ZigBee

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

ZigBee is een open standaard voor draadloze verbindingen tussen apparaten op korte afstand. Het is bedoeld als aanvulling op Bluetooth en wifi, het wordt gebruikt voor het doorsturen van sensorgegevens en voor (proces)besturing (monitoring & control), zoals de gezondheid van een patiënt of de veiligheid in uw huis controleren met behulp van sensoren.

Algemeen[bewerken]

ZigBee is de naam voor een standaard voor draadloze communicatie die ontworpen is vooral voor toepassingen in de industrie. ZigBee gaat bijvoorbeeld van afstandsbedieningen tot de communicatie tussen machines in een fabriek.

Praktisch voorbeeld van een thuissituatie met ZigBee:

  • ZigBee Lamp controller: het licht bedienen op afstand
  • Draagbare Panic button: mensen met een slechte gezondheid kunnen met een simpele druk op de knop de hulpdiensten verwittigen via de telefoonlijn
  • Deur en raam beveiliging
  • ZigBee Mailbox detector: detecteert of er post is geleverd in de brievenbus, handig tegen diefstal
  • Computer met ZigBee Human Interface devices: toestellen met software waarmee je het huis kunt automatiseren

Het huis is geautomatiseerd: Het licht kan op afstand aangestoken worden, er is inbraakbeveiliging (bij inbraak wordt de politie ingelicht en gaat het licht aan), een panic button voor noodgevallen met de gezondheid en detectie van post. Alles wordt gelokaliseerd en geconfigureerd door de PAN coördinator. Dus de coördinator alarmeert de politie en de hulpdiensten.

ZigBee vindt zijn oorsprong in de IEEE-norm 802.15.4. De IEEE 802.15.4 voorziet 3 frequentiebanden waarin ZigBee kan werken: 868,3 MHz (Europa), 902-928 MHz (Amerika) en 2405-2480 MHz (wereldwijd). De transmissiesnelheid bedraagt maximaal 250 kbps met een bereik van 100 meter en ondersteunt een netwerk tot 65.000 apparaten.

ZigBee is een product van de ZigBee Alliance. De ZigBee alliantie is een associatie van bedrijven die samenwerken om (monitoring & control) producten aan te bieden gebaseerd op ZigBee. Deze producten hebben bepaalde eigenschappen: betrouwbaar, laag stroomverbruik, draadloos netwerk, goede prijs/kwaliteit. De alliantie heeft een aantal bekende promotors zoals Motorola, Philips, Samsung, Siemens

Protocollen[bewerken]

ZigBee is gebaseerd op de IEEE 802.15.4 standaard (defineert de fysieke en MAC laag van het OSI-model). De lagen boven de specificatie van de 802.15.4 noemt men de ZigBee standaard, dus het is een uitbreiding op de 802.15.4 specificatie.

De fysieke laag is de laagste laag en bestaat uit 2 fysische lagen die werken op 2 aparte frequenties nl. 869/915 MHz en 2.4 GHz. Het gebruikt Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) om de verschillende frequentiebanden te verdelen in verschillende kanalen: 2.402-2.480 GHz in 16 kanalen, 915 MHz in 10 kanalen en 868 MHz in 1 kanaal. De fysieke laag voorziet 2 diensten: PHY data service en PHY management service. De PHY data service laat het zenden en ontvangen van PHY protocol data units (PPDU) toe over het radio kanaal. De eigenschappen van de fysieke laag zijn activatie en deactivatie van de radio tranceiver, energie detectie, kanaal selectie, link quality indication (LQI), verzenden en ontvangen van pakketten.

De MAC laag voorziet toegang tot het radio kanaal door gebruik te maken van Carrier Sense Multiple Access met Collision Avoidance mechanisme (CSMA/CA). De MAC laag voorziet ondersteuning voor het verzenden van beacon frames, netwerk synchronisatie en betrouwbare transmissie. De MAC laag voorziet 2 diensten: MAC data service en MAC management. De MAC data service laat het zenden en ontvangen toe van MAC protocol data units (MPDU) over de PHY data service. De eigenschappen van de MAC laag zijn beacon management, kanaal toegang, GTS management, acknowledged frame delivery, association en disassociation.

De netwerklaag zorgt voor het zenden en ontvangen van data naar en van de applicatie laag. De netwerklaag is verantwoordelijk voor: opstarten van een netwerk, membership geven en ontnemen, configureren van een nieuw toestel, adressen toekennen aan toestellen die in het netwerk komen, synchronisatie, veiligheid toevoegen aan uitgaande frames en weghalen bij ontvangst en routing. Men kan met ZigBee 3 soorten netwerken opbouwen: cluster, ster en boomstructuur.

De applicatielaag bestaat uit 3 delen: Application Support Sublaag (APS), ZigBee Device Object (ZDO) en Application Framework (AF). De APS sub-laag is verantwoordelijk voor het bijhouden van tabellen voor ‘binding’, dit is nodig om 2 apparaten op elkaar af te stellen gebaseerd op hun diensten en behoeften, en het doorsturen van berichten tussen deze apparaten. Een andere taak van APS is discovery, dus het zoeken van andere apparaten in de nabijheid van een apparaat. ZDO is verantwoordelijk voor het definiëren van de rol van een apparaat in het netwerk en het opstellen van een veilige relatie tussen de netwerkapparaten.

ZigBee versus Bluetooth versus wifi[bewerken]

De transmissiesnelheid van Zigbee is stukken lager dan wifi en Bluetooth omdat het ontwikkeld is met als doel een laag stroomverbruik te hebben. ZigBee, Bluetooth en wifi zijn werkzaam in de industriële, wetenschappelijke en medische (ISM-)radiobanden. Een ZigBee netwerk kan uit veel apparaten bestaan, hierdoor wordt het bereik van het netwerk ook vergroot omdat de apparaten informatie aan elkaar doorgeven tot aan de coördinator.

ZigBee Bluetooth wifi
Standaard IEEE 802.15.4 IEEE 802.15.1 IEEE 802.11 a, b, g, n
Frequentieband 2.4 GHz, 868 / 915 MHz 2.4 GHz 2.4 GHz, 5 GHz
Protocol stack ~ 20 kbit ~ 1 Mbit ~ 1 Mbit
Datasnelheid
250 kb/s (2.4 GHz)
40 kb/s (915 MHz)
20 kb/s (868 MHz)
1-3 Mbps 11 - 105 Mbps
Industriegroep ZigBee Alliance Bluetooth SIG wifi Alliance
Netwerktopologie Point to point, Ster, Boomstructuur, Mesh Ster Point to point, Ster
Aantal kanalen
16 (2.4 GHz)
10 (915 MHz)
1 (868 MHz)
79 11-14
Bereik 10-70m 10m 10-100m
Aantal systemen 65.536 (Theoretisch) 8 32
Beveiliging 128 AES  ? RC4, AES, TKIP

Netwerkcomponenten[bewerken]

Een ZigBee netwerk wordt een PAN (Personal Area Network) genoemd en bestaat uit 1 coördinator, 1 of meerdere eindtoestellen en 1 of meerdere routers. Dus er zijn 3 verschillende ZigBeetoestellen:

  • ZigBee coördinator (ZC): de coördinator vormt de wortel van de netwerkvertakking. Er is 1 ZigBee coördinator per netwerk en is verantwoordelijk voor de interne werking van het netwerk. De coördinator zet een netwerk op met een gegeven PAN-identifier.
  • ZigBee Router (ZR): de router scant naar een netwerk om lid van te worden. Het kan ook gebruikt worden voor de coördinatie in het netwerk
  • ZigBee End Device (ZED): een End Device moet berichten ontvangen en verzenden op de netwerklaag.

Externe links[bewerken]