Mudanças entre as edições de "RED29004-2014-2-Seminario-Zigbee"
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<div align="justify">O sensoriamento e controle em diversos setores vem crescendo no mesmo ritmo das redes sem fio. Existem diversas tecnologias de rede sem fio e padrões definidos para atender as características dessas redes. Um desses padrões que recentemente vem ganhado destaque é o padrão Zigbee. Esse trabalho foi motivado devido a sua presença dentro desse contexto. O desenvolvimento da tecnologia, que também é relacionado com o crescimento da participação da TI em novos setores, impulsiona o setor com a demanda de novos produtos e profissionais qualificados para o desenvolvimento desses produtos.</div> | <div align="justify">O sensoriamento e controle em diversos setores vem crescendo no mesmo ritmo das redes sem fio. Existem diversas tecnologias de rede sem fio e padrões definidos para atender as características dessas redes. Um desses padrões que recentemente vem ganhado destaque é o padrão Zigbee. Esse trabalho foi motivado devido a sua presença dentro desse contexto. O desenvolvimento da tecnologia, que também é relacionado com o crescimento da participação da TI em novos setores, impulsiona o setor com a demanda de novos produtos e profissionais qualificados para o desenvolvimento desses produtos.</div> | ||
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==Fundamentação Teórica== | ==Fundamentação Teórica== |
Edição das 15h35min de 4 de dezembro de 2014
Introdução
Motivação
Fundamentação Teórica
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, que opera em bandas de freqüência livres.
Organização do Documento
A organização do documento foi feita de modo a apresentar inicialmente o contexto em que a tecnologia Zigbee está inserida, abordando em seguida características dessa tecnologia.
As seções abordam os tipos de topologia da rede, a divisão em camadas, a estrutura das mensagens do protocolo e exemplos de uso. Também é abordado brevemente o módulo Xbee e sua configuração, que implementa o padrão Zigbee. Finalmente nas conclusões são colocadas as expectativas em função do uso dessa tecnologia nos diversos setores e a influência do desenvolvimento dessa tecnologia no mercado de trabalho.
Tecnologias de Redes sem fio
Topologias de Redes sem fio
Malha:Já na topologia em malha todos os dispositivos podem ajudar a gerir a rede, ou seja, há mais de uma conexão entre os dispositivos.
Árvore:Enquanto que na topologia de árvore é um equivalente a várias redes estrelas interligadas entre si através de seus nós centraisPadrões de Redes sem fio
Norma IEEE 802
802.3- Ethernet 802.11- Redes locais sem fios (WLAN). 802.15- Redes de área pessoal sem fios (WPAN).
Redes WPAN 802.15
Padrão ZigBee
Tecnologia ZigBee(XBee)
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(Figura 2).
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-Network) e o Framework para a camada de aplicação (AP). Nesta camada estão incluídas a subcamada de suporte(APS), o objeto de dispositivo ZigBee (ZDO - ZigBee Device Object) e os objetos de aplicação (Aplication Objects).
Camada Física
O padrão IEE 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.
- Permite o endereçamento automático dos dispositivos.
- Possibilidade de confirmação de mensagens.
Camada MAC
Camada NWK
Camada de Aplicação
Esta camada tem a função de garantir uma gestão correta e um suporte fiável para as diversas aplicações.
É na camada de aplicação que é feito o gateway entre redes de diferentes padrões, exigindo um maior processamento das informações nessa camada(Figura 6).
Estrutura das Mensagens ZigBee
A estrutura dos pacotes de dados da camada de aplicação é formada por campos que contém um byte delimitador de início de mensagem, dois bytes que definem o tamanho do pacote, um frame de dados e um byte com o checksum. Essa é uma estrutura genérica, dependendo do tipo de mensagem essa estrutura pode variar como pode ser visto na figura abaixo.
Tipos de Mensagens
Usos do Protocolo ZigBee
Entretenimento doméstico e controle - Domótica, iluminação inteligente, controle de temperatura avançada, segurança, controle industrial, sensoriamento, coleta de dados médicos, alerta de eventos, automação predial. O padrão Zigbee é usado para aplicações para a Internet das Coisas, já que envolve o uso de tecnologias diversas como redes de sensores sem fio, com o objetivo de interagir com dispositivos conectados de qualquer local onde possua um ponto de acesso a internet.
Guilherme Morávia Soares de Matos, Doutor e Mestre em Tratamento da Informação Espacial, afirma que a arquitetura de aplicações de IoT envolve tecnologias como redes de sensores sem fio, protocolos ZigBee e IEEE 802.15.4 tecnologias que possibilitam a interação entre o mundo real e o mundo digital. Matos diz ainda que o uso de tais tecnologias irá promover uma crescente integração operacional com a TI devido ao emprego de sensores e controladores e a utilização de modelos de sistemas e processos típicos da TI tradicionais em sistemas de automação industrial.Módulos XBee
Configurações do módulo XBee
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.Desvantagens do padrão Zigbee
Conclusão
Referências Bibliográficas
- De Matos, Guilherme Morávia Soares. Desenvolvendo aplicações para o mundo físico. Revista Fonte - TI para a Gestão Pública. Dezembro 2013. http://www.prodemge.mg.gov.br/revista-fonte Acesso em 15/10/2014.
- Zigbee - Uma Abordagem Prática. Mário Saleiro e Emanuel Ey. Universidade do Algarve. http://lusorobotica.com/ficheiros/Introducao_ao_Zigbee_-_por_msaleiro.pdf. Acesso em 20/09/2014.
- Zigbee - http://www.gta.ufrj.br/grad/10_1/zigbee/padrao.html. Acesso em 03/10/2014.
- Monsignore, Ferdinando. Sensoriamento de ambiente utilizando o padrão Zigbee. Dissertação Escola de Engenharia da USP. 2007.
- Digi, Manual dos Módulos Xbee. http://ftp1.digi.com/support/documentation/90000976_V.pdf. Acesso em 18/10/2014.
- IPV6.br, Redes ZigBee e sua integração à Internet e redes IPv6. http://ipv6.br/zigbee-usa-agora-6lowpan-sua-proxima-lampada-tera-ipv6/, acesso em 18/10/2014.