Info : Technik des Wireless InfoKey

[Gawrisch]

Mit dieser Technik arbeitet der Wireless InfoKey :

ZigBee

ZigBee ist ein offener Funknetz-Standard, PHY- und MAC-Layer basieren auf IEEE 802.15.4, welcher es ermöglicht Haushaltsgeräte, Sensoren, uvm. auf Kurzstrecken (10 - 100 m) zu verbinden. Der Standard ist eine Entwicklung der ZigBee Allianz, welche Ende 2002 gegründet wurde. Die Allianz ist ein Zusammenschluss von derzeit mehr als 150 Unternehmen, welche die weltweite Entwicklung dieser Technologie voran zu treiben. Erste ZigBee-Produkte sind Anfang 2005 auf den Markt gekommen.


Einleitung :
ZigBee stellt einen Protokollstack dar, der nach dem OSI-Modell auf den im Dezember 2004 eingeführten Standard IEEE 802.15.4 spezifizierten OSI-Subschichten PHY und MAC aufsetzt. Es ist ebenfalls der Einsatz batterieloser, wartungsfreier Funkschalter und Funksensoren in schwer zugänglichen Bereichen vorgesehen, wo der regelmäßige Austausch von Batterien nur mit großem Aufwand möglich wäre.

Der ZigBee und IEEE802.15.4 Standard stellen dem Entwickler drei verschiedene Geräte (ZigBee Devices) zur Verfügung. Mit diesen Geräten wird das ZigBee Personal Network (PAN) aufgebaut. Man unterscheidet drei Rollen, die ein ZigBee-Gerät erfüllen kann:

End Device: Einfache Geräte wie z. B. Lichtschalter implementieren nur einen Teil der ZigBee Protokolle und werden daher auch RFD (reduced function devices) genannt. Sie melden sich an einem Router ihrer Wahl an und bilden so mit ihm ein Netzwerk in Stern-Topologie.
Router: FFD Geräte (full function devices) können auch als Router agieren, melden sich an einem existierenden Router an und bilden so ein Netzwerk in Baum-Topologie, durch Ausnutzung von Abkürzungen mitunter auch ein vermaschtes Netzwerk
Coordinator: Genau ein Router innerhalb eines PAN übernimmt zusätzlich die Rolle des Coordinators. Er gibt grundlegende Parameter des PAN vor und verwaltet das Netz.

Namensursprung :
Der Name ZigBee wird abgeleitet vom zick-zack-förmigen Tanz der Honigbienen, durch welchen Informationen, wie z.B. der Ort und die Entfernung neu gefundener Nahrungsquellen, zwischen den Bewohnern eines Bienenstockes ausgetauscht werden.[1]


IEEE 802.15.4 :
Der Standard zielt neben einem niedrigen Energieverbrauch der Endgeräte vor allem auf die Stabilität und Sicherheit der Verbindungen ab. Auf Grund der geringen Reaktionszeiten ist er auch für Echtzeitanwendungen verwendbar. Er ist für die Frequenz 2,4 GHz im ISM-Band definiert, in dem auch die WLAN-Standards IEEE 802.11b und g arbeiten. Weniger verbreitet ist die Nutzung der unteren Frequenzen, für Europa ein Kanal im 868 MHz und in den USA zehn Kanäle im 915 MHz Bereich[2].


Technische Daten :
Frequenzbereiche 868 MHz/2,46 GHz (Europa)
915 MHz/2,46 GHz (USA)
Sendeleistung bis 1 mW
Reichweite 100 m
Übertragungsrate 20-250 kbit/s


Adressierungsmodi :
Es ist sowohl direkte als auch indirekte Adressierung möglich.

Bei der direkten Adressierung wird Node und Endpoint der Gegenseite angegeben. Ein Node (= ein ZigBee-Modul) kann mehrere Endpoints bedienen. (Ähnlich wie jeder Rechner im Internet auf mehreren Ports TCP-Verbindungen betreiben kann). Allerdings ist keine feste Zuordnung zwischen Dienst und Endpoint vorgesehen. (Also nicht: Thermostate horchen üblicherweise auf Endpoint 26). Da würde es nämlich auch schnell eng werden. Jeder Node hat nämlich maximal 255 Endpoints. Und von denen sind auch viele jetzt schon reserviert. Es bleiben nur die Endpoints 1 bis 240. Endpoint 255 ist für Broadcasts an alle Endpoints reserviert. Endpoint 241-254 sind für "future use" reserviert. Und Endpoint 0 ist für Management-Aufgaben reserviert. Dort können zum Beispiel andere Module abfragen, auf welchen Endpoints denn zum Beispiel Thermostate anzusprechen sind.

Bei der indirekten Adressierung vergibt der Coordinator die sogenannten Short-Adressen, eine 16-bit Adresse. Beim Betreten eines Nodes in ein neues Netzwerk meldet es sich am Coordinator an und bekommt eine Adresse zugewiesen. Der Coordinator legt die Short-Adresse mit der dazugehörigen MAC-Adresse in einer Tabelle in seinem Speicher ab. Will ein Node mit einem anderen kommunizieren, wird zunächst eine Anfrage an den Coordinator gesendet, der sie an den jeweiligen Empfängernode weiterleitet. Diese Information über das logische Verbinden von Nodes wird Binding genannt, ein Schalter kann beispielsweise mehrere Lampen steuern. Der Coordinator legt für jede logische Verbindung in der Bindingtabelle einen Eintrag an. So wird das Verwalten des Netzwerks erheblich vereinfacht und flexibilisiert. Funktionen neuer Geräte können durch einmaliges Binding schnell hinzugefügt oder vorhandene Geräte ersetzt werden.


Y2K :
Die Standard-Datentypen für Zeitangaben in ZigBee-Paketen ist für absolute Zeitangaben sekundengenau und umfasst die Jahre 2000 bis 2187. Zeiträume werden auf ms genau wiedergegeben (0 ms bis 49 Tage).


Anwendungsgebiete :
Industrie- und Automatisierungstechnik
Anlagensteuerung
Güterüberwachung
Medizintechnik
Patientendatenübertragung
Heim- und Gebäudeautomatisierung
Unterhaltungselektronik
Computer-Peripherie
Funkmelder

Risiken bei ZigBee :
Da im ZigBee Standard 2003 nur ein Coordinator möglich ist, kann bei Verwendung indirekter Adressierung der Ausfall des Coordinators das gesamte Netz gefährden, da dieser alle Routing und Deviceinformationen in einem flüchtigen Speicher hält. Das ZigBee-Netz ist hierarchisch strukturiert und hat dadurch leider einen single Point of Failure. Allerdings können Router so konfiguriert sein, dass sie im Fehlerfall die Aufgabe des Coordinators übernehmen.


Quellen :
http://www.zigbee.org/en/about/faq.asp#7
IEEE 802.15.4-2006, Chapter 6.1.2.1 Channel numbering

Weblinks : http://www.zigbee.org/ Zigbee a wireless mesh network
Tutorial und Forum ZigBee Umfasst Informationen über Technologie, Architektur, Vorrichtungen, Vergleichen und Anwendungen. Betriebsmittel schließen Forum, Nachrichten und Bücher ZigBee mit ein.
http://www.ieee.org ZigBee Tutorial (englisch)
http://www.microchip.com Kostenloser ZigBee Stack von der Firma Microchip
http://www.radiopulse.co.kr Kostenloser ZigBee Stack von der Firma Radiopulse mit SoC und Modulen



Quelle : http://de.wikipedia.org/wiki/ZigBee