGP
• R2 => Configuração Estática e Protocolo de roteamento BGP
• R3 => Protocolo de roteamento Ripv2 e BGP
• R4 => Protocolo de roteamento Ripv2 e BGP
• R5 => Protocolo de roteamento Ripv2 e BGP
• R6 => Protocolo de roteamento BGP
• R7 => Protocolo de roteamento OSPF e BGP
• R8 => Protocolo de roteamento OSPF e BGP
• R9 => Protocolo de roteamento OSPF e BGP