Сигналдарды сымсыз технологиялар арқылы жіберу
Аннотация
В дипломной работе рассмотрена возможность применения и
реализация беспроводных технологии в системе контроля параметров в
производственных помещениях. Для решения задач в проекте выбран
беспроводная технология ZigBee и разработан интерфейс системы контроля в
программной среде NI LabView 2011.
В технико - экономической части был составлен расчет капитальных
затрат на построение сети. Кроме того, были рассмотрены вопросы
безопасности труда и жизнедеятельности.
Аңдатпа
Дипломдық жобасында өндірістік орынның параметрлерін бақылау
жүйесін жасау үшін сымсыз технологияларды қолдану мен іске асыру
мүмкіндіктері қарастырылған. Жобаның есептерін шешуге ZigBee сымсыз
технологиясы таңдалынып, NI LabView 2011 бағдарламалық ортасында
бақылау жүйесінің интерфейсі жасалынған.
Техника - экономикалық бөлімінде желінің ұйымдастыруына бөлінетін
капиталдық шығындарын есептеу жүргізілген. Одан басқа, өміртіршілік пен
еңбек қауіпсіздігі мәселелері қарастырылған.
Мазмұны
Кіріспе
1 бөлім. Өндірістік орынның параметрлерін бақылау жүйесі
1.1 Микроклимат параметрлерін бақылау жүйесі
1.2 Өрт қауіпсіздік жүйесі
2 бөлім. Сигналдарды сымсыз технологиялар арқылы жіберу
2.1 WPAN желісі және IEEE 802.15.4 стандарттары
2.1.1 Желі хаттамасының құрылымы
2.1.2 Желіні құру және жұмыс істеу принципі
2.2 Zigbee сымсыз технологиясын өндірістік орынның параметрлерін
бақылау жүйесіне қолдану
2.2.1Параметрлерді өлшеу құрылғыларын таңдау
2.3 Есептеу бөлімі
2.3.1 Сигналдың әрекет ету аймағын есептеу
2.3.2 Шуды есептеу
2.3.3 Желілердің жоғалуын есептеу
2.4 LabView графикалық программалау ортасының сипаттамасы мен
жұмыстың жасалуы
2.5 NI LabView 2011 графикалық программалау ортасында өндірістік
орынның параметрлерін бақылау жүйесінің интерфейсін жасау
3 бөлім. Өміртіршілік қауіпсіздік бөлімі
3.1 Жарықтандыру
3.2 Ауа тазарту және желдету жүйелерін есептеу
3.2.1Желдеткішті таңдау
3.3 Өрт қауіпсіздігі
4 бөлім. Техника - экономикалық бөлімі
4.1 Жоба мазмұны
4.2 Өндірістік жоспар
4.3 Инвестициялық шығынды есептеу
Қорытынды
Қолданылған әдебиеттер
Қосымша А
7
8
8
9
11
13
16
19
25
31
32
34
38
39
41
44
47
48
52
55
55
57
57
58
59
63
64
65
Кіріспе
Барлық жүйелерді құрудың мақсаты әртүрлі қолданбалы облыстарда
сыммен байланысқан байланыс сымдарының орнына сымсыз арналарды
қолдану болып табылады. Әсіресе, желідегі құрылғылар санын жүздеген және
мыңдаған болатын мәліметтерді жинау, автоматтандыру және басқарудың
таратылған жүйесінің сымсыз байланысқа өту сұрағы маңызды болып отыр.
Сымсыз желілер көптеген қолданушылар мен жасап шығарушыларды
өзінің пайда болғанынан бастап, сымды желілермен салыстырғандағы
артықшылығымен қызықтыруда. Ол икемді құрылысы мен монтаж жасау
кезіндегі шығынының аздығымен ерекшелінеді. Кейбір жағдайларда
технологиялық және ұйымдастырушылық себептерінен аралық сымды
байланыс мүлдем болмауы мүмкін. Бұл жағдайда сымсыз байланыс көптеген
мәселелерді шешеді. Сондықтан мәліметтерді жіберудің сымсыз жүйесі
көптеген мәселелерді шешу үшін қолдануға өте ыңғайлы.
Сымсыз жүйелерді тәжірибеде қолдану көптеген уақыт бойы сымды
байланыспен салыстырғанда радиоарнаның сенімділігінің төмендігінен,
бағасының қымбаттылығы мен элементті базаның энергия тұтынуы жоғары
болуынан, сонымен қатар орнату нысанында жүйені орнату мен жүктеуінің
күрделілігінен қиын болды. Қазіргі кезде мәліметтерді жинау,
автоматтандыру және басқару сымсыз жүйелері кіші аумақта жұмыс
жасайтын және нарықта микросұлбалар, радиомодульдер мен модемдердің
жиынтығы пайда болудан және де басқарудың және мәліметтерді жіберудің
стандартты хаттамалары қамтылған бағдарламалық қамтамасыздандырудың
дамытылған сымсыз желі технологиясының арқасында іске асты.
Қазіргі таңда тұрмыста біз радиоарна арқылы сымсыз байланыстың
кемінде үш түрін қолданамыз: GSM телефонға арналған, үйдегі немесе
офистік желі үшін Wi-Fi және құрылғылар мен периферияларды қосу үшін
Bluetooth. Бірақ бұл стандарттар жиынтығы барлық желілік мәселелерді шеше
алмайды. Сондықтан қолданушылардың сұранысына көптеген альтернативті
айрықшалар пайда болады. Соның бірі - IEEE 802.15.4 және соған
байланысты ZigBee стандарты таңдалынған.
Дипломдық жобада өндірістік орынның параметрлерін бақылау үшін
802.15.4 стандартының ZigBee технологиясы микроклимат және төтенше
жағдайларға қолдану мүмкіндігі қарастырылады.
Жобада келесі қойылған есептерді шешу қарастырылған:
1) өндірістік орынның бақыланатын параметрлерін анықтау;
2) сигналдарды жіберудің сымсыз технологияларының талдауын жасау;
3) параметрлерді өлшеу құрылғыларын таңдау;
4) LabView графикалық бағдарламалау ортасымен танысу;
5) LabView графикалық бағдарламалау ортасында өндірістік орынның
параметрлерді бақылау жүйесінің интерфейсін жасау;
6) өміртіршілік қауіпсіздік бөлімінің есептерін қарастыру;
7) техника - экономикалық бөлімінде капиталдық шығындарды есептеу.
1 бөлім. Өндірістік орынның параметрлерін бақылау жүйесі
1.1 Микроклимат параметрлерін бақылау жүйесі
Барлық өндірістік орындар микроклимат, жарық пен өрттен сақтану
қауіпсіздігінің қалыпты болуын қамтамасыз етуді жоспарлайды. Себебі
өндіріс орындарында жұмыс істейтін қызметкерлерге немесе фермаларда
өсіретін жануарларға және т.б. жағдайларда ең керек параметрлер. Ал осы
параметрлерді бақылау маңызды талаптардың бірі. Себебі олардың жұмысқа
жарамдылығын, істен шыққанын, яғни олардың жұмыс жасап тұрғанын не
жасамауын бақылау үшін қажет.
Өндірістік орынның бақылау жүйесінің параметрлері ретінде
температура, салыстырмалы ылғалдылық, желдеткіш және өрт қауіпсіздігі
алынды. Олардың қалыпты жағдайлары өндірістік орындардың түрлеріне
байланысты әр түрлі мәндер алынуы мүмкін. Мысалы, инкубатор залында 18-
22 ˚С, салыстырмалы ылғалдылығы 55-70% болса, фермаларда 20-26˚С,
салыстырмалы ылғалдылығы 60-70%. Сондықтан қалыпты деп алынған
мәндер осыларды толық қамтиды. Сонымен қатар микроклиматтық
параметрлер жыл ауысымдары мен жұмыстың ауырлығына байланысты
қалыпты мәндері қабылданған. Жыл ауысымдары болып жаздық: +10˚С тең
немесе үлкен және қыстық: +10˚С-тан төмен температуралар алынады.
Температура - макроскопиялық жүйенің термодинамикалық тепе-
теңдік күйін сипаттайтын физикалық шама. Температураның жоғары немесе
төмен болуы өндірістің өнімділігіне әсер етеді. Микроклиматтық шарттар
бойынша бекітілген температураның қалыпты жағдайы жазда 16-25 ˚С, ал
қыста 18-29 ˚С деп алынды.
Температуралық факторлардың сипаттамасы бойынша оның
көрсеткіштерін, олардың қайталануын қадағалау керек. Температураның
өзгерісінен ағзалардың шыдау шегінен асып кетсе, онда ол үлкен қайғыға
әкеледі. Температура ағзаның анатомды - морфологиялық қасиеттеріне,
физиологиялық процесстердің өтуіне, олардың өсуіне, дамуына әсер етеді.
Салыстырмалы ылғалдылық
-
ортаның маңызды экологиялық
көрсеткіші. Өндіріс орындарында жұмыс жасайтын адамның не қараудағы
жануарлардың жақсы сезінуі үшін ауа ылғалдылығының қалыпты нормалары
келтірілген: жаздың күндері - 60-75%, ал қыста - 55-70%.
Параметрлердің қамту диапазоны ретінде өндірістік орынның қалыпты
температурасы 18 - 26 ˚С, салыстырмалы ылғалдылықты 55-70% аралығы деп
есептейміз.
Желдеткіш - өндіріс орындарын желдетуде, аэроқоспаларды құбырмен
тасымалдауда, т.б. ауаны немесе басқа газдарды қозғалысқа түсіріп орнын
ауыстыру үшін олардың артық қысымын тудыратын қондырғы . Желдеткіш -
ғимарат немесе бөлменің ішінде ауа алмасуды ұйымдастырады. Ол жұмыс
орнының ауасын сақтауға, сонымен қатар технологиялық құралдардың
бұзылмауын қарастыруға мүмкіндік береді. Ол ауа алмасуына байланысты
табиғи және механикалық болып бөлінеді. Табиғи желдеткіш өндіріс
орынындағы ауа температурасы мен салмағына байланысты болады. Табиғи
желдеткіштің артықшылығы - құрылғының ыңғайлылығы және үлкен өндіріс
орынын желдету мүмкіншілігі бар. Ал кемшілігі - оның ауаны жылыту және
ылғандандыру мүмкіншілігі жоқ, шаңнан тазарту тек белгілі бір жер ғана
болады. Механикалық желдеткіштің кемшілігі - ауа алмасу үшін күрделірек
желдету қондырғысы керек және электрэнергиясының шығынын көп кетіреді.
Бұл жобадаа желдеткіш температура мен салыстырмалы ылғалдылыққа
байланысты болады.
Желдеткіштің негізгі міндеті - өндірістік орын ішіндегі зиянды
бөлшектерден тазарту. Оларға келесілер жатады: артық жылу, артық
ылғалдылық, түрлі зиянды заттардын шығатын газдар мен булар және шаң.
Апаттық желдеткіштер өндірістік орынның қауіпті зиянды заттар
орналасқан жерде қойылады. Егер күтпеген жағдайлар болып қалған кезде
оны тез жою мақсатында қолданады.
1.2 Өрт қауіпсіздік жүйесі
Өрт үлкен материалдық шығын әкеледі және кейбір жағдайларда адам
өліміне де әкеледі. Сондықтан өрттен қорғау қоғамның әрбір мүшесінің
маңызды міндеттерінің бірі болып саналады.
Өндірістегі өрттердің негізгі себептеріне құрал-жабдықтардың
технологиялық жұмыс тәртібінің бұзылуы, электр жабдықтарының
ақаулылығы, жабдықтардың жөндеу жұмыстарына нашар дайынды лығы,
әртүрлі материалдардың өздігінен жануы және т.б. жатады. Жарылыс кезінде
өртті болдырмау үшін ыстық жанғыш, жарылысқа қауіпті ортаның пайда
болуына мүмкіндік бермей, оталдыру көзінің пайда болуына кедергі жасау
керек.
Өрттен қорғанудың мақсаты -- өрттердің алдын алу үшін ең тиімді,
экономикалық жағынан пайдалы, техникалық жағынан дәлелденген тәсілдер
мен құралдарды іздестіру және өрт сөндірудің техникалық құралдары мен
күштерді тиімді пайдалана отырып, өртті аз шығынмен тоқтату.
Өрт қауіпсіздігі - бұл өрт болу мүмкіндігін болдырмау және оның
пайда болған кезінде адамдарға, құрылыс және материалдық құндылықтарға
өрттің қауіпті факторларының жағымсыз әсерлерін жою үшін қажетті
шараларды қолдану болып саналады. Өрт қауіпсіздігі өрттің алдын алу
шараларымен және белсенді өрт қорғанысымен қамтамасыз етіледі. Өрт
профилактикасы болып өртті болдырмау немесе оның салдарларын азайтуға
бағытталған іс - шаралардың кешені саналады. Белсенді өрт қорғанысы - бұл
өрт немесе жарылысқа қауіпті жағдайларымен белсенді күресуді қамтамасыз
ету шаралары.
Өрттің алдын алу шараларын мыналар кіреді:
− құрылыстық - жобалау;
− техникалық;
− ұйымдастырушылық;
− өрт сөндіру тәсілдері мен құралдары.
Құрылыстық - жобалау шаралары ғимараттар мен құрылыстардың отқа
төзімділігімен анықталады. Отқа төзімділік шегі дегеніміз - бұл оттың
әсерінен құрылыс конструкцияларының бірінші сызат пайда болғанға дейінгі
шыдайтын уақыт интервалы. Барлық құрылыс конструкциялары отқа
төзімділік шегі бойынша 8 деңгейге бөлінеді. Ғимараттардың отқа төзімділік
деңгейіне байланысты өрт кезінде эвакуациялау үшін шығатын жерлерге
дейінгі қашықтықтар белгіленеді.
Техникалық шараларына мыналар кіреді:
− өмірге қажетті жүйелерді (жылу, жарықтандыру, вентиляция т.б.)
орнатқан кездерде өрт қауіпсіздігі нормаларын сақтау;
− құрал-жабдықтар жұмысының тәртібі мен технологиялық үрдістер
параметрлерін сақтау;
− әртүрлі қорғану жүйелерін пайдалану.
Өрт сөндірудің келесі тәсілдері қарастырылады:
− ыстық жанғыш затты тотықтырғыштан бөлектеу;
− ауадағы оттегі концентрациясын азайту;
− ыстық жанғыш заттың температурасын оталдыру температурасынан
төмендету.
Өрт сөндіру заттары ретінде су, құм, көпіршіктер, ұнтақтар, өрт
тудырмайтын газ тәріздес заттар, инертті газдар, булар қолданылады.
Өрт сөндіру құралдары 2-ге бөлінеді:
− қол көмегімен жұмыс істейтін құралдар (құм салынған жәшіктер,
асбест жабындары, өртке қарсы құрал - саймандары бар тақталар; химиялық
көпіршікті от сөндіргіштер; ұнтақты отсөндіргіштер; көміроттекті
отсөндіргіштер; хладонды отсөндіргіштер; құрама отсөндіргіштер);
− өртке қарсы жүйелер (сумен жабдықтау жүйелері; көпіршікті
генераторлар; автоматты сигнал беру құралдарын қолдану арқылы автоматты
өрт сөндіру жүйелері).
Кез келген объектілерді эксплуатациялауды (туристік фирмаларды,
қонақ үйлерді, демалыс базаларын) бекітілген нормативті құжаттар
талаптарына сай қатаң түрде жүзеге асыру қажет.
Барлық қоғамдық және өндірістік ғимараттарда нақты көрсетілген
кедергісіз тез шығуға кепіл беретін апатты жағдайларда шығатын жерлер
болуы тиіс. Есіктер іш жағынан ашылуы керек. Бұл жерлерде кедергі
келтіретін бөгде заттар мен отқа жанғыi материалдар болмауы керек. Бұдан
басқа да құтқару жолдары қарастырылуы жөн.
2 бөлім. Сигналдарды сымсыз технологиялар арқылы жіберу
2001 жылы IEEE электроника және электротехника инженерлер
институтына WPAN сымсыз дербес желілер қатарына қатысты және 802.15.4
мәнін алатын стандарт жасап шығару ұсынылған. 2002 жылы альянс ZigBee
қалыптасты. Альянс ZigBee - кең таралған коммерциялық емес жартылай
өткізгіш компоненттер, технологиялық компаниялар, ОЕМ-өндірушілер мен
бүкіл әлемнің қолданушылар нарығындағы жетекші компаниялардың
кешендік консорциумы. Альянс IEEE 802.15.4 мәліметтер пакетін жіберу
механизмін қолданып, сенімділігі жоғары, энергоэкономды, пайдалы сымсыз
қосымшалар үшін ZigBee ғаламдық спецификациялық стекті жасап шығарды.
Кез келген стандарт ол не мәліметтермен сыммен алмасу интерфейсі
немесе сымсыз байланыс болсын, тапсырмаларды шешу үшін құрылады.
Мысалы, WiFi видео және аудио мәліметтерді үлкен жылдамдықпен орташа
арақашықтықта жіберуге мүмкіндік береді; Wi-Fi корпоративті желі мен
Интернетті сымсыз құрылғыларға қол жеткізуге қолдануға арналған.
Сонымен қатар Bluetooth мәліметтерді кіші арақашықтыққа жіберуге
арналған. Bluetooth жылдамдығы Wi-Fi жылдамдығына қарағанда аз, ол аудио
немесе видеоны ағындық жіберу үшін жақсы, мысалы, үй кинотеатрының
компоненттері арасында. ZigBee көмегімен шешетін негізгі тапсырма - аз
көлемдегі мәліметтерді орташа қашықтыққа жіберу. ZigBee-дің ерекшелігі
бұл стандарттың қабылдап - жіберуші құрылғысы минималды энергия
қолдануы қажет. IEEE 802.15.4 және ZigBee арқылы сапалы аудио немесе
видео ағынын жоғары дәлдікпен жіберілмеді, бірақ кез келген ортада күрделі
сұлбаларды бақылау мен басқаруын жүзеге асыруға болады.
2.1 сурет - Сымсыз стандарттар классификациясы
Альянстың негізгі мақсаты - ZigBee протоколының бағдарламалық стек
спецификациясын жасау. Ол әр түрлі желілік типтер жұлдыз, ағаш
кластері, көпұяшықты желі қауіпсіздік функциясы мен түрлі қосымшалар
көрінісінің сәйкестігімен қамтамасыз етеді. ZigBee спецификациясы
ғаламдық бірлік стандартқа негізделген, жіберу жылдамдығы 250 Кбитс, аз
энергия қолданатын, ақпаратты қорғау мен жүйе сенімділігін қамтамасыз
ететін сымсыз желілік шешімдерді жасауға мүмкіндік береді. Осыған орай,
ZigBee
-
802.15.4 стандарт деңгейінің қосымша желілік
қабатын
бағдарламалық қамтамасыздандыруын жасап шығаратын компаниялардың
альянсы. Альянс мүшелері сәйкес сымсыз желілердің жаңа нарықта
қолдануын анықтайды. Консорциумға қатысатын барлық активті мүшелері
ZigBee технологиясының техникалық ақпаратына және
ZigBee
спецификациясына ықпал жасауға толық қолжеткізе алады. ZigBee 802.15.4
жалғыз стандартталынған сымсыз технология болып табылады. Ол келесі
коммерциялық, өнеркәсіптік және үй автоматикасында қолданатын
азтұтынылған жүйелер үшін сымсыз ақпараттық желілерді күшейтудің
таратылған желілердегі датчиктердің қосымшаларын бақылау мен
мониторинг жасауға бағытталған:
жарықты басқару жүйесі (өнеркәсіптік, муниципалды және үйдегі);
өнеркәсіптік және үйдегі автоматика және басқару (жылу, желдету
және кондиционирлеу, қосымша құрылғылар мен қондырғылар);
қолданылатын электроника (мультимедиаойын жүйелері, портативті
электроника), тұрмыстық техникасы (кір жуғыш машина, кофеқайнатқыш,
кондиционер, ауа фильтрлары және т.б.);
дербес компьютердің перифериялық құрылғысы: тышқан, ойын
приставкалары, джойстиктер, пернетақта;
сигнализация және қауіпсіздік жүйелері, апаттық хабарландыру,
қолжеткізудің бақылау жүйесі, контактсыз кілттер, түтін, газ, температура,
өрт, қозғалыс датчиктері және т.б.;
емделушінің медициналық диагностикасының құрылғысы,
спортшының жағдайын бақылауы, биодатчиктер мен медициналық
қондырғылар;
алыс қашықтықтан басқару және технологиялық үрдістерді бақылау,
қозғалыстағы аппараттарды, станоктарды, өнеркәсіптік қондырғыларды,
тоңазытқыш қондырғыларды,
қашықтықтағы мәліметтерді жинау
құрылғысын, телеметрияны басқару;
өнеркәсіптік және порттық активтерді бақылау, логистика;
су, газ және жылумен қамтамасыздандыру жүйесін, электро-
энергияны басқару жүйесі мен құрылғымен бақылау жүйесін, тұрғын үй -
коммуналдық шаруашылық жүйесін бақылау;
ақпарттармен алмасудың сымсыз құрылғысы, радиомодемдер;
автокөліктік электроника (шинадағы қысымды бақылау жүйесі,
идентификация және диагностика жүйесі) және т.б.
ZigBee 802.15.4 стандартының басты артықшылығы орнатуға
оңайлығы мен ұқсас құрылғылармен жұмыс жасауы. ZigBee - дің
спецификациясының ерекшелігі сымсыз дербес желіні оңай күшейтеді [1].
2.1
WPAN желісі және IEEE 802.15.4 стандарттары
Қазіргі кезде сымсыз есептеуіш желілердің келесі стандарттары кеңінен
таралады:
− IEEE 802.11 - Wireless Local Area Network (WLAN -- сымсыз
жергілікті есептеуіш желі);
− IEEE 802.15 - Wireless Personal Area Network (WPAN -- сымсыз
дербес есептеуіш желі);
− IEEE 802.16 - Broadband Wireless Access (BWA -- сымсыз кең
таралған қол жеткізу).
Біз барлық сымсыз желілердің стандарттарын талдауымыз міндетті
емес. Бұл бөлімде ZigBee желісі мен оның жаңа дербес сымсыз желі
стандарты IEEE 802.15.4 қарастырамыз. Ал 802.11 және 802.16 желі
стандарттарын салыстыруға қолданамыз.
WPAN сымсыз дербес есептеуіш желісі 15...20 м арасындағы кіші
радиусты жергілікті желіні қарастырады. Ол дербес компьютерлер арасын
байланыстыратын кабельді алмастыру үшін, сонымен қатар перифериялық
және мультимедиялық құрылғыларды (принтер, факс, сканер және т.б.)
байланыстыру үшін арналған. Бірақ кейбір WPAN желілері 100 м (ZigBee,
Bluetooth) қашықтықта да жұмыс жасай алады. Берілген мәселені шеше
алатын алғашқы стандарт IEEE 802.15.1. Стандарт Bluetooth vl.x
спецификациясына негізделді және (PHY layer) физикалық деңгейі мен (MAC
layer) ортаға қолжеткізу деңгейімен анықталды. Келесі қадам 802.15
стандартын кеңінен тарату үшін 802.11 және 802.15 класстарын өзара
байланыстыратын стандарт жасап шығару болды. Кейіннен WPAN-
желілерінің аумағында істейтін құрылғылар үшін Bluetooth-дың қамтамасыз
ететін жылдамдығы аз болды. Сондықтан бұл қажеттілік оннан мың Мбитс
(IEEE 802.15.3) болатын мәліметтердің сымсыз каналын құратын стандарт
қажет болды. Айтылып отырылған стандарттар үлкен көлемдегі ақпараттарды
(дыбыстар, мәліметтер, видео) жоғары жылдамдықта (1-200 Мбитс) жіберуге
болады. Құрылғылар 10-нан 100 м аралықта автономды режимде (батарея мен
аккумуляторлар) жібере алды. Бұл стандарттар біздің қазір қолданып жүрген
(компьютерлер, есептеуіш желілер) құрылғылардағы сымды байланысты
алмастыра алады. Бірақ көптеген көрінбейтін жүйелерде (әртүрлі датчиктер,
мәліметтерді жинау жүйесі) айтылған технологиялар жүз пайыз эффективті
қолдана алмайды. Бұл мәселені шешу үшін аз жылдамдықты WPAN-желісі
үшін IEEE 802.15.4 (ZigBee) стандарты жасап шығарылды (2.2 сурет).
Аз қашықтықтағы сымсыз желілер өзара байланыса алады. Алда
сымсыз желілер арасындағы шлюз ретінде қолданылатын құрылғы жасап
шығару керек болды. Себебі, егер ZigBee-да орнатылған қауіпсіздік жүйесі
қаскүнемді анықтаса, ол IEEE 802.11 желісімен қосылып компьютерге одан
күзет бөліміне немесе ғимарат иесіне мобильді телефон арқылы хабарлама
келеді. 802.15 және 802.lib стандарттарының сипаттамаларын келесі 2.1
кестеде салыстырып көрсетеміз.
2.1 кесте - 802.15. және 802.11b стандарттарының сипаттамаларын салыстыру
Көрсетілген сипаттамаларға байланысты нағыз бәсекелес
технологиялар Bluetooth және ZigBee. Осыған сәйкес, олардың қолданылу
аймағы бірдей - тұрмыстық және өнеркәсіпке арналған сымсыз құрылғы, ол
қашықтан басқару, компьютерлік периферия және т.б. жүйелерді қосады.
Бірақ Bluetooth технологиясынан ZigBee-дің айырмашылығы - ол энергияны
аз қолданылады.
ZigBee технологиясында орындалған құрылғылардың белсенділік
мерзімі аз болады, яғни батареяның қызмет ету уақытының ұзаруын
қамтамасыз етеді. Wi-Fi және Bluetooth микросұлбалары кәсіпорын және
офистік ғимараттардың әртүрлі құрылғыларының көп желі негізінде
ұйымдастыру қымбат. Ал 802.15.4ZigBee стандарты аз шығынмен сымсыз
интерфейс жасап шығаруға мүмкіндік береді. Ол схемотехниканың
ыңғайлылығын, сыртқы пассивті элементтердің минималды санымен, жоғары
тиімділікпен жады көлемін тағайындауға қолданылатын стектің
бағдарламалық қамтамасыздануын қамтамасыз етеді (2.1 кестесін қараңыз).
Стандарт көп ұяшықты топологиямен желі құра алады. Осыған орай,
көптеген түйіндерді қызмет ете отырып және қуат күшейткіште еш
шығынсыз байланыс ұзақтығын арттыра алады.
ZigBee технологиясы Wi-Fi немесе Bluetooth сияқты үлкен көлемді
ақпараттар үшін арналмаған. Бірақ датчиктер көрсеткішін, яғни көлемі он
байттан сирек асатын, үлкен жылдамдықты қажет етпейтін жібере алады. Бұл
жағдайда энергия тұтынуда жоғары көрсеткіш, бағасы және сенімділігі Стандарт
802.11b Wi-
Fi
802.15.1
Bluetooth
802.16d
WiМax
802.15.4 Zigbee
Жиілігі, ГГц
2.4
2.4
1,5-11
0.868
0.915
2.4
Артықшылы
ғы
Жылдамдығ
ы,
икемділігі
Бағасы,
дыбыс
жіберу
Жылдамды
ғы жоғары
Бағасы, энергияны
үнемдеуі, жүйенің
сенімділігі
Макс.жылда
м-дығы
11 Мбитс
және одан
да көп
1 Мбитс
70 Мбитс
20
кбитс
40
кбитс
250
кбитс
Арақашықты
-ғы, м
100
100
25-80 км
10-100, 1000
Сезгіштігі,
дБм (орт).
-76
-70
-95
-92
Стек өлшемі,
кБайт
1000
250
-
4-32
Батареяның
қызмет ету
уақыты, күн
0,5-1
1-7
-
100-1000
міндетті болу керек. ZigBee келесі алгоритм бойынша жұмыс жасайды:
құрылғы барлық уақытта ұйқылы режимде болады, бұл энергияны
үнемдеуге ыңғайлы режим. Жаңа ақпарат келіп түскенде не құрылғының
келесі байланыс сеансы болғанда қосылады да, мәліметтерді жылдам жіберіп
қайта төмен энергия тұтыну режиміне өтеді. Типтік уақыттық кідіріс жаңа
құрылғының желіге қосылуы 30 мс болса, ұйқылы режимнен активті
жағдайға қосылу уақыты 15 мс, каналға қолжету уақыты 15 мс. Бұл
батареяның жұмыс істеуін 10 жылға дейін немесе одан да көп созуға болады
және ол қосымшалар типі мен жұмыс циклінің ұзақтығына тәуелді болады.
Ток жіберілу кезінде 15...30 мА, ал ұйқылы режимде 2 мкА аз болуы
мүмкін. Нәтижесінде кідірістің аздығы соншалық адам бөлмеге кіріп, ZigBee
сымсыз байланысының ауыстырып-қосқышын басам дегенше жарықтың
қалай қосылғанында байқамай қалады, яғни бұл уақытта Bluetooth желісіне
құрылғылардың қосылу кідірісі 3с құрайды.
Сымсыз төмен жылдамдықты дербес желісі (WPAN) үшін IEEE
802.15.4 стандарты PHY физикалық деңгейі мен MAC ортасына қолжеткізу
деңгейін анықтайды. PHY физикалық деңгейі радиосигналдарды тарататын
физикалық ортасына қолжеткізуді қамтамасыз етеді: модуляция типін береді,
сигналдардың жылдамдығы мен басқада параметрлерді, қабылдау мен
жіберуді орындайды. MAC деңгейі құрылғыларды желіге қосу мен шығаруды
орындайды, мәліметтер пакетін жеткізуді бақылайды, мәліметтерді автоматты
түрде қабылдағанын растайды, 128-битті AES- шифрлары мен басқа да
функцияларды қамтиды. ZigBee стек спецификациясы желілік деңгей,
қауіпсіздік деңгей мен қосымшаға қолжеткізуді анықтайды және 802.15.4
стандартының шешіміне сәйкес құрылғымен сәйкес келуін қамтамасыз ету
үшін қолдануы мүмкін. PHY-деңгейінің кілттік функциялары энергия
бақылау, байланыс сапасы мен каналдарды талдауды қарастырады. Ортаға
қолжеткізу ISM (Industrial, Scientific and Medical) жиілік диапазонында
орындалады, физикалық деңгей 868915 жиілікті екілік фазалық амал (BPSK)
мен 2,4 ГГц жиіліктегі квадраттық фазалық амал (O-OPSK) қолданады.
Арнаға қолжеткізу үшін коллизияны болдырмайтын (CSMA-CA) ортаға
көптеген қолжеткізу механизмдері қолданылады. Жіберу басталмай тұрып
байланыс каналының жағдайының анықталуына негізделген бұл механизм бір
уақытта бірнеше құрылғылардың мәліметтерді жіберу
кезіндегі
соқтығысуларды азайтуға мүмкіндік береді. 802.15.4 стандарты мәліметтерді
жартылай дуплексті (құрылғы мәліметтерді не жібере алады, не қабылдайдай
алады) жіберуге негізделген, яғни CSMA-CA әдісін коллизияны анықтау үшін
емес, қайтару үшін ғана қолдана алады. Сигналды тарату қашықтығы
негізінен 30...50 м болады, бірақ сыртқы қуат күшейткішті, аз шулы
күшейткіш пен антенналарды қолдану арқылы бар жылдамдықты
жоғалтпайтындай 100 м қашықтыққа дейін ұзарта алады. Қажетті өтеу
мүмкіншілігі таңдалынған
жиілікке тәуелді. Жіберудің максималды
жылдамдығы 250 Кбитс 2,4 ГГц диапазонында жетеді (16 арна 5 МГу
қадаммен). Ал 868 МГц (1 арна) және 902 - 928 МГц (10 арна 2 МГц 2 қадам)
жиілігі үшін жіберу жылдамдықтары 20 Кбитс және 40 Кбитс тең.
2.2 сурет - 802.15.4 стандартының қысқаша сипаттамасы
ZigBee802.15.4 сымсыз құрылғысының нарықтық бөлігі 2,4 ГГц - ті
сақтап тұру күтілуде. Бұл негізінен, Еуропада 868,3 МГц диапазонда бір ғана
каналға қол жетімді, ал АҚШ, Канада, Корея және Аустралияда тек 915 МГц
диапазонына рұқсат берілген (2.2 сурет). Нәтижесінде субгигагерцтік
диапазондар ОЕМ- өндірушілер үшін потенциалды ұнамсыз болды, бұл кезде
барлық әлемде болашақта шығатын құрылғылардың сипаттамасы болып
табылатын 2,4 ГГц қолданылады. Бірақ кейінгі коммерциялық жүйеге
арналған ZigBee - құрылғысын әр түрлі 802.15.4 стандартын жиіліктік
диапазонында байланыстыратын шлюздар пайда болуы мүмкін. InStatMDR
агентсва бойынша 2004 жылдан бастап бес жыл ішінде субгигагерцті қолдану
көлемі мен 802.15.4 стандартының 2,4 ГГц трансиверінің арасында ешқандай
айтарлықтай өзгеріс болмайды. 2,4 ГГц микросұлбасының нарық көлемі
ZigBee802.15.4 құрылғысының жалпы нарығының 65...75% құрайды. 2,4
ГГц диапазонының кемшілігінің бірі
-
әртүрлі абонент спектрінің
(микротолқынды пештер, 2,4 ГГц жиіліктегі сымсыз телефондар, Bluetooth
құрылғылары және 802.lib) анықтылығын есептеуге болады [1].
2.1.1 Желі хаттамасының құрылымы
IEEE 802.15.4 құжаты желінің жиілігін, аппараттық ерекшелігін жәе
басқа да параметрлерімен сипатталады, ал ZigBee құжатында желілік басқару
үрдісінің сипатталуын, қауіпсіздік параметрлері, сонымен қатар сәйкестік пен
құрылғы пішіні бар [3].
IEEE 802.15.4-2006 желісінің артықшылығы кез келген топологияны
орындай алады.
ZigBee хаттамасының стекі OSI (Open System Interconnection) ашық
жүйесінде мәліметтерді жіберу хаттамасының иерархиялық жеті деңгейлі
моделінің принципі бойынша құрылған. Стек - байланыс арнасының жүзеге
асуына, бағдарламалық желілік деңгейлер мен қосымшаларды қолдау
деңгейіне жауап беретін, Альянс ZigBee-дің спецификациясынан анықталған
IEEE 802.15.4 стандартының деңгейінен тұрады (2.3 суретін қараңыз).
IEEE 802.15.4 құрылымы стандартты жеңілдетуге шақырылған
деңгейлер қатарымен анықталады. Әрбір деңгей стандарттың бір бөлігіне
жауап береді және жоғарыда орналасқан деңгейлерге қызмет көрсетеді.
Деңгейлер арасындағы интерфейс берілген стандартты сипаттайтын
логикалық байланысты анықтайды.
2.3 сурет - ZigBee802.15.4 стек құрылымы
IEEE Std 802.15.4 құжаты физикалық деңгей (PHY) мен портативті
ауыстырылатын құрылғысы бар аз жылдамдықты сымсыз орта үшін MAC
(Medium Access Control) желілік ортасының деңгейіне қол жеткізетін және 10
метрге тең максималды арақашықтыққа арналған POS (Personal Operating
Space) спецификацияларын анықтайды. Осыған орай, өте аз жылдамдықта
жіберу үлкен арақашықтықта да ( 100 м) жұмыс істей алады деуге болады.
Стектің физикалық деңгейі. PHY физикалық деңгейі екі қызмет түрін
ұсынады: PHY ақпараттық сервисі мен PLME (Physical Layer Management
Entity) сервисінің SAP (PLME-SAP атымен танымал) қолжеткізу нүктесімен
өзара байланысатын басқару сервисі. PHY ақпарттық сервисі PPDU (Protocol
Data Unit) мәліметтер хаттамалық топтамасының радиоарнасы арқылы
қабылдау мен жіберуді мүмкін етеді.
Стандарт келесі мәліметтерді жіберу жылдамдамдығын анықтайды: 250
кбитc, 100кбитc, 40 кбитc және 20 кбитc. Мәліметтерді радиоарна арқылы
қабылдау мен жіберу PHY физикалық деңгейінде орындалады. Ол жұмыстық
жиілік диапазонын, модуляция типін, максималды жылдамдықты, арналар
санын анықтайды: O-QPSK - 2,4 ГГц (16 арналы, 250 Кбитс) диапазон үшін
жылжытылған квадраттық фазалық манипуляция, BPSK - 915 МГц (10
арналы, 40 Кбитс) және 868 МГц (1 арналы, 20 Кбитс) жиіліктері үшін екілік
фазалық манипуляция.
PHY деңгейі қабылдау хабарлағышын активтенуіқатерсіздендіруді,
жұмыс арнасында қабылданатын сигналдың энергиясын детекторлеу,
физикалық жиіліктік арнаны таңдау, мәліметтер пакетін алудағы байланыс
сапасын индикациялау және CSMA-CA хаттамасын жүзеге асыру үшін бос
арнаны бағалауды орындайды. 802.15.4 стандарты - физикалық радио ( радио
қабылдағышты хабарлағыш), ал ZigBee - бұл қауіпсіздік функциясы мен
маршрутизациясын қамтамасыз ететін логикалық желі мен бағдарламалық
стек екенін түсіну керек [2].
Радио құрылғы лицензияланбаған жиіліктік диапазонның бірінде
жұмыс жасайды:
− 868 - 868.6 МГц (мысалы, Еуропа үшін);
− 902 - 928 МГц (Солтүстік Америка үшін);
− 2400 - 2483.5 МГц (басқалары үшін).
2.4 сурет - IEEE 803.15.4 (PHY 2400 МГц) радиоарнасын таңдау
Стектің МАС деңгейі. MAC субдеңгейі екі сервис ұсынады:
ақпараттық MAC - сервис және MAC - деңгейінің басқару сервисі - MLME
(MAC Level Management Entity) басқару субдеңгейінің SAP (MLME-SAP
атымен танымал) қолжеткізу нүктесі үшін интерфейсті қамтамасыз ету. MAC
ақпараттық сервисі физикалық деңгейінің ақпараттық сервисінің көмегімен
MAC-деңгейінің (MPDU) мәліметтерді хаттамалық топтамасын қабылдау мен
жіберуді қамтамасыз етеді.
MAC субдеңгейінің сипаттамалық ерекшелігі маяк (beacon) арқылы
басқаруды қолдану, қолжеткізуді орындау, GTS (Guaranteed Time Slot)
басқару, кадрлар орындылығын тексеру, кадрларды жеткізуді растау және т.б.
болып табылады. Бұдан басқа, MAC субдеңгейі қолданбалы деңгейде
қауіпсіздік механизмін қолдауды қамтамасыз етеді.
Берілген стандарт суперкадр құрылымын қолдануға рұқсат берген.
Суперкадр үлгісін координатор анықтайды. Суперкадр координатор жіберген
(2.4 сурет) желілік маяктармен шектелген және ұзақтығына байланысты 16
уақыттық доменді құрайды. Суперкадр активті және пассивті бөлімнен
құралады. Активсіз кезінде координатор қорек көзінің шығынын экономдау
режиміне өте алады. Кадр - маяк әрбір суперкадрдың бірінші доменіне
беріледі. Егер координатор суперкадр құрылымын қолданғысы келмесе, онда
ол маяктарды жіберуді өшіріп тастауына болады. Маяктар PAN-ды теңестіру
үшін қосылған құрылғыларды синхронизациялауға және суперкадр
құрылымын сипаттауға қажет. CAP (Contention Access Period) кезінде екі
маяктар арасындағы алмасуды негіздеу үшін кез келген құрылғы CSMA-CA
доменді механизмін қолданатын басқа да құрылғылармен бәсекелесуге
құқығы бар. Барлық алмасулар келесі желілік маякқа дейін аяқталуы керек.
MAC деңгейінің сипаттамасы:
64-битті IEEE адресация, жергілікті желі ішіндегі 16-битті адресация
(желідегі құрылғылардың теориялық максималды саны 264, 16-битті
жергілікті адресацияны қолданатын қарапайым желілерді ұйымдастыру 65
мыңнан көп құрылғы).
Адресациялау әдістері:
сәйкестендіргіш: желілік ID + ID құрылғы (жұлдыз топологиясы);
жіберушіқабылдаушы идентификаторы (тең құқылы түйіндер
арасында жіберу);
желіге кіру желіден шығу автоматты жартылай автоматты желіні
ұйымдастыру;
ZigBee желісінің хабарламалар пакеттерінің үлгісі, бір мәліметтер
пакетін максималды қажет жүктеуі 104 байтты құрайды, кадрдың
максималды ұзындығы 127 байтқа тең;
қауіпсіздік деңгейі;
желіге еркін қолжеткізу;
бақылау тізімі;
жіберу кезіндегі кідірісті анықтау таймеры және мәліметтер пакетінің
өзектілігі;
AES 128-битті симметриялы кілтін қолданып шифрлау;
нүкте-нүкте, жұлдызша, көпұяшықты және кластерлік топология
типтерімен қоса, желілік топологияларды қамту.
құрылғының үш класын қамту;
жіберудің пакетті ағынды режимдері [2].
2.1.2 Желіні құру және жұмыс істеу принципі
ZigBee технологиясына сәйкес сымсыз желілі жіберу құрылғылардың
бірнеше топтарын құрайды: толық функционалды - маршрутизатор (Full
function device - FDD), құрылғы - үйлестіруші (Coordinators -- FFD желінің
күрделілігіне байланысты қосымша жүйелік ресурстар) және шектелінген
функционалды құрылғы (Reduced function device - RDD). Құрылғы желі
топологиясын құруда үлкен мүмкіндіктерді қамтамасыз етеді, яғни желі
жұмысының үйлестірушісі ретінде орындай алады және кез келген
радиожелілі станциялармен хабарламалармен алмаса алады. Екінші типті
құрылғылар тек жұлдызша пішінді желі арқылы жұмыс жасай алады,
мәліметтермен алмасу желі жұмысының үйлестік функциясын орындай
алмайды және қарапайым құрылымды болып келеді. Соңғы қасиеті -
құрылғының мүмкіндіктерінің теңсіздік технологиясы олардың бір желіде
жұмыс жасауы аз қолданысты қамтамасыз етеді [5].
Әрбір ZigBee жергілікті желісінде тек бір ғана құрылғы үйлестіруші
бар. Үйлестірушінің басты мақсаты бірегей желілік сәйкестендіргіш
мәселесінде негізгі радиожелілік арнаны таңдаудағы желінің параметрлерін
орнату мен құру болып табылады. Осыған орай үйлестіруші осы үш типті
құрылғының ішінде ең күрделісі болып табылады. Себебі жады көлемі өте
үлкен және энергия тұтыну көп қолданылады. Маршрутизаторды желінің
жұмыс жасау аумағын кеңейту үшін қолданады. Себебі олар бір - бірінен
алыс орналасқан құрылғылар арасында ретранслятор функциясын орындай
алады. Құрылғы кез келген ZigBee желілік топологиясымен жұмыс жасайды,
үйлестіруші функциясын орындай алады және барлық желі түйіндерімен
жалғасады (FFD және RFD).
Функциясы шектелген құрылғы маршрутизацияға қатыса алмайды,
үйлестіруші функциясын орындай алмайды, тек жергілікті желідегі
үйлестірушіге (FFD құрылғы) ғана қатыса алады. Hүкте - нүкте және
жұлдызша қосылу типін қамтиды. Тәжірибеде көптеген желі түйіндері
RFD- құрылғы болады, ал бұл құрылғыны және үйлестірушіні қолдану
байланыс көпірі мен сәйкес желілік топология құру үшін қажет.
Маршрутизатор және басқа да құрылғылар желіге қосылғаннан кейін олар
үйлестіруші немесе кез келген желіде жұмысқа қосылған маршрутизатор
арқылы ақпарат алады. Осы ақпарат негізінде желі сипаттамасына сәйкес
өзіндік операциялық параметрлерді орнатады.
ZigBee маршрутизаторы желіге қосылған құрылғылар арасында бөлетін
желілік адрестер кестесін алады. FFD құрылғысы маршрутизация туралы
шешім қабылдаған кезде ағашқа ұқсас адресацияны қолданады.
Маршрутизацияның тиімділігін жоғарылату үшін ZigBee алгоритмі FFD -
құрылғысына қысқартылған адресацияны қолдануға рұқсат береді. Әрбір
маршрутизатор DN жұптық түрінен тұратын кесте болуы керек. Мұндағы D -
мақсат адресі, ал N - осы мақсатқа жету жолындағы келесі басқа
құрылғылардың адресі. Маршрутизацияның ағаш тәрізді принципі мен кесте
негізінде үйлесуіп келуі жұмыстың икемділігін қамтамасыз етеді және
өндірушілерге баға өнімділік арақатынасында таңдау ұсынылады [2].
ZigBee стегі әртүрлі желі конфигурациясын қамтиды, сонымен қатар
келесі топологиялар: нүкте - нүкте, жұлдызша, кластерлі ағаш
(иерерхиялық) және көпұяшықты желі (2.5 сурет). Стектің желілік
функциясының құрамына активті арналарды табу үшін көшіруді, активті
арналардағы құрылғыларды идентификациялау, әрекеттеспеген арналарға
желі құру және дербес сымсыз желі аумағындағы желілерді біріктіру,
орнатылған сервисті құрылғының анықталынған түріне сәйкес тану,
маршрутизация кіреді. Бұл құрылғыларға автоматты түрде желіге кіріп және
одан шығуға мүмкіндік береді.
2.5 сурет - Желі топологиясының нұсқалары
Кез келген құрылғының типіне байланысты анықталынған желілік
функциялар бар:
− үйлестіруші желіні көшіріп алады және желіні ұйымдастыру үшін бос
арналарды анықтайды;
− маршрутизатор желіні көшіріп алады, активті арналарды табады және
құрастырылған желі құрамына кіруге немесе активті арналар жоқ немесе
активті желілермен біріктіре алмаса, үйлестіруші өзіндік дербес желісін
құруға ұмтылады. Егер біріктірілу орындалса, ережеге сәйкес үйлестіруші
жергілікті желі жалғасы маршрутизатор рангына беріледі және барлық
жергілікті желі туралы ақпаратты орнатылған желінің үйлестірушіне беріледі;
− ақырғы RFD құрылғы әрқашан орнатылған желіге кіруге тырысады.
Кластерлі ағаш топологиясы инфрақұрылысқа қосымша шығын
кетпеу үшін желі ауқымы мен кеңейтілу аумағын жабуды қамтамасыз етеді.
Кластерлі ағаш желі типі құрамына бірнеше жұлдызша топологиясының
желі іші мен шектелген функциясы (RFD) бар құрылғылар кіреді.
Жұлдызша және кластерлі ағаш топология типтерінен басқа ZigBee
технологиясы көпұяшықты желі құру принципі де болады. Осындай
топологияда кез келген желілік түйін желідегі басқа құрылғылар үшін
маршрутизатор функциясын орындайды. Егер сигналдарды бір түйіннен
екінші түйінге жіберуде тосқауылдар (бетон немесе металлды бөгеттер және
т.б.) болтын болса, онда адресатқа мәліметті жіберу үшін баламалы маршрут
таңдалады. Желілік түйіндерді тығыз шоғырландыру қорғалған және сенімді
жүйе ретінде саналады. Егер бір түйін істен шықса, онда маршрут желідегі
басқа түйіндер арқылы анықтап, нәтижесінде желі өзін - өзі қалпына
келтіреді. Бірақ көпұяшықты желіде автономды қорек көзінің жұмыс істеу
уақыты синхронды қолжеткізу әдісін қолдану арқылы төмендейді, жіберу
арналарын анықтау қиындайды және желілік түйіндерде хабарламаны әрбір
жіберген кезде кідірістер (ондаған миллисекунд) болады.
Көпұяшықты желінің барлық түйіндері құжаттарды жіберудің ыңғайлы
жолын, алмасудың максималды жылдамдығын, қателіктердің пайда болу
жиіліктерін және күту уақытын анықтай алу, бірін - бірі танып, басқа
түйіндерді таба алатын қабілеті бар. Есептелінген мәндер келесі түйіндерге
беріледі, ал трафикті жіберу жолы қабылдап алынатын сигналдардың
қуаттылығынан анықталады. Түйіндерді табу мен жолды таңдау қайталанып
отыратын үрдіс. Сондықтан әрбір түйін келесі түйіндердің тізімін алып
отырады және егер олар орнын ауыстыратын болса, онда олар қажет жолды
тез тауып алады. Егер кез келген түйін желіден (техникалық қызмет көрсету
немесе үзілістер) алынатын болса, онда келесі түйіндер тізімді жылдам
өзгертіп, трафик ағынының жолын анықтайды [2].
Мәліметтерді жіберудің транзакциясының үш түрі бар. Олардың бірі -
үйлестірушіге мәліметтерді желілік құрылғы жіберудің жолы. Екінші
транзакция үйлестірушіден желілік құрылғыға мәліметтерді жіберумен
байланысты. Ал үшінші түрі желілік құрылғылар арасындағы мәліметтермен
алмасу жатады. Жұлдызша топологиясында екі транзакция қолданылады.
Себебі мәліметтермен алмасу тек үйлестіруші мен желілік құрылғы арасында
ғана бола алады.
Әрбір алмасу типінің механизмі желінің маяктарды жібере алу немесе
алмауына тәуелді. РАN желісі маяктармен бірге синхронизацияны талап
ететін немесе аз кідірісті қажет ететін желілік құрылғылар ретінде желіде
қолданылады. Егер желі синхронизация мен аз кідірісті қажет етпейтін болса,
онда ол стандартты алмасу үшін кадр - маяктар қолданбауы мүмкін. Бірақ
маяктар желіні қалпына келтіруге қажет.
Желілік құрылғы кадр - маяктармен бірге РАN желісі арқылы
үйлестірушіге мәліметтерді жібергісі келсе, онда алдын кадр - маякты
детерторлеуге тырысады. Маяк табылған кезде құрылғы суперкадр
құрылымы бойынша синхронизацияланады. Осы уақытта құрылғы
үйлестірушіге CSMA-CA доменді алгоритмін қолданып, ақпараттық кадрын
жібереді. Үйлестіруші ақпараттың сәтті келгені туралы растауды жібере
алады. Бұл әрекет келесі 2.6 суретте көрсетілген.
2.6 сурет - Маяктарды қолданып РАN желісі арқылы үйлестірушіге
мәліметтерді жіберу
Егер желілік құрылғы мәліметтерді РАN желісі арқылы маяктарды
қолданбай жібергісі келсе, онда ол ақпараттық кадрды үйлестірушіге CSMA-
CA доменсіз сұлбасын қолдану арқылы жібереді. Үйлестіруші ақпараттың
сәтті келгені туралы растауды жібере алады. Бұл әрекет келесі 2.7 суретте
көрсетілген.
2.7 сурет - Үйлестірушіге РАN желісі арқылы меткасыз жіберу
Үйлестіруші желілік құрылғыға мәліметтерді РАN желісі маяктар
арқылы жібергісі келсе, ол желілік маяктар арқылы қандай мәліметтерді
жіберу керектігін анықтайды.
Құрылғы желілік маяктарды әрқашан бақылап отырады. Егер
хабарламаны жіберуді күтіп тұрғандар болса, олар CSMA-CA доменді
механизмін қолданып, мәліметтер сұранысы МАС - командасы арқылы
жіберіледі. Үйлестіруші мәліметтер сұранысын алғаны туралы сәйкес кадрлар
көмегімен растайды. Осымен транзакция аяқталады. Транзакцияның
аяқталуымен маякта жазылған хабарлама өшіріледі. Бұл әрекеттер келесі 2.8
суретте көрсетілген.
2.8 сурет - Маяктарды қолданып РАN желісі арқылы мәліметтерді
жіберу
Үйлестіруші желілік құрылғыға мәліметтерді РАN желісі арқылы
маяктарсыз жібергісі келсе, ол сәйкес құрылғы үшін мәліметтерді жадыда
сақтап, мәліметтер сұранысын орындайды. Желілік құрылғы үйлестірушімен
мәліметтер сұранысын МАС - командаға жіберуді CSMA-CA доменсіз
механизмін, тапсырылған қосымшалардың алмасу жылдамдығын қолданып
байланыстыруды орындайды. Үйлестіруші мәліметтер сұранысын растау
арқылы сәтті алынғанын растайды. Егер ақпараттық кадр жіберуді күтіп
отырса, үйлестіруші құрылғыға ақпараттық кадрды CSMA-CA доменсіз
механизмін қолданып жібереді. Бұл әрекет келесі 2.9 суретте көрсетілген [4].
2.9 сурет - Үйлестірушіден РАN желісі маяксыз телекоммуникациялау
Энергия тұтыну ZigBee желісін құрудың приоритетті мәселесі болып
табылады. Бұл мәселенің шешімі болып жіберілген мәліметтердің қабылдап
алынуы мен адресат жағынан растауға негізделген байланыс стратегиясы
болып табылады. Осыған сәйкес әрбір құрылғы жіберуді кез келген уақытта
орындай алады. Бұл әдістің кемшілігі бірнеше құрылғылардың бір уақытта
мәліметтерді жіберу кезінде интерференцияның болу мүмкіндігі.
Байланыстың сенімділігі CSMA-CA хаттамасының қолданылуымен
артады. Қарапайым көптеген қолжеткізудің стратегиясы нүкте - нүкте және
жұлдызша типінде қолданылады. Ол барлық қосымшаларға сәйкес келе
бермейді. Қажетсіз өзараәрекеттесуді алдын алу үшін уақыттық бөлінумен
көптеген қолжеткізу хаттамасын қолдануы мүмкін. ZigBee технологиясы
TDMA технологиясына ұқсас принцип бойынша уақыттық интервалды
ұсынады, бірақ бұл бөліну тек синхронизация және уақыттық бөліну
режимінде орындалады.
2.2 кестеде үйлестіруші мен желі түйіндерінің арасында қарапайым
көптеген қолжеткізу мен синхронды қолжеткізу кезіндегі мәліметтерді
жіберудің айырмашылықтары келтірілген.
2.2 кесте - Желіге ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
В дипломной работе рассмотрена возможность применения и
реализация беспроводных технологии в системе контроля параметров в
производственных помещениях. Для решения задач в проекте выбран
беспроводная технология ZigBee и разработан интерфейс системы контроля в
программной среде NI LabView 2011.
В технико - экономической части был составлен расчет капитальных
затрат на построение сети. Кроме того, были рассмотрены вопросы
безопасности труда и жизнедеятельности.
Аңдатпа
Дипломдық жобасында өндірістік орынның параметрлерін бақылау
жүйесін жасау үшін сымсыз технологияларды қолдану мен іске асыру
мүмкіндіктері қарастырылған. Жобаның есептерін шешуге ZigBee сымсыз
технологиясы таңдалынып, NI LabView 2011 бағдарламалық ортасында
бақылау жүйесінің интерфейсі жасалынған.
Техника - экономикалық бөлімінде желінің ұйымдастыруына бөлінетін
капиталдық шығындарын есептеу жүргізілген. Одан басқа, өміртіршілік пен
еңбек қауіпсіздігі мәселелері қарастырылған.
Мазмұны
Кіріспе
1 бөлім. Өндірістік орынның параметрлерін бақылау жүйесі
1.1 Микроклимат параметрлерін бақылау жүйесі
1.2 Өрт қауіпсіздік жүйесі
2 бөлім. Сигналдарды сымсыз технологиялар арқылы жіберу
2.1 WPAN желісі және IEEE 802.15.4 стандарттары
2.1.1 Желі хаттамасының құрылымы
2.1.2 Желіні құру және жұмыс істеу принципі
2.2 Zigbee сымсыз технологиясын өндірістік орынның параметрлерін
бақылау жүйесіне қолдану
2.2.1Параметрлерді өлшеу құрылғыларын таңдау
2.3 Есептеу бөлімі
2.3.1 Сигналдың әрекет ету аймағын есептеу
2.3.2 Шуды есептеу
2.3.3 Желілердің жоғалуын есептеу
2.4 LabView графикалық программалау ортасының сипаттамасы мен
жұмыстың жасалуы
2.5 NI LabView 2011 графикалық программалау ортасында өндірістік
орынның параметрлерін бақылау жүйесінің интерфейсін жасау
3 бөлім. Өміртіршілік қауіпсіздік бөлімі
3.1 Жарықтандыру
3.2 Ауа тазарту және желдету жүйелерін есептеу
3.2.1Желдеткішті таңдау
3.3 Өрт қауіпсіздігі
4 бөлім. Техника - экономикалық бөлімі
4.1 Жоба мазмұны
4.2 Өндірістік жоспар
4.3 Инвестициялық шығынды есептеу
Қорытынды
Қолданылған әдебиеттер
Қосымша А
7
8
8
9
11
13
16
19
25
31
32
34
38
39
41
44
47
48
52
55
55
57
57
58
59
63
64
65
Кіріспе
Барлық жүйелерді құрудың мақсаты әртүрлі қолданбалы облыстарда
сыммен байланысқан байланыс сымдарының орнына сымсыз арналарды
қолдану болып табылады. Әсіресе, желідегі құрылғылар санын жүздеген және
мыңдаған болатын мәліметтерді жинау, автоматтандыру және басқарудың
таратылған жүйесінің сымсыз байланысқа өту сұрағы маңызды болып отыр.
Сымсыз желілер көптеген қолданушылар мен жасап шығарушыларды
өзінің пайда болғанынан бастап, сымды желілермен салыстырғандағы
артықшылығымен қызықтыруда. Ол икемді құрылысы мен монтаж жасау
кезіндегі шығынының аздығымен ерекшелінеді. Кейбір жағдайларда
технологиялық және ұйымдастырушылық себептерінен аралық сымды
байланыс мүлдем болмауы мүмкін. Бұл жағдайда сымсыз байланыс көптеген
мәселелерді шешеді. Сондықтан мәліметтерді жіберудің сымсыз жүйесі
көптеген мәселелерді шешу үшін қолдануға өте ыңғайлы.
Сымсыз жүйелерді тәжірибеде қолдану көптеген уақыт бойы сымды
байланыспен салыстырғанда радиоарнаның сенімділігінің төмендігінен,
бағасының қымбаттылығы мен элементті базаның энергия тұтынуы жоғары
болуынан, сонымен қатар орнату нысанында жүйені орнату мен жүктеуінің
күрделілігінен қиын болды. Қазіргі кезде мәліметтерді жинау,
автоматтандыру және басқару сымсыз жүйелері кіші аумақта жұмыс
жасайтын және нарықта микросұлбалар, радиомодульдер мен модемдердің
жиынтығы пайда болудан және де басқарудың және мәліметтерді жіберудің
стандартты хаттамалары қамтылған бағдарламалық қамтамасыздандырудың
дамытылған сымсыз желі технологиясының арқасында іске асты.
Қазіргі таңда тұрмыста біз радиоарна арқылы сымсыз байланыстың
кемінде үш түрін қолданамыз: GSM телефонға арналған, үйдегі немесе
офистік желі үшін Wi-Fi және құрылғылар мен периферияларды қосу үшін
Bluetooth. Бірақ бұл стандарттар жиынтығы барлық желілік мәселелерді шеше
алмайды. Сондықтан қолданушылардың сұранысына көптеген альтернативті
айрықшалар пайда болады. Соның бірі - IEEE 802.15.4 және соған
байланысты ZigBee стандарты таңдалынған.
Дипломдық жобада өндірістік орынның параметрлерін бақылау үшін
802.15.4 стандартының ZigBee технологиясы микроклимат және төтенше
жағдайларға қолдану мүмкіндігі қарастырылады.
Жобада келесі қойылған есептерді шешу қарастырылған:
1) өндірістік орынның бақыланатын параметрлерін анықтау;
2) сигналдарды жіберудің сымсыз технологияларының талдауын жасау;
3) параметрлерді өлшеу құрылғыларын таңдау;
4) LabView графикалық бағдарламалау ортасымен танысу;
5) LabView графикалық бағдарламалау ортасында өндірістік орынның
параметрлерді бақылау жүйесінің интерфейсін жасау;
6) өміртіршілік қауіпсіздік бөлімінің есептерін қарастыру;
7) техника - экономикалық бөлімінде капиталдық шығындарды есептеу.
1 бөлім. Өндірістік орынның параметрлерін бақылау жүйесі
1.1 Микроклимат параметрлерін бақылау жүйесі
Барлық өндірістік орындар микроклимат, жарық пен өрттен сақтану
қауіпсіздігінің қалыпты болуын қамтамасыз етуді жоспарлайды. Себебі
өндіріс орындарында жұмыс істейтін қызметкерлерге немесе фермаларда
өсіретін жануарларға және т.б. жағдайларда ең керек параметрлер. Ал осы
параметрлерді бақылау маңызды талаптардың бірі. Себебі олардың жұмысқа
жарамдылығын, істен шыққанын, яғни олардың жұмыс жасап тұрғанын не
жасамауын бақылау үшін қажет.
Өндірістік орынның бақылау жүйесінің параметрлері ретінде
температура, салыстырмалы ылғалдылық, желдеткіш және өрт қауіпсіздігі
алынды. Олардың қалыпты жағдайлары өндірістік орындардың түрлеріне
байланысты әр түрлі мәндер алынуы мүмкін. Мысалы, инкубатор залында 18-
22 ˚С, салыстырмалы ылғалдылығы 55-70% болса, фермаларда 20-26˚С,
салыстырмалы ылғалдылығы 60-70%. Сондықтан қалыпты деп алынған
мәндер осыларды толық қамтиды. Сонымен қатар микроклиматтық
параметрлер жыл ауысымдары мен жұмыстың ауырлығына байланысты
қалыпты мәндері қабылданған. Жыл ауысымдары болып жаздық: +10˚С тең
немесе үлкен және қыстық: +10˚С-тан төмен температуралар алынады.
Температура - макроскопиялық жүйенің термодинамикалық тепе-
теңдік күйін сипаттайтын физикалық шама. Температураның жоғары немесе
төмен болуы өндірістің өнімділігіне әсер етеді. Микроклиматтық шарттар
бойынша бекітілген температураның қалыпты жағдайы жазда 16-25 ˚С, ал
қыста 18-29 ˚С деп алынды.
Температуралық факторлардың сипаттамасы бойынша оның
көрсеткіштерін, олардың қайталануын қадағалау керек. Температураның
өзгерісінен ағзалардың шыдау шегінен асып кетсе, онда ол үлкен қайғыға
әкеледі. Температура ағзаның анатомды - морфологиялық қасиеттеріне,
физиологиялық процесстердің өтуіне, олардың өсуіне, дамуына әсер етеді.
Салыстырмалы ылғалдылық
-
ортаның маңызды экологиялық
көрсеткіші. Өндіріс орындарында жұмыс жасайтын адамның не қараудағы
жануарлардың жақсы сезінуі үшін ауа ылғалдылығының қалыпты нормалары
келтірілген: жаздың күндері - 60-75%, ал қыста - 55-70%.
Параметрлердің қамту диапазоны ретінде өндірістік орынның қалыпты
температурасы 18 - 26 ˚С, салыстырмалы ылғалдылықты 55-70% аралығы деп
есептейміз.
Желдеткіш - өндіріс орындарын желдетуде, аэроқоспаларды құбырмен
тасымалдауда, т.б. ауаны немесе басқа газдарды қозғалысқа түсіріп орнын
ауыстыру үшін олардың артық қысымын тудыратын қондырғы . Желдеткіш -
ғимарат немесе бөлменің ішінде ауа алмасуды ұйымдастырады. Ол жұмыс
орнының ауасын сақтауға, сонымен қатар технологиялық құралдардың
бұзылмауын қарастыруға мүмкіндік береді. Ол ауа алмасуына байланысты
табиғи және механикалық болып бөлінеді. Табиғи желдеткіш өндіріс
орынындағы ауа температурасы мен салмағына байланысты болады. Табиғи
желдеткіштің артықшылығы - құрылғының ыңғайлылығы және үлкен өндіріс
орынын желдету мүмкіншілігі бар. Ал кемшілігі - оның ауаны жылыту және
ылғандандыру мүмкіншілігі жоқ, шаңнан тазарту тек белгілі бір жер ғана
болады. Механикалық желдеткіштің кемшілігі - ауа алмасу үшін күрделірек
желдету қондырғысы керек және электрэнергиясының шығынын көп кетіреді.
Бұл жобадаа желдеткіш температура мен салыстырмалы ылғалдылыққа
байланысты болады.
Желдеткіштің негізгі міндеті - өндірістік орын ішіндегі зиянды
бөлшектерден тазарту. Оларға келесілер жатады: артық жылу, артық
ылғалдылық, түрлі зиянды заттардын шығатын газдар мен булар және шаң.
Апаттық желдеткіштер өндірістік орынның қауіпті зиянды заттар
орналасқан жерде қойылады. Егер күтпеген жағдайлар болып қалған кезде
оны тез жою мақсатында қолданады.
1.2 Өрт қауіпсіздік жүйесі
Өрт үлкен материалдық шығын әкеледі және кейбір жағдайларда адам
өліміне де әкеледі. Сондықтан өрттен қорғау қоғамның әрбір мүшесінің
маңызды міндеттерінің бірі болып саналады.
Өндірістегі өрттердің негізгі себептеріне құрал-жабдықтардың
технологиялық жұмыс тәртібінің бұзылуы, электр жабдықтарының
ақаулылығы, жабдықтардың жөндеу жұмыстарына нашар дайынды лығы,
әртүрлі материалдардың өздігінен жануы және т.б. жатады. Жарылыс кезінде
өртті болдырмау үшін ыстық жанғыш, жарылысқа қауіпті ортаның пайда
болуына мүмкіндік бермей, оталдыру көзінің пайда болуына кедергі жасау
керек.
Өрттен қорғанудың мақсаты -- өрттердің алдын алу үшін ең тиімді,
экономикалық жағынан пайдалы, техникалық жағынан дәлелденген тәсілдер
мен құралдарды іздестіру және өрт сөндірудің техникалық құралдары мен
күштерді тиімді пайдалана отырып, өртті аз шығынмен тоқтату.
Өрт қауіпсіздігі - бұл өрт болу мүмкіндігін болдырмау және оның
пайда болған кезінде адамдарға, құрылыс және материалдық құндылықтарға
өрттің қауіпті факторларының жағымсыз әсерлерін жою үшін қажетті
шараларды қолдану болып саналады. Өрт қауіпсіздігі өрттің алдын алу
шараларымен және белсенді өрт қорғанысымен қамтамасыз етіледі. Өрт
профилактикасы болып өртті болдырмау немесе оның салдарларын азайтуға
бағытталған іс - шаралардың кешені саналады. Белсенді өрт қорғанысы - бұл
өрт немесе жарылысқа қауіпті жағдайларымен белсенді күресуді қамтамасыз
ету шаралары.
Өрттің алдын алу шараларын мыналар кіреді:
− құрылыстық - жобалау;
− техникалық;
− ұйымдастырушылық;
− өрт сөндіру тәсілдері мен құралдары.
Құрылыстық - жобалау шаралары ғимараттар мен құрылыстардың отқа
төзімділігімен анықталады. Отқа төзімділік шегі дегеніміз - бұл оттың
әсерінен құрылыс конструкцияларының бірінші сызат пайда болғанға дейінгі
шыдайтын уақыт интервалы. Барлық құрылыс конструкциялары отқа
төзімділік шегі бойынша 8 деңгейге бөлінеді. Ғимараттардың отқа төзімділік
деңгейіне байланысты өрт кезінде эвакуациялау үшін шығатын жерлерге
дейінгі қашықтықтар белгіленеді.
Техникалық шараларына мыналар кіреді:
− өмірге қажетті жүйелерді (жылу, жарықтандыру, вентиляция т.б.)
орнатқан кездерде өрт қауіпсіздігі нормаларын сақтау;
− құрал-жабдықтар жұмысының тәртібі мен технологиялық үрдістер
параметрлерін сақтау;
− әртүрлі қорғану жүйелерін пайдалану.
Өрт сөндірудің келесі тәсілдері қарастырылады:
− ыстық жанғыш затты тотықтырғыштан бөлектеу;
− ауадағы оттегі концентрациясын азайту;
− ыстық жанғыш заттың температурасын оталдыру температурасынан
төмендету.
Өрт сөндіру заттары ретінде су, құм, көпіршіктер, ұнтақтар, өрт
тудырмайтын газ тәріздес заттар, инертті газдар, булар қолданылады.
Өрт сөндіру құралдары 2-ге бөлінеді:
− қол көмегімен жұмыс істейтін құралдар (құм салынған жәшіктер,
асбест жабындары, өртке қарсы құрал - саймандары бар тақталар; химиялық
көпіршікті от сөндіргіштер; ұнтақты отсөндіргіштер; көміроттекті
отсөндіргіштер; хладонды отсөндіргіштер; құрама отсөндіргіштер);
− өртке қарсы жүйелер (сумен жабдықтау жүйелері; көпіршікті
генераторлар; автоматты сигнал беру құралдарын қолдану арқылы автоматты
өрт сөндіру жүйелері).
Кез келген объектілерді эксплуатациялауды (туристік фирмаларды,
қонақ үйлерді, демалыс базаларын) бекітілген нормативті құжаттар
талаптарына сай қатаң түрде жүзеге асыру қажет.
Барлық қоғамдық және өндірістік ғимараттарда нақты көрсетілген
кедергісіз тез шығуға кепіл беретін апатты жағдайларда шығатын жерлер
болуы тиіс. Есіктер іш жағынан ашылуы керек. Бұл жерлерде кедергі
келтіретін бөгде заттар мен отқа жанғыi материалдар болмауы керек. Бұдан
басқа да құтқару жолдары қарастырылуы жөн.
2 бөлім. Сигналдарды сымсыз технологиялар арқылы жіберу
2001 жылы IEEE электроника және электротехника инженерлер
институтына WPAN сымсыз дербес желілер қатарына қатысты және 802.15.4
мәнін алатын стандарт жасап шығару ұсынылған. 2002 жылы альянс ZigBee
қалыптасты. Альянс ZigBee - кең таралған коммерциялық емес жартылай
өткізгіш компоненттер, технологиялық компаниялар, ОЕМ-өндірушілер мен
бүкіл әлемнің қолданушылар нарығындағы жетекші компаниялардың
кешендік консорциумы. Альянс IEEE 802.15.4 мәліметтер пакетін жіберу
механизмін қолданып, сенімділігі жоғары, энергоэкономды, пайдалы сымсыз
қосымшалар үшін ZigBee ғаламдық спецификациялық стекті жасап шығарды.
Кез келген стандарт ол не мәліметтермен сыммен алмасу интерфейсі
немесе сымсыз байланыс болсын, тапсырмаларды шешу үшін құрылады.
Мысалы, WiFi видео және аудио мәліметтерді үлкен жылдамдықпен орташа
арақашықтықта жіберуге мүмкіндік береді; Wi-Fi корпоративті желі мен
Интернетті сымсыз құрылғыларға қол жеткізуге қолдануға арналған.
Сонымен қатар Bluetooth мәліметтерді кіші арақашықтыққа жіберуге
арналған. Bluetooth жылдамдығы Wi-Fi жылдамдығына қарағанда аз, ол аудио
немесе видеоны ағындық жіберу үшін жақсы, мысалы, үй кинотеатрының
компоненттері арасында. ZigBee көмегімен шешетін негізгі тапсырма - аз
көлемдегі мәліметтерді орташа қашықтыққа жіберу. ZigBee-дің ерекшелігі
бұл стандарттың қабылдап - жіберуші құрылғысы минималды энергия
қолдануы қажет. IEEE 802.15.4 және ZigBee арқылы сапалы аудио немесе
видео ағынын жоғары дәлдікпен жіберілмеді, бірақ кез келген ортада күрделі
сұлбаларды бақылау мен басқаруын жүзеге асыруға болады.
2.1 сурет - Сымсыз стандарттар классификациясы
Альянстың негізгі мақсаты - ZigBee протоколының бағдарламалық стек
спецификациясын жасау. Ол әр түрлі желілік типтер жұлдыз, ағаш
кластері, көпұяшықты желі қауіпсіздік функциясы мен түрлі қосымшалар
көрінісінің сәйкестігімен қамтамасыз етеді. ZigBee спецификациясы
ғаламдық бірлік стандартқа негізделген, жіберу жылдамдығы 250 Кбитс, аз
энергия қолданатын, ақпаратты қорғау мен жүйе сенімділігін қамтамасыз
ететін сымсыз желілік шешімдерді жасауға мүмкіндік береді. Осыған орай,
ZigBee
-
802.15.4 стандарт деңгейінің қосымша желілік
қабатын
бағдарламалық қамтамасыздандыруын жасап шығаратын компаниялардың
альянсы. Альянс мүшелері сәйкес сымсыз желілердің жаңа нарықта
қолдануын анықтайды. Консорциумға қатысатын барлық активті мүшелері
ZigBee технологиясының техникалық ақпаратына және
ZigBee
спецификациясына ықпал жасауға толық қолжеткізе алады. ZigBee 802.15.4
жалғыз стандартталынған сымсыз технология болып табылады. Ол келесі
коммерциялық, өнеркәсіптік және үй автоматикасында қолданатын
азтұтынылған жүйелер үшін сымсыз ақпараттық желілерді күшейтудің
таратылған желілердегі датчиктердің қосымшаларын бақылау мен
мониторинг жасауға бағытталған:
жарықты басқару жүйесі (өнеркәсіптік, муниципалды және үйдегі);
өнеркәсіптік және үйдегі автоматика және басқару (жылу, желдету
және кондиционирлеу, қосымша құрылғылар мен қондырғылар);
қолданылатын электроника (мультимедиаойын жүйелері, портативті
электроника), тұрмыстық техникасы (кір жуғыш машина, кофеқайнатқыш,
кондиционер, ауа фильтрлары және т.б.);
дербес компьютердің перифериялық құрылғысы: тышқан, ойын
приставкалары, джойстиктер, пернетақта;
сигнализация және қауіпсіздік жүйелері, апаттық хабарландыру,
қолжеткізудің бақылау жүйесі, контактсыз кілттер, түтін, газ, температура,
өрт, қозғалыс датчиктері және т.б.;
емделушінің медициналық диагностикасының құрылғысы,
спортшының жағдайын бақылауы, биодатчиктер мен медициналық
қондырғылар;
алыс қашықтықтан басқару және технологиялық үрдістерді бақылау,
қозғалыстағы аппараттарды, станоктарды, өнеркәсіптік қондырғыларды,
тоңазытқыш қондырғыларды,
қашықтықтағы мәліметтерді жинау
құрылғысын, телеметрияны басқару;
өнеркәсіптік және порттық активтерді бақылау, логистика;
су, газ және жылумен қамтамасыздандыру жүйесін, электро-
энергияны басқару жүйесі мен құрылғымен бақылау жүйесін, тұрғын үй -
коммуналдық шаруашылық жүйесін бақылау;
ақпарттармен алмасудың сымсыз құрылғысы, радиомодемдер;
автокөліктік электроника (шинадағы қысымды бақылау жүйесі,
идентификация және диагностика жүйесі) және т.б.
ZigBee 802.15.4 стандартының басты артықшылығы орнатуға
оңайлығы мен ұқсас құрылғылармен жұмыс жасауы. ZigBee - дің
спецификациясының ерекшелігі сымсыз дербес желіні оңай күшейтеді [1].
2.1
WPAN желісі және IEEE 802.15.4 стандарттары
Қазіргі кезде сымсыз есептеуіш желілердің келесі стандарттары кеңінен
таралады:
− IEEE 802.11 - Wireless Local Area Network (WLAN -- сымсыз
жергілікті есептеуіш желі);
− IEEE 802.15 - Wireless Personal Area Network (WPAN -- сымсыз
дербес есептеуіш желі);
− IEEE 802.16 - Broadband Wireless Access (BWA -- сымсыз кең
таралған қол жеткізу).
Біз барлық сымсыз желілердің стандарттарын талдауымыз міндетті
емес. Бұл бөлімде ZigBee желісі мен оның жаңа дербес сымсыз желі
стандарты IEEE 802.15.4 қарастырамыз. Ал 802.11 және 802.16 желі
стандарттарын салыстыруға қолданамыз.
WPAN сымсыз дербес есептеуіш желісі 15...20 м арасындағы кіші
радиусты жергілікті желіні қарастырады. Ол дербес компьютерлер арасын
байланыстыратын кабельді алмастыру үшін, сонымен қатар перифериялық
және мультимедиялық құрылғыларды (принтер, факс, сканер және т.б.)
байланыстыру үшін арналған. Бірақ кейбір WPAN желілері 100 м (ZigBee,
Bluetooth) қашықтықта да жұмыс жасай алады. Берілген мәселені шеше
алатын алғашқы стандарт IEEE 802.15.1. Стандарт Bluetooth vl.x
спецификациясына негізделді және (PHY layer) физикалық деңгейі мен (MAC
layer) ортаға қолжеткізу деңгейімен анықталды. Келесі қадам 802.15
стандартын кеңінен тарату үшін 802.11 және 802.15 класстарын өзара
байланыстыратын стандарт жасап шығару болды. Кейіннен WPAN-
желілерінің аумағында істейтін құрылғылар үшін Bluetooth-дың қамтамасыз
ететін жылдамдығы аз болды. Сондықтан бұл қажеттілік оннан мың Мбитс
(IEEE 802.15.3) болатын мәліметтердің сымсыз каналын құратын стандарт
қажет болды. Айтылып отырылған стандарттар үлкен көлемдегі ақпараттарды
(дыбыстар, мәліметтер, видео) жоғары жылдамдықта (1-200 Мбитс) жіберуге
болады. Құрылғылар 10-нан 100 м аралықта автономды режимде (батарея мен
аккумуляторлар) жібере алды. Бұл стандарттар біздің қазір қолданып жүрген
(компьютерлер, есептеуіш желілер) құрылғылардағы сымды байланысты
алмастыра алады. Бірақ көптеген көрінбейтін жүйелерде (әртүрлі датчиктер,
мәліметтерді жинау жүйесі) айтылған технологиялар жүз пайыз эффективті
қолдана алмайды. Бұл мәселені шешу үшін аз жылдамдықты WPAN-желісі
үшін IEEE 802.15.4 (ZigBee) стандарты жасап шығарылды (2.2 сурет).
Аз қашықтықтағы сымсыз желілер өзара байланыса алады. Алда
сымсыз желілер арасындағы шлюз ретінде қолданылатын құрылғы жасап
шығару керек болды. Себебі, егер ZigBee-да орнатылған қауіпсіздік жүйесі
қаскүнемді анықтаса, ол IEEE 802.11 желісімен қосылып компьютерге одан
күзет бөліміне немесе ғимарат иесіне мобильді телефон арқылы хабарлама
келеді. 802.15 және 802.lib стандарттарының сипаттамаларын келесі 2.1
кестеде салыстырып көрсетеміз.
2.1 кесте - 802.15. және 802.11b стандарттарының сипаттамаларын салыстыру
Көрсетілген сипаттамаларға байланысты нағыз бәсекелес
технологиялар Bluetooth және ZigBee. Осыған сәйкес, олардың қолданылу
аймағы бірдей - тұрмыстық және өнеркәсіпке арналған сымсыз құрылғы, ол
қашықтан басқару, компьютерлік периферия және т.б. жүйелерді қосады.
Бірақ Bluetooth технологиясынан ZigBee-дің айырмашылығы - ол энергияны
аз қолданылады.
ZigBee технологиясында орындалған құрылғылардың белсенділік
мерзімі аз болады, яғни батареяның қызмет ету уақытының ұзаруын
қамтамасыз етеді. Wi-Fi және Bluetooth микросұлбалары кәсіпорын және
офистік ғимараттардың әртүрлі құрылғыларының көп желі негізінде
ұйымдастыру қымбат. Ал 802.15.4ZigBee стандарты аз шығынмен сымсыз
интерфейс жасап шығаруға мүмкіндік береді. Ол схемотехниканың
ыңғайлылығын, сыртқы пассивті элементтердің минималды санымен, жоғары
тиімділікпен жады көлемін тағайындауға қолданылатын стектің
бағдарламалық қамтамасыздануын қамтамасыз етеді (2.1 кестесін қараңыз).
Стандарт көп ұяшықты топологиямен желі құра алады. Осыған орай,
көптеген түйіндерді қызмет ете отырып және қуат күшейткіште еш
шығынсыз байланыс ұзақтығын арттыра алады.
ZigBee технологиясы Wi-Fi немесе Bluetooth сияқты үлкен көлемді
ақпараттар үшін арналмаған. Бірақ датчиктер көрсеткішін, яғни көлемі он
байттан сирек асатын, үлкен жылдамдықты қажет етпейтін жібере алады. Бұл
жағдайда энергия тұтынуда жоғары көрсеткіш, бағасы және сенімділігі Стандарт
802.11b Wi-
Fi
802.15.1
Bluetooth
802.16d
WiМax
802.15.4 Zigbee
Жиілігі, ГГц
2.4
2.4
1,5-11
0.868
0.915
2.4
Артықшылы
ғы
Жылдамдығ
ы,
икемділігі
Бағасы,
дыбыс
жіберу
Жылдамды
ғы жоғары
Бағасы, энергияны
үнемдеуі, жүйенің
сенімділігі
Макс.жылда
м-дығы
11 Мбитс
және одан
да көп
1 Мбитс
70 Мбитс
20
кбитс
40
кбитс
250
кбитс
Арақашықты
-ғы, м
100
100
25-80 км
10-100, 1000
Сезгіштігі,
дБм (орт).
-76
-70
-95
-92
Стек өлшемі,
кБайт
1000
250
-
4-32
Батареяның
қызмет ету
уақыты, күн
0,5-1
1-7
-
100-1000
міндетті болу керек. ZigBee келесі алгоритм бойынша жұмыс жасайды:
құрылғы барлық уақытта ұйқылы режимде болады, бұл энергияны
үнемдеуге ыңғайлы режим. Жаңа ақпарат келіп түскенде не құрылғының
келесі байланыс сеансы болғанда қосылады да, мәліметтерді жылдам жіберіп
қайта төмен энергия тұтыну режиміне өтеді. Типтік уақыттық кідіріс жаңа
құрылғының желіге қосылуы 30 мс болса, ұйқылы режимнен активті
жағдайға қосылу уақыты 15 мс, каналға қолжету уақыты 15 мс. Бұл
батареяның жұмыс істеуін 10 жылға дейін немесе одан да көп созуға болады
және ол қосымшалар типі мен жұмыс циклінің ұзақтығына тәуелді болады.
Ток жіберілу кезінде 15...30 мА, ал ұйқылы режимде 2 мкА аз болуы
мүмкін. Нәтижесінде кідірістің аздығы соншалық адам бөлмеге кіріп, ZigBee
сымсыз байланысының ауыстырып-қосқышын басам дегенше жарықтың
қалай қосылғанында байқамай қалады, яғни бұл уақытта Bluetooth желісіне
құрылғылардың қосылу кідірісі 3с құрайды.
Сымсыз төмен жылдамдықты дербес желісі (WPAN) үшін IEEE
802.15.4 стандарты PHY физикалық деңгейі мен MAC ортасына қолжеткізу
деңгейін анықтайды. PHY физикалық деңгейі радиосигналдарды тарататын
физикалық ортасына қолжеткізуді қамтамасыз етеді: модуляция типін береді,
сигналдардың жылдамдығы мен басқада параметрлерді, қабылдау мен
жіберуді орындайды. MAC деңгейі құрылғыларды желіге қосу мен шығаруды
орындайды, мәліметтер пакетін жеткізуді бақылайды, мәліметтерді автоматты
түрде қабылдағанын растайды, 128-битті AES- шифрлары мен басқа да
функцияларды қамтиды. ZigBee стек спецификациясы желілік деңгей,
қауіпсіздік деңгей мен қосымшаға қолжеткізуді анықтайды және 802.15.4
стандартының шешіміне сәйкес құрылғымен сәйкес келуін қамтамасыз ету
үшін қолдануы мүмкін. PHY-деңгейінің кілттік функциялары энергия
бақылау, байланыс сапасы мен каналдарды талдауды қарастырады. Ортаға
қолжеткізу ISM (Industrial, Scientific and Medical) жиілік диапазонында
орындалады, физикалық деңгей 868915 жиілікті екілік фазалық амал (BPSK)
мен 2,4 ГГц жиіліктегі квадраттық фазалық амал (O-OPSK) қолданады.
Арнаға қолжеткізу үшін коллизияны болдырмайтын (CSMA-CA) ортаға
көптеген қолжеткізу механизмдері қолданылады. Жіберу басталмай тұрып
байланыс каналының жағдайының анықталуына негізделген бұл механизм бір
уақытта бірнеше құрылғылардың мәліметтерді жіберу
кезіндегі
соқтығысуларды азайтуға мүмкіндік береді. 802.15.4 стандарты мәліметтерді
жартылай дуплексті (құрылғы мәліметтерді не жібере алады, не қабылдайдай
алады) жіберуге негізделген, яғни CSMA-CA әдісін коллизияны анықтау үшін
емес, қайтару үшін ғана қолдана алады. Сигналды тарату қашықтығы
негізінен 30...50 м болады, бірақ сыртқы қуат күшейткішті, аз шулы
күшейткіш пен антенналарды қолдану арқылы бар жылдамдықты
жоғалтпайтындай 100 м қашықтыққа дейін ұзарта алады. Қажетті өтеу
мүмкіншілігі таңдалынған
жиілікке тәуелді. Жіберудің максималды
жылдамдығы 250 Кбитс 2,4 ГГц диапазонында жетеді (16 арна 5 МГу
қадаммен). Ал 868 МГц (1 арна) және 902 - 928 МГц (10 арна 2 МГц 2 қадам)
жиілігі үшін жіберу жылдамдықтары 20 Кбитс және 40 Кбитс тең.
2.2 сурет - 802.15.4 стандартының қысқаша сипаттамасы
ZigBee802.15.4 сымсыз құрылғысының нарықтық бөлігі 2,4 ГГц - ті
сақтап тұру күтілуде. Бұл негізінен, Еуропада 868,3 МГц диапазонда бір ғана
каналға қол жетімді, ал АҚШ, Канада, Корея және Аустралияда тек 915 МГц
диапазонына рұқсат берілген (2.2 сурет). Нәтижесінде субгигагерцтік
диапазондар ОЕМ- өндірушілер үшін потенциалды ұнамсыз болды, бұл кезде
барлық әлемде болашақта шығатын құрылғылардың сипаттамасы болып
табылатын 2,4 ГГц қолданылады. Бірақ кейінгі коммерциялық жүйеге
арналған ZigBee - құрылғысын әр түрлі 802.15.4 стандартын жиіліктік
диапазонында байланыстыратын шлюздар пайда болуы мүмкін. InStatMDR
агентсва бойынша 2004 жылдан бастап бес жыл ішінде субгигагерцті қолдану
көлемі мен 802.15.4 стандартының 2,4 ГГц трансиверінің арасында ешқандай
айтарлықтай өзгеріс болмайды. 2,4 ГГц микросұлбасының нарық көлемі
ZigBee802.15.4 құрылғысының жалпы нарығының 65...75% құрайды. 2,4
ГГц диапазонының кемшілігінің бірі
-
әртүрлі абонент спектрінің
(микротолқынды пештер, 2,4 ГГц жиіліктегі сымсыз телефондар, Bluetooth
құрылғылары және 802.lib) анықтылығын есептеуге болады [1].
2.1.1 Желі хаттамасының құрылымы
IEEE 802.15.4 құжаты желінің жиілігін, аппараттық ерекшелігін жәе
басқа да параметрлерімен сипатталады, ал ZigBee құжатында желілік басқару
үрдісінің сипатталуын, қауіпсіздік параметрлері, сонымен қатар сәйкестік пен
құрылғы пішіні бар [3].
IEEE 802.15.4-2006 желісінің артықшылығы кез келген топологияны
орындай алады.
ZigBee хаттамасының стекі OSI (Open System Interconnection) ашық
жүйесінде мәліметтерді жіберу хаттамасының иерархиялық жеті деңгейлі
моделінің принципі бойынша құрылған. Стек - байланыс арнасының жүзеге
асуына, бағдарламалық желілік деңгейлер мен қосымшаларды қолдау
деңгейіне жауап беретін, Альянс ZigBee-дің спецификациясынан анықталған
IEEE 802.15.4 стандартының деңгейінен тұрады (2.3 суретін қараңыз).
IEEE 802.15.4 құрылымы стандартты жеңілдетуге шақырылған
деңгейлер қатарымен анықталады. Әрбір деңгей стандарттың бір бөлігіне
жауап береді және жоғарыда орналасқан деңгейлерге қызмет көрсетеді.
Деңгейлер арасындағы интерфейс берілген стандартты сипаттайтын
логикалық байланысты анықтайды.
2.3 сурет - ZigBee802.15.4 стек құрылымы
IEEE Std 802.15.4 құжаты физикалық деңгей (PHY) мен портативті
ауыстырылатын құрылғысы бар аз жылдамдықты сымсыз орта үшін MAC
(Medium Access Control) желілік ортасының деңгейіне қол жеткізетін және 10
метрге тең максималды арақашықтыққа арналған POS (Personal Operating
Space) спецификацияларын анықтайды. Осыған орай, өте аз жылдамдықта
жіберу үлкен арақашықтықта да ( 100 м) жұмыс істей алады деуге болады.
Стектің физикалық деңгейі. PHY физикалық деңгейі екі қызмет түрін
ұсынады: PHY ақпараттық сервисі мен PLME (Physical Layer Management
Entity) сервисінің SAP (PLME-SAP атымен танымал) қолжеткізу нүктесімен
өзара байланысатын басқару сервисі. PHY ақпарттық сервисі PPDU (Protocol
Data Unit) мәліметтер хаттамалық топтамасының радиоарнасы арқылы
қабылдау мен жіберуді мүмкін етеді.
Стандарт келесі мәліметтерді жіберу жылдамдамдығын анықтайды: 250
кбитc, 100кбитc, 40 кбитc және 20 кбитc. Мәліметтерді радиоарна арқылы
қабылдау мен жіберу PHY физикалық деңгейінде орындалады. Ол жұмыстық
жиілік диапазонын, модуляция типін, максималды жылдамдықты, арналар
санын анықтайды: O-QPSK - 2,4 ГГц (16 арналы, 250 Кбитс) диапазон үшін
жылжытылған квадраттық фазалық манипуляция, BPSK - 915 МГц (10
арналы, 40 Кбитс) және 868 МГц (1 арналы, 20 Кбитс) жиіліктері үшін екілік
фазалық манипуляция.
PHY деңгейі қабылдау хабарлағышын активтенуіқатерсіздендіруді,
жұмыс арнасында қабылданатын сигналдың энергиясын детекторлеу,
физикалық жиіліктік арнаны таңдау, мәліметтер пакетін алудағы байланыс
сапасын индикациялау және CSMA-CA хаттамасын жүзеге асыру үшін бос
арнаны бағалауды орындайды. 802.15.4 стандарты - физикалық радио ( радио
қабылдағышты хабарлағыш), ал ZigBee - бұл қауіпсіздік функциясы мен
маршрутизациясын қамтамасыз ететін логикалық желі мен бағдарламалық
стек екенін түсіну керек [2].
Радио құрылғы лицензияланбаған жиіліктік диапазонның бірінде
жұмыс жасайды:
− 868 - 868.6 МГц (мысалы, Еуропа үшін);
− 902 - 928 МГц (Солтүстік Америка үшін);
− 2400 - 2483.5 МГц (басқалары үшін).
2.4 сурет - IEEE 803.15.4 (PHY 2400 МГц) радиоарнасын таңдау
Стектің МАС деңгейі. MAC субдеңгейі екі сервис ұсынады:
ақпараттық MAC - сервис және MAC - деңгейінің басқару сервисі - MLME
(MAC Level Management Entity) басқару субдеңгейінің SAP (MLME-SAP
атымен танымал) қолжеткізу нүктесі үшін интерфейсті қамтамасыз ету. MAC
ақпараттық сервисі физикалық деңгейінің ақпараттық сервисінің көмегімен
MAC-деңгейінің (MPDU) мәліметтерді хаттамалық топтамасын қабылдау мен
жіберуді қамтамасыз етеді.
MAC субдеңгейінің сипаттамалық ерекшелігі маяк (beacon) арқылы
басқаруды қолдану, қолжеткізуді орындау, GTS (Guaranteed Time Slot)
басқару, кадрлар орындылығын тексеру, кадрларды жеткізуді растау және т.б.
болып табылады. Бұдан басқа, MAC субдеңгейі қолданбалы деңгейде
қауіпсіздік механизмін қолдауды қамтамасыз етеді.
Берілген стандарт суперкадр құрылымын қолдануға рұқсат берген.
Суперкадр үлгісін координатор анықтайды. Суперкадр координатор жіберген
(2.4 сурет) желілік маяктармен шектелген және ұзақтығына байланысты 16
уақыттық доменді құрайды. Суперкадр активті және пассивті бөлімнен
құралады. Активсіз кезінде координатор қорек көзінің шығынын экономдау
режиміне өте алады. Кадр - маяк әрбір суперкадрдың бірінші доменіне
беріледі. Егер координатор суперкадр құрылымын қолданғысы келмесе, онда
ол маяктарды жіберуді өшіріп тастауына болады. Маяктар PAN-ды теңестіру
үшін қосылған құрылғыларды синхронизациялауға және суперкадр
құрылымын сипаттауға қажет. CAP (Contention Access Period) кезінде екі
маяктар арасындағы алмасуды негіздеу үшін кез келген құрылғы CSMA-CA
доменді механизмін қолданатын басқа да құрылғылармен бәсекелесуге
құқығы бар. Барлық алмасулар келесі желілік маякқа дейін аяқталуы керек.
MAC деңгейінің сипаттамасы:
64-битті IEEE адресация, жергілікті желі ішіндегі 16-битті адресация
(желідегі құрылғылардың теориялық максималды саны 264, 16-битті
жергілікті адресацияны қолданатын қарапайым желілерді ұйымдастыру 65
мыңнан көп құрылғы).
Адресациялау әдістері:
сәйкестендіргіш: желілік ID + ID құрылғы (жұлдыз топологиясы);
жіберушіқабылдаушы идентификаторы (тең құқылы түйіндер
арасында жіберу);
желіге кіру желіден шығу автоматты жартылай автоматты желіні
ұйымдастыру;
ZigBee желісінің хабарламалар пакеттерінің үлгісі, бір мәліметтер
пакетін максималды қажет жүктеуі 104 байтты құрайды, кадрдың
максималды ұзындығы 127 байтқа тең;
қауіпсіздік деңгейі;
желіге еркін қолжеткізу;
бақылау тізімі;
жіберу кезіндегі кідірісті анықтау таймеры және мәліметтер пакетінің
өзектілігі;
AES 128-битті симметриялы кілтін қолданып шифрлау;
нүкте-нүкте, жұлдызша, көпұяшықты және кластерлік топология
типтерімен қоса, желілік топологияларды қамту.
құрылғының үш класын қамту;
жіберудің пакетті ағынды режимдері [2].
2.1.2 Желіні құру және жұмыс істеу принципі
ZigBee технологиясына сәйкес сымсыз желілі жіберу құрылғылардың
бірнеше топтарын құрайды: толық функционалды - маршрутизатор (Full
function device - FDD), құрылғы - үйлестіруші (Coordinators -- FFD желінің
күрделілігіне байланысты қосымша жүйелік ресурстар) және шектелінген
функционалды құрылғы (Reduced function device - RDD). Құрылғы желі
топологиясын құруда үлкен мүмкіндіктерді қамтамасыз етеді, яғни желі
жұмысының үйлестірушісі ретінде орындай алады және кез келген
радиожелілі станциялармен хабарламалармен алмаса алады. Екінші типті
құрылғылар тек жұлдызша пішінді желі арқылы жұмыс жасай алады,
мәліметтермен алмасу желі жұмысының үйлестік функциясын орындай
алмайды және қарапайым құрылымды болып келеді. Соңғы қасиеті -
құрылғының мүмкіндіктерінің теңсіздік технологиясы олардың бір желіде
жұмыс жасауы аз қолданысты қамтамасыз етеді [5].
Әрбір ZigBee жергілікті желісінде тек бір ғана құрылғы үйлестіруші
бар. Үйлестірушінің басты мақсаты бірегей желілік сәйкестендіргіш
мәселесінде негізгі радиожелілік арнаны таңдаудағы желінің параметрлерін
орнату мен құру болып табылады. Осыған орай үйлестіруші осы үш типті
құрылғының ішінде ең күрделісі болып табылады. Себебі жады көлемі өте
үлкен және энергия тұтыну көп қолданылады. Маршрутизаторды желінің
жұмыс жасау аумағын кеңейту үшін қолданады. Себебі олар бір - бірінен
алыс орналасқан құрылғылар арасында ретранслятор функциясын орындай
алады. Құрылғы кез келген ZigBee желілік топологиясымен жұмыс жасайды,
үйлестіруші функциясын орындай алады және барлық желі түйіндерімен
жалғасады (FFD және RFD).
Функциясы шектелген құрылғы маршрутизацияға қатыса алмайды,
үйлестіруші функциясын орындай алмайды, тек жергілікті желідегі
үйлестірушіге (FFD құрылғы) ғана қатыса алады. Hүкте - нүкте және
жұлдызша қосылу типін қамтиды. Тәжірибеде көптеген желі түйіндері
RFD- құрылғы болады, ал бұл құрылғыны және үйлестірушіні қолдану
байланыс көпірі мен сәйкес желілік топология құру үшін қажет.
Маршрутизатор және басқа да құрылғылар желіге қосылғаннан кейін олар
үйлестіруші немесе кез келген желіде жұмысқа қосылған маршрутизатор
арқылы ақпарат алады. Осы ақпарат негізінде желі сипаттамасына сәйкес
өзіндік операциялық параметрлерді орнатады.
ZigBee маршрутизаторы желіге қосылған құрылғылар арасында бөлетін
желілік адрестер кестесін алады. FFD құрылғысы маршрутизация туралы
шешім қабылдаған кезде ағашқа ұқсас адресацияны қолданады.
Маршрутизацияның тиімділігін жоғарылату үшін ZigBee алгоритмі FFD -
құрылғысына қысқартылған адресацияны қолдануға рұқсат береді. Әрбір
маршрутизатор DN жұптық түрінен тұратын кесте болуы керек. Мұндағы D -
мақсат адресі, ал N - осы мақсатқа жету жолындағы келесі басқа
құрылғылардың адресі. Маршрутизацияның ағаш тәрізді принципі мен кесте
негізінде үйлесуіп келуі жұмыстың икемділігін қамтамасыз етеді және
өндірушілерге баға өнімділік арақатынасында таңдау ұсынылады [2].
ZigBee стегі әртүрлі желі конфигурациясын қамтиды, сонымен қатар
келесі топологиялар: нүкте - нүкте, жұлдызша, кластерлі ағаш
(иерерхиялық) және көпұяшықты желі (2.5 сурет). Стектің желілік
функциясының құрамына активті арналарды табу үшін көшіруді, активті
арналардағы құрылғыларды идентификациялау, әрекеттеспеген арналарға
желі құру және дербес сымсыз желі аумағындағы желілерді біріктіру,
орнатылған сервисті құрылғының анықталынған түріне сәйкес тану,
маршрутизация кіреді. Бұл құрылғыларға автоматты түрде желіге кіріп және
одан шығуға мүмкіндік береді.
2.5 сурет - Желі топологиясының нұсқалары
Кез келген құрылғының типіне байланысты анықталынған желілік
функциялар бар:
− үйлестіруші желіні көшіріп алады және желіні ұйымдастыру үшін бос
арналарды анықтайды;
− маршрутизатор желіні көшіріп алады, активті арналарды табады және
құрастырылған желі құрамына кіруге немесе активті арналар жоқ немесе
активті желілермен біріктіре алмаса, үйлестіруші өзіндік дербес желісін
құруға ұмтылады. Егер біріктірілу орындалса, ережеге сәйкес үйлестіруші
жергілікті желі жалғасы маршрутизатор рангына беріледі және барлық
жергілікті желі туралы ақпаратты орнатылған желінің үйлестірушіне беріледі;
− ақырғы RFD құрылғы әрқашан орнатылған желіге кіруге тырысады.
Кластерлі ағаш топологиясы инфрақұрылысқа қосымша шығын
кетпеу үшін желі ауқымы мен кеңейтілу аумағын жабуды қамтамасыз етеді.
Кластерлі ағаш желі типі құрамына бірнеше жұлдызша топологиясының
желі іші мен шектелген функциясы (RFD) бар құрылғылар кіреді.
Жұлдызша және кластерлі ағаш топология типтерінен басқа ZigBee
технологиясы көпұяшықты желі құру принципі де болады. Осындай
топологияда кез келген желілік түйін желідегі басқа құрылғылар үшін
маршрутизатор функциясын орындайды. Егер сигналдарды бір түйіннен
екінші түйінге жіберуде тосқауылдар (бетон немесе металлды бөгеттер және
т.б.) болтын болса, онда адресатқа мәліметті жіберу үшін баламалы маршрут
таңдалады. Желілік түйіндерді тығыз шоғырландыру қорғалған және сенімді
жүйе ретінде саналады. Егер бір түйін істен шықса, онда маршрут желідегі
басқа түйіндер арқылы анықтап, нәтижесінде желі өзін - өзі қалпына
келтіреді. Бірақ көпұяшықты желіде автономды қорек көзінің жұмыс істеу
уақыты синхронды қолжеткізу әдісін қолдану арқылы төмендейді, жіберу
арналарын анықтау қиындайды және желілік түйіндерде хабарламаны әрбір
жіберген кезде кідірістер (ондаған миллисекунд) болады.
Көпұяшықты желінің барлық түйіндері құжаттарды жіберудің ыңғайлы
жолын, алмасудың максималды жылдамдығын, қателіктердің пайда болу
жиіліктерін және күту уақытын анықтай алу, бірін - бірі танып, басқа
түйіндерді таба алатын қабілеті бар. Есептелінген мәндер келесі түйіндерге
беріледі, ал трафикті жіберу жолы қабылдап алынатын сигналдардың
қуаттылығынан анықталады. Түйіндерді табу мен жолды таңдау қайталанып
отыратын үрдіс. Сондықтан әрбір түйін келесі түйіндердің тізімін алып
отырады және егер олар орнын ауыстыратын болса, онда олар қажет жолды
тез тауып алады. Егер кез келген түйін желіден (техникалық қызмет көрсету
немесе үзілістер) алынатын болса, онда келесі түйіндер тізімді жылдам
өзгертіп, трафик ағынының жолын анықтайды [2].
Мәліметтерді жіберудің транзакциясының үш түрі бар. Олардың бірі -
үйлестірушіге мәліметтерді желілік құрылғы жіберудің жолы. Екінші
транзакция үйлестірушіден желілік құрылғыға мәліметтерді жіберумен
байланысты. Ал үшінші түрі желілік құрылғылар арасындағы мәліметтермен
алмасу жатады. Жұлдызша топологиясында екі транзакция қолданылады.
Себебі мәліметтермен алмасу тек үйлестіруші мен желілік құрылғы арасында
ғана бола алады.
Әрбір алмасу типінің механизмі желінің маяктарды жібере алу немесе
алмауына тәуелді. РАN желісі маяктармен бірге синхронизацияны талап
ететін немесе аз кідірісті қажет ететін желілік құрылғылар ретінде желіде
қолданылады. Егер желі синхронизация мен аз кідірісті қажет етпейтін болса,
онда ол стандартты алмасу үшін кадр - маяктар қолданбауы мүмкін. Бірақ
маяктар желіні қалпына келтіруге қажет.
Желілік құрылғы кадр - маяктармен бірге РАN желісі арқылы
үйлестірушіге мәліметтерді жібергісі келсе, онда алдын кадр - маякты
детерторлеуге тырысады. Маяк табылған кезде құрылғы суперкадр
құрылымы бойынша синхронизацияланады. Осы уақытта құрылғы
үйлестірушіге CSMA-CA доменді алгоритмін қолданып, ақпараттық кадрын
жібереді. Үйлестіруші ақпараттың сәтті келгені туралы растауды жібере
алады. Бұл әрекет келесі 2.6 суретте көрсетілген.
2.6 сурет - Маяктарды қолданып РАN желісі арқылы үйлестірушіге
мәліметтерді жіберу
Егер желілік құрылғы мәліметтерді РАN желісі арқылы маяктарды
қолданбай жібергісі келсе, онда ол ақпараттық кадрды үйлестірушіге CSMA-
CA доменсіз сұлбасын қолдану арқылы жібереді. Үйлестіруші ақпараттың
сәтті келгені туралы растауды жібере алады. Бұл әрекет келесі 2.7 суретте
көрсетілген.
2.7 сурет - Үйлестірушіге РАN желісі арқылы меткасыз жіберу
Үйлестіруші желілік құрылғыға мәліметтерді РАN желісі маяктар
арқылы жібергісі келсе, ол желілік маяктар арқылы қандай мәліметтерді
жіберу керектігін анықтайды.
Құрылғы желілік маяктарды әрқашан бақылап отырады. Егер
хабарламаны жіберуді күтіп тұрғандар болса, олар CSMA-CA доменді
механизмін қолданып, мәліметтер сұранысы МАС - командасы арқылы
жіберіледі. Үйлестіруші мәліметтер сұранысын алғаны туралы сәйкес кадрлар
көмегімен растайды. Осымен транзакция аяқталады. Транзакцияның
аяқталуымен маякта жазылған хабарлама өшіріледі. Бұл әрекеттер келесі 2.8
суретте көрсетілген.
2.8 сурет - Маяктарды қолданып РАN желісі арқылы мәліметтерді
жіберу
Үйлестіруші желілік құрылғыға мәліметтерді РАN желісі арқылы
маяктарсыз жібергісі келсе, ол сәйкес құрылғы үшін мәліметтерді жадыда
сақтап, мәліметтер сұранысын орындайды. Желілік құрылғы үйлестірушімен
мәліметтер сұранысын МАС - командаға жіберуді CSMA-CA доменсіз
механизмін, тапсырылған қосымшалардың алмасу жылдамдығын қолданып
байланыстыруды орындайды. Үйлестіруші мәліметтер сұранысын растау
арқылы сәтті алынғанын растайды. Егер ақпараттық кадр жіберуді күтіп
отырса, үйлестіруші құрылғыға ақпараттық кадрды CSMA-CA доменсіз
механизмін қолданып жібереді. Бұл әрекет келесі 2.9 суретте көрсетілген [4].
2.9 сурет - Үйлестірушіден РАN желісі маяксыз телекоммуникациялау
Энергия тұтыну ZigBee желісін құрудың приоритетті мәселесі болып
табылады. Бұл мәселенің шешімі болып жіберілген мәліметтердің қабылдап
алынуы мен адресат жағынан растауға негізделген байланыс стратегиясы
болып табылады. Осыған сәйкес әрбір құрылғы жіберуді кез келген уақытта
орындай алады. Бұл әдістің кемшілігі бірнеше құрылғылардың бір уақытта
мәліметтерді жіберу кезінде интерференцияның болу мүмкіндігі.
Байланыстың сенімділігі CSMA-CA хаттамасының қолданылуымен
артады. Қарапайым көптеген қолжеткізудің стратегиясы нүкте - нүкте және
жұлдызша типінде қолданылады. Ол барлық қосымшаларға сәйкес келе
бермейді. Қажетсіз өзараәрекеттесуді алдын алу үшін уақыттық бөлінумен
көптеген қолжеткізу хаттамасын қолдануы мүмкін. ZigBee технологиясы
TDMA технологиясына ұқсас принцип бойынша уақыттық интервалды
ұсынады, бірақ бұл бөліну тек синхронизация және уақыттық бөліну
режимінде орындалады.
2.2 кестеде үйлестіруші мен желі түйіндерінің арасында қарапайым
көптеген қолжеткізу мен синхронды қолжеткізу кезіндегі мәліметтерді
жіберудің айырмашылықтары келтірілген.
2.2 кесте - Желіге ... 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