Желі хаттамасының құрылымы

 

 

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 – ZigBee/802.15.4 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 

кбит/c, 100кбит/c, 40 кбит/c және 20 кбит/c. 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 Кбит/с) диапазон үшін 

жылжытылған  квадраттық  фазалық  манипуляция,  BPSK  -  915  МГц  (10 

 

 

арналы, 40 Кбит/с) және 868 МГц (1 арналы, 20 Кбит/с) жиіліктері үшін екілік 

фазалық манипуляция.  

PHY  деңгейі  қабылдау  хабарлағышын  активтенуі/қатерсіздендіруді, 

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); 



 

жіберуші/қабылдаушы  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 қолжеткізудің екі стратегиясы үшін жіберу хаттамасы 

Мәліметтерді 

жіберудің 

бағыты 

Синхронды қолжеткізу 

Қарапайым қолжеткізу 

Үйлестірушіге  

-

 

Сигналды құжаттарды күтеді 

-

 

Желімен синхрондау 

-

 

CSMA-CA  хаттамасы  белгілі 

бір 

уақытта 

мәліметтерді 

жіберу 

-

 

Қабылдауды растау 

-

 

CSMA-CA 

хаттамасы 

арқылы 

мәліметтің 

пайда  болған  кездегі 

мәліметтерді жіберу 

-

 

Қабылдауды растау 

Үйлестірушіден   -

 

Жаңа 

мәліметтің 

пайда 

болғанын хабарлайды 

-

 

Мәліметтер құжатын күту 

-

 

Сұранысты алуды растау 

-

 

Сұраныс  жоқ  кезде 

мәліметтерді сақтау 

-

 

CSMA-CA 

хаттамасы 

арқылы сұраныс жіберу 

-

 

Құрылғыдан 

сұраныс 

алғаны туралы растауды 

жібереді 

-

 

Мәліметтерді 

қайта 

жіберу 

 

Синхронды қолжеткізу үйлестірушіге соңғы құрылғылардың кездейсоқ 

жіберуінің  болмауына  байланысты  автономды  қорек  көзінің  болуына 

мүмкіндік береді. 

Бұл жағдайда желіге тіркелу келесідей орындалады:  

−

 

соңғы  құрылғы  қорек  көзі  берілгеннен  бастап  үйлестірушіден 

синхрондау  сигналын  күтеді  (сигналды  күтудің  уақыттық  интервалы 

0,015…252 с); 

−

 

үйлестірушімен мәліметті алмасу және жауап күту; 

−

 

ZigBee  желісінің  үйлестірушісі  анықтайтын  тыныштық  күйіне  өту, 

«ояну» уақыты; 

−

 

байланыстың аяқталуынан бастап құрылғы тыныштық күйіне өтуі. 

 

2.2 

ZigBee 

сымсыз 

технологиясын 

өндірістік 

орынның 

параметрлерін бақылау жүйесіне қолдану 

 

ZigBee  сымсыз  желілерді  құруға  арналған  перспективті  технология. 

ZigBee  хаттамасы  көптеген  автономды  құрылғыларды  бір  желіге  біріктіру 

үшін  жасалған.  Мысалы,  датчиктер  мен  батареямен  жұмыс  жасайтын 

ажыратқыш.  802.15.4  стандарты  келесі  радиожелілердің  параметрлерін 

ескертеді  –  жиілік  диапазоны,  модуляция  типі,  пакет  құрылымы,  бақылау 

суммасының  құрастыру  ережесі,  коллизияны  қайтару  әдістері  және  т.б. 

Барлық  бұл  сипаттамалар  үлкен  немесе  кіші  дәрежеде  қабылдағыш 

хабарлағыш (трансивер) микросұлбасында орындалады. 802.15.4 стандартына 

жауап  беретін  трансивер,  егер  өндіруші  нүкте  –  нүкте  немесе  жұлдызша 

 

 

байланысын  орнататын  болса,  өзіндік  құрылғы  ретінде  де  қолданылады. 

ZigBee  толық  желісін  ұйымдастыру  үшін  микроконтроллер  қолдану  керек, 

яғни  ол  ZigBee  хаттамалық  стегі  деп  аталатын,  басқару  бағдарламасының 

жиынын  жүктеу  үшін керек.  Басқаратын  контроллерге  талаптар  қойылады  – 

бағдарлама  жады  64  кбайттан  кем  болмау  керек,  егер  құрылғы  координатор 

орынына қолданылса, онда соңғы құрылғы үшін 4 кбайт бағдарламалық жады 

жеткілікті.  

Бірнеше компаниялар ZigBee – дің соңғы модулін шығарып жатыр. Бұл 

трансивер  чипі  орнатылған  микроконтроллер  мен  қажет  дискретті 

элементтерді  басқаратын  кіші  платалар  (2...5  кв.  см.).  басқарушы 

микроконтроллерге  толық  ZigBee  хаттамалар  стегін  немесе  бір  типті 

модульдар  арасында  қарапайым  байланыс  орнататын  басқа  бағдарлама 

қондырылуы  мүмкін.  Соңғы  жағдайда  модульдер  ZigBee-дайын  (ZigBee-

ready)  немесе  ZigBee  –  сәйкестік  (ZigBee  compliant)  деп  аталады.  Барлық 

модульдер  қолдануға  өте  ыңғайлы  –  олар  кең  таралған  интерфейстардан 

(UART,  SPI)  құралады  және  күрделі  емес  комендалар  жиыны  көмегімен 

басқарылады.  Мұндай  модульдерді  қолдану  арқылы  жасап  шығарушы 

жоғары  жиілікті  құрамдастырушылардан  құтыла  алады,  себебі  платада 

жоғары  жиілікті  трансивер  мен  қажет  «бекіткіш»  және  антеннасы  бар. 

Модульдер  сандық  және  аналогты  кірістер,  RS-232  интерфейсі  және  кйбір 

кезде  қолданбалы  бағдарламалар  үшін  бос  жадыны  құрайды.  Келесі 

өндірушілермен танысып қарастырсақ (2.1 кесте). 

 

 

2.3 кесте – Zigbee құрылғысын жасап шығарушылардың өнімі 

Өндіруші 

Өнімі 

Сипаттамасы 

Суреті 

NXP  

CC2480 

CC2480 – ZigBee 

спецификациясының негізінде 

сымсыз қосымшалар құру үшін 

арналған Z-Accel 

TM

 

процессорының жобаланған жаңа 

үлгілерінің ішіндегі алғашқы 

трансивер 

 

СС2420 

СС2420 – IEEE 502.15.4/ZigBee 

стандарттар жүйесінде қолдану 

үшін арналған 2,4 ГГц 

диапазондағы азгабаритті 

біркристаллды трансивер 

 

Ретке 

келтіру 

құралы 

ZigBee чипінің базасында 

қосымшаларды ретке келтіру мен 

жасау үшін компанияның ретке 

келтіру кешені 

 

Өндіру 

құралы 

СС1ххх, СС24хх, СС25хх 

радиожиіліктік микросұлба 

базасындағы құрылғысын жасау 

құралдарының тізімі 

 

СС2591 

СС2591 – 2,4 ГГц диапазондағы 

азқуатты төменвольтті сымсыз 

қосымшалар ( ISM/ZigBee/ 

802.15.4) үшін радиожиілікті соңғы 

түйін (RF Front End) 

 

 

 

2.3 кестенің жалғасы 

 

UBA2401 

Жоғары жиілікті бөліктерде 

ыңғайлы сұлбада құрылған ZigBee - 

трансивер 

 

Jennic 

JN5121 

Микропроцессоры орнатылған 

біркристаллды ZigBee - трансивер 

 

JN5139 

RISC – микропроцессорының жаңа 

біркристаллды ZigBee - трансивері  

 

JN5121 M0xxx 

Орнатылған чип – антенна немесе 

SMA ажыратуымен азгабаритті 

ZigBee модулі 

 

JN5139 M0xxx 

JN5139 базасындағы азгабаритті 

ZigBee модулі 

JN5121 EK000  JN51хх-ЕК0х0 -  JN51хх 

микросұлбалар базасында сымсыз 

телеметрия желісін енгізу мен 

жылдам жасап шығару үшін толық 

құралдар жиынын қарастырады 

 

JN5139 EK010 

Digi 

XBee/XBee-

Pro 

Мәліметтерді өндірістік желіде 

жіберуді құру үшін арналған IEEE 

802.15.4 стандартының азгабаритті 

модулі 

 

XBee/XBee-

Pro ZNet 2.5 

Mesh топологиясымен толыққанды 

ZigBee желісін құру үшін арналған  

 

ZigBee 

модемдері 

IEEE 802.15.4 стандартында 

мәліметті өндірістік желіде 

жіберуді қолдану үшін арналған 

ZigBee модульдерінің соңғы 

құрылғысы болып табылады 

 

Ретке келтіру 

құралы 

MaxStream  компаниясының 

XBee/XBee-Pro модулін жасау үшін 

және жылдам енгізу үшін өндіруші 

құралын кеңінен шығарады 

 

 

 

 

Freescale 

MC 13191 

MC 13192 

MC 13191 - IEEE 802.15.4 сымсыз 

жүйесінің стандартында қолдану 

үшін арналған 2,4 ГГц 

диапазондағы арзан біркристаллды 

трансивер 

 

МС 13201 

MC 13201 - IEEE 802.15.4 сымсыз 

жүйесінің стандартында 

қолданылатын орнатылған R

x

/T

x

 

ауыстырғышы бар 2,4 ГГц 

диапазондағы арзан біркристаллды 

трансивер 

 

 

 

2.3 кестенің жалғасы 

Freescale 

МС 13202 

MC 13202 - IEEE 802.15.4 сымсыз 

жүйесінің стандартында 

қолданылатын орнатылған R

x

/T

x

 

ауыстырғышы бар 2,4 ГГц 

диапазондағы біркристаллды 

трансивер 

 

МС 13211 

МС 13212 

МС 1321х – бір корпуста 

орналасқан МС 13202 радио 

трансивері мен 8-разрядты 

микроконтроллерден тұратын IEEE 

802.15.4 сымсыз жүйесінің 

стандартында қолданылатын арзан 

интегралданған шешім 

 

МС 1322х 

МС 1322х IEEE 802.15.4 сымсыз 

жүйесінің стандартының 2,4 ГГц 

диапазонындағы радио трансивер, 

ARM 7 ядросымен 32 разрядты 

микроконтроллер, кіріс-шығыс 

радио күшейткіш, антенді шығысы 

50 Ом, 802.15.4 МАС және 802.15.4 

Security аппараттық модулінен 

тұратын жоғары интегралданған 

микроқолданылатын біркристаллды 

шешім 

 

Ретке келтіру 

құралы 

20 түрлі ретке келтіру жиыны бар, 

10-нан аса әртүрлі Reference 

Designs, сонымен қатар 

бағдарламалық қамтамасыздандыру 

 

Radiocrafts 

RC2300 

ZigBee/ 802.15.4 желісінде 

мәліметтерді жіберуге арналған 

СС2430 микросұлба базасындағы 

радиомодуль 

 

RC2301 

Орналасқан жерін анықтау 

функциясы орнатылған ZigBee/ 

802.15.4 желісінде мәліметтерді 

жіберуге арналған СС2431 

микросұлба базасындағы 

радиомодуль 

 

Жоғары  көрсетілген  құрылғылардың  ішінен  танымал  өндірушілердің 

өніміне тоқталамыз. Негізгі өндіруші компаниялар Freescale, TI/Chipcon, Digi. 

Осы 

өндірушілердің 

өнімдерінің 

техникалық 

сипаттамалары 

мен 

артықшылықтарын жекелей айтып кетеміз [7]. 

 

Freescale  компаниясының  өнімі.  Freescale  –  алғаш  2,4  ГГц  сымсыз 

тематикамен  айналысқан  жартылай  өткізгішті  шығаратын  компаниялардың 

бірі.  Сондықтан  қарастырылған  барлық  802.15.4  стандартының  сымсыз 

байланысының  микросұлбаларының  нұсқалары  ең  алғаш  рет  осы  компания 

арқылы  зерттелді. Ең  алғаш  осы  стандарттың  микросұлбасы    MC1319x  –  ол 

сымсыз  құрылғылардың  жаппай  өнімдерінің  ішінде  көп  уақыт  қолданылған 

трансивер болды.  

 

 

MC13191  және  MC13192  –  IEEE  802.15.4/ZigBee  стандартының 

мәәліметтерді  сымсыз  жіберу  жүйесінде  қолдану  үшін  арналған  2,4  ГГц 

диапазондағы радио трансиверлер. Бірақ оларды тек ZigBee-сәйкестерндіруге 

ғана  емес,  кез  келген  радиоинтерфейстерге  орналастыру  үшін  де  қолдана 

алады. 

Трансиверлер  құрамына  азшулы  күшейткіш,  қуат  күшейткіш  (  4  dBm 

дейін),  орнатылған  кернеу  тұрақтандырғыш,  кодтау  /  қайта  кодтау  кіреді, 

IEEE  802.15.4  стандартының  физикалық  деңгейінің  хаттамасын  қамтамасыз 

етеді. Сыртқы микроконтроллермен байланыстыру үшін SPI 4 – сымды шина, 

жеті портты кіріс/шығыс және үзу шинасы қолданылады.  

MC1319х  трансиверлері  HCS08,  DSC  сериялы  микроконтроллерімен 

жұмыс  жасайды,  бірақ  SPI  интерфейс  бар  басқа  да  контроллермен  сәйкес 

қолданылуы мүмкін [6]. 

 

2.4 кесте – MC1319x трансиверінің сипаттамасы 

Параметр 

МС13191 

МС13192 

Жіберу әдісі 

Пакетті 

Пакетті, ағынды 

Желілік топология 

Жұлдызша, нүкте - 

нүкте 

Барлығы 

Бағдарламалық 

қамтамасыздандыру 

SMAC 

SMAC,802.15.4 MAC 

Жиілік диапазоны, ГГц 

2,405…2,485 

2,405…2,485 

Жіберу жылдамдығы, 

кбит/с 

250 

250 

Модуляция 

Q-QPSK 

Q-QPSK 

Арналар саны 

16 арна 5 МГц 

қадам 

16 арна 5 МГц қадам 

Шығыс қуаты, дБм 

Бағдарл-қ орн-н  -

16…+4 

Бағдарл-қ орн-н  -

16…+4 

Жұмыс температура 

-40ºС …+85 ºС 

-40ºС …+85 ºС 

 

Texas  Instruments  (Chipcon)  компаниясының  өнімі.  Texas  Instruments 

(Chipcon) компаниясының 802.15.4 стандартының жаңа CC2520 қабылдағыш 

таратқышы  hi-rel  топтарының  жиынына  жатады.  Ол  күрделі  пайдалану 

шарттарына  арналған  және  кеңейтілген  температуралық  диапазонында 

жұмыс жасайды.  

CC2520  –  2,4  ГГц  жиілікті  радиожиіліктік  қосымша  үшін  арнайы 

жобаланған  ZigBeeTM/IEEE  802.15.4  трансиверінің  екінші  буыны  болып 

табылады. Трансивер күрделі тосқауылды жағдайларда жұмыс жасай алатын, 

радиожелі  энергетикалық  потенциалына  және  125  С  температурасына  дейін 

жұмыс қабілетіне  қарай өнеркәсіпті  құрылғыларды  құруға  мүмкіндік береді. 

CC2520  пакеттерді  өңдеу  үшін  аппараттық  қолдау,  мәліметтерді 

буферизациялау,  мәліметтерді  шифрлау  және  сәйкестендіру,  арналардың 

 

 

шулы  деңгейін  бағалау,  радиосигнал  деңгейін  индикациялау  және  пакеттер 

туралы  уақыттық  ақпаратты  пайдалануға  береді.    Бұл  мүмкіндіктер 

басқаратын микроконтроллерді жүктеуді азайтады. 

Ерекшеліктері: 



 

көрші арнаның тосқауылдарына жоғары беріктілік; 



 

радиоарнаның жақсы энергетикалық потенциалы  -103дБ; 



 

кеңейтілген температуралық диапазон -40...+125С; 



 

IEEE 802.15.4 / MAC функцияларын аппараттық қолдау; 



 

AES-128 аппараттық кодтауының модулі. 

Артықшылығы: 



 

2,4 ГГц диапазонында өнеркәсіптік шешімді құруға мүмкіндік береді; 



 

Bluetooth және Wifi құрылғыларының арасында жұмыс қабілеті; 



 

аппараттық  блоктар  сыртқы  микроконтроллердің  жүктемесін 

төмендетеді [6]. 

2.5 кесте - CC2520 трансиверінің сипаттамасы 

Параметрлер 

Минималды 

мәні 

Типтік 

Максималды 

Жиілік диапазон, ГГц 

2.394 

2.4835 

2.507 

Жіберу  жылдамдығы, 

кбит/сек 

250 

250 

250 

Жұмыс температурасы 

-40ºС …+85 ºС 

-40ºС …+85 ºС 

-40ºС …+85 ºС 

Шығыс қуаты, дБм 

-18 

-18 

+5 

Қабылдау режимі 

250 

250 

250 

Сезімталдығы, дБм  

-98 

-98 

-98 

Қабылдау  режиміндегі 

қолданылатын ток, мА  

22 

22 

22 

 

  Digi компаниясының өнімі.  Digi компаниясының радиожиіліктік өнімі 

XBeeTM 

және 

XBee-PROTM 

радиожиіліктік 

модулімен 

әлемдік 

өндірушілерге танымал. XBeeTM мен XBee-PROTM – мәліметтерді жіберудің 

өнеркәсіптік  желісін  құруға  арналған  ZigBee/IEEE  802.15.4  стандартының 

азгабаритті  модулі.  Бұл  модульдер  «нүкте  –нүкте»  немесе  «жұлдызша» 

топологиясымен  құрылады.  Модульдерді  басқару  АТ-командасының  UART 

интерфейсі  арқылы  негізге  асады.  XBee-PROTM  модулі  XBeeTM  модулінен 

айырмашылығы  сәулелендірудің  жоғарылатылған  қуаты  мен  әрекет  жасау 

радиусының  артуы.  Модульдер  үш  түрлі  шығарылады:  сымды  антенна, 

орнатылған чип-антенна және ажыратылған, сыртқы антеннамен қосу үшін.  

  2008 жылдың көктемінде Digi компаниясы XBee-PRO ZNet 2.5 жоғары 

қуатты  модуль  жасап  шығарды.  Ол  мәліметтерді  ашық  кеңістікте  1,6 

километрге дейін және ғимаратта 100 м арақашықтықта жібере алады [6]. 

 

 

 

2.6 кесте – XВee, XBee-Pro модульдерінің сипаттамасы  

Параметрлері 

XBee 

XBee Pro 

Ғимараттағы әрекет ету радиусы, 

м 

30-100 

100-1000 

Кеңістіктегі әрекет ету радиусы, м 

100 

>1000 

Шығыс қуаты, мВт 

1 

100 

Жіберу жылдамдығы, кбит/с 

250 

250 

Сезімталғыштығы, дБм 

-92 

-100 

Қабылдау режиміндегі қолдану 

тогы, мА 

45 

270 

Жиілік диапазоны, ГГц 

2,4 

2,4 

Жұмыс температурасы 

-40ºС …+85 ºС 

-40ºС …+85 ºС 

Арналар саны 

16 

13 

 

жүктеу/скачать 3,08 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: