あなたはカブに何を傷つけますか？
金魚の場合、別のネットワークが必要です！
実際、 リアルタイムの測位システムであるRTLSの仕事に専念する一連のトピックを続けていました。 つまり、ZigBeeネットワークに基づいたシステムのワイヤレスインフラストラクチャについて話します。 しかし、突然、IEEE 802.15.4規格とZigBee仕様に特化したHabrahabrの出版物がないことを知って驚いた。 このアプリケーションまたはそのアプリケーションに関連する言及はほんのわずかです。 このギャップを埋めるために可能な限り努力します。
最近、ワイヤレスセンサーネットワークはますます広く普及し重要になっています。 ネットワーク。目的、パラメーター、仕様が通信ネットワーク（WiFi、GSM、LTEなど）とは大きく異なります。 センサーネットワークで使用される他の製品の中でも、ZigBee仕様は際立っています-IEEE 802.15.4規格への最も先進的なアドオン
今年は、ZigBee Allianceの設立から10年、10月には、現在のZigBee Pro機能セット2006仕様の承認から5年です。
自己組織化された自己修復に精通し、特別な周波数分解能センサーネットワークを必要としないことを望んでいる人のために、猫をお願いします。
タイトルの質問から始めます。
なんで？
多くのアプリケーションでは、高速通信速度ではないが、信頼性が高く、粘り強く（自己修復）、展開と操作が簡単なワイヤレス通信ネットワークが必要です。 また、このようなネットワークの機器は、自律的な電源からの長期運用を可能にし、低コストでコンパクトであることも重要です。 このようなアプリケーションの例は、「スマートホーム」です。
10年前にこの要件の組み合わせを満たしていたネットワーク標準はありませんでした。これにより、IEEE 802.15.4およびZigBee標準が作成されました。これは、さまざまなアプリケーションを簡単に展開およびサポートできる安定したスケーラブルなマルチステップワイヤレスネットワークを記述しています。
なぜZigBeeなのか？
ZigBeeネットワークは、他のワイヤレスデータネットワークとは異なり、上記の要件を完全に満たしています。
a）ネットワークのメッシュトポロジと特別なルーティングアルゴリズムの使用のおかげで、ZigBeeネットワークは、個々のノード間の切断（障害の発生）、過負荷、または要素の障害が発生した場合に、パケットの自己修復および保証された配信を提供します;
b）ZigBee仕様は、無線チャネルを介して送信されるデータの暗号化保護と柔軟なセキュリティポリシーを提供します。
c）ZigBeeデバイスは、低消費電力、特にスリープモードが提供されるエンドデバイスによって特徴付けられます。これにより、これらのデバイスは、1つの通常の単三電池およびAAAで最大3年間動作できます。
d）ZigBeeネットワークは自己組織化され、その構造はコンフィギュレータースタックのプロファイルパラメーターによって決定され、それを形成するデバイスのネットワークに接続（再接続）することで自動的に形成されます。これにより、追加のデバイスを接続するだけで展開とスケーリングが容易になります。
e）ZigBeeデバイスはコンパクトで、比較的低コストです。
ZigBeeネットワークでの通信は、ソースノードから宛先ノードにパケットを順番に中継することによって実行されます。 ZigBeeネットワークには、自動的に選択されるいくつかの代替ルーティングアルゴリズムがあります。
この規格は、複数の周波数範囲でチャネルを使用する可能性を規定しています。 最高の伝送速度と最高のノイズ耐性は、2.4〜2.48 GHzの範囲で達成されます。 この範囲では、5 MHzの16チャネルが提供されます。
ZigBeeが消費電力、コンパクトさ、および低コストを最小限に抑えるために支払わなければならなかった価格は、比較的低いデータ転送速度です。
「総」速度（サービス情報を含む）は250 kbit / sです。 有用なデータの平均転送速度は、ネットワーク負荷と中継数に応じて、5〜40 kbit / sです。
ネットワークのワークステーション間の距離は、屋内で数十メートル、屋外で数百メートルです。 再送信により、ネットワークでカバーされるエリアは非常に大きくなる可能性があります。部屋では最大数千平方メートル、屋外では最大数ヘクタールです。 さらに、ZigBeeネットワークは、新しい要素を追加することでいつでも拡張でき、その逆も同様に、対応する数の新しいネットワークコンフィギュレーターを割り当てることで、いくつかのゾーンに分割できます。 これは、負荷を減らしてデータ転送速度を上げるのに役立ちます。
ちょっとした歴史
ZigBee Allianceは2002年に設立されました。 現在、300以上の企業が含まれています。 このアライアンスの目標は、効果的なワイヤレスネットワークプロトコルを開発し、さまざまなメーカーのデバイスの互換性を確保することです。 最初の標準は2003年に「誕生」し、積極的に改善および拡張されました。
確率的アドレッシング、多対1およびソースルーティングルーティングメカニズム、および非対称関係を検出する可能性が導入され、多くの特定のアプリケーションでZigBeeネットワークの効率が向上しました。
標準アプリケーションプロファイルと標準クラスタライブラリが開発されました。 これにより、アプリケーションの開発が大幅に簡素化され、さまざまなメーカーの機器を使用した新しいソリューションの実装が促進および加速されました。
ネットワークのセキュリティと信頼性を高める多くの新しいメカニズムが導入されました。
干渉が発生した場合、「クリーン」な周波数チャネルへの自動移行が提供されます。
現在のZigBee Pro機能セット2006仕様は、2007年10月に採用されました。
ZigBeeデバイス
ZigBeeネットワークは、コーディネーター、ルーター、エンドデバイスの3つの基本タイプのベースステーションから構築されます。
コーディネーターは、ネットワークを起動して管理します。 ネットワークを形成し、ネットワーク管理センターとトラストセンター（トラストセンター）の機能を実行します。セキュリティポリシーを確立し、デバイスをネットワークに接続するプロセスで設定を行い、セキュリティキーを管理します。
ルーターは、パケットの変換、動的ルーティングの実行、ネットワークの輻輳やデバイスの障害が発生した場合にルートを復元します。 ネットワークを形成するとき、ルーターはコーディネーターまたは他のルーターに参加し、子デバイス（ルーターとエンドデバイス）を接続できます。 ルーターは連続モードで動作し、定常電力を持ち、「スリープ」デバイスに対応できます。 ルーターは最大32個のスリープ状態のデバイスに対応できます。
エンドデバイスはパケットを送受信できますが、送信とルーティングには関与しません。 エンドデバイスはコーディネーターまたはルーターに接続できますが、子デバイスを持つことはできません。
エンドデバイスはスリープモードに移行して、バッテリー電力を節約できます。 センサー、ローカルコントローラー、およびアクチュエーターを扱うのはエンドデバイスです。
ネットワーク形成
ZigBeeネットワークは自己組織化されており、その作業はフォーメーションから始まります。 パーソナルネットワークコーディネーター（PANコーディネーター）によって設計中に指定されたデバイスは、干渉のないチャネルを決定し、接続要求を待ちます。
ネットワークに参加しようとするデバイスは、ブロードキャスト要求を送信します。 PANコーディネーターはネットワーク内の唯一のデバイスですが、彼だけが要求に応答し、ネットワークへのアクセスを提供します。 将来、ネットワークに参加すると、ネットワークに参加したルーターも提供される可能性があります。
ブロードキャスト要求に対する応答を受信するデバイスは、接続デバイスとメッセージを交換して、接続できるかどうかを判断します。 能力は、以前に接続されていたデバイスに加えて、新しいデバイスを提供する接続ルーターの能力によって決まります。
ネットワークへの参加（所属）
参加するには、MACアソシエーションと再接続（NWK再参加）の2つの方法があります。
MACアソシエーション
MACアソシエーションは、ZigBeeデバイスで利用可能であり、MACレベルで実装されます。 MACアソシエーションメカニズムは次のとおりです。
参加できるデバイスは、MACレベルで参加する権限を公開します。
ネットワークに入るデバイスは、MACレベルで参加要求を発行し、ブロードキャストビーコン要求を送信します。
接続するデバイスを接続する準備ができているデバイスからビーコンを受信すると、後者は参加するネットワークとデバイスを決定し、FALSE値の「再接続」フラグでエントリを要求するようにMACレベルを設定します。
次に、着信デバイスは、接続用に選択されたデバイスに接続要求を送信し、それに割り当てられたネットワークアドレスを含む応答を受信します。
MACアソシエーションの場合、送信されるデータは暗号化されないため、MACアソシエーションは安全ではありません。
繰り返しネットワーク接続名前とは反対に、繰り返しネットワーク接続を最初の接続中に使用できます。 ネットワークレベルで実行されます。 この場合、着信デバイスが現在のネットワークキーを知っていれば、パケット交換は安全です。 キーは、たとえば構成中に取得できます。
再接続するとき、接続デバイスはネットワークレベルで接続要求を発行し、「接続要求」-「接続要求への応答」パケットを接続デバイスと交換します。
ネットワークダイナミクス
新しいデバイスが接続された場合に加えて、デバイスがネットワークを離れて他の場所に再接続したときにネットワーク構造も変化します（これは、たとえばデバイスの再起動の場合に発生します）。
次の図は、再接続の例です。 アドレスが「0E3B」のデバイスは、「097D」として再接続してから「0260」として再接続します。 別のルーターに参加するたびに、接続しているルーターが使用できるアドレス範囲からアドレスを取得します。
ツリーネットワーク内のエンドデバイスの再接続
ネットワークプロトコル
IEEE 802.15.4およびZigBee 2007仕様標準で規制されているプロトコルにより、ワイヤレスセンサーネットワークの形成と運用が保証されます。
IEEE 802.15.4標準は物理層とMAC層を定義し、ZigBee仕様はネットワーク層とアプリケーション層を定義します。 図は、ZigBeeプロトコルスタックを示しています。
ZigBeeプロトコルスタック
申し訳ありませんが、この時点で時間の都合上中断する必要があります。 プロトコルスタックの説明は、 http ： //www.rtlsnet.ru/technology/view/3にあります 。
Habrachiansがこのトピックに興味を示した場合、スタックプロファイル、ネットワークトポロジオプション、ルーティングアルゴリズム、アプリケーションプロファイル、クラスター、エンドポイント、バインディング、およびセキュリティについて説明することを約束します。 つまり、実際にトポロジがどのように形成され、ルートが構築および復元されるか、外部デバイスがセンサー、コントローラー、アクチュエーターなどの標準的な方法で接続され、プログラムされる方法を示します。