Architektur und Anwendungen der ZigBee Wireless-Technologie

In dieser heutigen Kommunikationswelt gibt esZahlreiche Kommunikationsstandards mit hoher Datenrate, die jedoch nicht den Kommunikationsstandards der Sensoren und Steuergeräte entsprechen. Diese Kommunikationsstandards mit hoher Datenrate erfordern eine niedrige Latenzzeit und einen niedrigen Energieverbrauch, selbst bei niedrigeren Bandbreiten. Die Zigbee-Technologie der proprietären drahtlosen Systeme ist kostengünstig und verbraucht wenig Strom. Aufgrund ihrer hervorragenden und hervorragenden Eigenschaften eignet sich diese Kommunikation bestens für verschiedene Embedded-Anwendungen, industrielle Steuerungen, Hausautomation usw.

Was ist Zigbee-Technologie?

Was ist Zigbee-Technologie?

Die ZigBee-Kommunikation ist speziell für das Internet entwickelt wordenSteuerungs- und Sensornetzwerke nach dem Standard IEEE 802.15.4 für drahtlose persönliche Netzwerke (WPANs). Dies ist das Produkt der Zigbee-Allianz. Dieser Kommunikationsstandard definiert physische MAC-Schichten (Media Access Control), um viele Geräte mit niedrigen Datenraten zu handhaben. Die WPANs dieser Zigbee-Modelle arbeiten bei Frequenzen von 868 MHz, 902-928 MHz und 2,4 GHz. Die Datumsrate von 250 kBit / s eignet sich am besten für die periodische und zweiseitige Datenübertragung zwischen Sensoren und Steuerungen.

ZigBee-Modem

ZigBee ist ein kostengünstiges und kostengünstiges Mesh-Netzwerkweit verbreitet zum Steuern und Überwachen von Anwendungen, wenn die Reichweite 10 bis 100 Meter beträgt. Dieses Kommunikationssystem ist kostengünstiger und einfacher als die anderen proprietären drahtlosen Sensornetzwerke mit kurzer Reichweite wie Bluetooth und Wi-Fi.

ZigBee unterstützt verschiedene Netzwerkkonfigurationenfür Master zu Master oder Master zu Slave-Kommunikation. Außerdem kann es in verschiedenen Modi betrieben werden, wodurch die Batterieleistung gespart wird. ZigBee-Netzwerke sind durch die Verwendung von Routern erweiterbar und ermöglichen die Verbindung vieler Knoten miteinander, um ein Netzwerk mit größeren Netzwerken aufzubauen.

Zigbee-Architektur

ZigBee-Systemstruktur

ZigBee-Systemstruktur besteht aus dreiverschiedene Gerätetypen wie Zigbee Coordinator, Router und Endgerät. Jedes Zigbee-Netzwerk muss aus mindestens einem Koordinator bestehen, der als Root und Bridge des Netzwerks fungiert. Der Koordinator ist für die Handhabung und Speicherung der Informationen verantwortlich, während er Datenoperationen ausführt und sendet. Zigbee-Router fungieren als Zwischengeräte, durch die Daten zu anderen Geräten hin- und hergeleitet werden können. Endgeräte verfügen über eine eingeschränkte Funktionalität für die Kommunikation mit den übergeordneten Knoten, sodass der Akku wie in der Abbildung gezeigt gespart wird. Die Anzahl der Router, Koordinatoren und Endgeräte hängt von der Art des Netzwerks ab, z. B. Stern-, Baum- und Mesh-Netzwerke.

Die ZigBee-Protokollarchitektur besteht aus einem Stapelvon verschiedenen Schichten, in denen IEEE 802.15.4 durch physikalische und MAC-Schichten definiert wird, während dieses Protokoll durch das Akkumulieren von Zigbees eigenen Netzwerk- und Anwendungsschichten abgeschlossen wird

ZigBee-Protokollarchitektur

Physikalische Schicht: Diese Schicht führt Modulations- und Demodulationsvorgänge beim Senden bzw. Empfangen von Signalen aus. Die Häufigkeit, die Datumsrate und die Anzahl der Kanäle dieser Schicht sind unten angegeben.

Physikalische Schicht des Zigbee-Protokolls

MAC-Schicht: Diese Schicht ist für die Zuverlässigkeit verantwortlichDatenübertragung durch Zugriff auf verschiedene Netzwerke mit der Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance (CSMA). Dadurch werden auch die Beacon-Frames zum Synchronisieren der Kommunikation übertragen.

Netzwerkschicht: Diese Schicht kümmert sich um alle netzwerkbezogenen Vorgänge wie Netzwerkeinrichtung, Endgeräteverbindung und Verbindungsabbruch zum Netzwerk, Routing, Gerätekonfigurationen usw.

Anwendungsunterlage: Diese Schicht aktiviert die fürZigbee-Geräteobjekt und Anwendungsobjekte zur Schnittstelle mit den Netzwerkschichten für Datenverwaltungsdienste Diese Schicht ist dafür verantwortlich, zwei Geräte entsprechend ihren Diensten und Bedürfnissen abzustimmen.

Anwendungs-Framework: Es bietet zwei Arten von Datendiensten als SchlüsselWertepaar und generische Nachrichtendienste. Die generische Nachricht ist eine vom Entwickler definierte Struktur, während das Schlüsselwertpaar zum Abrufen von Attributen innerhalb der Anwendungsobjekte verwendet wird. ZDO bietet eine Schnittstelle zwischen Anwendungsobjekten und APS-Schicht in Zigbee-Geräten. Es ist dafür verantwortlich, andere Geräte zu erkennen, zu initiieren und an das Netzwerk zu binden.

ZigBee-Betriebsmodi und ihre Topologien

ZigBee-Kommunikationsbetrieb

Zweiwege-ZigBee-Daten werden in zwei Modi übertragen: Nicht-Beacon-Modus und Beacon-Modus. In einem Beacon-Modus überwachen die Koordinatoren und Router kontinuierlich den aktiven Status eingehender Daten, sodass mehr Energie verbraucht wird. In diesem Modus schlafen die Router und Koordinatoren nicht, da zu jeder Zeit ein Knoten aufwachen und kommunizieren kann. Es erfordert jedoch mehr Stromversorgung und der Gesamtstromverbrauch ist gering, da sich die meisten Geräte über längere Zeit im Netzwerk inaktiv befinden.

In einem Beacon-Modus, wenn keine Daten vorhanden sindWenn die Kommunikation von den Endgeräten erfolgt, gehen die Router und Koordinatoren in den Ruhezustand. Dieser Koordinator wacht regelmäßig auf und überträgt die Beacons an die Router im Netzwerk. Diese Beacon-Netzwerke sind für Zeitschlitze geeignet, dh sie arbeiten, wenn die Kommunikation zu niedrigeren Betriebszyklen und längerem Batterieverbrauch führt. Diese Beacon- und Nicht-Beacon-Modi von Zigbee können periodische (Sensordaten), intermittierende (Lichtschalter) und sich wiederholende Datentypen verwalten.

Zigbee-Topologien

Zigbee-Topologien

ZigBee unterstützt mehrere Netzwerktopologien.Die am häufigsten verwendeten Konfigurationen sind jedoch Stern-, Maschen- und Clusterbaum-Topologien. Jede Topologie besteht aus einem oder mehreren Koordinatoren. In einer Sterntopologie besteht das Netzwerk aus einem Koordinator, der für die Initiierung und Verwaltung der Geräte über das Netzwerk verantwortlich ist. Alle anderen Geräte werden Endgeräte genannt, die direkt mit dem Koordinator kommunizieren. Dies wird in Branchen verwendet, in denen alle Endpunktgeräte für die Kommunikation mit der zentralen Steuerung benötigt werden, und diese Topologie ist einfach und leicht bereitzustellen.

In Mesh- und Baumtopologien das Zigbee-Netzwerkwird mit mehreren Routern erweitert, bei denen der Koordinator für das Starten zuständig ist. Diese Strukturen ermöglichen es jedem Gerät, mit jedem anderen benachbarten Knoten zu kommunizieren, um die Daten redundant zu machen. Wenn ein Knoten ausfällt, werden die Informationen von diesen Topologien automatisch an andere Geräte weitergeleitet. Da die Redundanz in der Industrie der Hauptfaktor ist, wird meistens die Maschentopologie verwendet. In einem Cluster-Tree-Netzwerk besteht jeder Cluster aus einem Koordinator mit Blattknoten. Diese Koordinatoren sind mit dem übergeordneten Koordinator verbunden, der das gesamte Netzwerk initiiert.

Aufgrund der Vorteile der Zigbee-Technologie gefällt esDiese kostengünstige und stromsparende Betriebsart und ihre Topologien eignen sich im Vergleich zu anderen proprietären Kommunikationssystemen wie Bluetooth, WLAN usw. für einige Anwendungen. usw. sind unten angegeben.

Vergleichstabelle von Zigbee

Anwendungen der Zigbee-Technologie

Anwendungen der Zigbee-Technologie

Industrielle Automatisierung: In der verarbeitenden und produzierenden Industrie aDie Kommunikationsverbindung überwacht kontinuierlich verschiedene Parameter und kritische Geräte. Daher reduziert Zigbee diese Kommunikationskosten erheblich und optimiert den Steuerungsprozess für mehr Zuverlässigkeit.

Heimautomatisierung: ZigBee eignet sich hervorragend für die HaussteuerungFerngesteuerte Geräte als Beleuchtungssystemsteuerung, Gerätesteuerung, Heizungs- und Kühlsystemsteuerung, Betrieb von Sicherheitsausrüstung und -steuerung, Überwachung usw.

Smart Metering: ZigBee-Fernbedienungen in Smart Metering umfassen die Reaktion auf den Energieverbrauch, die Preisunterstützung, die Sicherheit bei Stromdiebstahl usw.

Smart-Grid-Überwachung: Der ZigBee-Betrieb in diesem intelligenten Stromnetz umfasst die Fernüberwachung der Temperatur, die Fehlersuche, die Verwaltung des Blindstroms usw.

Hier geht es um eine kurze Beschreibung von ZigbeeArchitektur, Betriebsmodi, Konfigurationen und Anwendungen. Wir hoffen, dass wir Ihnen zu diesem Titel genügend Inhalt gegeben haben, damit Sie ihn besser verstehen können. Wir sind Pioniere bei der Entwicklung von Zigbee-basierten Projekten. Für weitere Hilfe und technische Unterstützung können Sie uns unter dem folgenden Kommentar kontaktieren.

Bildnachweis

  • Was ist Zigbee-Technologie? von zigbee
  • ZigBee Modem von mastec
  • ZigBee-Systemstruktur von intechopen
  • ZigBee Communication Operation von jobscochin
  • Zigbee-Topologien von convdocs
  • Vergleichstabelle von Zigbee von edom
  • Anwendungen der Zigbee-Technologie von electronicdesign

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