39
nghĩa thêm 4 thành phần chính: tầng mạng, tầng ứng dụng, đối tượng thiết bị
ZigBee (ZigBee device objects – ZDO) và các đối tượng người dùng (cho phép tùy
biến theo từng ứng dụng). Trong đó, việc thêm vào các ZDO chính là cải tiến đáng
kể nhất, vì đây chính là các đối tượng thực hiện nhiều tác vụ như định nghĩa vai trò
của các thiết bị, tổ chức và yêu cầu truy nhập vào mạng, bảo mật cho thiết bị
d. Thành phần mạng ZigBee
Một mạng kiểu ZigBee gồm có 3 loại thiết bị:
* ZC (Zigbee Coordinator): đây là thiết bị gốc có khả năng quyết định kết cấu
mạng, quy định cách đánh địa chỉ và lưu giữ bảng địa chỉ. Mỗi mạng chỉ có duy
nhất một Coordinator và nó cũng là thành phần duy nhất có thể truyền thông với
các mạng khác.
* ZR (Zigbee Router): có các chức năng định tuyến trung gian truyền dữ liệu, phát
hiện và lập bản đồ các nút xung quanh, theo dõi, điều khiển, thu thập dữ liệu như
nút bình thường. Các router thường ở trạng thái hoạt động (active mode) để truyền
thông với các thành phần khác của mạng.
* ZED (Zigbee End Devide): các nút này chỉ truyền thông với Coordinator hoặc
Router ở gần nó, chúng được coi như điểm cuối của mạng và chỉ có nhiệm vụ hoạt
động/đọc thông tin từ các thành phần vật lý. ZED có kết cấu đơn giản và thường ở
trạng thái nghỉ (sleep mode) để tiết kiệm năng lượng. Chúng chỉ được "đánh thức"
khi cần nhận hoặc gửi một thông điệp nào đó.
Các thiết bị này thường được chia làm 2 loại là FFD (Full Function Device) và
RFD (Reduced Function Device). Trong đó FFD có thể hoạt động như một
Coordinator, Router hoặc End Device, còn RFD chỉ có thể đóng vai trò End
Device trong một mạng ZigBee.
e. Mô hình mạng ZigBee
Chuẩn ZigBee có 3 cấu hình mạng cơ bản, tùy
vào từng ứng dụng cụ thể mà người ta thiết lập
mạng theo các cấu hình khác nhau:
Mạng hình sao (Star Network)
Mạng chỉ có Coordinator (ZC) và các End
Device (ZED). Khi ZC được kích hoạt lần đầu
tiên nó sẽ trở thành bộ điều phối mạng PAN.
Mỗi mạng hình sao có PAN ID riêng để hoạt
động độc lập. Mạng chỉ có một ZC duy nhất kết nối với các FFD và RFD khác.
Hình 3. Cấu trúc mạng sao.
39
ZED không truyền trực tiếp dữ liệu cho nhau.
Mạng hình lưới (Mesh Network)
Mạng hình lưới có ưu điểm là cho phép truyền thông liên tục và có khả năng tự xác
định lại cấu hình xung quanh đường đi bị che chắn bằng cách nhảy từ nút này sang
nút khác cho đến khi thiết lập được kết nối. Mỗi nút trong lưới đều có khả năng kết
nối và định tuyến giao thông với các nút lân cận.
Đặc điểm: hình thành tương tự như mạng hình sao, song trong mạng này có thêm
sự xuất hiện của ZR. ZR đóng vai trò định tuyến dữ liệu, mở rộng mạng và nó
cũng có khả năng điều khiển, thu thập số liệu như một nút bình thường.
Hình 4. Cấu trúc mạng lưới Hình 5. Cấu trúc mạng cây
Mạng hình cây (Cluster Tree Topology)
Cấu trúc này là một dạng đặc biệt của cấu trúc hình lưới, trong đó đa số thiết bị là
FFD và một RFD có thể kết nối vào mạng như một nút rời rạc ở điểm cuối của
nhánh cây. Bất kì một FFD nào cũng có thể hoạt động như một coordinator, cung
cấp tín hiệu đồng bộ cho các thiết bị và các coordinator khác. Vì thế mà cấu trúc
mạng kiểu này có qui mô phủ sóng và khả năng mở rộng cao. Trong loại cấu hình
mạng này, mặc dù có thể có nhiều coordinator nhưng chỉ có duy nhất một bộ điều
phối mạng PAN (PAN coordinator).
39
f. ZigBee và các giao thức truyền thông khác
Bảng so sánh ZigBee với các giao thức truyền thông không dây phổ biến như Wifi,
Bluetooth và GSM/GPRS/CDMA
Chương 2:
Chuẩn Giao Thức Zigbee / IEEE 802.15.4
2.1. mô hình giao thức của zigbee / IEEE802.15.4
Zigbee/IEEE802.15.4 là công nghệ xây dựng và phát triển các tầng ứng
dụng và tầng mạng trên nền tảng là hai tầng PHY và MAC theo tiêu chuẩn
IEEE802.15.4. đó là tính tin cậy và đơn giản, tiêu hao ít năng lượng và khả năng
thích ứng cao với các môi trường mạng. dựa vào mô hình như hình 2.1, các nhà
39
sản xuất khác nhau có thể chế tạo ra các sản phẩm khác nhau mà vẫn có thể làm
việc tương thichs cùng với nhau.
2.2. Tầng vật lý Zigbee/IEEE802.15.4
Tầng vật lý cungt cấp hai dịch vụ là dịch vụ dữ liệu PHY và dịch vụ quản lý
PHY, hai dịch vụ này có giao diện với dịch vụ quản lý tần vật lý PLME (physical
layer management). Dịch vụ dữ liệu PHY điều khiển việc thu và phát của khối dữ
liệu PPDU (PHY protocol data unit) thong quia kênh sóng vô tuyến vật lý. Các
tính năng của tầng PHY là sự kích hoạt hoặc giảm kích hoạt của bộ phận nhận
song, phát hiện năng lượng, chọn kênh, chỉ số truyền, giải phóng kênh truyền, thu
và phát các gói dữ liệu qua môi trường truyền. chuẩn IEEE 802.15.4 định nghĩa 3
dải tần số khác nhau theo khuyến nghị của Châu Âu, Nhật Bản và Mỹ.
39
Có tất cả 27 kênh truyền trên các giải tần số khác nhau được mô tả như bảng dưới
đây.
39
2.2.1. Mô hình điều chế tín hiệu của tầng vật lý
2.2.1.1. Điều chế tín hiệu của tầng PHY tại dải số 2.4 GHz
Tốc độ truyền dữ liệu của PHY 2405MHz có thể đạt tới 250kb/s
2.2.1.1.1. Sơ đồ điều chế
Việc điều chế từ bít dữ liệu nhị phân sang dạng tín hiệu trong dải tần
2.4 GHz được mô tả theo sơ đồ dưới đây. Một chuỗi nhị phân “0000b”được biến
đổi sang chuỗi dải tần cơ sở với định dạng xung
39
2.2.1.1.2. Bộ chuyển bít thành ký tự
Theo như sơ đồ trên thì đây là bước đầu tiên để mã hóa tất cả dữ liệu
trong PPDU từ mã nhị phân sang dạng ký tự. Mỗi byte được chia thành ký tự và ký
tự có nghĩa nhỏ nhất được phát đầu tiên. Đối với trường đa byte thì byte có nghĩa
nhhor nhất được phát đầu tiên ngoại trừ trường hợp trường byte đó liên quan đến
bảo mật thì trong trường đó byte có nghĩa lớn nhất sẽ được phát trước.
2.2.1.1.3. Bộ chuyển ký tự thành chip
Theo như sơ đồ thì đây là bước thứ 2 trong quá trình mã hóa. Mỗi ký
tự dữ liệu được sắp xếp trong một chuỗi giả ngẫu nhiên (Pseudo-random) 32-chip.
Chuỗi chip này được truyền đi với tốc độ 2Mchip/s với chip có nghĩa nhỏ nhất (c0)
được truyền trước mọi ký tự.
39
39
2.2.1.2. Điều chế tín hiệu của tầng PHY tại dải tần 868/915MHz
Tốc độ truyền dữ liệu của Zigbee/IEEE 802.15.4 PHY tại bảng tần số 868MHz có
thể đạt tới 20kb/s và có thể đạt tới 40kb/s ở băng tần 915 MHz.
2.2.1.2.2. sơ đò điều chế
2.2.1.2.2. Bộ mã hóa vi phân
Mã hóa vi phân hay còn gọi là mã hóa trước. Khi cho tín hiệu nhị
phân vào bộ mã hóa này thì bit có giá trị 0 sẽ được chuyển tiếp, có nghĩa là số
được tách là số 1 nếu số liền trước nó là số 0 và ngược lại. Nếu một số được tách
xung sai, lỗi này sẽ có xu hướng lan truyền đi, và để loại trừ việc này thì Lender đã
đề nghị việc mã hóa trước các số liệu. Có nghĩa là nếu chuỗi số dữ liệu thô là Rn
thì ta sẽ phát đi chuỗi số En theo qui tắc:
39
En: là chuỗi bit sau khi mã hóa
Rn: là chuỗi bit thô
E
n-1
: là chuỗi bit mã hóa liền trước
2.2.1.2.3. Bộ ánh xạ bit thành chip
Mỗi bit đầu vào có thể ánh xạ sang chuỗi giá ngẫu nhiên (PN) 15-chip
theo như bảng dưới đây. Trong khoảng thời gian mỗi symbol thì ký tự c
0
được
truyền đầu tiên, ký tự c
14
được truyền sau cùng
2.2.2. các thong số kỹ thuật trong tâng vật lý của IEEE 802.15.4
2.2.2.1. Chỉ số ED (energy detection)
Chỉ số ED đo đạc được bởi bộ thu ED. Chỉ số này sẽ được tầng mạng sử
dụng như là một bước trong thuật toán chọn kênh. ED là kết quả của sự chọn lựa
ước lượng công suất năng lượng của tín hiệu nhận được trong băng thông của
kênh trong IEEE 802.15.4. Nó không có vai trò trong việc giải mã hay nhận dạng
tín hiệu truyền trong kênh này. Thời gian phát hiện và xử lý ED tương đương
khoảng thời gian 8 symbol. Kết quả phát hiện năng lượng sẽ được thống báo bằng
8 bit số nguyên trong khoảng từ 0x00 tới 0xff. Giá trị nhỏ nhất của ED (=0) khi mà
công suất nhận được ít hơn mức +10dB so với lý thuyết. Độ lớn của khoảng công
suất nhận được để hiển thị chỉ số ED tối thiểu là 40dB và sai số là .
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét