小さなもののためのジグビー。 ポスト番号1

約1か月前、ATmega256RFR2チップをベースにしたAtmel ATZB-S1-256-3-0-Cモジュールは、2.4Mhzトランシーバー、256キロバイトのメモリを備えたAVXマイクロコントローラー、さらにはチップアンテナを組み合わせたものでした。 Atmelは、これらのモジュールに対するZigbeeのサポートをすぐに提供することを約束し、それらの上にメッシュを構築することが決定されました。



誰かが理解していない場合、これらのモジュールを使用すると、ボタン、電球、センサー、バッテリーのみをモジュールに追加することで、IoTメッシュネットワークを比較的簡単に構築できます。 トランシーバーからの発振器を使用しても、メインのマイクロプロセッサーはすでに配置されています。



とても簡単ですね。 実際には、すべてがはるかに平凡であることが判明しました。 主な問題は、Atmelevsk Zigbeeスタックの技術的な複雑さ、Zigbee標準自体の過小評価、および独自の機能の再評価でした。 実際、私自身は長い間Cでプログラミングしておらず、MatlabとPythonに長い間切り替え、リソースとプロセスを管理するためのすべてのポインターと他の手段をナイトスタンドに置いて、キーを捨てました。 まあ、まあ...エンバッドダッドの世界では、多くの楽しい驚きが待っていました。



袖よりも短く巻き上げ、モジュールを覆い、バッテリーをはんだ付けし、AtmelStudioをインストールし、プログラムに座って、3日後に起きて、まだ何もできないことを理解しました。 気持ちは不快ですが、やるべきことは何もありません。プロジェクトは終了せず、何かをする必要があります。 エラーを修正する最初のステップは、プロジェクトにも存在する別のマイクロコントローラーに切り替えることでした-STM32はインターネットに関する多くのチュートリアルがあり、組み込みの世界によりスムーズに統合することができました。 STM32についても、私はこのシリーズの初心者向けのこのマイクロコントローラーの動作をある程度詳しく説明しているように思えます。 この一連の投稿-「Zigbee for the small for」はSTM32シリーズに比べて比較的進歩しているようですが、それでも自宅で実験を繰り返すために可能な限りアクセスしやすくなるように、かなり構造化された方法で材料を噛んで提示します。

Zigbeeスタンダード

このパートでは、Zigbeeとは何かを理解しようとします。 一般的な用語で標準を検討し、Zigbeeアプリケーションプロファイル、クラスター、およびエンドポイントを確認します。 次のパートでは、フレームの技術的な詳細とZigbeeのセキュリティについて掘り下げます（まだ読んでいないかもしれませんが、必要なときに戻ってきます）。 プロトコルを確認した後、Atmelモジュールとプログラミングに直接進みます。

エントリー

それで、氏は誰ですか ジグビー？



第一に。 ZigBeeは、上位レベルのネットワークプロトコル（APSアプリケーションサポートサブレイヤーとNWKネットワークレイヤー）の仕様です。下位レイヤーサービスを使用して、MACアクセスコントロールレイヤーとPHY物理レイヤーは、IEEE 802.15.4規格で規制されています。



簡単に言えば、ウィキペディアは、私の意見では、これについて次のように簡潔に述べています。「IEEE 802.15.4とZigBeeの連携は、IEEE 802.11とWi-Fiアライアンスの連携に似ています。」



そして、噛むと、すべてが次のように連携します。



APS（Zigbee）<---> NWK（Zigbee）<---> MAC（IEEE 802.15.4）<---> PHY（IEEE 802.15.4）



1. PHY-物理層。 物理レベル。 トランシーバーでビットを送受信します。

2. MAC-メディアアクセス制御。 メディアアクセス制御サブレイヤー。 覚えやすくするために、アドレス指定メカニズムに集中できます。 誰もがMACアドレスについて聞いたことがあり、このサブレベルに表示されることが表示されます。 サブレイヤーは、ビットがそのように送信されるだけでなく、ネットワーク上の特定のアドレスに送信または受信されることを保証する責任があります。

3. NWK-ネットワーク層。 ネットワーク管理レベル。 ネットワーク上でパケットを送信する責任-転送、ルーティングなどのプロトコルが含まれます。

4. APS-アプリケーションサポートサブレイヤー。 ネットワーク転送アプリケーションから直接呼び出されるコマンド。



第二に。 Zigbeeには、アプリケーションプロファイルや標準クラスターのライブラリなど、アプリケーションの標準化メカニズムも（理解のために重要なことから）含まれています。 （ このツイートを覚えておいてください！ ）

アプリケーション標準化メカニズム

この部分から、いくつかの基本的な概念を導き出す必要があります。

• Zigbeeアプリケーションプロファイル
• エンドポイント
• ZCL-クラスター
• サーバークレント分離

そのため、 プロファイルから始めます 。 Zigbeeアプリケーションプロファイルは、まず、異なるデバイスを1つのアプリケーションに結合するクラスです。 たとえば、Zigbeeには次の標準プロファイルがあります。



プロファイルIDプロファイル名

0101産業プラント監視（IPM）

0104ホームオートメーション（HA）

0105商業ビルオートメーション（CBA）

0107テレコムアプリケーション（TA）

0108パーソナルホーム＆ホスピタルケア（PHHC）

0109 Advanced Metering Initiative（AMI）



プロファイルは主に、あるメーカーのデバイスが一般的なアプリケーション分野で別のメーカーのデバイスと連携するために必要です。 デバイスがマルチプロファイルであり、ある種の電球が（HA）と（CBA）の両方として認証されることは興味深いことです。 プロファイルは標準プロファイルに限定されず、デバイスの製造元が独自のプロファイルを作成できます。 また、Zigbeeのメッセージは、プロファイルIDを使用して同じプロファイル内で送信されます。つまり、アプリケーションの領域は、コード、認証、論理的にだけでなく、通信チャネルでも区切られます。



標準プロファイルでは、標準タイプのデバイスが発明されています。たとえば、（HA）には次の照明デバイスが存在します。







この分離は機能的であり、物理的ではないことに注意することが重要です。つまり、1つの内蔵コントロールパネルは「ディマースイッチ」と「オン/オフライトスイッチ」の両方になります。 彼女はどうやってこれをしているの？ エンドポイントという概念を使用します 。 鉄製のデバイスでは、いくつかのエンドポイントを「登録」できます。各エンドポイントは独自の処理を行い、残りのエンドポイントについても認識しません。 したがって、複数の仮想デバイスが1つの物理デバイスに結合されます。



さて、デザートのために、Zigbeeは特別なZCLライブラリを提供します。これは、さまざまなデバイスを実装するのに非常に役立つクラスタです。 クラスターは、いくつかの簡単な機能を実行する機能ブリックであり、そこから作業デバイス全体を作成できます。 たとえば、「Dimmer Switch」という標準デバイスは、ライブラリ/クラスターを使用します。







しかし、それは何ですか？ これは飛行機です！ いいえ、鳥です！ いいえ、これはサーバーとクライアントを区別するスーパーマン です 。 今日触れる最後の基本概念は、デバイスのコードと機能においてサーバー/クライアントに差別化することです。 通常、サーバーは情報/コマンドが保存され、クライアントは送信者です。そのため、「調光スイッチ」は基本的にクライアント（コマンドを送信）であり、電球はサーバー（コマンドを実行）です。 また、同じDimmer Switchデバイスには、このスイッチでの認証のセットアップを担当するサーバー側もあることに注意してください。 ほとんどすべての標準デバイスには、サーバーとクライアントの両方に何かがあります。 上記の例から、クラスターはサーバーとクライアントの両方の機能を持つことができることにも注意してください。



理論上のこのすべての区別と標準化は、ソフトウェア開発において多くの助けになるはずです。



例：

メーカーZingbao ltdは、フィリップスltd向けのシステムをリリースしました。このシステムは、電球、モーションセンサー、およびそれらのインターネットポータルで構成されています。 このシステムはもちろん機能し、Zigbee（HA）として認定されています。 ちなみに、これは、システムの電球がカラー調光可能（HA）デバイスが行うべきこと、つまり色と光の力のコマンドを受け入れることができることを意味します。センサーは、占有センサー（HA）が行うべきことを実行できる必要があります。 したがって、システムのすべての部分には、その機能に応じてこのプロファイルのコードが含まれています。 次に、フィリップスのセンサーとインターネットアクセスを備えた電球が、大規模なインターネット企業Boobleのオフィスに届けられます。 これに気づいた中国のハッカーは、Zigbee プロフィールに 「あなたの秘密を知りたい」（IWNYS）と書いており、Zigbao ltdまたは彼女の従業員にシステムの異常な更新について同意します。 更新後、モーションセンサーは、モーション表示に加えて会話の送信も開始します（センサーはマイクに基づいており、新しいスパイセンサーデバイスがハッカークラスターに基づいてファームウェアに追加されているため、ビッグボス検出器、音声送信機、シークレットエンコーダー、そしてもちろんモーションセンサーの追加エンドポイントとして登録されている）、プロファイル（IWNYS）を介してBoobleチーフのオフィスから（HA）との接続なしで登録されています。 そのため、たとえば、標準（HA）は会社プロファイル（IWNYS）とうまく調和できます。 さて、例を完了するために、システムは（HA）として認定され、BoobleにインストールされているOsram電球で正常に動作します。



さて、今日は以上です。 次のパートでは、プロトコルの技術的な部分であるフレーム構造とセキュリティ設定と実装について説明します。 誰かが退屈している場合、この部分は今のところスキップできます。 以降の部分では、ATmegaモジュールでZigbeeを起動し、AtmelビットクラウドSDKを解析します-ZigbeeおよびATmegaモジュールを操作するためのパッケージです。