Mudanças entre as edições de "RED29004-2014-2-Seminario-Zigbee"
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Edição das 16h00min de 20 de novembro de 2014
Introdução
Tecnologias de Redes sem fio
Topologias de Redes sem fio
Padrões 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)
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
Esta camada tem a função de garantir uma gestão correta e um suporte fiável para as diversas aplicações.
A camada de aplicação ZigBee contém a sub-camada Application Support Sublayer (APS), o ZigBee Device Object (ZDO) e a Application Framework (AF). 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.
Estrutura das Mensagens ZigBee
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.