Журнал "Новости Электроники", номер 16, 2007 год.

Журнал "Новости Электроники", номер 16, 2007 год.ZigBee-модули XBee Series 2 с поддержкой Mesh-топологииОлег Пушкарев В октябре 2007 года компания MaxStream представила своим клиентам новые ZigBee-модули XBee Series 2. Они предназначены для построения полноценных ZigBee-сетей с топологией Mesh. В статье даны краткие технические характеристики новых модулей, отличия от предыдущей линейки и особенности их применения. Рассмотрена работа с отладочным комплектом и приведены практические примеры организации ZigBee-сети на основе новых модулей.

 

 

  

 

 

Компания MaxStream хорошо известна российским разработчикам своими радиочастотными модулями XBee/XBeePro [1] и корпусированными радиомодемами с диапазоном 2,4 ГГц. Радиомодули MaxStream используют как технологию ZigBee, так и собственный формат передачи данных, построенный на основе протокола с «прыгающими частотами». Продукты MaxStream завоевали широкую популярность благодаря отличным техническим характеристикам и упрощенному набору команд управления, что позволяет работать с серьезной системой беспроводной передачи данных даже неискушенному в этой области инженеру. Компания MaxStream уже несколько лет выпускает модули XBee/XBee-Pro, которые востребованы на рынке и не планируются к снятию с производства. Зачем же компании потребовалось осваивать новую линейку XBee Series 2? Для того чтобы правильно ответить на этот вопрос, нужно вспомнить эволюцию ZigBee-стандарта и историю поглощений компаний на этом рынке:

1. Начало выпуска XBee/XBeePro-модулей приходится на 2005 год, когда только-только появилась первая спецификация ZigBee-стандарта (далее ZigBee-2004). В момент выпуска модули поддерживали передачу данных по стандарту 802.15.4, который является нижним уровнем для построения ZigBee-сетей.

2. Компания MaxStream начинает разработку ZigBee-версии Firmware. Выпущена бета-версия ZigBee-прошивки, которая позволяет работать с Mesh-топологией ограниченной структуры (согласно спецификации ZigBee-2004). Прошивка построена на базе ПО от Freescale, которая в свою очередь сотрудничает с компанией Figure 8 Wireless. Независимая на тот момент компания Figure 8 Wireless поставляет свой стек ряду производителей ZigBee-трансиверов, в том числе имеет стек протоколов ZigBee для микропроцессора Freescale MC9S08GT60, являющегося основой модулей XBee/XBeePro [2].

3. В 2005 году компания Figure 8 Wireless поглощается компанией Chipcon и становится процессорно-зависимой компанией. Далее, в этом же году, компания Texas Instruments приобретает Chipcon. Как следствие, сворачивается поддержка версии собственного стека, ориентированная на продукцию теперь уже конкурирующих брендов.

4. В 2006 году ZigBee-альянс принимает новую спецификацию стандарта ZigBee (ZigBee-2006), который несовместим с предыдущей версией ZigBee-2004. Нужно отметить, что в связи с несовершенством ZigBee-2004 реальных продуктов на его основе было выпущено ничтожно мало. В 2008 году ожидается обнародование новой спецификации ZigBee PRO*, доступной сегодня только членам ZigBee-альянса.

Итак, что же компания MaxStream имеет на сегодняшний день? ZigBee-версия прошивки для модулей XBee/XBeePro существует, доступна для загрузки, но все еще находится в статусе «бета». Данная прошивка позволяет модулям работать в Mesh-сети, но имеет ряд ограничений:

не поддерживает конечные устройства (End-device);соответствует уже устаревшему стандарту ZigBee-2004.

Согласно последней информации с сайта производителя, в связи с изменениями в аппаратной части доступные ранее бета-версии ZigBee-прошивок (8х13, 8х14 и 8х17) более не поддерживаются компанией MaxStream.Модули XBee/XBeePro c прошивкой (Firmware) 802.15.4 прекрасно подходят для построения сетей типа Точка-точка или Звезда, т.е. сетей без ретрансляции сообщений. Для увеличения дальности в такие сети можно добавлять «прозрачные» репитеры, которые представляют собой модуль XBee/XBeePro с замкнутыми выводами «Вход» и «Выход» UART. Модули XBee/XBeePro были и остаются эффективной платформой для построения сетей стандарта 802.15.4 и не планируются к снятию с производства.

Модули XBee Series 2.
Общая информация

Новая серия модулей XBee Series 2 выступает в качестве аппаратно-программной платформы, полностью соответствующей спецификации ZigBee-2006 и, в дальнейшем, версии ZigBee PRO. Модули XBee Series 2 (рис. 1) совместимы по габаритам и выводам с модулями XBee, однако построены на однокристальном ZigBee-чипе EM250 компании Ember. Выбор данного решения был не случаен. Компания Ember имеет в своем арсенале как аппаратные (микросхемы EM2420, EM250, EM260), так и программные (ПО EmberZStack) решения. Компания входит в пятерку производителей-лидеров в области ZigBee, является промоутером ZigBee-альянса и активно участвует в разработке спецификации XBee Pro. На момент написания данной статьи потребителям доступны только маломощные (2 мВт) модули новой серии. Коммерческий выпуск модулей с повышенной мощностью ожидается в январе 2008 года. Технические параметры модулей XBee Series 2 приведены в таблице 1. Для сравнения приведены параметры модулей XBee и XBee Pro. Благодаря более высокой выходной мощности и чувствительному приемнику, модули новой серии обеспечивают большую дальность связи. Энергопотребление модулей в спящем режиме снижено с 10 до 1 мкА, что очень важно для устройств с батарейным питанием. Модули выпускаются в четырех вариантах подключения антенны. Для заказа нужного модуля на сайте MaxStream есть генератор обозначений

 

 

Рис. 1. Модули XBee Series 2

В качестве программного обеспечения для модулей XBee Series 2 выступает ZigBee-стек от компании Ember EmberZstack 2.5. Этот стек включает в себя отдельные элементы спецификации ZigBee Pro, например:

Метод распределения адресов на основе случайных чисел. В отличие от предшествующего метода CSKIP (распределение адресов по дереву), новый алгоритм позволяет исключить вероятность нехватки адресов в одной ветви сети, при избытке в другом сегменте.В качестве единственного метода маршрутизации используется алгоритм оптимальной прокладки маршрута по запросу (п. 3.7.3 [3], см. также алгоритм AODV [4]).Нет жестких ограничений на число узлов (max_children, max_routers). Максимальная глубина ретрансляций (max_hops) ограничена только разумным временем ожиданием ответа.

Ключевое отличие модулей XBee Series 2 от модулей XBee лежит в области программного обеспечения. Модули XBee Series 2 предназначены для построения полноценных ZigBee-сетей с топологией Mesh (каждый с каждым). Однако модули XBee Series 2 не являются заменой старых модулей XBee. В зависимости от сложности проектируемой сети, в более выигрышном положении может оказаться любой из модулей. Использование модулей XBee предпочтительнее, когда необходимо строить простые сети типа «Звезда» (802.15.4). В последнем случае разработчик получает более полный контроль над сетью. Несмотря на единую скорость в радиоканале (250 кБит/сек), в сети ZigBee наблюдаются большие задержки, и реальная пропускная способность ниже, чем у сети 802.15.4.

Модули XBee Series 2.
Структура ПО

Модули XBee Series 2 предназначены для построения сетей ZigBee с Mesh-топологией. Все необходимое ПО для формирования и поддержания работоспособности ZigBee-сети (ZigBee-стек) загружается при производстве модуля. В зависимости от сетевой функции узла (Координатор/Роутер/Конечное устройство), модуль XBee Series 2 должен содержать соответствующую прошивку:

Координатор;Роутер/Конечное устройство.

В связи тем, что для роутера/конечного устройства используется одна прошивка, выбор сетевой роли модуля определяется AT-командой «SM». Прошивки модулей также различаются по типу управления модулем:

Прозрачный режим. Управление с помощью AT-команд;Пакетный режим. Управление с помощью API-фреймов.

Таблица 1. Технические параметры модулей XBee Series 2 

  Параметры XBee Series 2 Xbee XBee-PRO     Топология сети ZigBee Mesh Точка-точка,
Звезда, 802.15.4 Точка-точка,
Звезда, 802.15.4 Рабочая частота, ГГц 2,4...2,4835 Радиус действия в помещении, м 40 30 100 Радиус действия в свободном пространстве, м 120 100 1200 Максимальная выходная мощность, мВт 2 1 100 Скорость передачи данных по радиоканалу, бит/с 250000 Скорость передачи данных по интерфейсу, бит/с 1200...230400 1200...115200 1200...115200 Чувствительность, дБм -98 (1% PER) -92 (1% PER) -100 (1% PER) Напряжение питания, В 2,1...3,6 2,8...3,4 2,8...3,4 Ток потребления в режиме передачи, мА 38 45 270 Ток потребления в режиме приема, мА 35 50 55 Ток потребления в режиме энергосбережения, мкА






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.