Tìm hiểu đồ án HỆ THỐNG MẠNG XBEE

Tìm hiểu đồ án HỆ THỐNG MẠNG XBEE, Tìm hiểu đồ án HỆ THỐNG MẠNG XBEE, Tìm hiểu đồ án HỆ THỐNG MẠNG XBEE, Tìm hiểu đồ án HỆ THỐNG MẠNG XBEE, Tìm hiểu đồ án HỆ THỐNG MẠNG XBEE, Tìm hiểu đồ án HỆ THỐNG MẠNG XBEE, Tìm hiểu đồ án HỆ THỐNG MẠNG XBEE, Tìm hiểu đồ án HỆ THỐNG MẠNG XBEE, Tìm hiểu đồ án HỆ THỐNG MẠNG XBEE, Tìm hiểu đồ án HỆ THỐNG MẠNG XBEE, Tìm hiểu đồ án HỆ THỐNG MẠNG XBEE, Tìm hiểu đồ án HỆ THỐNG MẠNG XBEE, Tìm hiểu đồ án HỆ THỐNG MẠNG XBEE, Tìm hiểu đồ án HỆ THỐNG MẠNG XBEE

CHƯƠNG I HỆ THỐNG MẠNG XBEE 2.1 Tổng quan mạng XBee 2.1.1 Thị trường mà XBee nhắm tới Chuẩn mạng XBee wireless phù hợp với nhu cầu thị trường mà kỹ thuật wireless khác đáp ứng (xem Hình 2.1-1) Các giao thức wireless khác XBee Tốc độ Truyền nhanh Truyền data thấp Tính Nhiều tính Nhắm tới tiny stack Nhu cầu Media độ nét cao Điều khiển thiết bị Thời gian sử dụng Pin Vài giờ, vài ngày Hàng năm Vòng đời sản phẩm đến năm Hàng thập kỷ Tính bảo mật Dễ bị xâm nhập Bảo mật cao Bảng 2.1-1: So sánh xu hướng ứng dụng giao thức wireless khác XBee Trong hầu hết chuẩn wireless hướng tới tốc độ nhanh XBee nhắm tới tốc độ truyền data thấp Trong giao thức wireless khác thêm nhiều tính XBee nhắm tới tiny stack mà phù hợp với vi điều khiển 8-bit Các kỹ thuật wireless khác hướng tới cung cấp truyền data tới Internet hay phấn phối dòng media độ nét cao (highdefinition) XBee hướng tới điều khiển đèn gửi liệu nhiệt độ từ cảm biến Và thiết kế để chạy vài vài ngày pin XBee chạy tới hàng năm Một điều đáng ý kỹ thuật wireless khác cung cấp 12 đến 24 tháng vòng đời cho sản phẩm sản phẩm XBee dùng hàng thập kỷ ứng dụng đặc trưng Các dịch vụ mà XBee hướng tới việc kết nối cảm biến không dây điều khiển hay đơn giản điều khiển không dây Hình 2.1-1: So sánh kỹ thuật không dây Thị trường điều khiển không dây có nhiều yêu cầu mà có XBee phù hợp: - Độ tin cậy cao Chi phí thấp Năng lượng cần thấp Bảo mật cao Một chuẩn mở Để có lượng tiêu thụ thấp chi phí thấp, XBee thêm ràng buộc kỹ thuật tốc độ truyền thấp 2.1.2 XBee gì?  XBee có độ tin cậy cao Sự truyền thông không dây đánh giá độ tin cậy cao Có thể dẫn chứng điều việc sử dụng điện thoại di động: sử dụng điện thoại gặp cố gọi bị ngắt đường truyền yếu Tín hiệu chạy qua vật cản, bị chặn kim loại, nước khối bê tông phụ thuộc vào nhiều yếu tố phức tạp thiết kế ăngten, khuếch đại lượng, chí điều kiện thời tiết Tuy nhiên, điều khiển không dây thường vấn đề sử dụng thoại, việc di chuyển để tìm điểm nhận sóng tốt hay việc đợi để cố quay lại sau Hiệp hội XBee hiểu điều này, đặc tả XBee thể điều XBee đánh giá có độ tin cậy cao nhiều cách kết nối: - IEEE 802.15.4 với O-QPSK DSSS CSMA-CA 16-bit CRCs Có bit báo nhận chặng (hop) Việc nối mạng lưới (mesh) để tìm đường tin cậy Có phản hồi kết nối điểm - điểm để kiểm tra liệu đến đích Điều dựa vào kỹ thuật wireless tin cậy, khoảng cách thấp, đặc tả IEEE 802.15.4 Đặc tả kỹ thuật mạnh, đại xây dựng 40 năm kinh nghiệm IEEE Nó dùng kỹ thuật gọi Offset-Quadrature Phase-Shift Keying (O-QPSK) Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS), kết hợp kỹ thuật có hiệu suất làm việc tuyệt vời môi trường tỉ lệ tín hiệu truyền nhiễu (signalto-noise) thấp XBee dùng “Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance” (CSMA-CA) để tăng khả tin cậy Trước truyền, XBee kiểm tra kênh truyền Khi kênh truyền trống, XBee bắt đầu truyền Điều ngăn sóng khỏi việc gây xung đột liệu CSMA-CA tương tự người làm hội thoại Chúng ta chờ người khác nói xong nói XBee dùng 16-bit CRC gói liệu (packet), gọi Fame Checksum (FCS) Điều đảm bảo bit liệu xác Mỗi gói liệu thử lại lần toàn lần truyền Nếu có gói truyền qua sau lần truyền thứ tư XBee thông báo cho node gửi tín hiệu báo lỗi cho lần truyền Một cách khác mà XBee có khả tin cậy kết nối mạng lưới Mạng lưới cung cấp khả tăng cường cho mạng wireless: mở rộng khoảng cách nhiều chặng (multi-hop), việc tạo mạng ad-hoc quan trọng khả tìm đường tự động tự phục hồi Với mạng lưới, liệu từ node đến node khác mạng XBee, đánh giá khoảng cách sóng để gửi tín hiệu (xem Hình 2.1-1) Hình 2.1-1: Kết nối mạng lưới XBee Node muốn giao tiếp với node 3, khỏi vùng phủ sóng node XBee tự động tìm đường tốt node gửi thông tin cho node truyền tiếp đến node Bây giả sử rằng, có vài thứ xảy đến đường Có thể node hoàn toàn bị loại bỏ chết hay vài vật cản tường bê-tông thùng nước lớn Điều không với Xbee, tự động phát thất bại đường vòng (xem Hình 2.1-2) Hình 2.1-2: Việc tìm lại đường mạng lưới XBee Thêm vào mạng lưới, XBee cung cấp việc truyền tín hiệu cách tin cậy, kỹ thuật cho việc phân phối tín hiệu đến nhiều node mạng XBee cung cấp nhiều đường truyền gửi tín hiệu đến nhóm node Và kỹ thuật tìm đường hỗ trợ, XBee có khả tìm đường mạng (tree routing) để tăng mạng lưới XBee hệ thống giới hạn RAM XBee cung cấp thông báo tự động tự kết nối Ứng dụng biết gói cụ thể nhận node khác hay không Với tất thử lại, XBee lọc gói trùng, nên ứng dụng không cần bận tâm  XBee có chi phí thấp Có nhiều nhà cung cấp stack silicon, module XBee nhiều tài nguyên phân phối với chi phí thấp cho thiết bị XBee  XBee sử dụng lượng thấp Các thiết bị mạng XBee chạy nhiều năm cần cặp pin AA phụ thuộc ứng dụng Hình 2.1-3: Thời gian sử dụng Pin XBee  XBee bảo mật cao Cho việc bảo mật mạng, XBee dùng National Institute of Standards and Technology (NIST) Advanced Encryption Standard (AES) Chuẩn AES-128 khối mã hóa (block cipher) Nó mã hóa giải mã gói liệu phương thức khó để bẽ khóa Đây chuẩn tiếng Nguyên nhân mà dùng XBee là: - Chuẩn xác thực quốc tế Miễn phí Có thể thực vi điều khiển 8-bit  XBee chuẩn mở toàn Có nhiều nhà cung cấp XBee stack, silicon giải pháp ứng dụng Đặc tả XBee tải miễn phí từ: http://www.Xbee.org  XBee có tốc độ liệu thấp Để có chi phí thấp lượng tiêu hao thấp việc xem xét không gian thị trường ứng dụng mà XBee nhắm tới, hiệp hội XBee định giữ giao thức môi trường tốc độ truyền liệu thấp XBee nằm trạm thu phát theo chuẩn IEEE 802.15.4, không gian 2.4GHz truyền thông 250kbps, số lần lặp lại, mã hóa, giải mã giao thức kết nối mạng lưới đầy đủ dùng nên dung lượng kênh truyền thực khoảng 25kbps Việc thu phát bán song công yếu tố giảm dung lượng kênh truyền từ 250 tới 25kbps  Các ứng dụng sử dụng XBee - Ứng dụng quân an ninh - Ứng dụng giám sát xe cộ thông tin liên quan - Ứng dụng cho việc điều khiển thiêt bị nhà - Ứng dụng cho tòa nhà tự động - Ứng dụng trình quản lý tự động công nghiệp - Ứng dụng y sinh học Hình 2.1-4: Các mảng thị trường XBee 2.1.3 Kiến trúc mạng XBee Kiến trúc mạng XBee chia làm phần chính: - Ứng dụng XBee stack Radio Và chia thành lớp, lớp lớp Lớp xem “master” mà gửi yêu cầu cho “slave” bên làm XBee không giống mô hình mạng OSI 7-layer, có vài thành phần giống gồm PHY (physical), MAC (link layer), NWK (network) Các lớp 4-7 (transport, session, presentation application) chuyển qua lớp APS (APplication support) ZDO (XBee Device Object) mô hình XBee Hình 2.1-5: Kiến trúc XBee Giữa lớp “Service Access Points” (SAPs) SAPs cung cấp API tách biệt bên lớp khỏi lớp bên Giống đặc tả IEEE 802.15.4, XBee dùng SAPs cho lớp, cho liệu cho quản lý Ví dụ, tất truyền thông liệu đến từ lớp network qua “Network Layer Data Entity Service Access Point” (NLDESAP) Các yêu cầu đặc tả XBee giống APSDE-DATA.request Một yêu cầu gửi liệu khởi tạo lớp APS Hai lớp thấp nhất, MAC PHY định nghĩa đặc tả IEEE 802.15.4 Lớp PHY đơn giản dịch gói thành bit OTA ngược lại Lớp MAC cung cấp khái niệm network, gồm PAN ID kết nối thông qua tín hiệu yêu cầu phản hồi Nó cung cấp lệnh cho chặng vài lệnh cho việc tham gia tạo mạng Lớp MAC nhiều chặng hay lưới Lớp NWK có trách nhiệm cho hình thành mạng lưới, gồm việc truyền phát gói tín hiệu qua mạng, xác định đường cho gói đa chiều đảm bảo chúng gửi cách tin cậy từ node đến node khác Lớp network có tập lệnh cho mục đích bảo mật, gồm bảo mật tham gia tái tham gia mạng Tất mạng XBee bảo mật lớp NWK, toàn tín hiệu qua khung NWK mã hóa Lớp APS có nhiệm vụ cho ứng dụng Nó hoạt động lọc cho ứng dụng chạy phía Còn điểm kết thúc (endpoints) đơn giản logic ứng dụng Lớp APS lọc tín hiệu trùng mà hoàn toàn gửi lên lớp NWK Lớp APS giữ bảng liên kết cục bộ, bảng nodes nhóm nodes mạng lưới mà node muốn giao tiếp đến Lớp ZDO (bao gồm XBee Device Profile, ZDP) có trách nhiệm cho quản lý cục toàn không gian mạng Nó cung cấp dịch vụ để khám phá nodes khác dịch vụ mạng, có trách nhiệm trực tiếp cho trạng thái node mạng Các dịch vụ bảo mật dùng nhiều lớp, dùng lớp ZDO, APS or NWK, nằm cạnh (xem Hình 2.1-5) 2.2 Network Layer 2.2.1 XBee IEEE 802.15.4 Tên “XBee” 802.15.4 thường dùng qua lại lẫn không giống Đặc tả 802.15.4 tạo hỗ trợ IEEE Đặc tả định nghĩ lớp vật lý MAC cho mạng không dây, cá nhân, lượng thấp IEEE 802.15.4 định nghĩa: - Các chế cho việc tìm mạng Các chế cho việc thiết lập kết nối vào mạng Các chế cho thay đổi kênh truyền Các chế việc phát vật cản nhiễu kênh Phương pháp phấn phối gói liệu, chốt chặng đơn, ACK, việc dùng CSMA-CA để - tránh đụng độ Phương pháp truyền phát liệu, chốt chặng đơn, ACK IEEE 802.15.4 không định nghĩa truyền thông đa điểm, gán địa hay khả tương tác với mức ứng dụng Nếu mạng xây dựng với chốt chặng 802.15.4 MAC/PHY làm tất cần Các nhà cung cấp hỗ trợ môi trường ứng dụng 802.15.4 mà không yêu cầu XBee Ngoài XBee, có nhiều hệ thống protocol hoàn toàn xây dựng tiêu chuẩn 802.15.4, số dạng lưới hay mạng hình Nhưng XBee protocol mà xây dựng tiêu chuẩn 802.15.4, thêm vào lớp network có khả mạng lưới, peer-to-peer; lớp bảo mật có khả xử lý trường hợp bảo mật phức tạp lớp ứng dụng cho ứng dụng tương thích với Trong sơ đồ kiến trúc XBee chuẩn, lớp MAC PHY thể IEEE, phần lại thể XBee Công việc lớp MAC chuyển gói từ chuỗi byte thành phổ RF ngược lại Lớp MAC cho phép mạng thiết lập, kênh chia sẽ, liệu truyền cách thức tinh cậy, hợp lý XBee đặc tả tất lớp MAC PHY, gồm NWK, APS, ZDO lớp bảo mật XBee cung cấp mạng lưới, tăng cường khả tin cậy phân phối gói liệu đặc tả tương thích ứng dụng XBee không dùng tất đặc tả 802.15.4 MAC/PHYmà dung phần nhỏ Điều cho phép nhà cung cấp stack có giải pháp nhỏ (dùng RAM flash) cách cung cấp lớp MAC giới hạn cho XBee stack họ XBee có số điều chỉnh 802.15.4 chuẩn Một số mô hình bảo mật MAC định nghĩa CCM, viết tắt từ “counter-mode cipher-block chainingmessage authentication code” CCM yêu cầu bảo mật khác cho lớp Do ràng buộc hiệu suất vi xử lý nhỏ, XBee không làm Mô hình bảo mật XBee gọi CCM (một điều chỉnh nhỏ bảo mật MAC CCM) Một phần thú vị mà XBee khác với đặc tả 802.15.4 time-out cho tín hiệu phản hồi Trong mạng với 30 nodes vùng nghe, time-out 802.15.4 mặc định cho phản hồi tín hiệu yêu cầu không cho phép đủ thời gian cho tất node phản hồi Đặc tả 802.15.4 không xây dựng với mạng lớn XBee Đặc tả 802.15.4 MAC hoàn toàn ổn định từ tháng 11 năm 2003 Một số nhà cung cấp chip chí cung cấp 802.15.4 MAC ROM Nhưng IEEE chưa dừng Năm 2006, IEEE đặc tả 802.15.4 khác gọi 802.15.4-2006 Thay đổi lớn IEEE 802.15.4-2006 PHY tốt cho 1GHz Trong đặc tả 802.15.4-2003, 868MHz 900 MHz bị giới hạn 20kbps 40kbps Tốc độ truyền liệu tần số 1GHz chậm cho XBee; cho XBee 2.4GHz, hoạt động với 250kbps IEEE 802.15.4-2006 thay đổi tất Đặc tả thêm PHY tùy chọn cho tần số 1GHz cho phép truyền lên tới 250kbps 2.2.2 Thiết lập, kết nối kết nối lại mạng XBee Trước node XBee giao tiếp mạng, phải thiết lập mạng hay kết nối vào mạng tồn Chỉ XBee Coordinator thiết lập mạng Chỉ XBee Routers XBee End-Devices kết nối vào mạng Nhiều nhà cung cấp stack cung cấp khả để node định ZC, ZRm ZED lúc biên dịch (tiết kiệm code RAM) hay lúc chạy (giảm phần OEM-manufactured) Mỗi node bắt đầu với địa 64-bit IEEE (MAC), gán OEM sản xuất Trong trình kết nối mạng, node gán địa 16-bit (NwkAddr) để dùng giao tiếp với node khác qua mạng  Thiết lập mạng XBee Coordinator thiết lập mạng Quá trình thiết lập mạng xác định định danh cho mạng, gọi PAN ID chọn 16 kênh 802.15.4 (11-16) để điều hành mạng Trong suốt trình thiết lập mạng, gói đơn gửi over-the-air kênh: MAC quét tự động Một XBee Coordinator có nhiệm vụ sau: - Thiết lập mạng Thiết lập kênh 802.15.4 mạng hoạt động Thiết lập PAN ID ngắn dài cho mạng Quyết định stack profile để dùng Hoạt động Trust Center cho ứng dụng bảo mật mạng Hoạt động người đứng cho việc End-Device-Bind Hoạt động router lưới routing Hoạt động gốc mạng hình cây, sử dụng XBee Coordinator thực router hệ thống mạng không ủy thác Và có nhiều cách để thay XBee Coordinator sau hệ thống mạng chạy thiết bị ZC trục trặc số nguyên nhân Ứng dụng chạy node XBee Coordinator thực định để thiết lập hệ thống mạng, từ tập kênh từ tập PAN ID Ứng dụng ZC thứ gì: gateway kết nối vói Internet, hộp điều khiển, ổn nhiệt, đèn hay công tơ điện Các khả vô hạn Khi lượng cấp đến thiết bị mà chứa XBee Coordinator, tức khắc hình thành mạng hay đợi vài kiện trước tạo mạng Nó chí kiểm tra để xem mạng sẵn sàng định trở thành XBee Router Coordinator, node khác hoàn toàn tạo mạng mong muốn Tuy nhiên ứng dụng lập trình, XBee Coordinator tạo mạng NLME-NETWORK-FORMATION khởi tạo ZDO để tạo mạng ứng dụng Trong Z-stack: NLME_NetworkFormationRequest(); Tiếp theo XBee gọi lớp MAC để thể hoạt động: energy scan active scan Energy scan dùng để xác định kênh kênh tĩnh từ tập kênh cụ thể biến thông tin APS, apsChannelMask Energy scan 0.5 giây cho kênh Kênh thực nhiễu trước trình không phát điều Việc quét tất 16 kênh khoảng giây Tiếp theo active scan, đơn giản MAC tín hiệu yêu cầu trả không tín hiệu phản hồi, dùng để tìm mạng khác vùng Active scan đảm bảo XBee không tạo mạng có PAN ID Hoạt động quét thời gian Hình 2.2-1: Quá trình XBee tạo mạng  Tham gia mạng XBee Router XBee End-Device tham gia mạng XBee Router thường cấp nguồn chính, bật, lắng nghe gói để tìm đường ZED thường dùng trạng thái dùng nguồn Pin ngủ, hoạt động để giao tiếp cách nhanh gọn trước trở sleep XBee Router có nhiệm vụ: - Tìm tham gia mạng Duy trì trạm phát sóng thông qua mạng Tham gia việc tìm đường, gồm khám phá trì đường Cho phép thiết bị khác tham gia mạng Lưu gói thay cho children sleep XBee End-Device có nhiệm vụ: - Tìm tham gia mạng Kiểm tra node cha để xem có tín hiệu gửi tới - chúng chúng sleep hay không Tìm node cha kết nối tới node cha cũ bị (NWK rejoin) Sleep hầu hết thời gian để tiết kiệm Pin Việc tham gia mạng trình tìm mạng node vùng sau chọn chúng để tham gia Sự kết hợp cung cấp chấp nhận network, việc tham gia hoàn thành node tham gia có địa mạng Quá trình tham gia sử dụng tín hiệu yêu cầu Bất kì ZCs ZRs vùng trả lời tín hiệu trả Các ZCs ZRs có kênh với node muốn tham gia, không phân biệt PAN ID Các tín hiệu trả chứa nhiều thông tin mạng XBee, gồm PAN ID, PAN ID mở rộng, cho phép tham gia node có đủ khả cho router hay end-device để tham gia hay không Cho điều này, node tìm kiếm phải tham gia mạng, tìm kiếm ứng dụng phù hợp, không thấy rời mạng thử mạng khác ZR ZED tham gia node cụ thể, mạng, dùng 64-bit MAC cho địa đích nguồn MAC yêu cầu hệ thống Node thực việc tham gia gọi node Node nhận yêu cầu gọi node cha ZR ZC node cha khác ZED node Mối quan hệ cha/con không mạng kiểu lưới Bất kì routers tìm đường qua router khác vùng nghe mạng Tất routers ngang hàng Nếu node cha hay router khỏi vùng nghe (thậm chí rời mạng) không tác động tới đường đi, đường khác tới thiết bị cụ thể XBee Router không tìm đường thông qua mạng khác, PAN ID kênh Tuy nhiên, ZEDs, mối quan hệ node cha/con đặc biệt ZEDs chúng giao tiếp với node khác mạng, chúng giao tiếp trực tiếp với node cha Hop ZED node cha Nếu ZED kết nối với node cha, phải tìm node cha khác để giữ liên lạc với mạng, gọi tham gia lai (rejoin) Không thường xuyên ZED liên lạc với node cha Sự giao tiếp 2.4GHz bị ảnh hưởng nước liên kết bị Trong vài giây, ZED tìm node cha mới, thông báo đến mạng hoàn toàn di chuyển giao tiếp tiếp tục Hình 2.2-2: Quá trình XBee tham gia mạng Quá trình tham gia ZR ZED mô tả đặc tả XBee Đầu tiên lệnh quét (beacon request) gửi kênh ZC ZED chờ thời gian cho lệnh trả Thời gian cài ứng dụng mặc định 0.5 giây kênh Khi tín hiệu thu thập, chúng phân tích kênh PAN ID Ngoài có lệnh cho phép tham gia để ngăn node tham gia vào dùng để bắt buộc node có node cha cụ thể Sau active scan hoàn thành node cha phù hợp chọn, trình xác thực bắt đầu Chú ý node có địa mạng trước thời gian xác thực bắt đầu Sự xác thực có mạng bảo mật đưa thông tin quyền từ chối/cho phép node tham gia Một node giả mạo mà giả mạo địa PAN không nhận key mạng nên giao tiếp với node khác Nếu xác thực không hoàn thành thành công, node cha thông báo với node chưa xác thực rời đánh dấu địa dùng node khác muốn tham gia Khi node hoàn toàn tham gia mạng, giao tiếp với node khác toàn mạng Không có yêu cầu cho việc liên kết chế khác Đơn giản gửi liệu từ node đến node khác, miễn biết địa ngắn node Tất nhiên, ứng dụng muốn thấy gói Application Profile phải giống hai phía điểm cuối nguồn node gửi điểm đích node nhận phải đăng kí vơi ZDO 2.2.3 Tái tham gia mạng Việc tái tham gia giả sử node sẵn sàng tham gia mạng, có PAN ID, extended PAN ID, security key, địa ngắn Có nhiều nguyên nhân node cần phải tái tham gia mạng: - Một ZED liên lạc với node cha Năng lượng bị thay nhiều hay tất node mạng tái tham gia - « silently« Tham gia mạng bảo mật permit-joining tắt ZED giao tiếp trực tiếp với node cha Nếu node cha không trả lời, child phải tìm node cha để giữ giao tiếp mạng Node tự node cha XBee không cụ thể số lần thử kết nối lại hay truyền tín hiệu trước ZED cho giao tiếp với node cha Quá trình tái tham gia bắt đầu với tín hiệu yêu cầu để tìm node cha phù hợp Nó quan tâm tới khả vị trí mạng việc cho phép tham gia mạng phụ thuộc vào node cha Sau yêu cầu tham gia mạng, ZED lấy node (cùng PAN) làm node cha, thực tái tham gia, nhận địa ngắn (chỉ stack profile 0x01) cuối phát device-annouce để nói cho mạng node hoàn toàn di chuyển Bước cuối quan trọng để bảo vệ ràng buộc mạng Một loại khác việc tái tham gia “silent rejoin” Silent rejoin không đặc tả XBee, tất nhà cung cấp stack có cần thiết mạng thực với kích thước Ví dụ, tưởng tượng lượng bị tái cung cấp đến tất router mạng 1000 node Khi lượng có trở lại, tất node cố gắng tham gia (tái tham gia) mạng lúc mạng thất bại nhiều lưu lượng mạng lúc Nhưng routers biết thông tin mạng (PAN ID, extended PAN ID, NwkAddr, security key), chúng tự động kết nối Các node XBee không cần nói chuyện để trì trạng thái mạng Khi điện xem mạng không nói chuyện lúc Khi điện có trở lại, router nhận chế độ PAN ID, extended PAN ID, NwkAddr, mã an toàn xác thể mạng không tắt Điều gọi « silent rejion« Silent Rejion dùng mạng chuyển đến kênh mới, đặc tính XBee 2007 Pro Silent rejoin làm việc node có vài loại lưu trữ vĩnh viễn (non-volatile memory) Một cách dùng khác tái tham gia dùng NWK-Rejoin để tham gia mạng mà có cho phép kết nối tắt Điều dùng trình ủy nhiệm có network key, PAN ID,… sẵn sàng lập trình node Quá trình NWK-Rejoin đưa thiết bị địa mạng ZDP: DeviceAnnce cho phép tất node mạng biết hoàn toàn tham gia 2.2.4 Gán địa XBee Định địa quan trọng mạng Địa node phải XBee XBee dùng hai địa node: địa dài (IEEE hay MAC address) địa ngắn (NwkAddr) Địa dài (64-bit), gọi IEEE hay địa MAC, gán nhà sản xuất thiết bị dùng 802.15.4 (không phải nhà sản xuất chip) không thay đổi trình sử dụng thiết bị Địa dài định nghĩa cách thiết bị với tất thiết bị khác giới Địa ngắn (16-bit) gán tới node thời điểm node tham gia mạng Chú ý MAC layer header NWK layer header có địa nguồn địa đích Nếu địa MAC 8-byte dùng, dùng tới 32 byte gói 127 byte over-the-air Do đó, XBee dùng địa mạng 2-byte, giảm trường đến bytes, cho phép 24 bytes cho ứng dụng dùng Tại phải dùng trường địa MAC header NWK header? Nếu việc gửi gói từ node “A” đến node “Z”, chốt chặng từ “A” tới “B”, từ “B” tới “C”, … chốt chặng cuối từ “Y” tới “Z” NwkSrc NwkDst từ “A” tới “Z”, MacSrc MacDst địa hop Khi nói việc gán địa XBee liên quan tới địa địa ngắn Địa ngắn mạng XBee gán thời điểm node tham gia mạng thiết lập mạng không liên quan tới địa IEEE XBee dùng hai mô hình để gán địa ngắn: - Cskip Stochastic (random) Gán địa Stochastic, node tham gia vào mạng chọn riêng cho địa Sau gửi thông báo ràng buộc đến mạng để xem có node khác có địa hay không Nếu có node chọn địa khác, không node giữ địa Trong stack profile 0x01, địa gán với mối quan hệ node cha/con tạo mạng hình đối xứng Mô hình gán địa stack profile 0x01 dùng số tính toán cho “depth” (số hop từ ZC), gọi Cskip (Child skip) Trong Cskip, ZC node (0x0000) Node tham gia mạng nhận địa từ node cha Địa mà node gán phụ thuộc vào node router, mà có node riêng hay thiết bị Bảng 2.2-1: Cskip tính toán cho stack profile 0x01 Cskip dùng ba thông số để xác định việc địa chỉ: maxDepth, maxChildren maxRouter Việc dùng thông số này, Cskip xác định cách toán học địa node tham gia để tìm đường gói theo mạng hình đối xứng Stack profile 0x01 dùng giá trị maxDepth(5), maxChildren(20), maxRouter(6), mà giới hạn tổng số node mạng tới 31,101 nodes Khái niệm là: mạng hình chia thành level ZC, level node nó, level node node nó… Router tham gia mạng ZC nhận địa 0x0001 Router tham gia ZC nhận địa (0x0001 + Cskip level đó), 0x143e, Cskip level 0x143d Số 0x143d, đủ lớn cho router tất node node cháu phủ hết mạng hình đối xứng ZED tham gia level nhận địa sau tất router, 0x796f Công thức: 1[ZC nhận địa chỉ] + 6[maxRouter] x 0x143d[Cskip level 0] = 0x796f Khái niệm Cskip giải thích dễ với mạng dùng thông số Cskip nhỏ, không tương thích với stack profile 0x01 Các thông số maxDepth(3), maxChildren(5) maxRouter(3) Điều cho phép 66 node mạng Các thông số để giải thích tree đối xứng cho dễ hiểu mà Hình 2.2-3: Gán địa Cskip đối xứng Để hiểu mạng hình định địa chỉ, dễ để bắt đầu đáy mạng hình (maxDepth) Xét node 24 Bởi nằm maxDepth, có ba nút từ ZC, có node con, nên Cskip mức Node cha node 23 Node mức 3, có hai nút từ ZC, nên có Cskip Mỗi node dùng địa Node 23 có năm node con, nên địa (23) cộng với năm node (24-28) dùng hết sáu địa Do đó, Cskip node cha (node 22) Node 22 tất node cháu dùng tổng cộng 21 địa chỉ: + 3x6 + = 21 Ở số ZED tham gia vào node: = maxChildren(5) - maxRouter(3) = maxChildren(2) Do đó, Cskip mức 0, cho ZC mạng 21 Mỗi router child mức dùng 21 địa cho tất nhánh Các ZED node con, nên ZED dùng hai địa Công thức cho tổng node cho phép mạng với thông số là: + 3x21 + = 66 Bằng cách giả sử mạng hình đối xứng, XBee biết, dùng công thức toán học đơn giản, địa node node (bao gồm node cháu) hay không Nếu node con, gói tín hiệu gửi đến hop bên dưới, đến router địa Nếu địa node tín hiệu gửi tới node cha Node 22 biết địa từ 23 đến 42 child Còn lại nên gửi tới node cha Vấn đề Cskip nguyên nhân không dùng XBee Pro (stack profile 0x02) co giản maxDepth(5), cho phép lớn 10 hops mạng (2x maxDepth) Nếu muốn nhiều chặng thay đổi maxDepth đến maxChildren(20) maxRouter(6) cho phép 186,621 node, số chứa 16-bit địa ngắn Trong hình Hình , bao gồm kết nối mạng hình (đường đen) lưới (đường đứt) XBee luôn mạng lưới Mạng hình dùng mô hình tìm đường backup lưới tải không thay mạng lưới 2.2.5 Tìm đường cho gói tín hiệu XBee XBee dùng nhiều phương pháp cho việc tìm đường cho packet từ node đến node khác: - Broadcast (từ node đến nhiều node) Lưới routing (unicast từ node đến node khác) Tree routing (unicast từ node đến node khác, stack profile 0x01) Source routing (unicast từ node đến node khác, stack profile 0x02) Mỗi phương pháp có ưu điểm nhược điểm Bảng 2.2-2: So sánh phương tìm đường XBee Broadcast cho phép node vươn tới nhiều node khác với yêu cầu Phương pháp không cần ACK cần nhiều tài nguyên Lưới routing bảng điều khiển hữu dụng (time, bandwidth, tài nguyên nhớ), đường thiết lập Packet gửi theo mạng lưới có ACK, nên node gửi biết packet nhận hay chưa.Tree routing, có ACK, có stack profile 0x01 Nó diễn tả Cskip Mạng hình có hiệu băng thông mạng lưới hiệu nhớ Nhưng liên kết node cha child đứt phục hồi Vậy nên XBee dùng lưới mặc định Hệ thống nguồn mạng hình lưới mạng hình cây, có ACK, có stack profile 0x02 Được sử dụng data concentrator (hoặc gateway) cần giao tiếp với nhiều node Với lưới routing, đường cần bảng đường cụ thể node XBee không đủ RAM cho ngàn đường Trong source routing, node đơn (đắt hơn) có nhiều RAM để lưu tất đường Đường cho giao tiếp cụ thể gửi over-the-air packet Hạn chế lớn giới hạn lớn hop [...]... trả về không hoặc hơn các tín hiệu phản hồi, được dùng để tìm mạng khác trong vùng Active scan đảm bảo XBee không tạo một mạng có cùng PAN ID Hoạt động quét có thể mất thời gian Hình 2.2-1: Quá trình XBee tạo mạng  Tham gia mạng XBee Router và XBee End-Device tham gia mạng XBee Router thường được cấp nguồn chính, luôn bật, lắng nghe các gói để tìm đường ZED thường dùng ở cả 2 trạng thái dùng nguồn Pin... nói về việc gán địa chỉ XBee là liên quan tới địa chỉ địa chỉ ngắn Địa chỉ ngắn được mạng XBee gán tại thời điểm một node tham gia mạng hoặc thiết lập mạng và không liên quan tới địa chỉ IEEE XBee dùng hai mô hình để gán địa chỉ ngắn: - Cskip Stochastic (random) Gán địa chỉ Stochastic, một node tham gia vào một mạng chọn riêng cho mình một địa chỉ Sau đó nó gửi một thông báo ràng buộc đến mạng để xem... qua mạng  Thiết lập mạng XBee Coordinator thiết lập mạng Quá trình thiết lập một mạng là xác định một định danh duy nhất cho mạng, được gọi là PAN ID và chọn một trong 16 kênh 802.15.4 (11-16) để điều hành mạng Trong suốt quá trình thiết lập mạng, một gói đơn được gửi over-the-air trên mỗi kênh: một MAC quét tự động Một XBee Coordinator có nhiệm vụ sau: - Thiết lập mạng Thiết lập kênh 802.15.4 trên mạng. .. về mạng XBee, gồm PAN ID, PAN ID mở rộng, sự cho phép tham gia và node có đủ khả năng cho router hay end-device để tham gia hay không Cho điều này, một node đang tìm kiếm đầu tiên phải tham gia mạng, tìm kiếm ứng dụng phù hợp, nếu không thấy thì rời mạng và thử các mạng khác ZR và ZED tham gia một node cụ thể, không phải một mạng, dùng 64-bit MAC cho địa chỉ đích và nguồn của MAC yêu cầu của hệ thống. .. cho mạng Quyết định stack profile để dùng Hoạt động như Trust Center cho các ứng dụng bảo mật và mạng Hoạt động như người đứng giữa cho việc End-Device-Bind Hoạt động như một router trong lưới routing Hoạt động như là gốc của mạng hình cây, nếu nó được sử dụng XBee Coordinator thực sự chỉ là một router nếu hệ thống mạng không được ủy thác Và có nhiều cách để thay thế XBee Coordinator sau khi một hệ thống. .. 1GHz quá chậm cho XBee; cho XBee là 2.4GHz, hoạt động với 250kbps IEEE 802.15.4-2006 đã thay đổi tất cả Đặc tả này đã thêm 2 PHY tùy chọn mới cho tần số dưới 1GHz cho phép truyền lên tới 250kbps 2.2.2 Thiết lập, kết nối và kết nối lại các mạng XBee Trước khi bất cứ các node XBee có thể giao tiếp trên một mạng, nó phải thiết lập một mạng mới hay kết nối vào một mạng đang tồn tại Chỉ XBee Coordinator... động để giao tiếp một cách nhanh gọn trước khi trở về sleep XBee Router có nhiệm vụ: - Tìm và tham gia mạng Duy trì các trạm phát sóng thông qua mạng Tham gia việc tìm đường, gồm khám phá và duy trì đường đi Cho phép các thiết bị khác tham gia mạng Lưu các gói thay cho các children đang sleep XBee End-Device có nhiệm vụ: - Tìm và tham gia mạng Kiểm tra lần lượt các node cha của nó để xem có bất kỳ... node con Mối quan hệ cha/con không là gì trong mạng kiểu lưới Bất kì các routers nào cũng có thể tìm đường qua bất kì router khác trong vùng nghe trên cùng mạng Tất cả các routers là ngang hàng Nếu một node cha hay con của router ra khỏi vùng nghe (thậm chí rời mạng) không tác động tới các đường đi, đường đi khác sẽ tới các thiết bị cụ thể này XBee Router không tìm đường thông qua các mạng khác, chỉ trong... một mạng mà có cho phép kết nối tắt Điều này thỉnh thoảng được dùng nếu quá trình ủy nhiệm có network key, PAN ID,… sẵn sàng lập trình trong node Quá trình NWK-Rejoin sẽ đưa thiết bị đó và địa chỉ trên mạng và ZDP: DeviceAnnce sẽ cho phép tất cả các node trong mạng biết nó hoàn toàn tham gia 2.2.4 Gán địa chỉ XBee Định địa chỉ là quan trọng trong một mạng Địa chỉ mỗi node phải duy nhất trong XBee XBee... được cấp đến thiết bị mà chứa XBee Coordinator, nó có thể tức khắc hình thành một mạng hay có thể đợi một vài sự kiện trước khi tạo mạng Nó thậm chí kiểm tra để xem những mạng nào sẵn sàng ở đó và quyết định trở thành XBee Router hơn là một Coordinator, nếu một node khác đã hoàn toàn tạo mạng mong muốn Tuy nhiên ứng dụng đã được lập trình, một XBee Coordinator sẽ tạo một mạng NLME-NETWORK-FORMATION được