СТАНДАРТЫНДАҒЫ ZIGBEE ТЕХНОЛОГИЯСЫ
5
6
7
8
АҢДАТПА
Берілген жобада ұсынылған тақырыпқа сәйкес өрт қауіпсіздік жүйесіндегі
Zigbee сымсыз технологиясын қолдану мен іске асыру мүмкіндіктері
қарастырылды.
Жобада сымсыз желі жұмысының теориясы, құрастыру қағидалары мен
сымсыз желінің жұмыс істеу ерекшеліктері, қолданыстағы технологияның
түрліліктерінің мәселелері қарастырылған, сондай-ақ 802.15.4 стандарты
негізінде желінің таңдауы және оны іске асырудың негіздемесі жасалған.
Техника-экономикалық бөлімінде желінің ұйымдастыруына бөлінетін
капиталдық шығындарына есептеу жүргізілген. Одан басқа, өміртіршілік пен
еңбек қауіпсіздігі мәселелері қарастырылған.
АННОТАЦИЯ
В данном
проекте
согласно предложенной теме, рассмотрена
возможность применения и реализация беспроводной технологии Zigbee в
пожарных системах безопасности.
В проекте рассматривается теория, принцип построения и особенности
работы беспроводной сети, существующих разновидностей технологии, а также
выбор и обоснование реализации сети на основе стандарта 802.15.4.
В технико-экономической части был составлен расчет капитальных
затрат на построение сети. Кроме того, были рассмотрены вопросы
безопасности труда и жизнедеятельности.
ABSTRACT
In this project, according to the proposed topic, consider the possibility of the
application and implementation of Zigbee wireless technology in fire safety systems.
The project considers the theory, principles and features of a wireless network
technology extant species, as well as selection and justification of implementing
network based on 802.15.4.
The feasibility of the payment was made the capital cost of building the
network. In addition, the issues of safety and life.
9
МАЗМҰНЫ
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 7
1
1.1
1.2
1.3
802.15.4 стандартындағы ZigBee технологиясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 8
ZigBee желісін құрастыру өзектілігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 8
WPAN желiлері және IEEE 802.15.4 стандарттары ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 10
Желі хаттамасының
архитектурасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...Ошибка! Закладка не
определена.
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
Стектің физикалық деңгейі ... ... ... ... Ошибка! Закладка не определена.4
Желiні құрастыру және оның жұмыс ұстанымы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..17
ZigBee сымсыз технологиясын өрт қауіпсіздігі жүйесінде қолдану
..Ошибка! Закладка не определена.3
Құрылғыларға таңдау жасау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...25
Сымсыз модульдерді қолдану арқылы өрт жүйесінің қауіпсіздігін құру
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..31
2
2.1
2.2
Есептеу бөлімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 36
Желіні ұйымдастырудың жүзеге асыру орны ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 406
ZigBee құрылғысының қуат тұтыну есебіОшибка! Закладка не
определена.8
2.3
2.4
2.5
2.6
3
3.1
3.2
4
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
ZigBee желісіндегі қабылдау-тарату кезеңіндегі шуылды есептеу ... ... ... 41
Еркін кеңістік моделі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 42
Дабыл таралуының екітолқындық моделі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 44
"Көлеңкелеу" моделі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 49
Өмір тіршілік қауіпсіздігі ... ... ... ... ... .. Ошибка! Закладка не определена.7
Қауіпті және зиянды факторларды талдау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 607
Жарықтандыруды есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 63
Техникалық-экономикалық талдау ... .. Ошибка! Закладка не определена.7
Жоба маңызы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 67
Жоба сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 68
Маркетинг ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 728
Өндірістік жоспар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 68
Қаржы жоспары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 719
Компания кірісі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 724
Инвестицияның қайтарылу мерзімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 76
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . Ошибка! Закладка не определена.8
Әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 79
Қысқартылған сөздер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..80
А Қосымшасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 81
Ә Қосымшасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 81
Б Қосымшасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 82
В Қосымшасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 82
Г Қосымшасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 83
10
Д Қосымшасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 83
Е Қосымшасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 84
КІРІСПЕ
Ертеректе байланыс тораптарында сымдар қолданылған, әртүрлi
қолданбалы облыстарда өзекті мәселе болған, енді құрастырушылардың
мақсаты сымсыз аналарды қолдана отрып, әр түрлі жүйелерді құрастыру болып
табылады. Мәлiметтердi тарату жиынының жүйесiде сымсыз байланықа көшу
маңызды сұрақ болып табылады, басқаруда және автоматтандыруда желiдегi
құрылымдардың саны жүздеген және мыңдаған дәрежеге жете алады
Сымсыз жүйелер "классикалық" тораптардың жүйесімен салыстырғанда,
өзінің пайда болу кезенінен бастап қолданушылар және өңдеушiлердiң назарын
аударды, себебі оның артықшылықтары көп еді. Бұл және солқылдақ
архитектура, және монтаждағы шығындардың төмендеуi. Кейбір ахуалдарында
тораптарды төсеу тiптi технологиялық немесе ұйымдастыру себептерi бойынша
мүмкiн емес. Осы жағдайда сымсыз байланыс көп мәселелерді шешедi. Сол
себепті сымсыз жүйедегі мәліметтердi тарату жүйелерi есептердiң үлкен
шеңбердi шешiмiне бетер көппен тартымды көрiнедi. Көп уақытбойы сымсыз
жүйелерi практикалық қолдану кезінде тораптық қосылуға қарағанда оның
радиоарнасының төмен сенiмдiлiгi, құнының жоғары болуы және элементтік
базадағы жоғарғы электртұтынуы, сонымен қатар орналастыру объектісінде
оны орналастыру және жүйенi күйге келтiру қиынға соқты. Қазiр сымсыз
жүйелер мәлiметтердiң жиынын, әрекеттiң аз радиусы сымсыз желiлерi
технологиларының арқасында басқару және автоматтандыру және тағы
басқалары нақтылы болды, ұқсас микросұлбалардың жиындарының,
радиомодульдер мен модемдердің рынокта пайда болуының арқасында,
сонымен бiрге басқарудың стандарты протоколдарын қолдайтын және
маліметтерді тарату, дамыған ақпараттық қамтамасыз ету құрамына кіреді.
Бүгiнгi күнде "тұрмыс жағдайында" бiз радиоарна бойынша минимум үш
сымсыз байланыстың стандартын жиi қолданамыз: GSM телефонияның жақсы
құрылым, үй және кеңсе желiлері үшін Wi-Fi және Bluetooth құрылымдардың
басқа құрылымдармен байланыстыру үшін арналған құрал. "Желілік есептерді"
ұтымды шешу үшін стандарттардың бұл жиыны дегенмен жеткiлiксiз.
Потенциалдық қолданушылардың сұраныстарына жауап көп "талғаулы"
спецификация пайда бола бастайды. Олардың бірі - IEEE 802.15.4 және ZigBee
стандарты онымен байланысты.
Осы жұмыста төтенше жағдайлардағы 802.15.4 стандарттың Zigbee
технологиясының қолдануы мүмкiндiгi қарастырылады және өрт қауiпсiздiгiнің
жүйесi жобаланады.
11
1 802.15.4 СТАНДАРТЫНДАҒЫ ZIGBEE ТЕХНОЛОГИЯСЫ
1.1 ZigBee желісін құрастыру өзектілігі
2001 жылы электротехника инженерлерінің институтына және IEEE
электрон ғалымдарының сымсыз байланыстың WPAN желісінде жаңа стандарт
құрастыруын ұсынды және оған 802.15.4 деген ат берілсін деген. 2002 жылы
ZigBee альянсы құрылды. ZigBee одағы - коммерциялық емес өндірістік
консорциум жартылайөткізгіштер компоненттік нарықында, технологиялық
компанияларда, ОЕМ өндірушілері мен әлемдегі тұтынушылар арасында
компания лидерлер қатарына кіріп бой алды. ZigBee одағы ағымының
глобальдік специфекациясын жоғарғы үміттілік, рентабельдік, сымсыз
технологиясында энергия-экономиясы үшін IEEE 802.15.4 ақпараттық пакет
жіберуші механизмді қолдана отырып құрастырды.
Кез келген стандарт, сым арқылы ақпарат айырбастау интерфейсі немесе
сымсыз байланыс арқылы, өзінің айналасындағы тапсырмаларды шешу үшін
құрастырылған. Мысалыға, Wi-Fi, үлкен жылдамдыққа байланысты
ақпараттарды орташа қашықтықтарға жіберу; бейне және аудио ақпараттарды
жіберуге Wi-Fi сымсыз құрылғылардың корпаративтік желісіне және
Интернетке шығуға рұқсаты үшін қолдануын хабарлаған. Bluetooth WiFi-ға
жылдамдығы жағынан ұтылады; ол үй кинотеатрының компоненттерінің
арасында бейне және аудио ағымдарын жіберуде ыңғайлы. Негізгі мақсаты,
ZigBee технологиясының көмегімен үлкен емес көлемдегі ақпараттарды орташа
қашықтықтарға жіберу. ZigBee технологиясының тағайындау ерекшелігі,
жіберіп қабылдайтын құрылғысы электротұтынуы аз мөлшерде болуы керек.
IEEE 802.15.4 және ZigBee сапалы ағымдағы аудио немесе анықтылығы жоғары
бейнені жіберуге болмайды, бірақ кез келген ортадағы басқарулар мен
мониторингінің күрделі сұлбаларын іске асыруға болады.
Одақтың негізгі мақсаты ZigBee-ң ақпараттық ағымдағы протоколдарын
бірыңғай спецификациясын өндіру, жұлдыз, кластерлі ағаш, көпұяшықты
желінің қауіпсіздік фукнциялары мен әртүрлі біріккен профильдарын, былай
айтқанда әртүрлі желідегі үлгіні қолдайды. ZigBee спецификациясы сымсыз
желідегі шешімдерді жүзеге асырып, глобальды стандартта бірыңғай негізін
салған, ақпаратты жіберу жылдамдығы 250 Кбитс, электротұтынуы аз,
ақпаратты қорғауды қамтамасыз етеді және жүйе сенімділігін қолдайды. Сайып
келгенде, ZigBee - бұл компанияның одағы, яғни, өңдеушілер 802.15.4.
стандартының деңгейлерінің үстінен қосымша желілі қабат бағдарламалық
қамтамасыз етуі қажет. Консорциумде қатысатын барлық белсенді мүшелері
ZigBee технологиясының барлық техникалық ақпараттарына толық құқығы бар
және ZigBee спецификациясына әсер ету мүмкіншіліктері бар. Ертеректе
12
ZigBee технологиясы радиоинтерфейстердің бос қалған қуысын құрылғыларды
және техникалық мінездемелері жоғарғы технологиямен қарызға алып
толтырды және оған сәйкес қымбат , немесе шешімнің , әртүрлі өндірушілердің
электрондық компоненттері жеке микросхемалардағы радиотрансиверде
базаланады, өз астында мықты стандартталған базасы жоқ.
Қарапайым тапсырмаларды шешу үшін немесе жеке протоколдарды құру
және ақпараттық ағымдарды персоналды сымсыз желілер үшін құру
өндеушілер амалсыздан көптеген шығындар жасауға мәжбүр болды, бұйымның
ақырғы құны мен дайын бұйымның нарыққа шығатын уақыты туралы білінді.
Нәтижесінде өнімге деген сұраныс пен нарықтың қызығушылығы жиі жоғала
бастады. ZigBee802.15.4 жалғыз стандартталған сымсыз байланыс
технологиясы болып табылады, басында мониторингінің келесі ұсыныстары
мен бақылауға көзделген болатын, кейін көрсеткіштердің белгіленген желілері,
азтұтыну жүйелеріне арналған сымсыз желілер жазылған күйде коммерциялық,
өндірістік және үй автоматикасында қолданыла бастады:
- жарықтандырудың басқару жүйесі (өнеркәсіптер, муниципальды және
үйлер үшін);
- өндірістік, үй автоматикасы және басқару (жылыту, желдету және
ауаны тазарту (ОВК), қосалқы құрылғылар және жабдықтар);
- тұтыну электроникасы (мультимедия көңіл жадырататын жүйелер,
портативтік электроника), тұрмыстық техника (кір жуғыш машина, кофе
қайнатқыштар, салқындатқыштар, ауадағы сүзгілер және т.б.);
- дербес компьютерді жабдықтау (тышқан, пернетақта, джостиктар және
т.б.)
- дабыл және қауіпсіздік жүйелері, апаттық хабарлаулар, рұқсат бақылау
жүйелері, контактсыз кілттер, түтін, газ, қозғалыстар, жалынның,
температураның қысымның және т.б. көрсеткіштері;
- емделушінің диагностикасын тексергенде қолданылатын дәрігерлік
құрылғы, спортшының қал-жағдай мониторингі, биодатчиктер;
- шет басқарулар және технологиялық процестерді бақылау, қозғалушы
аппраттарды, станоктарды, өнеркәсіп жабдықтарын, тоңазытқыш
құрылғыларын басқару, ақпараттарды дистанционды жинау;
- өнеркәсіптік және порттылардың активтерінің мониторингі, логистика;
- су, газ және
жылумен қамту жүйесінің мониторингі,
электроэнергиясын басқару және аспаптық бақылау жүйесі, тұрғын-
коммуналдық шаруашылық жүйе (ТКШ);
- ақпарат алмасудың сымсыз құрылғысы, радиомодемдер, радиоберіліс;
- автомобильдік электроника (шинадағы қысымды бақылау жүйесі,
айдап қашуға қарсылық жүйесі, идентификациялау және диагностика жүйесі)
және т.б.
ZigBee802.15.4-ң негізгі артықшылықтарының бірі болып орнатудың
оңайлығы және осындай құрылғыларға қызмет көрсете алуы саналады. Дербес
сымсыз жазу ZigBee спецификациясының ерекшелігі: сіз құрылғыны қораптан
аласыз, оған батареясын орнатып керекті пернесін басасыз. Содан кейін екі
13
құрылғыны пернені басқан күйдебір біріне жақындатып жасыл светодиот
жанғанша ұстайсыз. Осылайша екі құрылғының желіге қосылуы немесе
тіркеуі жасалады, мысалы, жарық сөндіргіштер арнайы лампаға. Бұл принципті
орындау ZigBee модульдерін жаңа аспаптарға және кішігірім ғимараттар (үй,
офис) жүйесіне, өнеркәсіпке ендіру ұсынылады (өнеркәсіптік зона, зауыттар)
[1].
1.2 WPAN желiлері және IEEE 802.15.4 стандарттары
Кең тарату бүгiнгi күнде сымсыз есептеуiш желiлерін құрастыруға
арналған стандарттардың келесi үш үй-iшiлерiн алды :
- IEEE 802.11 - Wireless Local Area Network (WLAN -- сымсыз жергілікті
есептеуіш желілері);
- IEEE 802.15 - Wireless Personal Area Network (WPAN -- сымсыз арнайы
есептеуіш желілері);
- IEEE 802.16 - Broadband Wireless Access (BWA -- сымсыз кең жолақты
рұқсат).
Бiздiң алдымызда тұрған мақсат сымсыз желiлердiң стандарттарының
әрбiреуіне толық талдаулар өткiзу болып табылмайды. Негiзгi бөлiмде WPAN-
желісіне, жеке алғанда - ZigBee желiсi және жаңа IEEE 802.15.4 стандартының
дербес сымсыз желiлерiнiң туыстарына көңіл бөлiнедi. Желілік стандарттардың
туыстары 802.11 және 802.16 тек салыстыруда ғана қарастырылады.
Сымсыз дербес есептеуiш WPAN желiсi әдетте жергiлiктi жүйені әсердiң
аз радиус көлемінде ұсынылады, 15...20 метрден артық емес қашықтыққа және
дербес компьюлердiң арасындағы сымдық қосулардың алмастыруына
арналады, сонымен бiрге түрлi құрылымдар мен мультимедиа құрылымдарын
байланыстыруға арналған (ҚКП, принтерлер, факстер, сканерлер, жүйе және
тағы басқалар). Дегенмен кейбiр WPAN желiлерi - (ZigBee, Bluetooth) 100 м-ге
қашықтыққа дейiн жұмыс iстеуге қабiлеттi. IEEE 802.15.1 стандарты бiрiншi
болып есептiң мәлiметтерiн жүзеге асырылуға қабiлеттi болды. Стандарт
Bluetooth vl.x-ң спецификациясында негiзделедi және (MAC layer) ортаға
рұқсаттың деңгейін (PHY layer) және физикалық деңгейiн анықтайды. Келесi
адымдар 802.15стандартының туыстарын кеңейту, 802.11 және 802.15
класстардың құрылымдарының өзара әрекеттесуін қамтамасыз ететiн
стандартты жасауы болды. Біраз уақыттан кейін WPAN желісіндегі
құрылымдардың жылдамдығы жеткіліксіз екендігі байқалды. Ондаған және
жүздеген Мбитс жылдамдығын өткiзу қабiлетi бар мәлiметтердiң сымсыз
арнасын құруға мүмкiндiк беретiн стандарттың өндiруiндегi қажеттiлік пайда
болды (IEEE 802.15.3). Аталған стандарттар жоғары (1-ден 200-ге Мбитс дейін)
жылдамдықпен (дауыс, мәлiметтер, видео) мәлiметтiң үлкен көлемдерiн
тартуда өте жақсы жіберуге жақын келеді. Олардың негiзiндегі құрылымдар
мәліметтерді 10-нан 100 м-ге дейінгі қашықтықта (батареялар және
аккумуляторлардан) оқшау режимінде жұмыс iстеуге қабiлетi бар. Бұл
стандарттар (компьютерлер, есептеуiш желiлер) күнде бiз iстеп жүрген
14
құрылымдардағы тораптық қосуларды алмастыруға мүмкiндiк бередi. Ұқсас
есептердi iске асыру үшiн шапшаңдығы төмен WPAN желiлер үшiн IEEE
802.15.4 (ZigBee) стандарты құрастырылған (1.2-сурет).
Әсердiң қысқа радиустағы сымсыз желiлер өзара әрекеттесетiнi анық.
Әртүрлi сымсыз желiлердiң арасындағы шлюздың функция орындайтын
жабдықты жасауға жоспарланады. Егер қауiпсiздiк жүйесі ZigBee-ге
орналастырылған болса, қаскүнемді табу үшін, ол компьютерге хабарлау үшін
IEEE 802.11 желiсiмен жалғанады, ол өз кезегінде SMS арқылы қожайынның
ұялы телефонына жетеді немесее қауіпсіздік қызметіне қоңырау шалады. 802.15
стандарт туыстары және 802.11b стандарттарының салыстырмалы
мiнездемелерi 1.1 кестеде келтiрiлген.
1.1 К е с т е - 802.15 стандарт туыстары және 802.11b стандарттарының
салыстырмалы мiнездемелерi
Bluetooth және ZigBee технологиялары келтiрiлген мiнездемелерге
сүйенетін болсақ олардың ең жақын бәсекелестер екендігіне көз жеткізуге
болады. Сәйкесiнше шамамен үй және өнеркәсiптiк тағайындауында сымсыз
құрылымдар, қашықтықтан басқару жүйесі, компьютер құрылғысы және тағы
басқаларды қоса алғанда олардың қолданылатын облыстары ұқсас. Bluetooth
технологиясына қарағанда, ZigBee технологиясының айырмашылығы, оның
талаптарының бiрi энергиятұтынуы төмен қосымшалар үшiн жасалған.
Құрылымдардың белсендiлік мерзiмі ZigBee технологиясы бойынша iстелiнген
батареялардың ұзақ қызмет мерзiмiн қамтамасыз ету өте аз мөлшерде бола
алады. Wi-Fi және Bluetoothдiң микросхемалары кәсiпорындар және кеңсе
ғимараттарының масштабтарындағы iрi желiдегі түрлi құрылымдардың
негiзiнде ұйымдартыруға өте қымбат, 802.15.4ZigBee стандарты ең төменгi
15 Стандарт
802.15.4 Zigbee
802.15.1
Bluetooth
802.11b Wi-Fi
Қосымша
Мониторинг, басқару
Дауыс,
мәліметтер
Мәліметтер,
бейне
Жиілік, ГГц
0.868
0.915
2.4
Артықшылықтары
Баға, энергияның
сақталуы, көлемі
Баға, дауыс
жіберу
Жылдамдық,
иілгіштік
Макс.жылдамдық
20
кбитс
40
кбитс
250
кбитс
1 мбитс
11 мбитс
және одан
жоғары
Қашықтық, м
10-100, 1000
100
100
Сезімділік, дБм
(орташа).
-92
-70
-76
Ағымның көлемі,
кБайт
4-32
250
1000
Қызмет ету уақыты,
(батарея) күн
100-1000
1-7
0,5-1
шығындары бар сымсыз интерфейстер, сыртқы элементтердiң ең төменгi саны
схемотехниканың оңайлығымен қамтамасыз етiлген, оған апарылған биiк
тиiмдiлiгi бар жадының көлемiн қолдана отырып ағымның программалық
қамтамасыз етуiмен өндеуге мүмкiндiк бередi (1.1 кесте). Стандарт көп
ұяшықты топологиясы бар желiні құруға мүмкiндiк бередi, солай келе керемет
үлкен түйiндердiң саны қызмет көрсетеді және қуаттың күшейткiштерiндегі
байланыс қашықтығын қосымша шығындарсыз үлкейтеді.
ZigBee технологиясы Wi-Fi немесе Bluetooth сияқты мәлiметтiң үлкен
көлемдерiн таратуға арналмаған. Мысалы, энергиятұтынуы, бағасы және
сенiмдiлiгі бойынша биiк көрсеткiштер керек жағдайда, датчиктер
көрсетулерiнің көлемi он байттан сирек асатын мәліметтерге жоғарғы
жылдамдықтың қажеті жоқ. ZigBee құрылымдарының көпшiлiгi келесi
алгоритм бойынша жұмыс iстейдi : құрылым уақыт түгелдей дерлiктi ұйықтап
жатқан күйде қуат жинағының ұтымды тәртiбi қамтамасыз етеді. Жаңа
мәлiметтер немесе құрылымның кезектi байланыс сеансының уақытында iске
қосылады, мәлiметтер жылдам беріледі және төмендетiлген энергиятұтыну
тәртiбіне қайтадан өтедi. Сонымен бiрге бiр үлгiдегi уақытша тоқтаулар арнаға
рұқсат алуға 15 мс, ұйықтап жатқан күйден белсендi өткелге өту 15 мс, желiге
жаңа құрылымның қосуға кеткен уақыт 30 мс-тi құрайды. Осылайша
батареялардың қызмет мерзiмiн 10 жылға дейiн созуға болады және ол
қосымшаның түрiне жұмыс циклының ұзақтығына байланысты, берілетін ток
мөлшері 15...30 мА құрауы мүмкін, ал ұйықтап жатқан күйде - 2 мА кем
болады. Нәтижеде, үн қосу бойынша тоқтаулар соншама аз, адам бөлмеге кiрiп
және ZigBee сымсыз байланысының қосқышын қосқан кезде жарық лезде пайда
болғанын тiптi байқамай калады. Бұл кезде Bluetooth желісіне қосылу уақыты 3
с. құрайды.
1.3 Желі хаттамасының архитектурасы
Кез келген стандарт сымсыз мәліметтермен алмасу интерфейсі болсын, я
болмаса сымсыз байланыс болсын, өз ортасында тапсырмаларын шешуге
арналады. Мысалыға Wi-Fi, орта қашықтықта жоғары жылдамдықпен
ақпаратты, видео және аудио тарата алады, WiFi сымсыз құрылғылардың
қолжетімділігі корпаративті және Интернет желісіне арналған. Сонымен бірге
Bluetooth стандарты аз қашықтықта ақпарат таратуға көзделген. Жылдамдығы
жағынан Wi-Fi жетпейді, ол ағынды аудио және видео таратуға арналған,
мысалы, үй кинотеатрының компонеттері арасы үшін. ZigBee көмегімен
шешілетін негізгі тапсырмасы
-
орта қашықтықта шағын көлемдегі
ақпараттарды тарату. ZigBee спецификациясы осы стандарттың қабылдау және
таратқыш құрылғысы аз энерго тұтыну қажет. IEEE 802.15.4 және ZigBee
сапалы ағынды аудио және өте анық видеоларды беруге болмайды, бірақ
күрделі сұлбалы мониторинг пен әр саладағы тәжірибелік баруға болады. IEEE
802.15.4 құжаты желідегі жиіліктерді, аппараттық ерекшеліктерді және басқа да
ерекшеліктерді бейнелейді, осы уақытта ZigBee құжаты желілік басқару
16
процесін, қауіпсіздік параметрлерін, үйлесімділікті, құрылғы профильдерін
қамтиды [3]. IEEE 802.15.4-2 желісінің ерекшелігі ұялы және тәжірибелік кез
келген топологияны жүзеге асыра алады.
ZigBee хаттамасының стегі ақпараттарды таратуда ашық жүйелердегі OSI
(Open System Interconnection) жеті деңгейлі иерархиялық хаттама моделімен
құралған. Стек IEEE 802.15.4 деңгей хаттамасын құрайды, ол байланыс
арнасын, желілік бағдарламалық деңгейін және қосымшаларды қолдайтын
деңгейлер, ZigBee Альянсының арнайы спецификасын анықтайды (1.1 суретті
қараңыз).
IEEE 802.15.4 архитектурасы стандартты жеңілдетуге арналған деңгей
қатарларын анықтайды. Әр деңгей стандарттың бір бөлігіне жауапты және
жоғарыда көрсетілген деңгей қызметтерін атқарады. Деңгейлер арасындағы
интерфейс берілген стандарттағы логикалық байланысты анықтайды.
1.1 Cурет - ZigBee802.15.4 стегінің архитектурасы
IEEE Std 802.15.4 құжаты физикалық деңгейдің (PHY) спецификасын
және MAC (Medium Access Control) желілік ортаға қолжетімділік деңгейасты,
17
ол портативті құрылғыларды бөлу және максималды қолжетімділік
арақашықтығы төмен жылдамдықты сымсыз ортада POS (Personal Operating
Space) 10 м тең. Төмен жылдамдықты таратуда үлкен қашықтықтарда ( 100 м)
жұмыс істеуге болатындығы жобаланған.
1.4 Стектің физикалық деңгейі
Физикалық деңгей PHY қызметтің екі түрін ұсынады: PLME (Physical
Layer Management Entity) сервисімен әрекеттесетін, қатынау нүктесі SAP (
PLME-SAPдеген атымен әйгілі) PHY ақпараттық сервисі және басқару сервисі.
PHY ақпараттық сервисі
PPDU (Protocol Data Unit) ақпараттар
блогын хаттамалық радиоарна арқылы қабылдау мен таратуға мүмкіндік
жасайды. Стандарт келесідей жылдамдықтарды анықтайды: 250 кбитc,
100кбитc, 40 кбитc және 20 кбитc. Радиоарналар арқылы ақпараттарды тарату
және қабылдау PHY физикалық деңгейінде жүзеге асады, жиілік жұмыс
диапазонын, модуляцияның түрін, максималды жылдамдығын,арна санын
анықтайды: O-QPSK
-
квадратты фазалық манипуляция 2,4 ығысу
диапазонында (16 арна, 250 Кбитс), BPSK - екілік фазалық манипуляция 915
МГц жиілігі үшін (10 арна, 40 Кбитс) және 868 МГц (1 арна, 20 Кбитс). PHY
деңгейі қабылдау-таратқыштың активациясымендезактивациясын жүзеге
асырады, жұмыс арнасына қабылданған дабылдың энергиясын детектрлейді,
арнаның физикалық жиілігін таңдайды. 802.15.4 стандарты - бұл физикалық
радио
(радиоқабылдау-таратқыштың микросхемасы) , ал ZigBee
-
маршрутизация мен қауіпсіздікті қамтамасыз ететін логикалық желі
бағдарламалық стек екенін білуімыз қажет [2].
Радиоқұрылғы лицензиялы емес жиіліктік диапозонда жұмыс жасайды:
− 868 - 868.6 МГц ( Еуропа үшін)
− 902 - 928 МГц (Солтүстік Америка үшін)
− 2400 - 2483.5 МГц (басқа мемлекеттер үшін)
Сымсыз жылдамдығы төмен дербес желiлер (WPAN) үшiн IEEE 802.15.4
стандарты MAC-ң ортасына рұқсат деңгейін және PHY-ң физикалық деңгейiн
анықтайды. PHY деңгейі радиодабылдың таратуын физикалық ортаға рұқсатты
қамтамасыз етедi: модуляцияның түрiн, жылдамдықты және басқа
параметрлерге тапсырыс беріледi, қабылдау және таратуды тiкелей жүзеге
асырады. MAC деңгейі құрылымдардың желiсiнен қосымша және
қорытындысын жүзеге асырады, мәліметтер топтамаларының жеткiзуiн
тексередi, мәлiметтердiң (есесiн қайтару) автоматты қабылдауды растауын
қамтамасыз етедi, рұқсат беру тетiктерiн тарату арнасына жүзеге асырады, 128-
биттiк AES шифрлауды және тағы басқа функцияларды қолдайды. ZigBee
ағымының спецификациясы қосымшаға желілік деңгейді, қауiпсiздiк және
рұқсат алу деңгейлерiн анықтайды және 802.15.4 стандартының базасында
шешiмдермен бiрлесiп талқылауды қолдана отырып үйлесiмдi құрылымдарды
қамтамасыз етеді. PHY деңгейiнің кілтік функциясы энергияны бақылаудан
және байланыстың сапасынан және арналарды талдаудан тұрады. Ортаға рұқсат
18
алу ISM (Industrial, Scientific and Medical) жиiлiк ауқымдары iске асады,
физикалық деңгейі 868915 МГц жиiлiктегi екiлiк фазалық манипуляциясын
(BPSK) және 2,4 ГГц-тi жиiлiкте жылжуы бар квадраттық фазалық
манипуляциясын (O-OPSK) қолданады. Арнаға рұқсат үшін сақтап қалуы мен
бақылауы бар көптiк рұқсатының тетiгiн және (CSMA-CA) коллизияны құрту
үшін қолданылады. Негiзделген тетiк таратуды бастаудың алдында байланыс
арнасының күйiн анықтау, соқтығысуларды (бiрақ шеттетпеу) қысқартуға
айтарлықтай мүмкiндiк бередi, мәлiметтер бiр уақытта бiрнеше құрылымдармен
таратырылады. 802.15.4 стандартының CSMA-CA әдiсi тек қана коллизияны
анықтауға емес оларды жоюға мүмкiндiк береді (құрылым тарата алады немесе
мәлiметтер қабылдай алады), жартылай дуплекстi мәліметтерді таратудан
тұрады. Дабылдың тарату қашықтығы әдетте 30 ... .50 м-дi құрайды, дегенмен
қуат күшейткiштері, шуыл күшейткіштері және үйлесiмдi антеннасы
қашықтығы 100 м-та жылдамдықтың сапасын жоғалпайды. Өткiзу қабiлетiнің
таңдаулы жиiлiгіне тiкелей тәуелдi болады. Максимал тарату жылдамдығы 250
Кбитс тең, (5 МГцтiң адымы бар 16 каналдары) 2, 4 ГГц аралығында жұмыс
істейді. Сәйкесiнше 868 МГц (1 арна) және 902-928 МГц жиiлiктерi үшiн
сәйкесiнше 20 Кбитс және 40 Кбитс тарату жылдамдығына тең (2 МГц-ң
адымында 10 арнасы бар). Бұл суреттер 1.2 суретте қарастырылған.
1.2 Сурет - 802.15.4 стандарттың қысқаша мiнездемесi
1.2 суретте көрсетілгендей, ZigBee802.15.4-ң сымсыз құрылымдары
нарықтың көп мөлшерін 2,4 ГГц диапазонның шешiмдерi ұстап қалуға
тырысады. Бұл алдыменмен мынаған байланысты, Еуропада 868,3 МГц
19
жиілігінде тек қана жалғыз арнаға қол жетеді, 915 МГц жиілігі тек қана АҚШ-
та, Канадада, Кореяда және Австралияда рұқсат етiлген. Нәтижесінде
субгиггерцтік диапазондар OEM өндірушілеріне потенциалды сүйкiмсiз болып
табылады, бұл уақытта - 2,4 ГГц диапазоны бүкiл әлемнiң қолдануына рұқсат
етiлген және келешек құрылымдардың мiнездемелерiнiң анықтауында жүзеге
асырылады. Дегенмен келешекте коммерциялық тағайындау жүйелерiнде
802.15.4 стандартының әр түрлi жиiлiктегі құрылымдарымен ZigBee
құрылымын байланыстыру үшін, шлюздердiң пайда болуы мүмкiн. InStatMDR
агенттіктің мәліметтері бойынша бес жыл ішінде 2004 жылдан бастап,
тұтынудың көлемдерiнiң байланысында субгигагерцтегі және 802.15.4
стандартының 2, 4 ГГц-тегі трансиверлердің қандайда бір түбегейлi өзгерiстері
байқалмайды. 2,4 ГГц-тегі микросхемалардың көлемi ZigBee802.15.4
құрылымдарының ортақ нарығындағы 65...75% құрайды. 2,4
ГГц
диапазонының бiршама кемшiлiктерi, әр түрлi тектегі абоненттердің спектрiнде
кейбiр толықтықты санауға болады (Bluetooth құрылымы, 802.11b және 2,4 ГГц
жиiлiктерiндегi микротолқынды пештер, сымсыз телефондар). Субгигагерц
диапазондарын 2,4 ГГц диапазонымен салыстырғанда артықшылығы кiшiрек
толықтықта және басқа
тең шарттарда мәліметтерді тарату кезінде
қашықтықтың бiрнеше зорайтылғаны болып табылады. Еуропадағы 868,3 МГц
диапазоны таралған, жақында дамытудағы қосымша мүдде алуы мүмкін, OEM
өндiрушiлері жағынан қызығушылық түсуі мүмкін. Еуропадағы стандарттар
институты (ETSI) телекоммуникациялар бойынша берілген диапазонда
қосымша арналары қолдану үшін рұқсат алу процессінде жүр, дегенмен
процесс көп жылдарға ұзап кете алады [1].
Аз қашықтықтағы байланыс үшін арналған датчиктердiң жиынына,
микроконтроллерге және радиожиiлiктік қабылдағыш-таратқышқа ие болатын
(немесе басқа мәлiметтер көзі), әрекеттiң аз радиусында істейтін сымсыз
желiлер (WPAN-Wireless Personal Area Network), құрылымдардың кеңiстiгінде
таралған жиыннан тұратын сымсыз жүйелерiнiң жаңа класы болып табылады.
Көптеген WPAN желілердің негiзгi міндеттеріне - өздiгiнен ұйымдасу
және эксплуатация шартарының өзгерістіріне бейiмделгiш болып келеді.
Сондықтан, орнату үшін керекті заттарды күшейту қажет: күйге келтіру және
ары қарай пайдалану және ұқсас желiні бақылап отыруы үшiн талап ететiн
күштер минималды. Бұдан басқа, түйiндердегі хабарлауларды
ретрансляциялайтын қабiлеттiлiгi бар, (бөгеттер немесе бөгеуiлдер, физикалық
бұзылу және тағы басқалардың пайда болуы) әр түрлi себептер бойынша жеке
түйiндердiң орнықтылығын және таратушының аз қуатының көмегімен
жүйенiң жамылғысын түбегейлi ауданын қамтамасыз етедi. Түйiндер сонымен
бiрге мәлiметтердiң жеткiзуiнiң ұтымды маршруттарын өз алдына анықтайды
және олар желiнiң топологиясы өзгергенде түзетедi.
Сымсыз түйiннiң аппаратты қамтамасыз етуi және iшiнде торлық өзара
әрекеттесудiң хаттамалары жүйенiң пайдалануын ұзақ мерзiмнiң қамтамасыз
етуге арналған энергия тұтынуы бойынша автономды көз қоректенуiнiң
20
қолдануында оптимизациялаған. Режимге байланысты, сымсыз желiнiң
түйiнiнiң жұмыс уақыты бiрнеше жылдарға жете алады.
WPAN желiсінің артықшылықтары - таралған жиынмен, талдаумен және
мәлiметтiң берiлуiмен сабақтас қолданбалы есептердiң кең шеңбердегі шешiмді
тиiмдi қолдана алады :
- микроклиматты сүйемелдеуге арналған жабдықпен, температура
мониторингімен, ауаның шығынымен, адамдардың қатысуын барлау және
басқару т.б.;
- жарықпен басқару т.б.;
- энергия жабдықтауымен басқару т.б.;
- пәтердегі газ, су, электр энергиясының тағы басқа жиындардың
есептеуiштерiнiң көрсетулерi;
- өрт хабарлағышы.
1.5 Желiні құрастыру және оның жұмыс ұстанымы
ZigBee ағыны әр түрлi желiнiң кескiндерiн қолдайды, соның iшiнде келесі
топологиялар: жұлдыз, кластер ағашы (иерархиялық) және (1.5-шi сурет)
көп ұяшықты желi (mesh). Ағынның желілік фукнциялары белсенді
арналарды табу үшін желіні сканерлейді, белсенді арналар арқылы құрылғыны
идентификациялайды, iске қосылмаған арналарға желi құрастыру және дербес
сымсыз желілердің аймағында берілген желілерді біріктіреді, құрылымдардың
нақтылы профильдерiне сәйкес қолдалатын сервистерiн айырып тануы,
маршрутизацияны қазiргi желiмен бiрiктiру болып табылады. Бұл
құрылымдарға желiге автоматты кiрiп және олардың iшiнен шығуға мүмкiндiк
бередi, әрбiр түйiнге бiрнеше маршруттардың бар болуының арқасында бiр
нүктедегi жағымсыз зардаптарын шығарады.
Типке байланысты, әрбiр құрылымда нақтылы желілік функциялары
болады :
- координатор желiнi сканерлейді және желi жасауға арналған еркiн
арналарды анықтайды;
- егер белсендi арналар жоқ болса немесе белсендi желiмен бiрiктіруі
болмаса, (FFD) жол көрсетушi желiнi сканерлейді, белсендi арналар табады
және қазiргi желiнiң құрамына енуге тырысады немесе координатордың
құқықтарында меншiктi дербес желiнi құрады.
21
1.3 Сурет - Желiнiң топологиясының нұсқалары
Егер бiрiктiрілген болса, тұстасқан жергiлiктi жүйенi координатордың
қазiргi желiсiне енiп, ережелерге сәйкес жол көрсетушiнiң лауазымына
жiберiледi және қазiргi желiнiң координаторына жергiлiктi жүйе туралы барлық
мәлiметтi алып бередi. Жаңадан пайда болған жол көрсетушiнiң
координаторынан синхронизацияның дабылдық дестеден келесi дабылдық
дестелердiң табылуға арналған желiнiң уақытша параметрлерi туралы қажеттi
мәлiметтi алады,RFD шеткi құрылымы бар желiге кiруге әрдайым тырысады.
Көп ұяшықты желiнiң барлық түйiндерi басқа түйiндерді табуға қабiлеттi
және бiрін-бiрi айырып тану кезінде дестелердiң берiлуiнің ұтымды жолын,
айырбастың максимал жылдамдығын, қателердiң пайда болуын жиiлiктi және
тосу уақытын есептейді. Өлшеулi мәндер көршi түйiндерге берiледi, трафиктiң
берiлуiнің ұтымды жолы қолданылған дабылдардың қуатына сүйене сайланады.
Түйiндердiң табылуының процесстерi және жолдың таңдаулары үнемi жүредi,
сондықтан әрбiр түйiн көршiлердiң ағымдағы тiзiмiн қолдайды және ең жақсы
маршрут олардың орналасу өзгерiстерін жылдам есептей алады. Егер қандай да
бір түйiн (техникалық қызмет көрсету немесе басқа салдардан) желiден
шығарылған болса, көршi түйiндер өз кестелерiнiң кескiндерiн жылдам
өзгертеді және трафиктiң ағындарының маршруттарын қайтадан анықтайды.
Бұл өз қалпына келу және істен шығуды жеңу қасиеттері қатаң архитектурасы
бар желiні ұяшықты топологиясы бар желiден айтарлықтай айырады [2].
Деректердi берудiң транзакцияларының үш түрi бар болады. Солардың
бiрлерi торлық құрылым мәлiметтi алып берген координаторға деректердi
берумен кездесiп отыр. Екiншi транзакция торлық құрылымға координатордан
мәлiмет жiберумен байланған. Транзакциялардың үшiншi түрiне торлық
құрылымдардың арасындағы мәлiмет алмасу тiкелей жатады. Жұлдыз
22
топологияларда координатормен және торлық құрылымның аралығында болуы
мүмкiн ақпараттық айырбас тек қана екi транзакция, өйткенi тек қана
қолданылады. P2P топологияларда транзакциялардың барлық үш түрлерiнiң
iске асыруы болуы мүмкiн.
Торлық құрылым қашан кадрлардың қолдауы бар PAN-ң желiсiндегi
координаторына мәлiметтер тапсырғысы келедi, ол Вeacon кадрын
детекторлауға бастапқыда тырысады. Тиiстi уақыт, құрылымға өз ақпараттық
кадры, координаторға CSMA-CA-ң домен алгоритмы қолдана алып бередi.
Координатор -растауды кадрдың жiберуi табысты жеткiзудi жолымен растай
алады.
1.4 Сурет - Beacon шамшырақтарын қолдану арқылы PAN
координаторына деректердi тасымалдау
Торлық құрылым қашан шамшырақтардың жалғыздығының PAN-ң
желiсiндегi мәлiметтердi тапсырғысы келедi, ол координаторға ақпараттық
кадрды CSMA-CA-ң домен сұлбасыз қолданса жай ғана жiбередi. Координатор
опцион растауды кадрдың жiберуiнiң мәлiметтерiнiң табысты жеткiзуiн
растайды. Операциялар тiзбек осысы 1.5 суретте көрсетілген.
23
1.5 Сурет - PAN-ға координаторы бар коммуникациясы таңбалары
Қашан координатор PAN шамшырақтардың қолдауымен желiдегi торлық
құрылымына мәлiметтер тапсырғысы келгенiн, қандай мәлiметтер жiберулердi
күтетiнiн ол торлық шамшырақ бойынша анықтайды. Құрылым қатынастың
жiберу күтетiн Вeacon-нің торлық шамшырақтарын мерзiмдi тыңдайды, және
егер болады мәлiметтердiң сұрау салуын Мас, CSMA-CA-ның домен тетiгiнiң
қолдануымен берiледi. (ACK) тиiстi кадрдың көмегiменiн мәлiметтердiң сұрау
салуын алуды раста координатор. Егер болуы мүмкiн, мәлiметтердiң кадры
күтетiн жiберулер CSMA-CA-ң домен тетiгiнiң қолдануымен жөнелтедi, онда
растау iлесе . Құрылым растауды кадрдың жiберуi мәлiметтердiң табысты алуы
жолымен растай алады. Транзакция бұған бiтедi. Қатынас транзакциялар
табысты аяқтауда шамшырақта жазып алған күтетiн жiберулердi тiзiмнен
бошалайды.
Координатор қашан шамшырақтардың жалғыздығын PAN-ң желiсiндегi
торлық құрылымы, ол мәлiметтер тапсырғысы келедi тиiстi құрылымға
арналған мәлiметтердi есте сақтайды және мәлiметтердiң сұрау салуын
орындайды. Торлық құрылым MAC-ның жiберуi координатормен байланысу
жолымен тетiк домен CSMA-CA-лерiнсiз қолдана отырып орната алады -
мәлiметтердiң сұрау салуды командасы, айырбастың жылдамдықпен, тап
қалған қосымшамен. Координатор растауды 2~кадры арқылыны ақпараттық
сұрау салуды табысты алуды растайды. Егер ақпараттық кадр жiберуге қараса,
координатор мәлiметтердiң кадрын құрылымға CSMA-CA-ның домен тетiгiсiз
қолдана жiбередi. Егер мәлiметтердiң кадры, күтетiн жiберулер жоқ болса,
координатор бұл айғақ немесе мәлiметтердiң растауды пакет, келесi сұрау
салуына, немесе мәлiмет өрiсiнiң нөлдiк ұзындығы бар ақпараттық кадрында
бекiтедi. Егер керек болса, құрылым мәлiметтердiң кадрының табысты алуын
растайды.
Энергия тұтынуды ықшамдау басты есеп желiлердiң ZigBee-дiң
құрастыруында болып табылады. Бұл есептiң шешiмдерiнiң бiрлерi деректердi
беруде тек қана олардың түсуiнде және адресаттың жақтанын пакеттiң табысты
24
қабылдауын жағдайдағы растауды келесi күту негiзделген байланыстар
стратегия болып табылады. Әрбiр құрылым сонымен бiргелер кез келген
уақытта берiлудi бастай алады. Әдiстiң мәлiметiнiң анық кемшiлiгi бiрнеше
құрылымдармен бiр уақыттағы деректердi берудiң жанында интерференцияның
ықтималдығы болып табылады. Қосудың сенiмдiлiгi CSMA-CA-ның
хаттамасының қолдануының арқасында жоғарылайды. Нүкте немесе жұлдыз-
нүкте түрдiң қолданылатын тек қана Қосуларына көптiк рұқсатының бос
тұруын стратегия. Жағымсыз өзара әрекеттесудiң сақтап қалулары үшiн
қолдану болуы мүмкiн . Жағымсыз өзара әрекеттесудiң сақтап қалулары үшiн
(TDMA) уақытша бөлiнуi бар көптiк рұқсаттың қолдану хаттамалары болуы
мүмкiн. ZigBee802.15.4 технология ұқсас TDMA-ң технологиясымен қағида
бойынша уақыт аралықтарына кепiлдiк бередi, бiрақ бөлiнудiң қолдану
мәлiметтерi синхронизация және кәдiмгi TDMA-лер салыстырғанда күрделiрек
және кем энергия тиiмдi алгоритм болып табылған уақытша бөлiнудiң тәртiбi,
рұқсатпен тек қана бiрлесiп талқылау болуы мүмкiн. Iшiнде жергiлiктi торлық
ұяшықтың құрылымдарына не бiлуге мүмкiндiк бергенiн, неткен уақыт
деректердi берудi жүзеге асырылатынын ZigBee-дің уақытша бөлiнуi
уақытының ұйықтап жатқан күй болатын көбiнеселерi қол астындағы торлық
құрылымдардың жанында торлық координатордан синхронизацияның
дабылдың қабылдауларына мерзiмдi төгiлетiн синхронизацияның тәртiбiнiң
қолдануында негiзделедi. Координатор арналарын айырбаспен басқарып,
ерекшелейдi және 15 мс интервалмен шақырулары 252-ге жүзеге асырады.
Дабылдық пакеттердiң берiлуi өткiзу қабiлетiн анықтайды, әрбiрiне желiдегi
қайшылығы шығарған бiрдей ұзақтықтың 16 уақыт аралықтарының рұқсаттың
кезегiнiң күтуiн бiтегенде және ерекшелеуiн қамтамасыз етедi.
Желiнiң түйiндерiнiң әрбiрi үшiн рұқсаттың уақыт аралығымен CSMA-
CA-ның тетiгi координатормен немесе арқылы да анықталады. Қажеттi
автономды қоректену көзiнен жұмыс iстегендерге торлық координатордың
энергия
сақта тәртiптерiнiң iске асыруына орнатылған интервалдар.
Синхронизацияның дабылдарының күту күйi де кемшiлiк құрылым дабыл
өткiзбеу үшiн ертерек аздап төгiлдiре алатын ептеген уақытша
айырмашылықтардың бар болуы артынан энергия тұтынуды болмашы үлкеюге
алып келедi. Синхронизацияланылған рұқсаттың функциясы кластер ағашы
және көп ұяшықты желi ұлғаймалы топологиясы бар желiлер, сондайға
қолданылады [2].
1.2 кестеде координатормен және көптiк рұқсаттың бос тұруы және
синхронизацияның қызметі бар рұқсатының жағдайларға арналған желiнiң
түйiнiнiң аралығында мәлiмет жiберулердегi айырмашылықтар тура келедi.
Үйреншiктi көптiк рұқсат ZigBee-ң ұйымының жанында қауiпсiздiк және
ғимараттардың қорғауы жүйелерiндегi орынды иемдене алса (ену, қозғалыс,
түтiн және тағы басқалар) түрлi датчиктердiң желiсi. Қолданылғыштықтар
шарттармен желiдегi өз қатысуы туралы белсендi күйге құрылымдарының
координаторға қатынасқа арналған кездейсоқ уақыттарында күйдi ортақ уақыт,
өткел реттiң жүйелерi 99, 9% орнатыла санауға болады. Датчик кезде белсендi
25
күйге бiрден өтедi және үрей дабылдарын алып бередi. Қоректенудiң желi
жұмыс iстейтiн координатор сонымен бiргелер белсендi күйде үнемi болады
және барлық шеткi торлық құрылымдардан ескертпе дабылды қабылдайды.
1.2 К е с т е - Желiге хаттамалар жiберуге арналған рұқсаттың екi
бағдарламасы
Координаторға синхронизацияланылған рұқсат шеткi құрылымдардың
арқасында кездейсоқ жiберулердi жоқтыққа автономды қоректенудi алуға
мүмкiндiк бередi:
- осы жағдайдағың желiлердi тiркеуiне төмендегiдей болады;
- (дабылдың күтуi уақыт аралық 0, 015 Ц252) ZigBee-дің қазiргi
желiсiнiң координаторынан синхронизация дабыл күту қоректенудiң беруi iлесе
шеткi құрылымға;
- координатормен біріншілік ақпаратпен алмасу және жауап күту;
- ояну кезеңінде, ZigBee желiсінің координаторымен анықталатын
өткелді күйге қайтып оралады
- аяқтау бойынша , сонымен бiрге координатор шеткi құрылыммен
байланыс сеансы орнатылу күйіне өтедi.
Рұқсаттың әдiсi мәлiмет желiнiң түйiндерiнiң әрбiрiне уақыт бенетiн
шынжырлардың құнының болмашы үлкеюi ойлайды. Күйдiң ұзағырақ
интервалдары, дабылдық дестелердiң дәйектi қабылдауға арналған белсендi
күйге ерте өткел қабылдаушы тарапты электр энергиясының тұтынуын
орнатыла дәл уақыт беретiн шынжырлардың бар болулары ойлап, үлкейтедi.
Талпынысты (252) синхронизацияның мерзiмiнiң максимал мәнi уақыттың
шынжырының шектi дәлдiгiн шектеу .
26 Мәліметтерді
тарату бағыты
Синхронизацияланған рұқсат
Қарапайым көптік рұқсат
Координаторға
- дабыл дестені күтеді
- желімен синхронизациялайды
- белгілі уақыт интервалында
CSMACA протоколы бойынша
мәліметтерді тарату
- қабылдауды растау
- CSMACA хаттамасы
бойынша мәліметтер
пайда болған уақытта,
оларды тарату
- қабылдауды растау
Координатордан
- жаңа мәліметтерді хабарлайды
- егер жаңа мәліметтер болса,
құрылғы белгілі уақыт
интервалында CSMACA
протоколы бойынша
мәліметтерді сұрап, оларды
күтеді
- сауал алуды растау
- сұраныс жоқ кезде
мәліметтерді сақтау
- CSMACA протоколы
бойынша сұраныс
жібереді
- құрылғыдан келген
сұраныстың растауын
тапсырады
- мәліметтерді жіберу
1.6 ZigBee сымсыз технологиясын өрт қауіпсіздігі жүйесінде қолдану
1.6.1 Grand Asia бизнес орталығында өрт қауіпсіздігі жүйесін орнату
1.6 Сурет - Grand Asia бизнес орталығының суреті
ZigBee сымсыз технологиясына негізделген өрт қауіпсіздік жүйесін
Алматы қаласындағы Grand Asia бизнес орталығының үлгісінде қарастырылды.
Ғимараттың жеті қабатын сымсыз сенсорлы желімен қамтып, қауіпсіздік пен
бақылауды қамтамасыз етілді. Бұл жердегі айта кететін мәселе, сымсыз
датчиктерді жобалау өте қолайлы әрі тиімді. Себебі, ғимаратта қолданылған
сымды датчиктер өте ұзақ уақытта орнатылып, желі де ұзақ ұйымдастырылады.
Сонымен қатар әр датчикпен байланыс орнату үшін кабельдің айтарлықтай
ұзын мөлшері қажет. Бұл мәселе тағы да қосымша шығындарды талап етеді.
Желі ұйымдастырылғаннан кейін де, белгілі бір себептермен сымдар үзіліп
кетуі мүмкін не болмаса коррозияға ұшырап істен шығуы мүмкін. Осындай
жағдайлар қосымша шығын мен уақыттан ұтылуға мәжбүрлейді. Ал тоқ
жүретін кабельдердің бар болуы, өрттің пайда болу көздеріне жататын фактор
болып тағы есептеледі.
27
Жоғарыдағы айтылған мәселелердің шешетін желі - сымсыз сенсорлы
желілер. Сымсыз желілер сымды желілерге қарағанда көптеген
артықшылықтарға ие болады. Атап өтсек:
− Кабельдердің толығымен қажетсіздігі;
− Датчиктердің автономды электр көзінен қоректенуі;
− Желінің тез арада ұйымдастырылуы;
− Жалпы капиталдық шығынның аздығы және т.б.
Жалпы желі калай ұйымдастырылатынын түсіну үшін ғимараттың
жоспарын келтірейік.
1.7 Сурет - 1-7 қабаттарда өрт қауіпсіздігі жүйесін жүзеге асыру
Әр ғимараттың өзінің арнайы қабаттарында серверлік бөлмелер (желі
координаторы орналасқан бөлме) болады. Grand Asia бизнес орталығында
сымсыз сенсорлы желі орнату үшін 1.7 суретте көрсетілген серверлік бөлмеде
біз бағыттауыш орнатамыз. Ол стационарлы қоректену көзін талап етеді. Әр
қабатқа 10 сымсыз датчиктен орнату жобаланған. Бірінші және екінші қабаттың
желі орнатылған жоспары А Қосымшасында келтірілген. Сымсыз сенсорлы
желі орнату үшін желіде тек екі координатор қажет. Сондықтан координаторды
ғимараттың ортанғы қабаттарында орналастырған бізге тиімді болып келеді.
Координатор ғимараттың 3 және 5-ші қабаттарының серверлік бөлмелерінде
28
орнатылған. Қалған қабатарда тек бағыттауыштар орнатылады. Әр қабатқа 3-4
бағыттауыштан жеткілікті. Бір бағыттауышқа 5 сымсыз датчиктен қосыла
алады. Сымсыз датчиктер бағыттауышқа, ал бағыттауыштар координаторға
қосылады. Яғни, бағыттауыштар тек байланыстырғыш қызмет атқарады, ал
сенсорлар ақпарат жинап өңдегіштің қызметін атқарады.
1.8 Сурет - Ғимараттың 5 қабатының жоспары
Осы суретте келтірілгендей әр қабаттың жеке жеке жоспарлары бар және
оларды А, Ә, Б, В, Г, Д Қосымшаларынан көре аласыздар. Ол жоспарларда желі
қалай орнатылғаны көрсетілген..
1.7 Құрылғыларға таңдау жасау
1.7.1 Трансиверлер
Бүгінгі таңда 802.15.4 стандартының трансиверін келесі компаниялар
өндіреді: Freescale, Chipcon, Ember, Jennic, UBEC, OKI (CompX). Барлық
трансиверлер 2400 бен 2483 МГц жиіліктер ауқымының аралығында 5 МГц
қадаммен, 16 арнаға бөлініп жұмыс ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
6
7
8
АҢДАТПА
Берілген жобада ұсынылған тақырыпқа сәйкес өрт қауіпсіздік жүйесіндегі
Zigbee сымсыз технологиясын қолдану мен іске асыру мүмкіндіктері
қарастырылды.
Жобада сымсыз желі жұмысының теориясы, құрастыру қағидалары мен
сымсыз желінің жұмыс істеу ерекшеліктері, қолданыстағы технологияның
түрліліктерінің мәселелері қарастырылған, сондай-ақ 802.15.4 стандарты
негізінде желінің таңдауы және оны іске асырудың негіздемесі жасалған.
Техника-экономикалық бөлімінде желінің ұйымдастыруына бөлінетін
капиталдық шығындарына есептеу жүргізілген. Одан басқа, өміртіршілік пен
еңбек қауіпсіздігі мәселелері қарастырылған.
АННОТАЦИЯ
В данном
проекте
согласно предложенной теме, рассмотрена
возможность применения и реализация беспроводной технологии Zigbee в
пожарных системах безопасности.
В проекте рассматривается теория, принцип построения и особенности
работы беспроводной сети, существующих разновидностей технологии, а также
выбор и обоснование реализации сети на основе стандарта 802.15.4.
В технико-экономической части был составлен расчет капитальных
затрат на построение сети. Кроме того, были рассмотрены вопросы
безопасности труда и жизнедеятельности.
ABSTRACT
In this project, according to the proposed topic, consider the possibility of the
application and implementation of Zigbee wireless technology in fire safety systems.
The project considers the theory, principles and features of a wireless network
technology extant species, as well as selection and justification of implementing
network based on 802.15.4.
The feasibility of the payment was made the capital cost of building the
network. In addition, the issues of safety and life.
9
МАЗМҰНЫ
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 7
1
1.1
1.2
1.3
802.15.4 стандартындағы ZigBee технологиясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 8
ZigBee желісін құрастыру өзектілігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 8
WPAN желiлері және IEEE 802.15.4 стандарттары ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 10
Желі хаттамасының
архитектурасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...Ошибка! Закладка не
определена.
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
Стектің физикалық деңгейі ... ... ... ... Ошибка! Закладка не определена.4
Желiні құрастыру және оның жұмыс ұстанымы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..17
ZigBee сымсыз технологиясын өрт қауіпсіздігі жүйесінде қолдану
..Ошибка! Закладка не определена.3
Құрылғыларға таңдау жасау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...25
Сымсыз модульдерді қолдану арқылы өрт жүйесінің қауіпсіздігін құру
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..31
2
2.1
2.2
Есептеу бөлімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 36
Желіні ұйымдастырудың жүзеге асыру орны ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 406
ZigBee құрылғысының қуат тұтыну есебіОшибка! Закладка не
определена.8
2.3
2.4
2.5
2.6
3
3.1
3.2
4
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
ZigBee желісіндегі қабылдау-тарату кезеңіндегі шуылды есептеу ... ... ... 41
Еркін кеңістік моделі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 42
Дабыл таралуының екітолқындық моделі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 44
"Көлеңкелеу" моделі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 49
Өмір тіршілік қауіпсіздігі ... ... ... ... ... .. Ошибка! Закладка не определена.7
Қауіпті және зиянды факторларды талдау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 607
Жарықтандыруды есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 63
Техникалық-экономикалық талдау ... .. Ошибка! Закладка не определена.7
Жоба маңызы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 67
Жоба сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 68
Маркетинг ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 728
Өндірістік жоспар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 68
Қаржы жоспары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 719
Компания кірісі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 724
Инвестицияның қайтарылу мерзімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 76
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . Ошибка! Закладка не определена.8
Әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 79
Қысқартылған сөздер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..80
А Қосымшасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 81
Ә Қосымшасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 81
Б Қосымшасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 82
В Қосымшасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 82
Г Қосымшасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 83
10
Д Қосымшасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 83
Е Қосымшасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 84
КІРІСПЕ
Ертеректе байланыс тораптарында сымдар қолданылған, әртүрлi
қолданбалы облыстарда өзекті мәселе болған, енді құрастырушылардың
мақсаты сымсыз аналарды қолдана отрып, әр түрлі жүйелерді құрастыру болып
табылады. Мәлiметтердi тарату жиынының жүйесiде сымсыз байланықа көшу
маңызды сұрақ болып табылады, басқаруда және автоматтандыруда желiдегi
құрылымдардың саны жүздеген және мыңдаған дәрежеге жете алады
Сымсыз жүйелер "классикалық" тораптардың жүйесімен салыстырғанда,
өзінің пайда болу кезенінен бастап қолданушылар және өңдеушiлердiң назарын
аударды, себебі оның артықшылықтары көп еді. Бұл және солқылдақ
архитектура, және монтаждағы шығындардың төмендеуi. Кейбір ахуалдарында
тораптарды төсеу тiптi технологиялық немесе ұйымдастыру себептерi бойынша
мүмкiн емес. Осы жағдайда сымсыз байланыс көп мәселелерді шешедi. Сол
себепті сымсыз жүйедегі мәліметтердi тарату жүйелерi есептердiң үлкен
шеңбердi шешiмiне бетер көппен тартымды көрiнедi. Көп уақытбойы сымсыз
жүйелерi практикалық қолдану кезінде тораптық қосылуға қарағанда оның
радиоарнасының төмен сенiмдiлiгi, құнының жоғары болуы және элементтік
базадағы жоғарғы электртұтынуы, сонымен қатар орналастыру объектісінде
оны орналастыру және жүйенi күйге келтiру қиынға соқты. Қазiр сымсыз
жүйелер мәлiметтердiң жиынын, әрекеттiң аз радиусы сымсыз желiлерi
технологиларының арқасында басқару және автоматтандыру және тағы
басқалары нақтылы болды, ұқсас микросұлбалардың жиындарының,
радиомодульдер мен модемдердің рынокта пайда болуының арқасында,
сонымен бiрге басқарудың стандарты протоколдарын қолдайтын және
маліметтерді тарату, дамыған ақпараттық қамтамасыз ету құрамына кіреді.
Бүгiнгi күнде "тұрмыс жағдайында" бiз радиоарна бойынша минимум үш
сымсыз байланыстың стандартын жиi қолданамыз: GSM телефонияның жақсы
құрылым, үй және кеңсе желiлері үшін Wi-Fi және Bluetooth құрылымдардың
басқа құрылымдармен байланыстыру үшін арналған құрал. "Желілік есептерді"
ұтымды шешу үшін стандарттардың бұл жиыны дегенмен жеткiлiксiз.
Потенциалдық қолданушылардың сұраныстарына жауап көп "талғаулы"
спецификация пайда бола бастайды. Олардың бірі - IEEE 802.15.4 және ZigBee
стандарты онымен байланысты.
Осы жұмыста төтенше жағдайлардағы 802.15.4 стандарттың Zigbee
технологиясының қолдануы мүмкiндiгi қарастырылады және өрт қауiпсiздiгiнің
жүйесi жобаланады.
11
1 802.15.4 СТАНДАРТЫНДАҒЫ ZIGBEE ТЕХНОЛОГИЯСЫ
1.1 ZigBee желісін құрастыру өзектілігі
2001 жылы электротехника инженерлерінің институтына және IEEE
электрон ғалымдарының сымсыз байланыстың WPAN желісінде жаңа стандарт
құрастыруын ұсынды және оған 802.15.4 деген ат берілсін деген. 2002 жылы
ZigBee альянсы құрылды. ZigBee одағы - коммерциялық емес өндірістік
консорциум жартылайөткізгіштер компоненттік нарықында, технологиялық
компанияларда, ОЕМ өндірушілері мен әлемдегі тұтынушылар арасында
компания лидерлер қатарына кіріп бой алды. ZigBee одағы ағымының
глобальдік специфекациясын жоғарғы үміттілік, рентабельдік, сымсыз
технологиясында энергия-экономиясы үшін IEEE 802.15.4 ақпараттық пакет
жіберуші механизмді қолдана отырып құрастырды.
Кез келген стандарт, сым арқылы ақпарат айырбастау интерфейсі немесе
сымсыз байланыс арқылы, өзінің айналасындағы тапсырмаларды шешу үшін
құрастырылған. Мысалыға, Wi-Fi, үлкен жылдамдыққа байланысты
ақпараттарды орташа қашықтықтарға жіберу; бейне және аудио ақпараттарды
жіберуге Wi-Fi сымсыз құрылғылардың корпаративтік желісіне және
Интернетке шығуға рұқсаты үшін қолдануын хабарлаған. Bluetooth WiFi-ға
жылдамдығы жағынан ұтылады; ол үй кинотеатрының компоненттерінің
арасында бейне және аудио ағымдарын жіберуде ыңғайлы. Негізгі мақсаты,
ZigBee технологиясының көмегімен үлкен емес көлемдегі ақпараттарды орташа
қашықтықтарға жіберу. ZigBee технологиясының тағайындау ерекшелігі,
жіберіп қабылдайтын құрылғысы электротұтынуы аз мөлшерде болуы керек.
IEEE 802.15.4 және ZigBee сапалы ағымдағы аудио немесе анықтылығы жоғары
бейнені жіберуге болмайды, бірақ кез келген ортадағы басқарулар мен
мониторингінің күрделі сұлбаларын іске асыруға болады.
Одақтың негізгі мақсаты ZigBee-ң ақпараттық ағымдағы протоколдарын
бірыңғай спецификациясын өндіру, жұлдыз, кластерлі ағаш, көпұяшықты
желінің қауіпсіздік фукнциялары мен әртүрлі біріккен профильдарын, былай
айтқанда әртүрлі желідегі үлгіні қолдайды. ZigBee спецификациясы сымсыз
желідегі шешімдерді жүзеге асырып, глобальды стандартта бірыңғай негізін
салған, ақпаратты жіберу жылдамдығы 250 Кбитс, электротұтынуы аз,
ақпаратты қорғауды қамтамасыз етеді және жүйе сенімділігін қолдайды. Сайып
келгенде, ZigBee - бұл компанияның одағы, яғни, өңдеушілер 802.15.4.
стандартының деңгейлерінің үстінен қосымша желілі қабат бағдарламалық
қамтамасыз етуі қажет. Консорциумде қатысатын барлық белсенді мүшелері
ZigBee технологиясының барлық техникалық ақпараттарына толық құқығы бар
және ZigBee спецификациясына әсер ету мүмкіншіліктері бар. Ертеректе
12
ZigBee технологиясы радиоинтерфейстердің бос қалған қуысын құрылғыларды
және техникалық мінездемелері жоғарғы технологиямен қарызға алып
толтырды және оған сәйкес қымбат , немесе шешімнің , әртүрлі өндірушілердің
электрондық компоненттері жеке микросхемалардағы радиотрансиверде
базаланады, өз астында мықты стандартталған базасы жоқ.
Қарапайым тапсырмаларды шешу үшін немесе жеке протоколдарды құру
және ақпараттық ағымдарды персоналды сымсыз желілер үшін құру
өндеушілер амалсыздан көптеген шығындар жасауға мәжбүр болды, бұйымның
ақырғы құны мен дайын бұйымның нарыққа шығатын уақыты туралы білінді.
Нәтижесінде өнімге деген сұраныс пен нарықтың қызығушылығы жиі жоғала
бастады. ZigBee802.15.4 жалғыз стандартталған сымсыз байланыс
технологиясы болып табылады, басында мониторингінің келесі ұсыныстары
мен бақылауға көзделген болатын, кейін көрсеткіштердің белгіленген желілері,
азтұтыну жүйелеріне арналған сымсыз желілер жазылған күйде коммерциялық,
өндірістік және үй автоматикасында қолданыла бастады:
- жарықтандырудың басқару жүйесі (өнеркәсіптер, муниципальды және
үйлер үшін);
- өндірістік, үй автоматикасы және басқару (жылыту, желдету және
ауаны тазарту (ОВК), қосалқы құрылғылар және жабдықтар);
- тұтыну электроникасы (мультимедия көңіл жадырататын жүйелер,
портативтік электроника), тұрмыстық техника (кір жуғыш машина, кофе
қайнатқыштар, салқындатқыштар, ауадағы сүзгілер және т.б.);
- дербес компьютерді жабдықтау (тышқан, пернетақта, джостиктар және
т.б.)
- дабыл және қауіпсіздік жүйелері, апаттық хабарлаулар, рұқсат бақылау
жүйелері, контактсыз кілттер, түтін, газ, қозғалыстар, жалынның,
температураның қысымның және т.б. көрсеткіштері;
- емделушінің диагностикасын тексергенде қолданылатын дәрігерлік
құрылғы, спортшының қал-жағдай мониторингі, биодатчиктер;
- шет басқарулар және технологиялық процестерді бақылау, қозғалушы
аппраттарды, станоктарды, өнеркәсіп жабдықтарын, тоңазытқыш
құрылғыларын басқару, ақпараттарды дистанционды жинау;
- өнеркәсіптік және порттылардың активтерінің мониторингі, логистика;
- су, газ және
жылумен қамту жүйесінің мониторингі,
электроэнергиясын басқару және аспаптық бақылау жүйесі, тұрғын-
коммуналдық шаруашылық жүйе (ТКШ);
- ақпарат алмасудың сымсыз құрылғысы, радиомодемдер, радиоберіліс;
- автомобильдік электроника (шинадағы қысымды бақылау жүйесі,
айдап қашуға қарсылық жүйесі, идентификациялау және диагностика жүйесі)
және т.б.
ZigBee802.15.4-ң негізгі артықшылықтарының бірі болып орнатудың
оңайлығы және осындай құрылғыларға қызмет көрсете алуы саналады. Дербес
сымсыз жазу ZigBee спецификациясының ерекшелігі: сіз құрылғыны қораптан
аласыз, оған батареясын орнатып керекті пернесін басасыз. Содан кейін екі
13
құрылғыны пернені басқан күйдебір біріне жақындатып жасыл светодиот
жанғанша ұстайсыз. Осылайша екі құрылғының желіге қосылуы немесе
тіркеуі жасалады, мысалы, жарық сөндіргіштер арнайы лампаға. Бұл принципті
орындау ZigBee модульдерін жаңа аспаптарға және кішігірім ғимараттар (үй,
офис) жүйесіне, өнеркәсіпке ендіру ұсынылады (өнеркәсіптік зона, зауыттар)
[1].
1.2 WPAN желiлері және IEEE 802.15.4 стандарттары
Кең тарату бүгiнгi күнде сымсыз есептеуiш желiлерін құрастыруға
арналған стандарттардың келесi үш үй-iшiлерiн алды :
- IEEE 802.11 - Wireless Local Area Network (WLAN -- сымсыз жергілікті
есептеуіш желілері);
- IEEE 802.15 - Wireless Personal Area Network (WPAN -- сымсыз арнайы
есептеуіш желілері);
- IEEE 802.16 - Broadband Wireless Access (BWA -- сымсыз кең жолақты
рұқсат).
Бiздiң алдымызда тұрған мақсат сымсыз желiлердiң стандарттарының
әрбiреуіне толық талдаулар өткiзу болып табылмайды. Негiзгi бөлiмде WPAN-
желісіне, жеке алғанда - ZigBee желiсi және жаңа IEEE 802.15.4 стандартының
дербес сымсыз желiлерiнiң туыстарына көңіл бөлiнедi. Желілік стандарттардың
туыстары 802.11 және 802.16 тек салыстыруда ғана қарастырылады.
Сымсыз дербес есептеуiш WPAN желiсi әдетте жергiлiктi жүйені әсердiң
аз радиус көлемінде ұсынылады, 15...20 метрден артық емес қашықтыққа және
дербес компьюлердiң арасындағы сымдық қосулардың алмастыруына
арналады, сонымен бiрге түрлi құрылымдар мен мультимедиа құрылымдарын
байланыстыруға арналған (ҚКП, принтерлер, факстер, сканерлер, жүйе және
тағы басқалар). Дегенмен кейбiр WPAN желiлерi - (ZigBee, Bluetooth) 100 м-ге
қашықтыққа дейiн жұмыс iстеуге қабiлеттi. IEEE 802.15.1 стандарты бiрiншi
болып есептiң мәлiметтерiн жүзеге асырылуға қабiлеттi болды. Стандарт
Bluetooth vl.x-ң спецификациясында негiзделедi және (MAC layer) ортаға
рұқсаттың деңгейін (PHY layer) және физикалық деңгейiн анықтайды. Келесi
адымдар 802.15стандартының туыстарын кеңейту, 802.11 және 802.15
класстардың құрылымдарының өзара әрекеттесуін қамтамасыз ететiн
стандартты жасауы болды. Біраз уақыттан кейін WPAN желісіндегі
құрылымдардың жылдамдығы жеткіліксіз екендігі байқалды. Ондаған және
жүздеген Мбитс жылдамдығын өткiзу қабiлетi бар мәлiметтердiң сымсыз
арнасын құруға мүмкiндiк беретiн стандарттың өндiруiндегi қажеттiлік пайда
болды (IEEE 802.15.3). Аталған стандарттар жоғары (1-ден 200-ге Мбитс дейін)
жылдамдықпен (дауыс, мәлiметтер, видео) мәлiметтiң үлкен көлемдерiн
тартуда өте жақсы жіберуге жақын келеді. Олардың негiзiндегі құрылымдар
мәліметтерді 10-нан 100 м-ге дейінгі қашықтықта (батареялар және
аккумуляторлардан) оқшау режимінде жұмыс iстеуге қабiлетi бар. Бұл
стандарттар (компьютерлер, есептеуiш желiлер) күнде бiз iстеп жүрген
14
құрылымдардағы тораптық қосуларды алмастыруға мүмкiндiк бередi. Ұқсас
есептердi iске асыру үшiн шапшаңдығы төмен WPAN желiлер үшiн IEEE
802.15.4 (ZigBee) стандарты құрастырылған (1.2-сурет).
Әсердiң қысқа радиустағы сымсыз желiлер өзара әрекеттесетiнi анық.
Әртүрлi сымсыз желiлердiң арасындағы шлюздың функция орындайтын
жабдықты жасауға жоспарланады. Егер қауiпсiздiк жүйесі ZigBee-ге
орналастырылған болса, қаскүнемді табу үшін, ол компьютерге хабарлау үшін
IEEE 802.11 желiсiмен жалғанады, ол өз кезегінде SMS арқылы қожайынның
ұялы телефонына жетеді немесее қауіпсіздік қызметіне қоңырау шалады. 802.15
стандарт туыстары және 802.11b стандарттарының салыстырмалы
мiнездемелерi 1.1 кестеде келтiрiлген.
1.1 К е с т е - 802.15 стандарт туыстары және 802.11b стандарттарының
салыстырмалы мiнездемелерi
Bluetooth және ZigBee технологиялары келтiрiлген мiнездемелерге
сүйенетін болсақ олардың ең жақын бәсекелестер екендігіне көз жеткізуге
болады. Сәйкесiнше шамамен үй және өнеркәсiптiк тағайындауында сымсыз
құрылымдар, қашықтықтан басқару жүйесі, компьютер құрылғысы және тағы
басқаларды қоса алғанда олардың қолданылатын облыстары ұқсас. Bluetooth
технологиясына қарағанда, ZigBee технологиясының айырмашылығы, оның
талаптарының бiрi энергиятұтынуы төмен қосымшалар үшiн жасалған.
Құрылымдардың белсендiлік мерзiмі ZigBee технологиясы бойынша iстелiнген
батареялардың ұзақ қызмет мерзiмiн қамтамасыз ету өте аз мөлшерде бола
алады. Wi-Fi және Bluetoothдiң микросхемалары кәсiпорындар және кеңсе
ғимараттарының масштабтарындағы iрi желiдегі түрлi құрылымдардың
негiзiнде ұйымдартыруға өте қымбат, 802.15.4ZigBee стандарты ең төменгi
15 Стандарт
802.15.4 Zigbee
802.15.1
Bluetooth
802.11b Wi-Fi
Қосымша
Мониторинг, басқару
Дауыс,
мәліметтер
Мәліметтер,
бейне
Жиілік, ГГц
0.868
0.915
2.4
Артықшылықтары
Баға, энергияның
сақталуы, көлемі
Баға, дауыс
жіберу
Жылдамдық,
иілгіштік
Макс.жылдамдық
20
кбитс
40
кбитс
250
кбитс
1 мбитс
11 мбитс
және одан
жоғары
Қашықтық, м
10-100, 1000
100
100
Сезімділік, дБм
(орташа).
-92
-70
-76
Ағымның көлемі,
кБайт
4-32
250
1000
Қызмет ету уақыты,
(батарея) күн
100-1000
1-7
0,5-1
шығындары бар сымсыз интерфейстер, сыртқы элементтердiң ең төменгi саны
схемотехниканың оңайлығымен қамтамасыз етiлген, оған апарылған биiк
тиiмдiлiгi бар жадының көлемiн қолдана отырып ағымның программалық
қамтамасыз етуiмен өндеуге мүмкiндiк бередi (1.1 кесте). Стандарт көп
ұяшықты топологиясы бар желiні құруға мүмкiндiк бередi, солай келе керемет
үлкен түйiндердiң саны қызмет көрсетеді және қуаттың күшейткiштерiндегі
байланыс қашықтығын қосымша шығындарсыз үлкейтеді.
ZigBee технологиясы Wi-Fi немесе Bluetooth сияқты мәлiметтiң үлкен
көлемдерiн таратуға арналмаған. Мысалы, энергиятұтынуы, бағасы және
сенiмдiлiгі бойынша биiк көрсеткiштер керек жағдайда, датчиктер
көрсетулерiнің көлемi он байттан сирек асатын мәліметтерге жоғарғы
жылдамдықтың қажеті жоқ. ZigBee құрылымдарының көпшiлiгi келесi
алгоритм бойынша жұмыс iстейдi : құрылым уақыт түгелдей дерлiктi ұйықтап
жатқан күйде қуат жинағының ұтымды тәртiбi қамтамасыз етеді. Жаңа
мәлiметтер немесе құрылымның кезектi байланыс сеансының уақытында iске
қосылады, мәлiметтер жылдам беріледі және төмендетiлген энергиятұтыну
тәртiбіне қайтадан өтедi. Сонымен бiрге бiр үлгiдегi уақытша тоқтаулар арнаға
рұқсат алуға 15 мс, ұйықтап жатқан күйден белсендi өткелге өту 15 мс, желiге
жаңа құрылымның қосуға кеткен уақыт 30 мс-тi құрайды. Осылайша
батареялардың қызмет мерзiмiн 10 жылға дейiн созуға болады және ол
қосымшаның түрiне жұмыс циклының ұзақтығына байланысты, берілетін ток
мөлшері 15...30 мА құрауы мүмкін, ал ұйықтап жатқан күйде - 2 мА кем
болады. Нәтижеде, үн қосу бойынша тоқтаулар соншама аз, адам бөлмеге кiрiп
және ZigBee сымсыз байланысының қосқышын қосқан кезде жарық лезде пайда
болғанын тiптi байқамай калады. Бұл кезде Bluetooth желісіне қосылу уақыты 3
с. құрайды.
1.3 Желі хаттамасының архитектурасы
Кез келген стандарт сымсыз мәліметтермен алмасу интерфейсі болсын, я
болмаса сымсыз байланыс болсын, өз ортасында тапсырмаларын шешуге
арналады. Мысалыға Wi-Fi, орта қашықтықта жоғары жылдамдықпен
ақпаратты, видео және аудио тарата алады, WiFi сымсыз құрылғылардың
қолжетімділігі корпаративті және Интернет желісіне арналған. Сонымен бірге
Bluetooth стандарты аз қашықтықта ақпарат таратуға көзделген. Жылдамдығы
жағынан Wi-Fi жетпейді, ол ағынды аудио және видео таратуға арналған,
мысалы, үй кинотеатрының компонеттері арасы үшін. ZigBee көмегімен
шешілетін негізгі тапсырмасы
-
орта қашықтықта шағын көлемдегі
ақпараттарды тарату. ZigBee спецификациясы осы стандарттың қабылдау және
таратқыш құрылғысы аз энерго тұтыну қажет. IEEE 802.15.4 және ZigBee
сапалы ағынды аудио және өте анық видеоларды беруге болмайды, бірақ
күрделі сұлбалы мониторинг пен әр саладағы тәжірибелік баруға болады. IEEE
802.15.4 құжаты желідегі жиіліктерді, аппараттық ерекшеліктерді және басқа да
ерекшеліктерді бейнелейді, осы уақытта ZigBee құжаты желілік басқару
16
процесін, қауіпсіздік параметрлерін, үйлесімділікті, құрылғы профильдерін
қамтиды [3]. IEEE 802.15.4-2 желісінің ерекшелігі ұялы және тәжірибелік кез
келген топологияны жүзеге асыра алады.
ZigBee хаттамасының стегі ақпараттарды таратуда ашық жүйелердегі OSI
(Open System Interconnection) жеті деңгейлі иерархиялық хаттама моделімен
құралған. Стек IEEE 802.15.4 деңгей хаттамасын құрайды, ол байланыс
арнасын, желілік бағдарламалық деңгейін және қосымшаларды қолдайтын
деңгейлер, ZigBee Альянсының арнайы спецификасын анықтайды (1.1 суретті
қараңыз).
IEEE 802.15.4 архитектурасы стандартты жеңілдетуге арналған деңгей
қатарларын анықтайды. Әр деңгей стандарттың бір бөлігіне жауапты және
жоғарыда көрсетілген деңгей қызметтерін атқарады. Деңгейлер арасындағы
интерфейс берілген стандарттағы логикалық байланысты анықтайды.
1.1 Cурет - ZigBee802.15.4 стегінің архитектурасы
IEEE Std 802.15.4 құжаты физикалық деңгейдің (PHY) спецификасын
және MAC (Medium Access Control) желілік ортаға қолжетімділік деңгейасты,
17
ол портативті құрылғыларды бөлу және максималды қолжетімділік
арақашықтығы төмен жылдамдықты сымсыз ортада POS (Personal Operating
Space) 10 м тең. Төмен жылдамдықты таратуда үлкен қашықтықтарда ( 100 м)
жұмыс істеуге болатындығы жобаланған.
1.4 Стектің физикалық деңгейі
Физикалық деңгей PHY қызметтің екі түрін ұсынады: PLME (Physical
Layer Management Entity) сервисімен әрекеттесетін, қатынау нүктесі SAP (
PLME-SAPдеген атымен әйгілі) PHY ақпараттық сервисі және басқару сервисі.
PHY ақпараттық сервисі
PPDU (Protocol Data Unit) ақпараттар
блогын хаттамалық радиоарна арқылы қабылдау мен таратуға мүмкіндік
жасайды. Стандарт келесідей жылдамдықтарды анықтайды: 250 кбитc,
100кбитc, 40 кбитc және 20 кбитc. Радиоарналар арқылы ақпараттарды тарату
және қабылдау PHY физикалық деңгейінде жүзеге асады, жиілік жұмыс
диапазонын, модуляцияның түрін, максималды жылдамдығын,арна санын
анықтайды: O-QPSK
-
квадратты фазалық манипуляция 2,4 ығысу
диапазонында (16 арна, 250 Кбитс), BPSK - екілік фазалық манипуляция 915
МГц жиілігі үшін (10 арна, 40 Кбитс) және 868 МГц (1 арна, 20 Кбитс). PHY
деңгейі қабылдау-таратқыштың активациясымендезактивациясын жүзеге
асырады, жұмыс арнасына қабылданған дабылдың энергиясын детектрлейді,
арнаның физикалық жиілігін таңдайды. 802.15.4 стандарты - бұл физикалық
радио
(радиоқабылдау-таратқыштың микросхемасы) , ал ZigBee
-
маршрутизация мен қауіпсіздікті қамтамасыз ететін логикалық желі
бағдарламалық стек екенін білуімыз қажет [2].
Радиоқұрылғы лицензиялы емес жиіліктік диапозонда жұмыс жасайды:
− 868 - 868.6 МГц ( Еуропа үшін)
− 902 - 928 МГц (Солтүстік Америка үшін)
− 2400 - 2483.5 МГц (басқа мемлекеттер үшін)
Сымсыз жылдамдығы төмен дербес желiлер (WPAN) үшiн IEEE 802.15.4
стандарты MAC-ң ортасына рұқсат деңгейін және PHY-ң физикалық деңгейiн
анықтайды. PHY деңгейі радиодабылдың таратуын физикалық ортаға рұқсатты
қамтамасыз етедi: модуляцияның түрiн, жылдамдықты және басқа
параметрлерге тапсырыс беріледi, қабылдау және таратуды тiкелей жүзеге
асырады. MAC деңгейі құрылымдардың желiсiнен қосымша және
қорытындысын жүзеге асырады, мәліметтер топтамаларының жеткiзуiн
тексередi, мәлiметтердiң (есесiн қайтару) автоматты қабылдауды растауын
қамтамасыз етедi, рұқсат беру тетiктерiн тарату арнасына жүзеге асырады, 128-
биттiк AES шифрлауды және тағы басқа функцияларды қолдайды. ZigBee
ағымының спецификациясы қосымшаға желілік деңгейді, қауiпсiздiк және
рұқсат алу деңгейлерiн анықтайды және 802.15.4 стандартының базасында
шешiмдермен бiрлесiп талқылауды қолдана отырып үйлесiмдi құрылымдарды
қамтамасыз етеді. PHY деңгейiнің кілтік функциясы энергияны бақылаудан
және байланыстың сапасынан және арналарды талдаудан тұрады. Ортаға рұқсат
18
алу ISM (Industrial, Scientific and Medical) жиiлiк ауқымдары iске асады,
физикалық деңгейі 868915 МГц жиiлiктегi екiлiк фазалық манипуляциясын
(BPSK) және 2,4 ГГц-тi жиiлiкте жылжуы бар квадраттық фазалық
манипуляциясын (O-OPSK) қолданады. Арнаға рұқсат үшін сақтап қалуы мен
бақылауы бар көптiк рұқсатының тетiгiн және (CSMA-CA) коллизияны құрту
үшін қолданылады. Негiзделген тетiк таратуды бастаудың алдында байланыс
арнасының күйiн анықтау, соқтығысуларды (бiрақ шеттетпеу) қысқартуға
айтарлықтай мүмкiндiк бередi, мәлiметтер бiр уақытта бiрнеше құрылымдармен
таратырылады. 802.15.4 стандартының CSMA-CA әдiсi тек қана коллизияны
анықтауға емес оларды жоюға мүмкiндiк береді (құрылым тарата алады немесе
мәлiметтер қабылдай алады), жартылай дуплекстi мәліметтерді таратудан
тұрады. Дабылдың тарату қашықтығы әдетте 30 ... .50 м-дi құрайды, дегенмен
қуат күшейткiштері, шуыл күшейткіштері және үйлесiмдi антеннасы
қашықтығы 100 м-та жылдамдықтың сапасын жоғалпайды. Өткiзу қабiлетiнің
таңдаулы жиiлiгіне тiкелей тәуелдi болады. Максимал тарату жылдамдығы 250
Кбитс тең, (5 МГцтiң адымы бар 16 каналдары) 2, 4 ГГц аралығында жұмыс
істейді. Сәйкесiнше 868 МГц (1 арна) және 902-928 МГц жиiлiктерi үшiн
сәйкесiнше 20 Кбитс және 40 Кбитс тарату жылдамдығына тең (2 МГц-ң
адымында 10 арнасы бар). Бұл суреттер 1.2 суретте қарастырылған.
1.2 Сурет - 802.15.4 стандарттың қысқаша мiнездемесi
1.2 суретте көрсетілгендей, ZigBee802.15.4-ң сымсыз құрылымдары
нарықтың көп мөлшерін 2,4 ГГц диапазонның шешiмдерi ұстап қалуға
тырысады. Бұл алдыменмен мынаған байланысты, Еуропада 868,3 МГц
19
жиілігінде тек қана жалғыз арнаға қол жетеді, 915 МГц жиілігі тек қана АҚШ-
та, Канадада, Кореяда және Австралияда рұқсат етiлген. Нәтижесінде
субгиггерцтік диапазондар OEM өндірушілеріне потенциалды сүйкiмсiз болып
табылады, бұл уақытта - 2,4 ГГц диапазоны бүкiл әлемнiң қолдануына рұқсат
етiлген және келешек құрылымдардың мiнездемелерiнiң анықтауында жүзеге
асырылады. Дегенмен келешекте коммерциялық тағайындау жүйелерiнде
802.15.4 стандартының әр түрлi жиiлiктегі құрылымдарымен ZigBee
құрылымын байланыстыру үшін, шлюздердiң пайда болуы мүмкiн. InStatMDR
агенттіктің мәліметтері бойынша бес жыл ішінде 2004 жылдан бастап,
тұтынудың көлемдерiнiң байланысында субгигагерцтегі және 802.15.4
стандартының 2, 4 ГГц-тегі трансиверлердің қандайда бір түбегейлi өзгерiстері
байқалмайды. 2,4 ГГц-тегі микросхемалардың көлемi ZigBee802.15.4
құрылымдарының ортақ нарығындағы 65...75% құрайды. 2,4
ГГц
диапазонының бiршама кемшiлiктерi, әр түрлi тектегі абоненттердің спектрiнде
кейбiр толықтықты санауға болады (Bluetooth құрылымы, 802.11b және 2,4 ГГц
жиiлiктерiндегi микротолқынды пештер, сымсыз телефондар). Субгигагерц
диапазондарын 2,4 ГГц диапазонымен салыстырғанда артықшылығы кiшiрек
толықтықта және басқа
тең шарттарда мәліметтерді тарату кезінде
қашықтықтың бiрнеше зорайтылғаны болып табылады. Еуропадағы 868,3 МГц
диапазоны таралған, жақында дамытудағы қосымша мүдде алуы мүмкін, OEM
өндiрушiлері жағынан қызығушылық түсуі мүмкін. Еуропадағы стандарттар
институты (ETSI) телекоммуникациялар бойынша берілген диапазонда
қосымша арналары қолдану үшін рұқсат алу процессінде жүр, дегенмен
процесс көп жылдарға ұзап кете алады [1].
Аз қашықтықтағы байланыс үшін арналған датчиктердiң жиынына,
микроконтроллерге және радиожиiлiктік қабылдағыш-таратқышқа ие болатын
(немесе басқа мәлiметтер көзі), әрекеттiң аз радиусында істейтін сымсыз
желiлер (WPAN-Wireless Personal Area Network), құрылымдардың кеңiстiгінде
таралған жиыннан тұратын сымсыз жүйелерiнiң жаңа класы болып табылады.
Көптеген WPAN желілердің негiзгi міндеттеріне - өздiгiнен ұйымдасу
және эксплуатация шартарының өзгерістіріне бейiмделгiш болып келеді.
Сондықтан, орнату үшін керекті заттарды күшейту қажет: күйге келтіру және
ары қарай пайдалану және ұқсас желiні бақылап отыруы үшiн талап ететiн
күштер минималды. Бұдан басқа, түйiндердегі хабарлауларды
ретрансляциялайтын қабiлеттiлiгi бар, (бөгеттер немесе бөгеуiлдер, физикалық
бұзылу және тағы басқалардың пайда болуы) әр түрлi себептер бойынша жеке
түйiндердiң орнықтылығын және таратушының аз қуатының көмегімен
жүйенiң жамылғысын түбегейлi ауданын қамтамасыз етедi. Түйiндер сонымен
бiрге мәлiметтердiң жеткiзуiнiң ұтымды маршруттарын өз алдына анықтайды
және олар желiнiң топологиясы өзгергенде түзетедi.
Сымсыз түйiннiң аппаратты қамтамасыз етуi және iшiнде торлық өзара
әрекеттесудiң хаттамалары жүйенiң пайдалануын ұзақ мерзiмнiң қамтамасыз
етуге арналған энергия тұтынуы бойынша автономды көз қоректенуiнiң
20
қолдануында оптимизациялаған. Режимге байланысты, сымсыз желiнiң
түйiнiнiң жұмыс уақыты бiрнеше жылдарға жете алады.
WPAN желiсінің артықшылықтары - таралған жиынмен, талдаумен және
мәлiметтiң берiлуiмен сабақтас қолданбалы есептердiң кең шеңбердегі шешiмді
тиiмдi қолдана алады :
- микроклиматты сүйемелдеуге арналған жабдықпен, температура
мониторингімен, ауаның шығынымен, адамдардың қатысуын барлау және
басқару т.б.;
- жарықпен басқару т.б.;
- энергия жабдықтауымен басқару т.б.;
- пәтердегі газ, су, электр энергиясының тағы басқа жиындардың
есептеуiштерiнiң көрсетулерi;
- өрт хабарлағышы.
1.5 Желiні құрастыру және оның жұмыс ұстанымы
ZigBee ағыны әр түрлi желiнiң кескiндерiн қолдайды, соның iшiнде келесі
топологиялар: жұлдыз, кластер ағашы (иерархиялық) және (1.5-шi сурет)
көп ұяшықты желi (mesh). Ағынның желілік фукнциялары белсенді
арналарды табу үшін желіні сканерлейді, белсенді арналар арқылы құрылғыны
идентификациялайды, iске қосылмаған арналарға желi құрастыру және дербес
сымсыз желілердің аймағында берілген желілерді біріктіреді, құрылымдардың
нақтылы профильдерiне сәйкес қолдалатын сервистерiн айырып тануы,
маршрутизацияны қазiргi желiмен бiрiктiру болып табылады. Бұл
құрылымдарға желiге автоматты кiрiп және олардың iшiнен шығуға мүмкiндiк
бередi, әрбiр түйiнге бiрнеше маршруттардың бар болуының арқасында бiр
нүктедегi жағымсыз зардаптарын шығарады.
Типке байланысты, әрбiр құрылымда нақтылы желілік функциялары
болады :
- координатор желiнi сканерлейді және желi жасауға арналған еркiн
арналарды анықтайды;
- егер белсендi арналар жоқ болса немесе белсендi желiмен бiрiктіруі
болмаса, (FFD) жол көрсетушi желiнi сканерлейді, белсендi арналар табады
және қазiргi желiнiң құрамына енуге тырысады немесе координатордың
құқықтарында меншiктi дербес желiнi құрады.
21
1.3 Сурет - Желiнiң топологиясының нұсқалары
Егер бiрiктiрілген болса, тұстасқан жергiлiктi жүйенi координатордың
қазiргi желiсiне енiп, ережелерге сәйкес жол көрсетушiнiң лауазымына
жiберiледi және қазiргi желiнiң координаторына жергiлiктi жүйе туралы барлық
мәлiметтi алып бередi. Жаңадан пайда болған жол көрсетушiнiң
координаторынан синхронизацияның дабылдық дестеден келесi дабылдық
дестелердiң табылуға арналған желiнiң уақытша параметрлерi туралы қажеттi
мәлiметтi алады,RFD шеткi құрылымы бар желiге кiруге әрдайым тырысады.
Көп ұяшықты желiнiң барлық түйiндерi басқа түйiндерді табуға қабiлеттi
және бiрін-бiрi айырып тану кезінде дестелердiң берiлуiнің ұтымды жолын,
айырбастың максимал жылдамдығын, қателердiң пайда болуын жиiлiктi және
тосу уақытын есептейді. Өлшеулi мәндер көршi түйiндерге берiледi, трафиктiң
берiлуiнің ұтымды жолы қолданылған дабылдардың қуатына сүйене сайланады.
Түйiндердiң табылуының процесстерi және жолдың таңдаулары үнемi жүредi,
сондықтан әрбiр түйiн көршiлердiң ағымдағы тiзiмiн қолдайды және ең жақсы
маршрут олардың орналасу өзгерiстерін жылдам есептей алады. Егер қандай да
бір түйiн (техникалық қызмет көрсету немесе басқа салдардан) желiден
шығарылған болса, көршi түйiндер өз кестелерiнiң кескiндерiн жылдам
өзгертеді және трафиктiң ағындарының маршруттарын қайтадан анықтайды.
Бұл өз қалпына келу және істен шығуды жеңу қасиеттері қатаң архитектурасы
бар желiні ұяшықты топологиясы бар желiден айтарлықтай айырады [2].
Деректердi берудiң транзакцияларының үш түрi бар болады. Солардың
бiрлерi торлық құрылым мәлiметтi алып берген координаторға деректердi
берумен кездесiп отыр. Екiншi транзакция торлық құрылымға координатордан
мәлiмет жiберумен байланған. Транзакциялардың үшiншi түрiне торлық
құрылымдардың арасындағы мәлiмет алмасу тiкелей жатады. Жұлдыз
22
топологияларда координатормен және торлық құрылымның аралығында болуы
мүмкiн ақпараттық айырбас тек қана екi транзакция, өйткенi тек қана
қолданылады. P2P топологияларда транзакциялардың барлық үш түрлерiнiң
iске асыруы болуы мүмкiн.
Торлық құрылым қашан кадрлардың қолдауы бар PAN-ң желiсiндегi
координаторына мәлiметтер тапсырғысы келедi, ол Вeacon кадрын
детекторлауға бастапқыда тырысады. Тиiстi уақыт, құрылымға өз ақпараттық
кадры, координаторға CSMA-CA-ң домен алгоритмы қолдана алып бередi.
Координатор -растауды кадрдың жiберуi табысты жеткiзудi жолымен растай
алады.
1.4 Сурет - Beacon шамшырақтарын қолдану арқылы PAN
координаторына деректердi тасымалдау
Торлық құрылым қашан шамшырақтардың жалғыздығының PAN-ң
желiсiндегi мәлiметтердi тапсырғысы келедi, ол координаторға ақпараттық
кадрды CSMA-CA-ң домен сұлбасыз қолданса жай ғана жiбередi. Координатор
опцион растауды кадрдың жiберуiнiң мәлiметтерiнiң табысты жеткiзуiн
растайды. Операциялар тiзбек осысы 1.5 суретте көрсетілген.
23
1.5 Сурет - PAN-ға координаторы бар коммуникациясы таңбалары
Қашан координатор PAN шамшырақтардың қолдауымен желiдегi торлық
құрылымына мәлiметтер тапсырғысы келгенiн, қандай мәлiметтер жiберулердi
күтетiнiн ол торлық шамшырақ бойынша анықтайды. Құрылым қатынастың
жiберу күтетiн Вeacon-нің торлық шамшырақтарын мерзiмдi тыңдайды, және
егер болады мәлiметтердiң сұрау салуын Мас, CSMA-CA-ның домен тетiгiнiң
қолдануымен берiледi. (ACK) тиiстi кадрдың көмегiменiн мәлiметтердiң сұрау
салуын алуды раста координатор. Егер болуы мүмкiн, мәлiметтердiң кадры
күтетiн жiберулер CSMA-CA-ң домен тетiгiнiң қолдануымен жөнелтедi, онда
растау iлесе . Құрылым растауды кадрдың жiберуi мәлiметтердiң табысты алуы
жолымен растай алады. Транзакция бұған бiтедi. Қатынас транзакциялар
табысты аяқтауда шамшырақта жазып алған күтетiн жiберулердi тiзiмнен
бошалайды.
Координатор қашан шамшырақтардың жалғыздығын PAN-ң желiсiндегi
торлық құрылымы, ол мәлiметтер тапсырғысы келедi тиiстi құрылымға
арналған мәлiметтердi есте сақтайды және мәлiметтердiң сұрау салуын
орындайды. Торлық құрылым MAC-ның жiберуi координатормен байланысу
жолымен тетiк домен CSMA-CA-лерiнсiз қолдана отырып орната алады -
мәлiметтердiң сұрау салуды командасы, айырбастың жылдамдықпен, тап
қалған қосымшамен. Координатор растауды 2~кадры арқылыны ақпараттық
сұрау салуды табысты алуды растайды. Егер ақпараттық кадр жiберуге қараса,
координатор мәлiметтердiң кадрын құрылымға CSMA-CA-ның домен тетiгiсiз
қолдана жiбередi. Егер мәлiметтердiң кадры, күтетiн жiберулер жоқ болса,
координатор бұл айғақ немесе мәлiметтердiң растауды пакет, келесi сұрау
салуына, немесе мәлiмет өрiсiнiң нөлдiк ұзындығы бар ақпараттық кадрында
бекiтедi. Егер керек болса, құрылым мәлiметтердiң кадрының табысты алуын
растайды.
Энергия тұтынуды ықшамдау басты есеп желiлердiң ZigBee-дiң
құрастыруында болып табылады. Бұл есептiң шешiмдерiнiң бiрлерi деректердi
беруде тек қана олардың түсуiнде және адресаттың жақтанын пакеттiң табысты
24
қабылдауын жағдайдағы растауды келесi күту негiзделген байланыстар
стратегия болып табылады. Әрбiр құрылым сонымен бiргелер кез келген
уақытта берiлудi бастай алады. Әдiстiң мәлiметiнiң анық кемшiлiгi бiрнеше
құрылымдармен бiр уақыттағы деректердi берудiң жанында интерференцияның
ықтималдығы болып табылады. Қосудың сенiмдiлiгi CSMA-CA-ның
хаттамасының қолдануының арқасында жоғарылайды. Нүкте немесе жұлдыз-
нүкте түрдiң қолданылатын тек қана Қосуларына көптiк рұқсатының бос
тұруын стратегия. Жағымсыз өзара әрекеттесудiң сақтап қалулары үшiн
қолдану болуы мүмкiн . Жағымсыз өзара әрекеттесудiң сақтап қалулары үшiн
(TDMA) уақытша бөлiнуi бар көптiк рұқсаттың қолдану хаттамалары болуы
мүмкiн. ZigBee802.15.4 технология ұқсас TDMA-ң технологиясымен қағида
бойынша уақыт аралықтарына кепiлдiк бередi, бiрақ бөлiнудiң қолдану
мәлiметтерi синхронизация және кәдiмгi TDMA-лер салыстырғанда күрделiрек
және кем энергия тиiмдi алгоритм болып табылған уақытша бөлiнудiң тәртiбi,
рұқсатпен тек қана бiрлесiп талқылау болуы мүмкiн. Iшiнде жергiлiктi торлық
ұяшықтың құрылымдарына не бiлуге мүмкiндiк бергенiн, неткен уақыт
деректердi берудi жүзеге асырылатынын ZigBee-дің уақытша бөлiнуi
уақытының ұйықтап жатқан күй болатын көбiнеселерi қол астындағы торлық
құрылымдардың жанында торлық координатордан синхронизацияның
дабылдың қабылдауларына мерзiмдi төгiлетiн синхронизацияның тәртiбiнiң
қолдануында негiзделедi. Координатор арналарын айырбаспен басқарып,
ерекшелейдi және 15 мс интервалмен шақырулары 252-ге жүзеге асырады.
Дабылдық пакеттердiң берiлуi өткiзу қабiлетiн анықтайды, әрбiрiне желiдегi
қайшылығы шығарған бiрдей ұзақтықтың 16 уақыт аралықтарының рұқсаттың
кезегiнiң күтуiн бiтегенде және ерекшелеуiн қамтамасыз етедi.
Желiнiң түйiндерiнiң әрбiрi үшiн рұқсаттың уақыт аралығымен CSMA-
CA-ның тетiгi координатормен немесе арқылы да анықталады. Қажеттi
автономды қоректену көзiнен жұмыс iстегендерге торлық координатордың
энергия
сақта тәртiптерiнiң iске асыруына орнатылған интервалдар.
Синхронизацияның дабылдарының күту күйi де кемшiлiк құрылым дабыл
өткiзбеу үшiн ертерек аздап төгiлдiре алатын ептеген уақытша
айырмашылықтардың бар болуы артынан энергия тұтынуды болмашы үлкеюге
алып келедi. Синхронизацияланылған рұқсаттың функциясы кластер ағашы
және көп ұяшықты желi ұлғаймалы топологиясы бар желiлер, сондайға
қолданылады [2].
1.2 кестеде координатормен және көптiк рұқсаттың бос тұруы және
синхронизацияның қызметі бар рұқсатының жағдайларға арналған желiнiң
түйiнiнiң аралығында мәлiмет жiберулердегi айырмашылықтар тура келедi.
Үйреншiктi көптiк рұқсат ZigBee-ң ұйымының жанында қауiпсiздiк және
ғимараттардың қорғауы жүйелерiндегi орынды иемдене алса (ену, қозғалыс,
түтiн және тағы басқалар) түрлi датчиктердiң желiсi. Қолданылғыштықтар
шарттармен желiдегi өз қатысуы туралы белсендi күйге құрылымдарының
координаторға қатынасқа арналған кездейсоқ уақыттарында күйдi ортақ уақыт,
өткел реттiң жүйелерi 99, 9% орнатыла санауға болады. Датчик кезде белсендi
25
күйге бiрден өтедi және үрей дабылдарын алып бередi. Қоректенудiң желi
жұмыс iстейтiн координатор сонымен бiргелер белсендi күйде үнемi болады
және барлық шеткi торлық құрылымдардан ескертпе дабылды қабылдайды.
1.2 К е с т е - Желiге хаттамалар жiберуге арналған рұқсаттың екi
бағдарламасы
Координаторға синхронизацияланылған рұқсат шеткi құрылымдардың
арқасында кездейсоқ жiберулердi жоқтыққа автономды қоректенудi алуға
мүмкiндiк бередi:
- осы жағдайдағың желiлердi тiркеуiне төмендегiдей болады;
- (дабылдың күтуi уақыт аралық 0, 015 Ц252) ZigBee-дің қазiргi
желiсiнiң координаторынан синхронизация дабыл күту қоректенудiң беруi iлесе
шеткi құрылымға;
- координатормен біріншілік ақпаратпен алмасу және жауап күту;
- ояну кезеңінде, ZigBee желiсінің координаторымен анықталатын
өткелді күйге қайтып оралады
- аяқтау бойынша , сонымен бiрге координатор шеткi құрылыммен
байланыс сеансы орнатылу күйіне өтедi.
Рұқсаттың әдiсi мәлiмет желiнiң түйiндерiнiң әрбiрiне уақыт бенетiн
шынжырлардың құнының болмашы үлкеюi ойлайды. Күйдiң ұзағырақ
интервалдары, дабылдық дестелердiң дәйектi қабылдауға арналған белсендi
күйге ерте өткел қабылдаушы тарапты электр энергиясының тұтынуын
орнатыла дәл уақыт беретiн шынжырлардың бар болулары ойлап, үлкейтедi.
Талпынысты (252) синхронизацияның мерзiмiнiң максимал мәнi уақыттың
шынжырының шектi дәлдiгiн шектеу .
26 Мәліметтерді
тарату бағыты
Синхронизацияланған рұқсат
Қарапайым көптік рұқсат
Координаторға
- дабыл дестені күтеді
- желімен синхронизациялайды
- белгілі уақыт интервалында
CSMACA протоколы бойынша
мәліметтерді тарату
- қабылдауды растау
- CSMACA хаттамасы
бойынша мәліметтер
пайда болған уақытта,
оларды тарату
- қабылдауды растау
Координатордан
- жаңа мәліметтерді хабарлайды
- егер жаңа мәліметтер болса,
құрылғы белгілі уақыт
интервалында CSMACA
протоколы бойынша
мәліметтерді сұрап, оларды
күтеді
- сауал алуды растау
- сұраныс жоқ кезде
мәліметтерді сақтау
- CSMACA протоколы
бойынша сұраныс
жібереді
- құрылғыдан келген
сұраныстың растауын
тапсырады
- мәліметтерді жіберу
1.6 ZigBee сымсыз технологиясын өрт қауіпсіздігі жүйесінде қолдану
1.6.1 Grand Asia бизнес орталығында өрт қауіпсіздігі жүйесін орнату
1.6 Сурет - Grand Asia бизнес орталығының суреті
ZigBee сымсыз технологиясына негізделген өрт қауіпсіздік жүйесін
Алматы қаласындағы Grand Asia бизнес орталығының үлгісінде қарастырылды.
Ғимараттың жеті қабатын сымсыз сенсорлы желімен қамтып, қауіпсіздік пен
бақылауды қамтамасыз етілді. Бұл жердегі айта кететін мәселе, сымсыз
датчиктерді жобалау өте қолайлы әрі тиімді. Себебі, ғимаратта қолданылған
сымды датчиктер өте ұзақ уақытта орнатылып, желі де ұзақ ұйымдастырылады.
Сонымен қатар әр датчикпен байланыс орнату үшін кабельдің айтарлықтай
ұзын мөлшері қажет. Бұл мәселе тағы да қосымша шығындарды талап етеді.
Желі ұйымдастырылғаннан кейін де, белгілі бір себептермен сымдар үзіліп
кетуі мүмкін не болмаса коррозияға ұшырап істен шығуы мүмкін. Осындай
жағдайлар қосымша шығын мен уақыттан ұтылуға мәжбүрлейді. Ал тоқ
жүретін кабельдердің бар болуы, өрттің пайда болу көздеріне жататын фактор
болып тағы есептеледі.
27
Жоғарыдағы айтылған мәселелердің шешетін желі - сымсыз сенсорлы
желілер. Сымсыз желілер сымды желілерге қарағанда көптеген
артықшылықтарға ие болады. Атап өтсек:
− Кабельдердің толығымен қажетсіздігі;
− Датчиктердің автономды электр көзінен қоректенуі;
− Желінің тез арада ұйымдастырылуы;
− Жалпы капиталдық шығынның аздығы және т.б.
Жалпы желі калай ұйымдастырылатынын түсіну үшін ғимараттың
жоспарын келтірейік.
1.7 Сурет - 1-7 қабаттарда өрт қауіпсіздігі жүйесін жүзеге асыру
Әр ғимараттың өзінің арнайы қабаттарында серверлік бөлмелер (желі
координаторы орналасқан бөлме) болады. Grand Asia бизнес орталығында
сымсыз сенсорлы желі орнату үшін 1.7 суретте көрсетілген серверлік бөлмеде
біз бағыттауыш орнатамыз. Ол стационарлы қоректену көзін талап етеді. Әр
қабатқа 10 сымсыз датчиктен орнату жобаланған. Бірінші және екінші қабаттың
желі орнатылған жоспары А Қосымшасында келтірілген. Сымсыз сенсорлы
желі орнату үшін желіде тек екі координатор қажет. Сондықтан координаторды
ғимараттың ортанғы қабаттарында орналастырған бізге тиімді болып келеді.
Координатор ғимараттың 3 және 5-ші қабаттарының серверлік бөлмелерінде
28
орнатылған. Қалған қабатарда тек бағыттауыштар орнатылады. Әр қабатқа 3-4
бағыттауыштан жеткілікті. Бір бағыттауышқа 5 сымсыз датчиктен қосыла
алады. Сымсыз датчиктер бағыттауышқа, ал бағыттауыштар координаторға
қосылады. Яғни, бағыттауыштар тек байланыстырғыш қызмет атқарады, ал
сенсорлар ақпарат жинап өңдегіштің қызметін атқарады.
1.8 Сурет - Ғимараттың 5 қабатының жоспары
Осы суретте келтірілгендей әр қабаттың жеке жеке жоспарлары бар және
оларды А, Ә, Б, В, Г, Д Қосымшаларынан көре аласыздар. Ол жоспарларда желі
қалай орнатылғаны көрсетілген..
1.7 Құрылғыларға таңдау жасау
1.7.1 Трансиверлер
Бүгінгі таңда 802.15.4 стандартының трансиверін келесі компаниялар
өндіреді: Freescale, Chipcon, Ember, Jennic, UBEC, OKI (CompX). Барлық
трансиверлер 2400 бен 2483 МГц жиіліктер ауқымының аралығында 5 МГц
қадаммен, 16 арнаға бөлініп жұмыс ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz