Материал: Пояснительная записка к диплому

ГЛАВА 1. ОБЗОР БЕСПРОВОДНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

1.1 Классификация стандартов беспроводной передачи данных

Стремление сделать как можно больше устройств беспроводными привело к созданию множества различных беспроводных технологий и стандартов. Некоторые из них разрабатывались строго для конкретного устройства, другие создавались как гибкое универсальное решения для применения в ряде задач. Современные беспроводные системы контроля и управления базируются на так называемой группе Short Range RF. Для каждого стандарта этой группы существует большое многообразие радиочастотных модулей различного уровня готовности, отличающихся друг от друга техническими параметрами и характеристиками. Для передачи данных по радиоканалу, как правило, применяется не лицензируемый спектр частот, разрешенных к свободному использованию в регионе построения сети: 2,4 ГГц, 868/915 МГц, 433 МГц, 169 МГц и другие [6, с. 46]. Общая классификация наиболее актуальных стандартов беспроводной передачи данных приведена в табл.1.1

Таблица 1.1 – Классификация стандартов беспроводной передачи

Как видно по таблице в рамках работы стандарты сотовой связи GSM/GPRS/EDGE и 3G обсуждаться не будут.

1.1.1 Стандарт ZigBee

ZigBee – это открытый стандарт беспроводной связи, где устройства взаимодействуют друг с другом с помощью радиоприемника. Работа осуществляется по протоколу IEEE 802.15.4 на частоте 2,4 ГГц. В отличие от Wi-Fi, ZigBee имеет меньший радиус действия – около 10-20 метров в помещении, поскольку потребляет меньше энергии. Это значительно увеличивает время автономной работы устройств.

Устройства, работающие на стандарте ZigBee, могут отправлять и получать данные от других подобного рода устройств. Это означает возможность соединения интеллектуальных устройств в цепочку и связи их с центральным концентратором, даже если некоторые из этих устройств находятся вне зоны действия концентратора [7, с. 99].

Характерные особенности данного стандарта:

1.Возможность гибкой настройки отдельных узлов;

2.Высокий уровень защиты во время передачи информации;

3.В одной сети могут работать от нескольких сотен до нескольких тысяч узлов;

4.Скорость обмена данными 250 кбит/c по радиоканалу.

Стандарт ZigBee работает по ячеистой топологии, а значит сеть способна к «самовосстановлению». В случае применения стандарта Wi-Fi, когда маршрутизатор выходит из строя, вся сеть тоже перестает функционировать. Сеть ZigBee способна самостоятельно устранять разрывы и «самовосстанавливаться», поэтому все устройства продолжат работу. Пока другое маршрутизирующее устройство остается в пределах досягаемости, сеть будет просто перемаршрутизирована и продолжит работать.

Сети ZigBee строятся из базовых станций трех основных типов: координаторов, маршрутизаторов и конечных устройств [7, с. 101].

Для каждой сети ZigBee требуется один координатор. Он формирует сеть, выполняет функцию доверительного центра и центра управления сетью. Именно координатор выбирает канал связи и уникальный идентификатор сети, а также дает каждому устройству индивидуальный адрес и осуществляет передачу данных в сети.

Маршрутизатор действует как промежуточный узел между координатором и конечными устройствами. В сети может быть несколько маршрутизаторов, у которых есть право разрешать другим маршрутизаторам

и конечным устройствам подключаться к сети. Поскольку маршрутизатор направляет трафик между различными узлами, он должен работать в непрерывном режиме и быть подключенным к стационарному источнику питания. Именно поэтому маршрутизатор никогда не должен питаться от батареи. Если конечный узел недоступен напрямую, маршрутизатор может хранить сообщение до тех пор, пока конечный узел не вернется из режима энергосбережения. Один маршрутизатор может обслуживать до тридцати двух подключенных к нему устройств в том числе и «спящих».

Конечные устройства обладают достаточной информацией для связи с концентратором или маршрутизатором, а поскольку конечные устройства не запрашиваются сетью постоянно, они могут находиться в «спящем» режиме большую часть времени, что делает конечные устройства подходящим выбором для устройств с батарейным питанием. Если конечное устройство пробуждается, оно отвечает на запрос любых ожидающих сообщений своего родителя. Именно к конечным устройствам подключаются датчики, исполнительные механизмы и локальные контроллеры [7, с. 102].

Радиочастота ZigBee связана с частотой WiFi. Для ZigBee назначены три полосы частот, но в сети используется только один канал [3, с. 7]:

1.Европа: Канал 0: 868,3 МГц;

2.США и Австралия: Каналы 1-10: 902–928 МГц (по 2 МГц на каждый канал);

3.По всему миру: каналы 11–26: 2,4–2,4835 ГГц (по 5 МГц на каждом канале).

Существуют два метода доступа устройств в сети ZigBee. Первый метод не требует согласования устройств и называется сетью с поддержкой маячков. Второй метод требует согласования между устройствами и называется сетью без маячков.

В сети с использованием маячков координатор выделяет каждому устройству определенный временной интервал, называемый гарантированным временным интервалом (рис.1.1.1).

4.Коммерческое строительство — мониторинг энергии, света, контроль доступа.

5.Промышленное оборудование — контроль процессов, промышленных устройств, управление энергией и имуществом.