ZigBee

Standard ZigBee, jak jeho oficiální označení napovídá, byl vyvinut a sestaven institucí IEEE a dále je rozvíjen a podporován igBee Aliance (ZBA). ZBA sdružuje přední výrobce elektronických součástek a snaží se dosáhnout návrhu co nejjednodušší jednotky s nízkou spotřebou. Snahou je, aby jednotky vydržely s běžnými tužkovými bateriemi i několik měsíců (a dokonce i let) v provozu. ZBA byla založena v září roku 2002 a jde o asociaci společností pracujících společně na vytvoření standardu pro levný obousměrný bezdrátový přenos vyžadující minimum spotřeby elektrické energie. V současné době má ZBA padesát členů, mezi nejznámější patří asi společnosti Philips, Motorola a Honeywell. Podrobnější a úplný seznam všech členů aliance je uveden na internetových stránkách www.zigbee.org. Na tomto seznamu celkem logicky chybí společnosti Nokia a Ericsson, které stály u zrodu technologie BlueTooth a zřejmě se nechtějí podílet na vývoji technologie, jež by mohla pro BlueTooth znamenat jistou konkurenci.

Referenční model standardu ZigBee vychází ze standardního referenčního modelu OSI s tím rozdílem, že spojová vrstva je rozdělena na dvě podvrstvy MAC a LLC. Spodní spojová vrstva MAC (Medium Access Control) řídí metodu přístupu ke společné cestě a odděluje fyzickou vrstvu PHY od horní spojové podvrstvy LLC (Logical Link Control). Podvrstva LLC obhospodařuje řízení logického okruhu a díky podvrstvě MAC je nezávislá na použitém přenosovém prostředku. Využití přenosové cesty závisí na topologii sítě a metodě přístupu ke společné přenosové cestě. Standard ZigBee používá metodu přístupu CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), tedy mnohonásobný přístup s nasloucháním nosné a s vyloučením kolizí.

Než budou dále popsány jednotlivé topologie sítí pracujících podle standardu ZigBee, je nutné popsat jednotlivé třídy používaných zařízení. Podle standardu ZigBee se zařízení dělí na zařízení se všemi funkcemi FFD (Full-Functional Device) a zařízení s redukovanými funkcemi RFD (Reduced-Functionality Device). Každá síť pracující se standardem ZigBee musí obsahovat alespoň jedno zařízení RFD nebo FFD a řídící jednotku. Řídící jednotka řídí a koordinuje celou nebo určitou část sítě. Tyto funkce může plnit jen zařízení třídy FFD. Používané topologie sítí pracující se standardem ZigBee mohou být typu hvězda, strom nebo kombinace obou předchozích. V síti může být zapojeno najednou až 254 zařízení k jedné řídící jednotce. Pro srovnání: u technologie BlueTooth může v síti pracovat najednou pouze osm zařízení.

Velikost přenášené užitečné informace (payload) na vrstvě MAC je podle standardu v rozsahu 0 až 104 bytů (oktetů). Vysílané informace jsou přenášeny v datových rámcích, které jsou konstruovány podle následujícího postupu:

Na podvrstvě MAC referenčního modelu je užitečná přenášená informace doplněna o zdrojovou a cílovou adresu (až 20 oktetů) a číslo rámce (1 oktet), které umožňuje přijímači rozpoznat, zda všechny vyslané rámce byly zároveň přijaty a nedošlo ke ztrátě jednoho nebo i více rámců. Dále jsou připojeny dva oktety s řídícími informacemi a vše je zabezpečeno a doplněno šestnáctibitovým CRC kódem.

Takto sestavený rámec je předán na fyzickou vrstvu PHY, kde je doplněn o záhlaví skládající se z šesti oktetů. Prvních pět oktetů záhlaví (40 bitů) obsahuje úvodní informace o paketu a synchronizační údaje. Poslední oktet záhlaví nese informaci o délce dat (délka rámce z podvrstvy MAC) v oktetech. Takto sestavený paket na fyzické vrstvě PHY je vysílačem vyslán směrem k přijímači, kde se informace dále zpracovává.

Přijímač po přijetí datového paketu vyhodnotí přijatý paket, ověří 16bitový CRC kód a zjistí bezchybnost přijatého paketu. Je-li CRC v pořádku, přijímač vyšle bezprostředně potvrzující paket a vysílač tak dostane informaci, že data byla v pořádku přijata. V případě, že přijatý CRC kód nesouhlasí s vypočteným v přijímači, není vyslána zpět žádná informace.

Zařízení pracující podle standardu ZigBee mohou pracovat nejen v pásmu 2,4 GHz, ale i v pásmu 915 MHz (Amerika) nebo 868 MHz (Evropa). Pro přenos informací v kmitočtovém pásmu 2,4 až 2,4835 GHz je pro zařízení pracující podle standardu ZigBee k dispozici 16 přenosových subkanálů s odstupem 5 MHz o celkové přenosové kapacitě 250 kbit/s. V pásmu 868.3 MHz je k dispozici jeden přenosový subkanál s celkovou přenosovou kapacitou 20 kbit/s a v pásmu 902 až 928 MHz je k dispozici přenosových subkanálů deset s odstupem 2 MHz a celkovou přenosovou kapacitou 40 kbit/s.

Dosah vysílače pracujícího podle standardu ZigBee je stanoven až na 75 metrů. S tímto dosahem se dá úspěšně konkurovat technologii BlueTooth, která má dosah pouze do 10 metrů.

Z výše uvedených přenosových rychlostí a vlastností sítě pracujících podle standardu ZigBee plyne i použití zařízení. Jednu skupinu těchto zařízení tvoří periferní zařízení osobních počítačů jako jsou například bezdrátové myši a klávesnice. Další skupina zařízení je určena pro průmyslovější využití jako například dálkové ovládání audio a video zařízení, topení, osvětlení a dalších zařízení v domácnosti. Přenos informací podle standardu ZigBee najde uplatnění i v oblasti bezdrátového přenosu informací ze snímačů.

Technologie ZigBee se nedá využít pro náročné datové přenosy, ale je vhodná pro osobní bezdrátové sítě WPAN (Wireless Personal Area Network) na delší vzdálenosti než známá technologie BlueTooth. Vzhledem k tomu, že ZigBee není technicky příliš náročná technologie, má jednoduchou architekturu a vyžaduje minimální příkon elektrické energie, uvádí ZBA příznivou cenu tři až čtyři dolary za jednotku v roce 2004. Tato cena by se měla snižovat a podle průzkumů a odhadů v roce 2007 klesnout pod dva dolary za jednotku. První ukázku zařízení a softwaru pracujícího se standardem ZigBee představila společnost Motorola letos 3. června na „ZigBee Alliance European Open House“ v Berlíně. Již počátkem příštího roku se dají očekávat první výrobky pracující podle tohoto standardu, jako jsou například bezdrátové klávesnice a myši.