Pengantar zigbee: arsitektur, jaringan, dan perintah

Umumnya banyak orang yang bingung dengan dua istilah XBee dan ZigBee, kebanyakan dari mereka menggunakannya secara bergantian. Tapi sebenarnya tidak demikian; ZigBee adalah protokol standar untuk jaringan nirkabel. Sedangkan XBee adalah produk yang mendukung berbagai protokol komunikasi nirkabel, termasuk ZigBee, Wi-Fi (modul Wi-Fly), modul 802.15.4, 868 MHz dll. Di sini kami terutama difokuskan pada modul Xbee / Xbee-PRO ZB RF yang terdiri dari firmware ZigBee.

Bayangkan saja sebuah kalkulator di komputer, di mana kalkulasi kompleks dilakukan dengan antarmuka yang ramah pengguna. Tugas itu akan sangat sulit dan membosankan jika hanya perangkat keras yang tersedia. Jadi, pada level tertinggi, ketersediaan perangkat lunak membuat proses pemecahan masalah menjadi lebih mudah. Seluruh proses dibagi menjadi beberapa lapisan perangkat lunak oleh perangkat keras sebenarnya yang disebut dengan level yang lebih tinggi.

Kami bahkan menggunakan konsep lapisan dalam kehidupan sehari-hari kami. Misalnya mengirim kurir / surat ke rumah teman Anda, mengirim email dari satu titik dunia ke titik lain. Demikian pula, sebagian besar protokol jaringan modern bahkan menggunakan konsep lapisan untuk memisahkan komponen perangkat lunak yang berbeda menjadi modul independen yang dapat dirakit dengan cara berbeda. Seseorang mungkin harus mengotori tangannya untuk mendapatkan pemahaman mendalam tentang arsitektur Xbee, tetapi kami akan membuat semuanya menjadi sangat sederhana untuk Anda.

Mari kita mulai dengan beberapa istilah dasar seperti routing, penghindaran tabrakan, dan pengakuan. Untuk memahami istilah pertama cukup dengan namanya, "rute" yang berarti melacak atau mengidentifikasi jalan. Dalam jaringan, routing berarti memberikan arah ke data dari node sumber ke node tujuan. Ketika dua node dalam jaringan mencoba untuk mengirimkan secara bersamaan, menciptakan situasi yang disebut collision. Jadi, secara umum teknik Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA / CA) untuk menghindari tabrakan, Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentang CSMA menggunakan tautan ini. Pada dasarnya di dalamnya node berbicara dengan cara yang sama seperti percakapan manusia; mereka memeriksa sebentar untuk melihat bahwa tidak ada yang berbicara sebelum mereka mulai mengirim data.

Setiap kali penerima berhasil menerima data yang ditransmisikan, ia mengakui pemancar. Aliran data tidak boleh dibiarkan membanjiri radio penerima. Setiap radio penerima memiliki kecepatan terbatas yang dapat memproses data yang masuk dan jumlah memori yang terbatas untuk menyimpan data yang masuk.

Arsitektur ZigBee:

Ada empat lapisan utama yang tersedia di tumpukan ZigBee yaitu lapisan fisik, lapisan akses Media, lapisan Jaringan, dan lapisan aplikasi.

Lapisan aplikasi mendefinisikan berbagai objek pengalamatan termasuk profil, cluster, dan titik akhir. Anda dapat melihat lapisan tumpukan ZigBee pada gambar di atas.

Lapisan jaringan: Ini menambahkan kemampuan perutean yang memungkinkan paket data RF melintasi beberapa perangkat (beberapa "lompatan") untuk merutekan data dari sumber ke tujuan (peer to peer).

Lapisan MAC mengelola transaksi data RF antar perangkat tetangga (titik ke titik). MAC mencakup layanan seperti percobaan ulang transmisi dan manajemen pengakuan dan teknik penghindaran tabrakan.

Lapisan fisik: Ini mendefinisikan bagaimana perangkat terhubung untuk membuat jaringan; itu mendefinisikan daya keluaran, jumlah saluran dan kecepatan transmisi. Sebagian besar aplikasi ZigBee beroperasi pada pita ISM 2,4 GHz pada kecepatan data 250kbps.

Sebagian besar keluarga XBee memiliki kontrol aliran, I / O, A / D, dan garis indikator bawaan yang dapat dikonfigurasi menggunakan perintah yang sesuai. Sampel analog dikembalikan sebagai nilai 10-bit. Pembacaan analog diskalakan sedemikian rupa sehingga 0x0000 mewakili 0V, dan 0x3FF = 1.2V. (Input analog pada modul tidak boleh lebih dari 1.2V)

Untuk mengubah pembacaan A / D menjadi mV, lakukan hal berikut:

AD (mV) = (A / D reading * 1200mV) / 1023

Transmisi Data di ZigBee

Anda dapat memanggil jaringan sebagai kombinasi perangkat lunak dan perangkat keras yang mampu mengirim data dari satu lokasi ke lokasi lain. Perangkat keras bertanggung jawab untuk membawa sinyal dari satu titik jaringan ke titik lain. Perangkat lunak terdiri dari set instruksi yang memungkinkan untuk bekerja seperti yang kita harapkan.

Umumnya pengiriman data dengan paket ZigBee dapat dilakukan dengan dua cara: unicast dan broadcast.

Transmisi Siaran:

Dengan kata sederhana Broadcast artinya informasi / program yang dipancarkan melalui radio atau TV. Dengan kata lain, transmisi siaran dikirim ke banyak atau semua perangkat di jaringan. Transmisi siaran dengan protokol ZigBee disebarkan ke seluruh jaringan sehingga semua node menerima transmisi. Untuk mencapai ini, koordinator dan semua router yang menerima transmisi siaran akan mengirimkan ulang paket tiga kali.

Transmisi Unicast:

Transmisi unicast di ZigBee merutekan data dari satu perangkat sumber ke perangkat tujuan lainnya. Perangkat tujuan bisa jadi merupakan tetangga langsung dari perangkat sumber, atau bisa memiliki beberapa lompatan di antaranya. Contoh ditunjukkan di bawah ini pada gambar yang menjelaskan mekanisme untuk mengenali keandalan tautan dua arah.

Dasar-dasar jaringan untuk router dan Koordinator Xbee

Untuk mencapai rumah teman Anda, apa yang Anda butuhkan? Anda hanya perlu alamatnya. Demikian pula, untuk mengirim data dari satu modul Xbee ke modul lainnya, Anda memerlukan alamat uniknya. Seperti halnya manusia, Xbee bahkan memiliki beberapa alamat yang masing-masing memiliki peran tertentu dalam jaringan. Ada dua jenis alamat Alamat statis (alamat 64-bit) dan Alamat dinamis (alamat 16-bit).

Alamat:

Alamat 64-bit unik secara universal; itu dikencangkan di dalam modul Xbee oleh pabrikan. Tidak ada radio ZigBee lain di bumi yang memiliki alamat statis yang sama, di belakang setiap modul xbee Anda dapat melihat alamat ini seperti yang ditunjukkan di bawah ini, dan terutama bagian atas alamat "0013A200" yang sama untuk setiap modul xbee.

Perangkat menerima alamat 16-bit yang harus unik secara lokal, ketika bergabung dengan jaringan ZigBee. Alamat 16-bit 0x0000 disediakan untuk koordinator. Semua perangkat lain menerima alamat yang dibuat secara acak dari router atau perangkat koordinator yang memungkinkan penggabungan. Alamat 16-bit dapat berubah ketika dua perangkat ditemukan memiliki alamat 16-bit yang sama atau perangkat meninggalkan jaringan dan kemudian bergabung (dapat menerima alamat yang berbeda).

Pengenal Node:

Itu selalu lebih mudah bagi otak kita untuk mengingat string daripada angka. Karenanya, setiap modul Xbee dalam jaringan dapat ditetapkan dengan pengenal node. Pengidentifikasi node adalah sekumpulan karakter yaitu string yang bisa menjadi cara yang lebih ramah manusia untuk menangani node dalam jaringan.

Jaringan Area Pribadi:

Jaringan yang dikembangkan oleh modul Xbee ini disebut jaringan area pribadi atau PAN. Setiap jaringan ditentukan dengan pengenal PAN unik (PAN ID). Pengenal ini umum di antara semua perangkat dalam jaringan yang sama. ZigBee mendukung ID PAN 64-bit dan 16-bit. Kedua alamat PAN digunakan untuk mengidentifikasi jaringan secara unik. Perangkat di jaringan ZigBee yang sama harus berbagi ID PAN 64-bit dan 16-bit yang sama. Jika beberapa jaringan ZigBee beroperasi dalam jangkauan satu sama lain, masing-masing harus memiliki ID PAN yang unik.

ID PAN 16-bit digunakan untuk mengatasi lapisan MAC di semua transmisi data RF antar perangkat dalam jaringan. Namun, karena ruang pengalamatan yang terbatas dari ID PAN 16-bit (65.535 kemungkinan), ada kemungkinan bahwa beberapa jaringan ZigBee (dalam jangkauan satu sama lain) dapat memiliki ID PAN 16-bit yang sama. Untuk mengatasi konflik ini, ZigBee Alliance membuat ID PAN 64-bit. ZigBee mendefinisikan tiga jenis perangkat yang berbeda: koordinator, router, dan perangkat akhir.

Satu koordinator selalu dibutuhkan di setiap jaringan untuk mengisi daya pengaturan jaringan. Jadi, dia tidak pernah bisa tidur. Ini juga bertanggung jawab untuk memilih saluran dan ID PAN (64-bit dan 16-bit) untuk memulai jaringan. Itu dapat memungkinkan router dan perangkat akhir untuk bergabung dengan jaringan. Ini dapat membantu dalam merutekan data dalam jaringan.

Mungkin ada beberapa router dalam satu jaringan. Satu router bisa mendapatkan sinyal dari router / EP lain (Titik Akhir). Ia juga tidak pernah bisa tidur. Itu harus bergabung dengan Zigbee PAN sebelum dapat mengirim, menerima, atau merutekan data. Setelah bergabung, itu dapat memungkinkan router dan perangkat akhir untuk bergabung dengan jaringan. Setelah bergabung, itu juga dapat membantu dalam merutekan data. Itu dapat menyangga paket data RF untuk perangkat ujung tidur.

Mungkin ada beberapa Titik Akhir juga. Itu bisa masuk dalam mode tidur untuk menghemat daya. Itu harus bergabung dengan ZigBee PAN sebelum dapat mengirim atau menerima data dan bahkan tidak dapat mengizinkan perangkat untuk bergabung dengan jaringan. Itu tergantung pada orang tua untuk mengirim / menerima data.

Karena perangkat akhir dapat masuk dalam mode tidur, perangkat induk harus menyangga atau menahan paket data yang masuk hingga perangkat akhir bangun dan menerima paket data.

Topologi Jaringan yang Berbeda di ZigBee

Topologi jaringan mengacu pada cara di mana jaringan telah dirancang. Di sini, topologi adalah representasi geometris dari hubungan semua tautan dan perangkat penghubung (Koordinator, Router, dan perangkat Akhir) satu sama lain.

Di sini kami memiliki empat jala topologi dasar, bintang, hibrida dan pohon.

Pada Topologi Mesh, setiap node terhubung satu sama lain node mengharapkan perangkat akhir karena perangkat akhir tidak dapat berkomunikasi secara langsung. Untuk mengaktifkan komunikasi sederhana antara dua radio ZB, Anda harus mengkonfigurasi satu dengan firmware koordinator, dan satu dengan firmware router atau titik akhir. Keuntungan utama dari jaringan Mesh adalah jika salah satu tautan menjadi tidak dapat digunakan, itu tidak melumpuhkan seluruh sistem.

Dalam topologi bintang, setiap perangkat memiliki koneksi titik-ke-titik khusus ke pengontrol pusat (Koordinator). Semua perangkat tidak terhubung langsung satu sama lain. Tidak seperti topologi mesh, dalam topologi star satu perangkat tidak dapat mengirim apapun secara langsung ke perangkat lain. Koordinator atau hub ada di sana untuk pertukaran: Jika satu perangkat ingin mengirim data ke yang lain, ia mengirimkan data ke koordinator, yang selanjutnya mengirimkan data ke perangkat tujuan.

Jaringan hybrid adalah jaringan yang berisi dua atau lebih jenis standar komunikasi. Di sini, jaringan hybrid adalah kombinasi dari jaringan bintang dan pohon, beberapa perangkat ujung terhubung langsung ke node koordinator dan perangkat akhir lainnya membutuhkan bantuan node induk untuk menerima data.

Dalam jaringan Tree, router membentuk tulang punggung dan perangkat akhir umumnya berkerumun di sekitar setiap router. Ini tidak jauh berbeda dari konfigurasi mesh kecuali fakta bahwa ada router yang tidak saling berhubungan, Anda dapat memvisualisasikan jaringan ini menggunakan gambar yang ditunjukkan di atas.

Firmware Xbee

Modul XBee Programmable dilengkapi dengan prosesor aplikasi skala gratis. Prosesor aplikasi ini dilengkapi dengan boot loader yang disediakan. Firmware XBee ZV ini didasarkan pada tumpukan Embernet 3.xx ZigBee-PRO, modul XBee-Znet 2.5 dapat ditingkatkan ke fungsi ini. Anda dapat memeriksa firmware menggunakan perintah ATVR yang akan kita bahas nanti di bab ini. Nomor versi XBee akan memiliki 4 digit signifikan. Nomor versi juga dapat dilihat menggunakan perintah ATVR. Responsnya mengembalikan 3 atau 4 angka. Semua angka adalah heksadesimal dan dapat memiliki rentang dari 0-0xF. Sebuah versi dilaporkan sebagai "ABCD". Digit ABC adalah nomor rilis utama dan D adalah nomor revisi dari rilis utama. Pembahasan API di bab 4 dan perintah AT hampir sama untuk firmware Znet 2.5 dan ZB.

Dalam telekomunikasi, seluruh perintah Hayes adalah bahasa perintah khusus yang dikembangkan untuk modem Hayes Smart Modem, 1981 mereka adalah rangkaian kata-kata pendek untuk mengontrol modem membuat komunikasi dan pengaturan modem sederhana pada masa itu.

XBee juga bekerja pada mode perintah dan telah mengaktifkan Perintah AT yang merupakan singkatan dari PERHATIAN, perintah ini dapat dikirim ke XBee melalui terminal XBee dan AT radio XBee yang dikonfigurasi memiliki dua mode komunikasi

Transparan: Radio hanya meneruskan informasi yang diterimanya ke alamat radio yang lebih jauh yang telah dikonfigurasi. Data yang dikirim melalui port serial diterima oleh XBee apa adanya.

Perintah: Mode ini digunakan untuk berbicara ke radio dan mengkonfigurasi beberapa mode yang telah dikonfigurasikan sebelumnya, kami berkomunikasi dengan modul saat dalam mode ini dan mengubah konfigurasi.

Anda dapat mengetik +++ dan menunggu satu detik tanpa menekan tombol lain, pesan OK akan muncul sebagai gambar terminal baru saja. Dengan OK, XBee memberitahu kita dia menghabiskan dalam mode COMMAND dan siap untuk menerima pesan konfigurasi.

Perintah XBee AT:

AT (TEST): Ini adalah perintah tes untuk memeriksa apakah modul merespons OK karena balasan menegaskan hal yang sama.

ATDH: Alamat Tujuan Tinggi. Untuk mengkonfigurasi 32 bit atas dari alamat tujuan 64-bit, DL dan DH digabungkan memberi Anda alamat tujuan 64 bit.

ATDL: Alamat Tujuan Rendah. Ini lagi untuk mengkonfigurasi 32 bit yang lebih rendah dari alamat tujuan 64-bit.

ATID: Perintah ini mengubah ID PAN (PersThe ID adalah 4 byte heksadesimal dan dapat berkisar dari 0000 hingga FFFF

ATWR: Tulis. Tulis nilai parameter ke memori non-volatile sehingga modifikasi parameter tetap ada hingga setel ulang berikutnya.

Catatan: Setelah WR dikeluarkan, tidak ada karakter tambahan yang harus dikirim ke modul sampai

Setelah respons "OK \ r" diterima.

ATRE (Restore Defaults): Mengembalikan pengaturan pabrik ke modul, sangat berguna jika modul tidak merespons.

Jika Anda ingin mempelajari lebih lanjut tentang ZigBee Modules maka berikut adalah sumber daya yang bagus dari Digi.