O’zbekiston respublikasi raqamli texnologiyalar vazirligi

O’ZBEKISTON RESPUBLIKASI RAQAMLI TEXNOLOGIYALAR VAZIRLIGI

MUHAMMAD AL-XOZAZMIY NOMIDAGI TOSHKENT AXBOROT TEXNOLOGIYALARI UNIVERSITETI

Mustaqil ish

Mavzu: ZigBee tarmoq texnologiyasi
Guruh: 213-20
Bajardi: Tilavov Sunnatilllo
Tekshirdi:

Toshkent 2023

Zigbee Moduli

Xalqaro standart IEEE 802.15.4 Ishlab chiqilgan

Jismoniy qator 10dan 100 metrgacha

Zigbee IEEE 802.15.4-ga asoslangan xususiyat bo’lib, u yaratish uchun ishlatiladigan yuqori darajadagi aloqa protokollari to’plami uchun shaxsiy hisoblash tarmoqlari kichik quvvatli raqamli radiostantsiyalarga ega , masalan , uy avtomatizatsiyasi, tibbiy qurilmalardan ma’lumotlarni to’plash va boshqa kam quvvat sarfi va kam tarmoqli kengligi ehtiyojlari, simsiz aloqani talab qiladigan kichik loyihalar uchun mo’ljallangan. Shunday qilib, Zigbee past quvvatli, past ma’lumotlar uzatish tezligi va to’g’ridan-to’g’ri yaqinlik (masalan, shaxsiy hudud) peer-to-peer simsiz tarmoq .

Zigbee spetsifikatsiyasi tomonidan aniqlangan texnologiya Bluetooth yoki Wi-Fi kabi umumiy simsiz tarmoqlar kabi boshqa simsiz shaxsiy tarmoqlardan (WPAN) ko’ra osonroq va arzonroq bo’lishi kerak . Ilovalarga simsiz yorug’lik kalitlari, uy energiya monitorlari , yo’l harakati nazorat qilish tizimlari va past tezlikda qisqa masofalarda simsiz ma’lumotlarni uzatishni talab qiluvchi boshqa iste’molchi va sanoat uskunalari kiradi.

Kam quvvat iste’moli chiqish quvvati va atrof-muhit xususiyatlariga qarab , 10-100 metr ko’rish chizig’iga uzatish masofalarini cheklaydi. Zigbee qurilmalari uzoq masofali ma’lumotlarga erishish uchun qidiruv qurilmalarning uyali tarmog’I orqali ma’lumotlarni uzatish orqali uzoq masofalarga ma’lumotlarni uzatishi mumkin. Zigbee odatda uzoq batareya muddati va xavfsiz tarmoqlarni talab qiladigan past tezlikli ma’lumot dasturlarida ishlatiladi (Zigbee tarmoqlari nosimmetrik shifrlash uchun 128-bit kalitlari bilan himoyalangan .) Zigbee ma’lum bir 250 Kbit / s tezlikka ega, bu eng yaxshi mos keladi intervalgacha sensor yoki kirish qurilmasidan ma’lumotlarni uzatish.

Zigbee 1998 yilda ishlab chiqilgan, 2003 yilda standartlashtirilgan va 2006 yilda qayta ko’rib chiqilgan. Bu nom asalarilarga qaytib kelganidan keyin asal asalarilarining vilyaniy raqsiga ishora qiladi.

Zigbee simsiz boshqaruv va monitoring dasturlarida batareya bilan ishlaydigan qurilmalar uchun mo’ljallangan arzon, arzon narxlardagi power, simsiz uyali tarmoq standarti. Zigbee kam kechikish bilan aloqani ta’minlaydi. Zigbee chiplari odatda radio stantsiyalari va mikrokontrolerlar bilan birlashadi . Zigbee sanoat, ilmiy va tibbiy (ISM) da ishlaydi ) radioaloqa diapazonlari: butun dunyo bo’ylab eng yurisdiktsiyalarda 2,4 GGs; ba’zi qurilmalar Xitoyda 784 MGts, Evropada 868 MGts va AQSh va Avstraliyada 915 MGts dan foydalansa-da, hatto ushbu hududlar va mamlakatlarda ham 2,4 GGs uy foydalanish uchun eng ko’p Zigbee tijorat qurilmalari uchun ishlatiladi. Ma’lumotlar uzatish tezligi 20 Kbit / s (868 MGts oralig’i) dan 250 Kbit / s (2,4 GHz band) gacha.

Zigbee past tezlikli simsiz shaxsiy tarmoqlar ( WPAN) uchun IEEE 802.15.4 standartida belgilangan muhitga jismoniy darajada va kirishni boshqarish asosida qurilgan. Texnikada to’rtta qo’shimcha asosiy komponent mavjud: tarmoq darajasi, dastur darajasi, Zigbee (ZDO) qurilma ob’ektlari va ishlab chiqaruvchi tomonidan belgilangan dastur ob’ektlari. ZDO qurilma rollarini kuzatish, tarmoqqa ulanish so’rovlarini boshqarish, shuningdek, qurilmalarni aniqlash va xavfsizlikni o’z ichiga olgan ba’zi vazifalar uchun javobgardir.

Zigbee tarmoq darajasi dastlab Star va tree tarmoqlarini , shuningdek, umumiy uyali tarmoqlarni qo’llab-quvvatlaydi . Har bir tarmoqda bitta koordinator qurilmasi bo’lishi kerak. Yulduz shaklidagi tarmoqlarda koordinator Markaziy tugun bo’lishi kerak. Ham daraxtlar, ham tarmoqlar Zigbee routerlarni tarmoq darajasida ulanishni kengaytirish uchun ishlatish imkonini beradi. Zigbee – ning yana bir muhim xususiyati-xavfsiz aloqani amalga oshirish, kriptografik kalitlarni yaratish va tashish, shifrlash ramkalari va boshqaruv qurilmalari. IEEE 802.15.4 da belgilangan asosiy xavfsizlik tizimiga asoslangan.

Tarix

Zigbee uslubidagi o’z-o’zini tashkil etuvchi maxsus raqamli radio tarmoqlari 1990-larda ishlab chiqilgan. IEEE 802.15.4-2003 Zigbee spetsifikatsiyasi 2004 yil 14 dekabrda ratifikatsiya qilingan. Zigbee Alliance, ZigBee 2004 spetsifikatsiyasi sifatida tanilgan 1.0 13 iyun 2005 spetsifikatsiyasi mavjudligini e’lon qildi.

Klaster kutubxonasi

2006 yil sentyabr oyida Zigbee 2006 spetsifikatsiyasi e’lon qilindi, natijada 2004 yil to’plami bekor qilindi. 2006 spetsifikatsiyasi Klaster kutubxonasi bilan 2004 yil suyakka ishlatiladigan xabar va asosiy-qiymati juft tuzilishini o’rnini. Kutubxona Smart Energy, Home Automation va ZigBee Light Link kabi nomlar bilan klasterlar sifatida tanilgan guruhlarga tashkil etilgan standartlashtirilgan buyruqlar to’plamidir.

2017 yil yanvar oyida Zigbee Alliance kutubxonani Dotdot deb o’zgartirdi va buni e’lon qildi. Smiley tomonidan taqdim etiladigan yangi protokol sifatida. Bundan tashqari, ular endi Internet protokoli yordamida boshqa turdagi tarmoqlar bilan ishlashni davom ettirishini e’lon qilishdi va Thread kabi boshqa standartlar bilan o’zaro muloqot qilishadi . Uning ochilishidan beri Dotdot deyarli barcha Zigbee qurilmalari uchun standart dastur darajasida ishladi.

Zigbee Pro

Zigbee pro, shuningdek, Zigbee 2007 sifatida tanilgan, 2007 yilda yakunlandi. Zigbee Pro qurilmasi eski Zigbee tarmog’ida ulanishi va ishlashi mumkin va aksincha. Zigbee Pro qurilmalari marshrutlash parametrlarida farqlar tufayli Zigbee qurilmalarining eski Zigbee tarmog’ida marshrutizatsiz (ZED) Zigbee qurilmalari bo’lishi kerak va Zigbee qurilmalarining eskirgan Zigbee Pro tarmog’idagi ZED qurilmalari bo’lishi kerak. Ism 2,4 GHz oralig’ida ishlaydi va GHz ostidagi chiziqni qo’shadi.

Foydalanish stsenariylari

Zigbee protokollari kam quvvat sarfini talab qiladigan va kam ma’lumot tezligiga ruxsat beruvchi ichki ilovalar uchun mo’ljallangan . Natijada, tarmoq juda kam energiya iste’mol qiladi-alohida qurilmalar sertifikat olish uchun kamida ikki yil batareya muddati bo’lishi kerak.

Zigbee Alliance

2002 yilda tashkil etilgan Zigbee Alliance Zigbee standartini qo’llab-quvvatlaydigan va nashr etadigan kompaniyalar guruhidir. Zigbee nomi ushbu guruhning ro’yxatdan o’tgan savdo belgisidir va yagona texnik standart emas. Tashkilot bir nechta OEM provayderlariga mos mahsulotlar yaratishga imkon beruvchi dastur rejimlarini nashr etadi. IEEE 802.15.4 va Zigbee o’rtasidagi munosabatlar IEEE 802.11 va Wi-Fi Alliance o’rtasidagi munosabatlarga o’xshaydi .

Yillar mobaynida Ittifoq a’zoligi Comcast, Ikea, Legrand, Samsung SmartThings va Amazon kabi 500 kompaniyasidan ko’proq o’sdi. Zigbee Alliance uchta a’zolik darajasiga ega: qabul qiluvchi, ishtirokchi va targ’ibotchi. Qabul qiluvchilarni qabul qilish Zigbee ning to’liq spetsifikatsiyasi va standartlariga kirish huquqiga ega, ishtirokchi ishtirokchilar ovoz berish huquqiga ega, Zigbee rivojlanishida rol o’ynaydi va mahsulotni ishlab chiqish uchun spetsifikatsiyalar va standartlarga erta kirish imkoniyatiga ega.

Zigbee Alliance a’zolik talablari bepul dasturiy ta’minot ishlab chiquvchilari uchun muammolarni keltirib chiqaradi , chunki yillik to’lov GNU standart davlat litsenziyasiga zid keladi . Ishlab chiquvchilarga Zigbee Alliance-ga qo’shilish talablari, shuningdek, boshqa bepul dasturiy ta’minot litsenziyalariga zid keladi. Zigbee Alliance direktorlar kengashi o’z litsenziyasini GPL bilan mos kelishini so’radi, lekin rad etdi. Bluetooth GPL litsenziyasi ostida amalga oshiriladi.

Dastur rejimlari

Zigbee, Home Automation ilovasining birinchi profili 2007 yil 2 noyabrda e’lon qilindi. O’shandan beri qo’shimcha ilovalar rejimlari chop etildi.

Zigbee Smart Energy 2.0 spetsifikatsiyasi Internet protokoli asosida aloqa protokolini etkazib berishni monitoring qilish, boshqarish, axborot berish va avtomatlashtirish va energiya va suvdan foydalanish uchun aniqlaydi. Bu Zigbee Smart Energy versiyasi 1 ning takomillashtirilgan versiyasidir. U ulangan elektr transport vositasini zaryadlash, o’rnatish, konfiguratsiya va dasturiy ta’minotni yuklab olish, oldindan to’lov xizmatlari, maxsus ma’lumot va xabar almashish, yukni boshqarish, so’rovga javob berish uchun xizmatlarni qo’shadi va umumiy ma’lumot interfeyslari va dastur profillari. Simli va simsiz tarmoqlar uchun. Hamkorlar tomonidan ishlab chiqilgan.

Zigbee Smart Energy kompaniyasi 6LoWPAN yordamida IEEE 802.15.4 orqali standart IPv6 trafigini boshqaradigan tarmoq qatlami bo’lgan Zigbee IP-ga tayanadi.

2009 yilda Consortium Radio Frequency for Consumer Electronics Consortium (RF4CE) va Zigbee Alliance radiochastotalarni masofadan boshqarish uchun standartni birgalikda ishlab chiqishga kelishib oldilar. Zigbee RF4CE televizor va set-top box kabi maishiy elektronika mahsulotlari, keng doiradagi uchun mo’ljallangan. Mavjud masofaviy boshqaruv echimlari, jumladan, keng aloqa qobiliyatlari va ishonchliligi, rivojlangan xususiyatlari va moslashuvchanligi, muvofiqligi va ko’zga ko’rinadigan to’siqlarning yo’qligi bilan bog’liq ko’plab afzalliklarni va’da qildi. Zigbee rf4ce spetsifikatsiyasi Zigbee xususiyatlarining pastki qismini ishlatadi, bu esa maishiy elektronikani masofadan boshqarish kabi arzon narxlardagi qurilmalarda kichik xotira konfiguratsiyasi bilan ishlashga imkon beradi.

Radio uskunalari

Zigbee tomonidan ishlatiladigan radio dizayni bir nechta analog kaskadlarga ega va iloji bo’lsa, raqamli sxemalardan foydalanadi . Radio modulini va mikrokontrolerni bitta modulga birlashtiradigan mahsulotlar mavjud.

Zigbee sertifikatlash jarayoni jismoniy darajadagi talablarni to’liq tekshirishni o’z ichiga oladi. Xuddi shu tasdiqlangan yarimo’tkazgich maskalari to’plami asosida yaratilgan barcha radiostantsiyalar bir xil radio chastotali xususiyatlarga ega bo’ladi. Zigbee radiostantsiyalari kuch va tarmoqli kengligi bo’yicha juda qattiq cheklovlarga ega. Noto’g’ri bo’lgan sertifikatlangan jismoniy daraja Zigbee tarmog’idagi boshqa qurilmalarning quvvat sarfini oshirishi mumkin. Shunday qilib, radio stantsiyalari 6-802.15.4 standartidagi 2006dagi ko’rsatmalarga muvofiq sinovdan o’tkaziladi.

Ushbu standart 2,4 dan 2,4835 GGtsgacha (butun dunyo bo’ylab), 902 dan 928 MGts (Amerika va Avstraliya) va 868 dan 868,6 MGts (Evropa) ISM intervallarni . Har biri faqat 2,4 MGts tarmoqli kengligidan foydalansa-da , o’n olti kanal bir-biridan 5 MGts gacha bo’lgan 2 gigagertsli tarmoqli kengligida taqsimlanadi. Radio stantsiyalari modulyatorga raqamli oqim tomonidan boshqariladigan to’g’ridan-to’g’ri ketma-ketlikdagi kengaytirilgan spektrli kodlashni qo’llaydi. Ikkilik o’zgarishlar manipulyatsiyasi (BPSK) 868 va 915 MGts diapazonlarida ishlatiladi va quadratura fazasi manipulyatsiyasi (OQPSK), har bir belgi uchun ikkita bitni uzatadi, 2,4 GHz oralig’ida ishlatiladi.

Ishlov berilmagan simsiz ma’lumotlar uzatish tezligi 250 gigagertsli kanal boshiga 2,4 Kbit /s, kanal boshiga 40 Kbit / s 915 MGts oralig’ida va 20 MGts oralig’ida 868 Kbit / s. Paketning xizmat ma’lumotlari tufayli haqiqiy ma’lumotlar uzatish tarmoqli kengligi maksimal belgilangan ma’lumotlar tezligidan kamroq bo’ladi va qayta ishlash kechikishlar. 2,4 GHz chastotasida ichki foydalanish uchun uzatish masofasi 10-20 M bo’lib, qurilish materiallariga, siz o’tishingiz kerak bo’lgan devorlar soniga va ushbu geografik joyda ruxsat etilgan chiqish quvvatiga bog’liq. Radio qabul qiluvchilarning chiqish quvvati odatda 0-20 dBm (1-100 mw).

Qurilma turlari va operatsion usullari

Zigbee qurilmalarining uchta klassi mavjud:

Zigbee koordinatori (ZC): eng funktsional qurilma, koordinator tarmoq daraxtining ildizini hosil qiladi va boshqa tarmoqlarga ko’prik bo’lishi mumkin. Har bir tarmoq Zigbee koordinatoriga ega, chunki u dastlab tarmoqni ishga tushirgan qurilma (Zigbee LightLink spetsifikatsiyasi Zigbee koordinatorisiz ishlashga imkon beradi, bu esa tayyor uy mahsulotlari bilan yanada qulayroq bo’ladi). Tarmoq ma’lumotlarini saqlaydi, shu jumladan, xavfsizlik kalitlari uchun ishonch markazi va omborxona vazifasini bajaradi.

Zigbee router (ZR): ilovaning funktsiyasini bajarishdan tashqari, yo’riqnoma boshqa qurilmalardan ma’lumotlarni uzatish orqali qidiruv router sifatida harakat qilishi mumkin.

Zigbee end device (Zed): ota-ona tuguniga (koordinator yoki router) ulanish uchun etarli funksiyalarni o’z ichiga oladi; boshqa qurilmalardan ma’lumotlarni uzatish mumkin emas. Ushbu munosabatlar tugunni ko’p vaqt davomida uyqu holatida bo’lishiga imkon beradi va shu bilan uzoq batareya muddatini ta’minlaydi. ZED eng kam xotira hajmini talab qiladi va shuning uchun zR yoki ZCGA qaraganda ishlab chiqarishda kamroq qimmat bo’lishi mumkin.

Zigbee joriy protokollari yoqilgan va yoqilmagan mayoqlar bilan tarmoqlarni qo’llab-quvvatlaydi. Chiroqlarni qo’llab-quvvatlamaydigan tarmoqlar CSMA / CA vaqt oralig’isiz kanalga kirish mexanizmidan foydalanadi . Ushbu turdagi tarmoqda Zigbee router qabul qiluvchilar odatda doimiy ravishda faol bo’lib, qo’shimcha kuch talab qiladi. Biroq, bu sizga ba’zi qurilmalar doimiy ravishda qabul qilinadigan heterojen tarmoqlarni yaratishga imkon beradi, boshqalari kerak bo’lganda uzatadi. Heterojen tarmoqning odatiy namunasi simsiz yorug’lik kalitidir : chiroqdagi Zigbee tugunni doimiy ravishda tarmoq orqali quvvat bilan ta’minlanganligi sababli doimiy ravishda qabul qilishi mumkin, batareya bilan ishlaydigan yorug’lik kaliti esa kalitni tashlab ketgunga qadar uxlaydi. Bunday holda, kalit uyqu holatidan chiqadi, chiroqni buyruq yuboradi, tasdiqlashni oladi va uyqu holatiga qaytadi. Bunday tarmoqda, Agar Zigbee koordinatori bo’lmasa, chiroq tugunlari kamida Zigbee router bo’ladi; kommutatsiya tugmasi odatda Zigbee ning so’nggi qurilmasi hisoblanadi. Chiroqlar yoqilgan tarmoqlarda Zigbee routerlari vaqti-vaqti bilan boshqa tarmoq tugunlariga mavjudligini tasdiqlash uchun mayoqlarni uzatadilar. Tugunlar mayoqlar orasida uxlashi mumkin, bu ularning xizmat muddatini uzaytiradi. Radio signallarining intervallari ma’lumotlar uzatish tezligiga bog’liq; ular 15,36 Kbit / s da 251,65824 millisekunddan 250 soniyagacha , 24 Kbit / s da 393,216 soniyagacha va 40 Kbit / s da 48 millisekunddan 786,432 soniyagacha o’zgarishi mumkin.mayoqlar orasidagi uzoq intervallar aniq vaqtni talab qiladi, bu arzon mahsulotlarda amalga oshirish uchun qimmat bo’lishi mumkin.

Umuman olganda, Zigbee protokollari energiya sarfini kamaytirish uchun radio vaqtini kamaytiradi. Chiroqni uzatish tarmoqlarida tugunlar faqat chiroqni uzatish paytida faol bo’lishi kerak. Radiomayaklarsiz tarmoqlarda energiya iste’moli aniq assimetrik: ba’zi qurilmalar har doim faol, boshqalari uyqu holatida ko’p vaqt sarflaydi.

Smart Energy Profile 2.0 dan tashqari, Zigbee qurilmalari IEEE 802.15.4 -2003 past darajali simsiz shaxsiy tarmoq (LR-WPAN) standartiga mos kelishi kerak. Standart protokolning pastki darajasini – jismoniy darajani (PHY) va ma’lumotlar uzatish kanali darajasidagi muhitga kirishni boshqarishning bir qismini belgilaydi . (DLL). Asosiy kanalga kirish rejimi “tashuvchini boshqarish , ko’p kirish / nizolarni oldini olish” (CSMA / CA ). Ya’ni, tugunlar odamlarning qanday muloqot qilishiga o’xshash tarzda muloqot qilishadi: tugun boshqa tugunlarni ishga tushirishdan oldin u bilan gaplashmasligiga ishonch hosil qilish uchun qisqa vaqt ichida tekshiriladi – lekin uchta muhim istisno bilan. Mayoqlar belgilangan vaqt jadvaliga ko’ra yuboriladi va CSMA dan foydalanmaydi. Xabarlarni tasdiqlash ham CSMA dan foydalanmaydi. Nihoyat, Real vaqtda kam kechikish talablariga ega bo’lgan radio signallari bilan bog’langan tarmoqlarda qurilmalar, shuningdek, CSMA-dan foydalanmaydigan kafolatlangan vaqt oralig’ini (GTS) ham ishlatishi mumkin.

Dasturiy ta’minot

Dasturiy ta’minot kichik, arzon narxlardagi mikroprotsessorlarda ishlab chiqilishi oson bo’lgan tarzda ishlab chiqilgan. Qo’shimcha ma’lumot olish uchun quyidagi “Links” bo’limida ko’rsatilgan bir yoki bir nechta manbadan foydalaning yoki quyida keltirilgan tashqi havolalar yordamida Zigbee Alliance veb-saytiga to’g’ridan-to’g’ri o’ting.

Tarmoq darajasi

Tarmoq darajasining asosiy funktsiyalari Mac pastki qatlamidan to’g’ri foydalanishni ta’minlashdir va keyingi yuqori darajadagi foydalanish uchun tegishli interfeysni taqdim etish, ya’ni amaliy daraja. Uning qobiliyatlari va tuzilishi odatda marshrutlashni o’z ichiga olgan bunday tarmoq darajalariga bog’liq. Tarmoq darajasi funksiyasi tovushlar bilan bir xil. Tarmoqqa ulanish, o’chirish va sozlash kabi tarmoq vazifalari bilan bog’liq. U tarmoqni qo’shadi, manzillarni belgilaydi va muayyan qurilmalarni qo’shadi / o’chiradi. Ushbu qatlam yulduz, panjara va daraxtning topologiyasidan foydalanadi. Dastur darajasiga interfeysni qo’shadi.

Bir tomondan, ma’lumotlar ob’ekti tarmoq darajasidagi ma’lumotlar bloklarini dastur darajasidagi foydali yukdan yaratadi va boshqaradi va joriy topologiyaga muvofiq marshrutlashni amalga oshiradi. Boshqa tomondan, yangi qurilmalarning konfiguratsiyasini boshqarish va yangi tarmoqlarni yaratish uchun ishlatiladigan darajadagi nazorat mavjud: u qo’shni qurilmaning tarmoqqa tegishli ekanligini aniqlay oladi va yangi qo’shnilar va marshrutizatorlarni aniqlaydi. Nazorat qilish tizimi, shuningdek, qabul qiluvchining mavjudligini ham aniqlashi mumkin, bu esa to’g’ridan-to’g’ri aloqa va MAC sinxronizatsiyasini ta’minlaydi.

Tarmoq darajasida ishlatiladigan marshrutlash protokoli aodv . Aodv-da, maqsadli qurilmani topish uchun AODV barcha qo’shnilariga marshrut so’rovini yuboradi. Keyin qo’shnilar o’z qo’shnilariga so’rov yuboradilar va maqsadga erishilgunga qadar davom etadilar. Belgilangan joyga etib borgach, u eng kam xarajat bilan manbaga qaytib boradigan yo’lda bir tomonlama uzatish orqali marshrut javobini yuboradi. Manba javob olgach, marshrutlash jadvalini yangilab, keyingi safarning manzil manzilini va yo’lning narxini ko’rsatib beradi.

Amaliy darajasi

Dastur darajasi spetsifikatsiyada aniqlangan eng yuqori darajadir va Zigbee tizimining oxirgi foydalanuvchilari uchun samarali interfeysi. Zigbee spetsifikatsiyasi tomonidan qo’shilgan ko’plab komponentlardan iborat: ZDO va uning boshqaruv protseduralari ishlab chiqaruvchi tomonidan belgilangan dastur ob’ektlari bilan birgalikda ushbu darajaning bir qismi hisoblanadi. Ushbu daraja jadvallarni bog’laydi, bog’langan qurilmalar orasidagi xabarlarni yuboradi, guruh manzillarini boshqaradi, paketlarni qayta to’playdi va ma’lumotlarni uzatadi. Zigbee qurilma profillarini saqlash uchun javobgardir.

Asosiy komponentlar

Zigbee protokollari to’plamidagi protokol, zdo (Zigbee qurilma ob’ekti) qurilmaning umumiy boshqaruvi, xavfsizlik kalitlari va siyosati uchun javobgardir. Yuqorida aytib o’tilganidek, qurilmaning koordinatori yoki oxirgi qurilmasi sifatida rolini aniqlash, shuningdek, tarmoqdagi yangi ( birmartalik ) qurilmalarni aniqlash va ular tomonidan taqdim etilgan xizmatlarni aniqlash uchun mas’uldir. . Keyin tashqi qurilmalar bilan xavfsiz ulanishlarni o’rnatishi va shunga mos ravishda ulanish so’rovlariga javob berishi mumkin.

Dasturni qo’llab-quvvatlash darajasi (APS) boshqa asosiy standart darajadagi komponent hisoblanadi va shuning uchun aniq belgilangan interfeys va boshqaruv xizmatlarini taklif qiladi. Tarmoq darajasi va boshqa dastur darajasidagi elementlar orasidagi ko’prik sifatida ishlaydi: kerakli xizmatlarga va turli xil qurilmalarni taklif qiladigan mos qurilmalarni topish uchun ishlatilishi mumkin bo’lgan ma’lumotlar bazasi sifatida dolzarblikni saqlaydi. Ikkala ko’rsatilgan darajalar orasidagi birlashma sifatida, shuningdek, xabarlarni protokol Stack darajalari orqali boshqaradi .

Aloqa modellari

Zigbee yuqori darajali aloqa modeli

Dastur istalgan vazifalardan uzatish uchun o’zaro ta’sir qiluvchi ob’ektlardan iborat bo’lishi mumkin. Zigbee alohida Zigbee tugunlarida joylashgan turli xil qurilmalar orasidagi ishni taqsimlashga qaratilgan bo’lib ,ular o’z navbatida tarmoqni tashkil qiladi (bu ish odatda har bir qurilma uchun mahalliy bo’ladi, masalan, har bir uy qurilmasini boshqarish).

Tarmoqni tashkil etuvchi ob’ektlar to’plami zdo interfeyslari nazorati ostida APS tomonidan taqdim etilgan vositalardan foydalangan holda muloqot qiladi. Amaliy darajadagi ma’lumotlar xizmati so’rov-tasdiqlash / ko’rsatma-javobning odatiy tuzilishiga mos keladi. Bir qurilmada 240-1 oralig’ida raqamlangan 240 ta ilova mavjud bo’lishi mumkin. 0 ZDO va 255 ma’lumotlar interfeysi uchun efirga uzatish uchun ajratilgan; 241-254 oralig’I hozircha ishlatilmaydi, lekin kelajakda bo’lishi mumkin.

Dastur ob’ektlari uchun ikkita xizmat mavjud (Zigbee 1.0 da):

Buxoriy kalit-qiymati xizmati (KVP) xususiylashtirish maqsadida mo’ljallangan. Ob’ektni atributini oddiy interfeys orqali tavsiflash, talab qilish va o’zgartirish imkonini beradi, bu esa qabul qilish / o’rnatish va voqealar primitivlariga asoslangan bo’lib, ularning ba’zilari javobni so’rashga imkon beradi. Konfiguratsiya moslashuvchan va oqlangan echimni ta’minlash uchun siqilgan XML (to’liq XML foydalanish mumkin) dan foydalanadi.

Xabar xizmati axborotni qayta ishlashga umumiy yondashuvni taklif qilish uchun ishlab chiqilgan bo’lib, u ilovalarning protokollarini va KVP tomonidan yuzaga kelishi mumkin bo’lgan qo’shimcha xarajatlarni moslashtirish zaruratidan qochadi. APS ramkalarida o’zboshimchalik bilan foydali ma’lumotlarni uzatish imkonini beradi.

Manzillash ham dastur darajasining bir qismidir. Tarmoq tugunlari 802.15.4 standartiga mos keluvchi radio qabul qiluvchi va bir yoki bir nechta qurilma tavsifidan (asosan so’roq qilinishi yoki o’rnatilishi mumkin bo’lgan yoki voqealar orqali kuzatilishi mumkin bo’lgan atributlar to’plamidan) iborat. Qabul qilgich manzil uchun asos bo’lib, tugundagi qurilmalar 1-240 oralig’idagi so’nggi nuqta identifikatori bilan aniqlanadi.

Aloqa va qurilmalarni aniqlash

Ilovalar o’zaro muloqot qilish uchun ularning qurilmalarini tashkil qilish umumiy dastur protokolidan (xabarlar turlari, formatlar va boshqalar) foydalanishi kerak; ushbu shartli belgilar to’plamlari profillarga guruhlangan. Bundan tashqari, majburiy qaror, kirish va chiqish klasterlarining identifikatorlarini ushbu Profil kontekstida noyob va qurilmada kiruvchi yoki chiquvchi ma’lumotlar oqimi bilan bog’liq holda taqqoslash yo’li bilan amalga oshiriladi. Majburiy jadvallar manba va maqsad juftlarini o’z ichiga oladi.

Mavjud ma’lumotlarga qarab, qurilmani aniqlash uchun turli usullar qo’llanilishi mumkin. Tarmoq manzili ma’lum bo’lsa, IEEE manzili bir tomonlama aloqa yordamida talab qilinishi mumkin. Agar shunday bo’lmasa, petitsiyalar efir rejimida uzatiladi (IEEE manzili javob yukining bir qismidir). Tarmoq koordinatori yoki router shuningdek, u bilan bog’liq barcha qurilmalarning manzillarini yuborganda, oxirgi qurilmalar so’ralgan manzilga javob beradi.

Ushbu ilg’or aniqlash protokoli tashqi qurilmalarga tarmoqdagi qurilmalar va ular taqdim etayotgan xizmatlar, aniqlovchi qurilma (ilgari ularning manzillarini olgan) so’rovi bilan qanday so’nggi nuqtalar haqida ma’lumot berishga imkon beradi. Xaritalash xizmatlaridan ham foydalanishingiz mumkin.

Klaster identifikatorlaridan foydalanish Zigbee koordinatorlari tomonidan qo’llab-quvvatlanadigan majburiy jadvallar bilan qo’shimcha moslamalarni bog’lashni ta’minlaydi, chunki jadval har doim tarmoqda mavjud bo’lishi kerak va koordinatorlar doimiy quvvat manbaiga ega bo’lishi mumkin . Ba’zi ilovalar yuqori darajadagi darajalar bilan boshqariladigan zaxiraga muhtoj bo’lishi mumkin. Ulanish o’rnatilgan aloqa kanalini talab qiladi; mavjud bo’lganidan so’ng, yangi tugunni tarmoqqa ilova va xavfsizlik siyosatiga muvofiq qo’shishga qaror qilinadi.

Aloqa assotsiatsiyadan so’ng darhol paydo bo’lishi mumkin. To’g’ridan-to’g’ri manzil radioadres va so’nggi nuqta identifikatoridan foydalanadi, bilvosita manzil barcha tegishli maydonlarni (manzil, so’nggi nuqta, Klaster va atribut) ishlatadi va ular aloqalarni qo’llab-quvvatlaydigan va aloqa uchun so’rovlarni tarjima qiladigan tarmoq koordinatoriga yuborilishini talab qiladi. Bilvosita murojaat qilish, ayniqsa, ayrim qurilmalarni soddalashtirish va ularning saqlash ehtiyojlarini minimallashtirish uchun foydalidir. Ushbu ikki usuldan tashqari, qurilmadagi barcha so’nggi nuqtalarga efirga uzatish va guruhni joylashtirish mumkin qurilmalar to’plamiga tegishli so’nggi nuqta guruhlari bilan bog’lanish uchun ishlatiladi.

Xavfsizlik xizmatlari

Zigbee hal qiluvchi funktsiyalardan biri sifatida xavfsiz aloqani amalga oshirish, kriptografik kalitlarni o’rnatish va tashish, shifrlash ramkalari va boshqaruv qurilmalarini xavfsiz saqlash uchun vositalarni taqdim etadi. IEEE 802.15.4 da belgilangan asosiy xavfsizlik tizimiga asoslangan. Arxitekturaning bu qismi nosimmetrik kalitlarni to’g’ri boshqarish va xavfsizlik texnikasi va siyosatini to’g’ri amalga oshirishga bog’liq.

Asosiy xavfsizlik modeli

Maxfiylikni ta’minlashning asosiy mexanizmi barcha asosiy materiallarni etarli darajada himoya qilishdir. Kalitlarni dastlabki o’rnatishda, shuningdek, xavfsizlik ma’lumotlarini qayta ishlashda ishonchni hisobga olish kerak. Amalga oshirish uchun global miqyosda ishlash uchun uning ma’lum bir xatti-harakatlariga umumiy muvofiqligi taxmin qilinadi.

Kalitlar xavfsizlik arxitekturasining asosiy poydevoridir; shuning uchun ularning himoyasi juda muhim va kalitlar hech qachon himoyalanmagan kanal orqali uzatilmasligi kerak . Ushbu qoidaga qisqa muddatli istisno tarmoqqa ilgari tuzilmagan qurilmani qo’shishning dastlabki bosqichida sodir bo’ladi. Zigbee tarmog’ining modeli xavfsizlik masalalariga alohida e’tibor berishi kerak, chunki maxsus tarmoqlar tashqi qurilmalar uchun jismonan mavjud bo’lishi mumkin. Ish muhitining holatini taxmin qilish ham mumkin emas.

Protokol to’plamining ichida turli xil tarmoq darajalari kriptografik jihatdan ajratilmaydi, shuning uchun kirish siyosati talab qilinadi va an’anaviy dizayn qabul qilinadi. Qurilmadagi ochiq ishonch modeli kalitlarni almashish imkonini beradi, bu esa potentsial xarajatlarni sezilarli darajada kamaytiradi. Biroq, ramka yaratish darajasi uning xavfsizligi uchun mas’uldir. Agar zararli qurilmalar mavjud bo’lsa, har bir tarmoq darajasidagi foydali yuk shifrlangan bo’lishi kerak, shunda ruxsatsiz trafik darhol o’chirilishi mumkin. Va yana, istisno-tarmoq kalitining uzatilishi, bu tarmoq uchun yagona xavfsizlik darajasini ta’minlaydi, yangi ulanish qurilmasi.

Xavfsizlik arxitekturasi

Zigbee o’zining xavfsizlik mexanizmlarini amalga oshirish uchun 128-bit kalitlarini ishlatadi. Kalit Zigbee darajalari va MAC pastki darajasida yoki oldindan o’rnatish, tasdiqlash yoki transport orqali olingan havola bilan ishlatilishi mumkin bo’lgan tarmoq bilan bog’liq bo’lishi mumkin. Aloqa kalitlarini yaratish ulanish kalitlarining muvofiqligini nazorat qiluvchi asosiy kalitga asoslangan. Oxir-oqibat, hech bo’lmaganda boshlang’ich master kaliti xavfsiz vosita (transport yoki oldindan o’rnatilgan) orqali olinishi kerak, chunki bu butun tarmoqning xavfsizligiga bog’liq. Aloqa va master kalitlari faqat dastur darajasida ko’rinadi. Turli xizmatlar sızıntılardan va xavfsizlik tahdidlaridan qochish uchun turli xil bir tomonlama aloqa kalit variantlaridan foydalanadi.

Kalitlarni taqsimlash tarmoq xavfsizligining eng muhim vazifalaridan biridir. Xavfsiz tarmoqda xavfsizlik kalitlarini tarqatish uchun boshqa qurilmalar ishonadigan yagona maxsus qurilma ko’rsatiladi: ishonch markazi. Ideal holda, qurilmalar oldindan Yuklangan ishonch markazi manzili va boshlang’ich asosiy kalitiga ega bo’lishi kerak; agar vaqtinchalik zaiflik hal etilsa, u yuqorida aytib o’tilganidek yuboriladi. Maxsus xavfsizlik talablariga ega bo’lmagan odatiy ilovalar aloqa uchun ishonch markazi (dastlab xavfsiz bo’lmagan kanal orqali) tomonidan taqdim etilgan tarmoq kalitidan foydalanadi.

Shunday qilib, ishonch markazi tarmoq kalitini qo’llab-quvvatlaydi va nuqta xavfsizligini ta’minlaydi. Qurilmalar faqat dastlabki asosiy kalitdan tashqari ishonch markazi tomonidan taqdim etilgan kalitdan kelgan xabarlarni qabul qiladi. Xavfsizlik arxitekturasi tarmoq darajalari o’rtasida quyidagicha taqsimlanadi:

MAC pastki sathi bir pog’ona bilan ishonchli aloqani ta’minlaydi. Odatda, uni ishlatish kerak bo’lgan xavfsizlik darajasi yuqori darajalar bilan belgilanadi.

Tarmoq darajasi marshrutlashni, qabul qilingan xabarlarni qayta ishlashni va eshittirish so’rovlarini yuborish qobiliyatini boshqaradi. Chiquvchi ramkalar mavjud bo’lganda marshrutga muvofiq tegishli aloqa kalitidan foydalanadi; aks holda, tarmoq kaliti tashqi qurilmalardan yukni himoya qilish uchun ishlatiladi.

Dastur darajasi zdo va ilovalar uchun kalitlarni yaratish va transport xizmatlarini taklif qiladi.

Xavfsizlik darajasining infratuzilmasi CCM uchun faqat shifrlash va yaxlitlik xususiyatlarini qo’shadigan asosga asoslangan .

Germaniyaning Heise Online kompyuter elektron jurnaliga ko’ra, Zigbee home Automation 1.2 ma’lum bo’lgan va o’zgartirilishi mumkin bo’lmagan shifrlashni muvofiqlashtirish uchun zaxira kalitlarini ishlatadi . Bu shifrlashni juda zaif qiladi.

Zigbee™ning o’ziga xos xususiyatlari

Zigbee™ tarmoqlari, boshqa simsiz ma’lumot tarmoqlaridan farqli o’laroq, yuqorida sanab o’tilgan talablarga to’liq javob beradi:

• 
  Tarmoq mash – topologiyasi va maxsus marshrutlash algoritmlaridan foydalanish tufayli Zigbee™ tarmog’I alohida tugunlar orasidagi aloqa uzilishi (to’siq paydo bo’lishi), ortiqcha yuklanish yoki ba’zi elementlarning ishdan chiqishi holatlarida o’z-o’zini tiklash va paketlarni kafolatli etkazib berishni ta’minlaydi;
  

• 
  Zigbee ™ spetsifikatsiyasi simsiz kanallar orqali uzatiladigan ma’lumotlarni kriptografik himoya qilish va moslashuvchan xavfsizlik siyosatini ta’minlaydi;
  

• 
  Zigbee™ qurilmalari kam quvvat sarfi bilan ajralibturadi , ayniqsa, “uyqu” rejimi taqdim etiladigan so’nggi qurilmalar, bu qurilmalar odatdagi AA batareyasidan va hatto aaa batareyalaridan uch yilgacha ishlashga imkon beradi;
  

• 
  Zigbee™ tarmog’I o’z-o’zidan tashkil etilgan bo’lib, uning tuzilishi konfiguratsiya stackining Profil parametrlari bilan belgilanadi va avtomatik ravishda qo’shimcha qurilmalarni ulash orqali oson tarqatish va oson kattalashtirish imkonini beruvchi qurilmalar tarmog’iga ulanish (qayta ulash) orqali avtomatik ravishda shakllanadi;
  

• 
  Zigbee™ qurilmalari > > ixcham va arzon.
  

• 
  Zigbee™ tarmog’idagi aloqa manba tugunidan qabul qiluvchining tuguniga paketlarni ketma-ket takrorlash orqali amalga oshiriladi. Zigbee™ tarmog’I bir nechta muqobil marshrutlash algoritmlarini taqdimetadi , ularning tanlovi avtomatik ravishda amalga oshiriladi.
  

Ushbu standart bir nechta chastota diapazonlarida kanallardan foydalanish imkoniyatini beradi. Eng yuqori uzatish tezligi va eng yaxshi shovqinga chidamlilik 2,4 dan 2,48 GGs gacha bo’ladi. Ushbu diapazonda 16 kanallari 5 MGts bo’yicha taqdim etiladi. Zigbee™ tarmoqlarida energiya sarfini kamaytirish, ixchamlik va arzonlik uchun to’lash kerak bo’lgan narx – nisbatan past ma’lumotlar uzatish tezligi. “Brüt” tezligi (xizmat ma’lumotlarini o’z ichiga oladi) 250 Kbit/s. Tarmoqning yuklanishiga va o’rni soniga qarab foydali ma’lumotlarni uzatishning o’rtacha tezligi 5 dan 40 Kbit / s gacha.