Mudanças entre as edições de "RED29004-2014-2-Seminario-Zigbee"
Linha 1: | Linha 1: | ||
− | + | =Tecnologias de rede(ZIGBEE E XBEE)= | |
As Redes de Sensores Sem Fio constituem uma tecnologia emergente, que vêm proporcionando um crescimento significativo das perspectivas industriais e científicas em todo o mundo. A capacidade de monitorar e controlar o ambiente, aliada a um baixo consumo de energia, permite a aplicação da tecnologia em diversos setores da sociedade. Assim, o uso de sensores sem fio com o objetivo de monitorar e controlar um determinado ambiente é uma forte tendência para os próximos anos. | As Redes de Sensores Sem Fio constituem uma tecnologia emergente, que vêm proporcionando um crescimento significativo das perspectivas industriais e científicas em todo o mundo. A capacidade de monitorar e controlar o ambiente, aliada a um baixo consumo de energia, permite a aplicação da tecnologia em diversos setores da sociedade. Assim, o uso de sensores sem fio com o objetivo de monitorar e controlar um determinado ambiente é uma forte tendência para os próximos anos. | ||
− | + | ===Topologias de rede=== | |
Dependendo dos requisitos pretendidos para a rede, existem várias topologias com o fim de acomodarem as exigências impostas. | Dependendo dos requisitos pretendidos para a rede, existem várias topologias com o fim de acomodarem as exigências impostas. | ||
Linha 17: | Linha 17: | ||
Na topologia em arvore utiliza-se uma estratégia de encaminhamento hierárquico, comunicando o coordenador com os módulos de encaminhamento (routers) e estes com os dispositivos finais. Com a utilização dos routers que encaminham a informação é possível expandir a rede. | Na topologia em arvore utiliza-se uma estratégia de encaminhamento hierárquico, comunicando o coordenador com os módulos de encaminhamento (routers) e estes com os dispositivos finais. Com a utilização dos routers que encaminham a informação é possível expandir a rede. | ||
− | + | ===Padrões de Redes sem fio=== | |
− | + | ====Norma IEEE 802 ==== | |
A norma IEEE 802 tem como objetivo fornecer as especificações para a camada física e de controle de acesso ao meio de uma rede sem fios. A norma é aplicada aos mais variados tipos de rede dos quais se destacam as seguintes: | A norma IEEE 802 tem como objetivo fornecer as especificações para a camada física e de controle de acesso ao meio de uma rede sem fios. A norma é aplicada aos mais variados tipos de rede dos quais se destacam as seguintes: | ||
Linha 27: | Linha 27: | ||
802.15- Redes de área pessoal sem fios (WPAN). | 802.15- Redes de área pessoal sem fios (WPAN). | ||
− | + | ====Redes WPAN 802.15==== | |
A norma WPAN 802.15 define o padrão de rede de área pessoal sem fios, onde se prevê a ligação entre dispositivos distanciados até 300 metros. O padrão 802.15 existe para garantir as especificações de redes pessoais com baixa potência e custo reduzido. | A norma WPAN 802.15 define o padrão de rede de área pessoal sem fios, onde se prevê a ligação entre dispositivos distanciados até 300 metros. O padrão 802.15 existe para garantir as especificações de redes pessoais com baixa potência e custo reduzido. | ||
Linha 34: | Linha 34: | ||
O padrão IEEE 802.15.4 é a base para as especificações do protocolo ZigBee, estendendo ainda mais o padrão através do desenvolvimento de camadas superiores que não são definidas pelo 802.15.4. | O padrão IEEE 802.15.4 é a base para as especificações do protocolo ZigBee, estendendo ainda mais o padrão através do desenvolvimento de camadas superiores que não são definidas pelo 802.15.4. | ||
− | + | ====Protocolo ZigBee==== | |
O termo ZigBee designa um conjunto de especificações para a comunicação sem-fio entre dispositivos eletrônicos, com ênfase na baixa potência de operação, na baixa taxa de transmissão de dados e no baixo custo de implantação. | O termo ZigBee designa um conjunto de especificações para a comunicação sem-fio entre dispositivos eletrônicos, com ênfase na baixa potência de operação, na baixa taxa de transmissão de dados e no baixo custo de implantação. |
Edição das 08h11min de 13 de novembro de 2014
Tecnologias de rede(ZIGBEE E XBEE)
As Redes de Sensores Sem Fio constituem uma tecnologia emergente, que vêm proporcionando um crescimento significativo das perspectivas industriais e científicas em todo o mundo. A capacidade de monitorar e controlar o ambiente, aliada a um baixo consumo de energia, permite a aplicação da tecnologia em diversos setores da sociedade. Assim, o uso de sensores sem fio com o objetivo de monitorar e controlar um determinado ambiente é uma forte tendência para os próximos anos.
Topologias de rede
Dependendo dos requisitos pretendidos para a rede, existem várias topologias com o fim de acomodarem as exigências impostas. As redes podem utilizar topologias em estrela, malha, árvore, ou mesmo uma topologia combinada.
Topologias Simples:
Na topologia em estrela existe um dispositivo central que controla toda a rede. Numa rede em malha todos os dispositivos podem ajudar a gerir a rede. Na topologia em arvore utiliza-se uma estratégia de encaminhamento hierárquico, comunicando o coordenador com os módulos de encaminhamento (routers) e estes com os dispositivos finais. Com a utilização dos routers que encaminham a informação é possível expandir a rede.
Padrões de Redes sem fio
Norma IEEE 802
A norma IEEE 802 tem como objetivo fornecer as especificações para a camada física e de controle de acesso ao meio de uma rede sem fios. A norma é aplicada aos mais variados tipos de rede dos quais se destacam as seguintes:
802.3- Ethernet 802.11- Redes locais sem fios (WLAN). 802.15- Redes de área pessoal sem fios (WPAN).
Redes WPAN 802.15
A norma WPAN 802.15 define o padrão de rede de área pessoal sem fios, onde se prevê a ligação entre dispositivos distanciados até 300 metros. O padrão 802.15 existe para garantir as especificações de redes pessoais com baixa potência e custo reduzido. A norma 802.15.4 define uma rede de complexidade muito reduzida que funciona com baixa taxa de transmissão. Esta característica permite um consumo reduzido permitindo que a bateria dure meses ou anos.
O padrão IEEE 802.15.4 é a base para as especificações do protocolo ZigBee, estendendo ainda mais o padrão através do desenvolvimento de camadas superiores que não são definidas pelo 802.15.4.
Protocolo ZigBee
O termo ZigBee designa um conjunto de especificações para a comunicação sem-fio entre dispositivos eletrônicos, com ênfase na baixa potência de operação, na baixa taxa de transmissão de dados e no baixo custo de implantação.
O protocolo ZigBee foi concebido para interligar pequenas unidades de coleta de dados e controle recorrendo a sinais de radiofreqüência. A tecnologia utilizada é comparável às redes Wi-Fi e Bluetooth e diferencia-se destas por desenvolver menor consumo, com um alcance reduzido. A comunicação entre dois pontos pode ser feita repetindo sucessivamente a mensagem pelas unidades existentes na rede até atingir o destino final. Todos os pontos da rede podem funcionar como retransmissores de informação.
A arquitetura do protocolo ZigBee é composta por camadas, havendo uma estrutura hierárquica. Cada entidade de serviço fornece uma interface para a camada superior. Apesar de o protocolo ZigBee se basear no modelo OSI (Open Systems Interconnection)que tem sete camadas, a arquitetura do protocolo ZigBee define apenas as camadas necessárias para atingir um conjunto de funcionalidades desejadas.
As duas camadas inferiores, a camada física (PHY) e a camada de controle de acesso ao meio (MAC), foram definidas pelas normas do protocolo IEEE 802.15.4. As restantes camadas de rede foram concebidas especificamente para o protocolo ZigBee. Tais camadas são a camada de rede (NWK) e o Framework para a camada de aplicação (AP). Nesta camada estão incluídas a subcamada de suporte aplicacional (APS), o objeto de dispositivo ZigBee (ZDO - ZigBee Device Object) e os objetos de aplicação (Aplication Objects).
Camada Física
A camada física segue o protocolo 802.15.4 sendo responsável por permitir a transmissão das unidades de dados. Esta transmissão é feita com base em ondas rádio.
O padrão 802.15.4 especifica as seguintes características para a camada física:
- Existência de 3 bandas de frequência contidas em 27 canais.
- Define as modulações distribuídas nas 3 bandas de frequência.
- Possibilidade de configurar diversos níveis de segurança.
- Permite o endereçamento automático dos dispositivos.
- Possibilidade de confirmação de mensagens.
A camada física (PHY) provê uma interface entre a subcamada MAC e o canal do rádio, e oferece uma série de serviços e mecanismos de controle de nível físico essenciais para as camadas superiores da arquitetura.
O serviço mais fundamental da camada física é a transmissão e a recepção de bits – os quais compõem uma PPDU (PHY Protocol Data Unit) – sobre um meio físico específico. . A camada física implementa também a troca de dados com a sub-camada MAC.
Camada MAC
Essa camada tem a principal função de controlar o acesso aos canais RF. A camada MAC é responsável por todo o acesso à camada física para a transmissão e recepção de dados. Seus serviços permitem controlar o acesso ao meio utilizando mecanismos de prevenção, colisão onde serão estabelecidas comunicações com a camada física. Alem disso é efetuado o sincronismo enviando periodicamente tramas Beacon, criando uma relação de vizinhança com os dispositivos adjacentes. Também possibilita a associação e dissociação de dispositivos.
Camada NWK
A camada NWK (ZigBee), que é a primeira camada definida pela norma ZigBee, tem como responsabilidade a descoberta de novos dispositivos que possam passar a integrar a rede, armazenando as informações relativas aos mesmos, a atribuição dos endereços aos dispositivos membros da rede (apenas dos ZigBee Coordinators) e a monitoração das entradas e saídas de dispositivos da rede. É através desta camada que é feita a configuração de novos dispositivos e nela estão também definidos os mecanismos de descoberta de rotas e encaminhamento de informação (routing). Esta camada de rede é necessária para fornecer funcionalidades que garantam o correto funcionamento do MAC do IEEE 802.15.4 e também para fornecer um serviço adequado para fazer a interface com a camada de aplicação.
Camada de Aplicação
A camada de aplicação ZigBee contém a sub-camada Application Support Sublayer (APS), o ZigBee Device Object (ZDO) e a Application Framework (AF). Esta camada tem a função de garantir uma gestão correta e um suporte fiável para as diversas aplicações. A Application Framework é responsável pela formatação das mensagens, multiplexação dos ZigBee Endpoint, e também pela segurança das aplicações. O ZigBee Device Object é responsável pela gestão e manutenção das especificações do perfil de funcionamento do dispositivo. Dentro destas especificações temos os tipos de dispositivos, as mensagens de aplicação e também a fragmentação de mensagens.
Usos do Protocolo ZigBee
O Protocolo ZigBee é destinado a aplicações embarcadas que exigem baixas taxas de dados e baixo consumo de energia. Onde os dispositivos devem ter alta autonomia, funcionando por meses sem renovação da fonte de energia.
As áreas de aplicação típicas incluem: Entretenimento doméstico e controle - Domótica, iluminação inteligente, controle de temperatura avançada, segurança, filmes e músicas. Redes de Sensores Sem Fio - Controle industrial, sensoriamento, coleta de dados médicos, alerta de eventos, automação predial.
Módulos XBee
Os módulos XBee são compostos, basicamente, por um microcontrolador e um transceptor. O microcontrolador contém o firmware com a implementação do protocolo ZigBee e a especificação do comportamento do dispositivo (Coordenador, Roteador ou Dispositivo Final).
Configurações do módulo XBee
Dentre os parâmetros configuráveis, destacam-se: nome do nó, endereço de destino, velocidade de comunicação (baud rate), comportamento dos pinos de entrada e saída, ID da rede, entre outros.
Cada dispositivo possui dois endereços, o MY (16 bits) e o Número Serial (64 bits). O MY é o endereço de rede, variável, e é distribuído automaticamente pelo coordenador assim que o nó entra na rede. Uma analogia interessante é associar o endereço MY com o endereço IP nas redes TCP/IP com DHCP, em que cada máquina recebe um endereço automaticamente. Já o Número Serial é único e invariável para cada dispositivo fabricado (semelhante ao endereço MAC das placas de rede Ethernet).
No parâmetro Channel ID, podemos escolher o canal de comunicação utilizado. Os parâmetros XBee Retries (RR) e o Node Discover Time (NT), correspondem, respectivamente, ao número de tentativas máximo que o módulo faz para enviar um dado e ao tempo máximo que o módulo procura por outros nós na rede em que se insere.
Os parâmetros na pasta Sleep Modes referen-se a opções de consumo energético. Nestes parâmetros são definidos os modos de Sleep do XBee de modo a minimizar o consumo energético. Além disso, pode-se ainda configurar o tempo durante o qual o módulo fica ativo antes de entrar no modo de Sleep selecionado.