ZigBee – vähemmän reititinrikoista välittävä itsekonfiguroituva solmuverkko

zigbeeb

Kiinteäasenteisten, langattomasti kommunikoivien ZigBee-laitteiden kohdalla lienee helpompi hahmottaa niiden muodostaman solmuverkon kautta automaattisesti löydetyt reitit solmuverkon yhdeltä laitteelta toiselle laitteelle – ne kun ovat tietoisia vain kantaman ulottuvilla olevista laitteista – kommunikoinnin aloittaneen laitteen pyrkiessä saamaan jotain tietoa omaan käyttöönsä tai ohjaamaan langattomasti jonkin toisen laitteen toimintoja. ZigBee-verkko muodostuu koordinaattori-, reititin ja päätelaitteista, joista ensin mainittua on vain yksi, sen huolehtiessa mm. solmuverkon käynnistämisestä, uusien laitteiden liittymisestä ja solmuverkosta poistumisista, laitekirjanpidosta; reititinlaitteilla jatkettaen solmuverkon ulottuvuutta ja kuljetettaen viestipaketteja eteenpäin; päätelaitteiden ollessa niitä, jotka voivat lähettää ja vastaanottaa viestejä, niiden ollessa aina yhden tai useamman reititin- tai kontrollerilaitteen kantavuuden ulottuvilla. Lisäksi voi olla gateway-laite, joka tarjoaa yhdyskäytävän Internetiin.

ZigBee on avoin standardi, jonka on tarkoitus olla ideaalinen sellaisiin tarkoituksiin, joissa kaivataan laitemäärältään suurimääräisen verkon itsekonfiguroivuutta, itsensä parantavuutta (reitittimen rikkoutuessa/sammuessa/etääntyessä, voi jokin toinen reititin viedä viestipaketteja eteenpäin) ja pitkää patterikäyttöisten päätelaitteiden käyttöikää (vuosia, tarkoittaen samalla myös vähävirtaisuutta). Lisäksi sen on tarkoitus toimia hyvin ympäristöissä, joissa on käytössä muitakin samaa taajuutta käyttäviä langattomia tekniikoita kuten WiFi. ZigBeestä on sekä Pro-versio, että tavallinen sellainen, joista ensin mainittu mahdollistaa monen sovellutuksen kannalta oleellisen suurehkon datamäärän lähettämisen (frakmentointi-tekniikkaan viitaten eli siirrettävä tieto pilkotaan lähettävässä päässä, vastaanottavan pään uudelleenkootessa sen), rajoitetummassa versiossa siirrettävän datapaketin ollessa niinkin pieni kuin 128 bittiä eli se riittää hyvin esim. ohjauskäskyjen antamiseen, mutta ei mihinkään suurempaan. Ei-pro -versio tukee satojen laitteiden verkkoa, Pro-version sopiessa useiden tuhansien laitteiden verkkoon ja lisäksi siinä on tuki myös Green Power -tekniikalle eli täysin ilman patteria toimivien laitteiden käytölle (energiaa kerätään esim. vibraatioista ja valosta).

Eräinä sovellutuskohteina ZigBeelle ovat esim. kodin/yrityksen automaatioon ja kontrollointiin liittyvät (lämmitys, tuuletus, ovien lukitus, valaistus ym.). Näissä tarpeissa ZigBee-reititinlaitteet mahdollistavat helposti monikerroksisen talon ZigBee-yhteensopivien laitteiden ohjaamisen esim. verkon kautta (ZigBee-solmuverkkoon liitetyn gateway-laitteen välityksellä). On myös olemassa adaptereita jotka mahdollistavat ei-ZigBee -pohjaisten valaisimien liittämisen ZigBee-verkkoon, mikä voi vähentää asennuskustannuksia paljonkin. Viihdelaitteet, terveyslaitteet ja tiedonsyöttövälineet ovat myös ZigBee-käyttöisiä (potentiaalisesti, laitteita ei välttämättä vielä tarjolla).

Tällaisen solmuverkon, joka kykenee itsensä automaattisen konfiguroimiseen, ei tarvitse koostua pelkästään kiinteästi asennetuista laitteista, vaan käytettävissä on jo nyt mm. ZigBee SIM -kortteja, joita voidaan jonkin ZigBee-verkon piiriin tullessaan hyödyntää esim. maksamiseen (kaupat, parkkimaksu, elokuvateatteri, ym.), etäisyyden laskemiseen johonkin kohteeseen ja sijainnin päättelyyn sisätiloissa. Voidaan myös kuvitella tilanne, jossa päätelaitteilla ja reitittimillä ei ole minkäänlaista pysyvää sijaintia, kuten olisi tilanne esim. veden päällä kulkevien tai kelluvien veneiden tapauksessa, joissa olisi kyydissä jokin ZigBee-yhteensopiva laite. Tällaisesta aiheutuisi mitä todennäköisimmin juuri sellainen tilanne, missä verkko joutuu ajoittain uudelleenkonfiroimaan itseään, koska aiempi reitti laitteelta toiselle ei ole enää käytettävissä. ZigBee-solmuverkon reitittimet eivät tiedä mitään muista kuin niistä laitteista, jotka ovat niiden kantaman ulottuvilla (tietävät sen, mikä on reitin seuraava osa, mutta eivät siitä edespäin).

ZigBee Alliance on määritellyt joukon sovellusprofiileja, joita vasten tuotteilleen ZigBee-sertifioinnin haluavien valmistajien laitteita vertaillaan, näiden profiilien määrittäessä mm. sen, minkälaisia laitteita esim. ZigBee Smart Energy -profiilin implementoineet laitteet voivat olla, kuinka monta niitä olisi tarpeen olla tietynlaisessa skenaariossa, mikä laite voisi olla hyödyllinen tietynlaisessa tarpeessa, sekä erityisesti minkälaista dataa ne voivat ottaa vastaan ja minkälaista dataa ne voivat lähettää. ZigBee Alliancen määrittelemät sovellusprofiilit ja niiden standardinmukainen implementointi varmistaa sen, että eri valmistajien samaa profiilia tukevat laitteet toimivat keskenään. Lisäksi laitevalmistajat voivat hakea Manufacturer Specific Profile -sertifiointia sellaisiin tarpeisiin, joissa he itse ovat määritelleet jonkinlaisen kustomoidun sovellusprofiiliin, eikä näiden laitteiden ole tarpeen toimia yhteen muiden valmistajien laitteiden kanssa.

ZigBee Alliance: ZigBee Specification Network Topology
ZigBee Alliance: ZigBee 2012 Specification – features and benefits (pdf)
ZigBee Alliance: ZigBee Standards Overview

Daintree Networks: Getting Started with ZigBee and IEEE 802.15.4 (pdf)
Daintree Networks: ZigBee Routing
Sensors: What a Mesh! Part 2-Networking Architectures and Protocols

Tutkimuksia aiheesta (ei luettu, valittu tähän pelkän otsikon ja saatavuuden perusteella):

Interference Problem between ZigBee and WiFi
Intelligent Route Discovery for ZigBee Mesh Networks
The Impact of Node Heterogeneity on ZigBee Network Routing

 

Leave a Reply