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 Wi-Fi, het wordt gebruikt voor het doorsturen van sensorgegevens en voor (proces)besturing (monitoring & control), zoals de gezondheid van een patiënt of het controleren van de veiligheid binnenshuis met behulp van sensoren.

Algemeen[bewerken]

ZigBee is vooral ontworpen voor toepassingen in de industrie. Toepassingen van ZigBee gaan van afstandsbedieningen tot communicatie tussen machines in een fabriek.

Praktijkvoorbeelden van 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 raambeveiliging
  • 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 het huis wordt geautomatiseerd

ZigBee is een product van de ZigBee Alliance. De ZigBee Alliance is een associatie van bedrijven die monitoring & controlproducten aanbieden gebaseerd op ZigBee. Deze producten hebben bepaalde eigenschappen: betrouwbaar, laag stroomverbruik, draadloos netwerk, goede prijs-kwaliteitverhouding. De alliantie heeft een aantal bekende promotors zoals Motorola, Philips, Samsung en Siemens.

Protocollen[bewerken]

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

De fysieke laag is de onderste laag en bestaat uit twee fysieke lagen, die werken op twee 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 één kanaal. De fysieke laag voorziet twee 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 radiokanaal. De eigenschappen van de fysieke laag zijn activatie en deactivatie van de radio tranceiver, energiedetectie, kanaalselectie, link quality indication (LQI), verzenden en ontvangen van pakketten.

De MAC-laag voorziet toegang tot het radiokanaal door gebruik te maken van Carrier Sense Multiple Access met een collision avoidance mechanisme (CSMA/CA). De MAC-laag voorziet ondersteuning van het verzenden van beacon frames, netwerksynchronisatie en betrouwbare transmissie. De MAC-laag voorziet in twee diensten: MAC dataservice en MAC management. De MAC data service laat het zenden en ontvangen toe van MAC protocol data units (MPDU) over de PHY dataservice. De eigenschappen van de MAC-laag zijn beacon management, kanaaltoegang, GTS-management, acknowledged frame delivery, association en disassociation.

De netwerklaag zorgt voor het zenden en ontvangen van data van en naar de applicatielaag. De netwerklaag is verantwoordelijk voor opstarten van een netwerk, lidmaadschap van het netwerk verlenen 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 drie soorten netwerken opbouwen: cluster, ster en boomstructuur.

De applicatielaag bestaat uit drie delen: Application Support Sublaag (APS), ZigBee Device Object (ZDO) en Application Framework (AF). De APS sublaag is verantwoordelijk voor het bijhouden van tabellen voor ‘binding’, dit is nodig om twee 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 vergeleken met Bluetooth en Wi-Fi[bewerken]

De transmissiesnelheid van ZigBee is aanzienlijk lager dan Wi-Fi en Bluetooth, omdat het ontwikkeld is met als doel een laag stroomverbruik te hebben. 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 Wi-Fi
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 Wi-Fi 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 een coördinator, een of meer eindtoestellen en een of meer routers.

Er zijn drie verschillende ZigBee-toestellen:

  • ZigBee-coördinator (ZC): de coördinator vormt de wortel van de netwerkvertakking. Er is één ZigBee-coördinator per netwerk. Hij 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 gaat op zoek naar een netwerk om daar lid van te worden. De router kan ook gebruikt worden voor coördinatie in het netwerk.
  • ZigBee End Device (ZED): ontvangt en verzendt berichten op de netwerklaag.

Externe links[bewerken]