Giao thức ZigBee trong truyền thông công nghiệp

I. Tổng quan về các giao thức truyền thông không dây Nhiều phương pháp và chuẩn kết nối không dây đã được phát triển trên toàn thế giới dựa trên sự đa dạng về nhu cầu thương mại. Những công nghệ này có thể được xếp loại thành 4 nhóm (PAN, LAN, MAN, WAN) dựa trên những ứng dụng đặc trưng và phạm vi truyền của chúng. Hình 1 mô tả các nhóm này. a. Personal Area Network (PAN) PAN là một mạng sử dụng cho việc kết nối giữa các thiết bị cá nhân (gồm điện thoại và các...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giao thức ZigBee trong truyền thông công nghiệp Giao thức ZigBee trong truyền thông công nghiệpI. Tổng quan về các giao thức truyền thông không dâyNhiều phương pháp và chuẩn kết nối không dây đã được phát triển trên toàn thế giới dựatrên sự đa dạng về nhu cầu thương mại. Những công nghệ này có thể được xếp loại thành4 nhóm (PAN, LAN, MAN, WAN) dựa trên những ứng dụng đặc trưng và phạm vitruyền của chúng. Hình 1 mô tả các nhómnày.a. Personal Area Network (PAN)PAN là một mạng sử dụng cho việc kết nốigiữa các thiết bị cá nhân (gồm điện thoại vàcác thiết bị số cá nhân khác). Phạm vi truyềnthông của PAN chỉ là vài mét. PAN có thểkết nối các thiết bị với nhau hoặc với mạngInternet.Mạng PAN không dây (Wireless PAN) Hình 1. Các nhóm truyền thông khôngthường được kết nối bằng cách sử dụng các dây.giao thức Infrared (IrDA), Bluetooth.b. Local Area Network (LAN)Mạng LAN không dây (WLAN) là mạng kết nối hai hay nhiều đối tác truyền thông vớinhau mà không cần dây nối. Nó sử dụng sóng radio để đạt được chức năng tương tự nhưmạng LAN nối dây. WLAN cho phép người dùng di chuyển trong một vùng phạm vi hẹp(nhà ở, phòng làm việc, trường học...) mà vẫn kết nối được với mạng.Wifi (chuẩn IEEE 802.11) là một đại diện điển hình của WLAN, gồm có 802.11a/b/g/n.c. Metropolitan Area Network (MAN)Mạng MAN không dây là tên được đặt bởi IEEE 802.16 - nhóm làm việc trên chuẩnkhông dây băng tần rộng (được biết đến trong thương mại là WiMAX). Nó được địnhnghĩa là truy cập internet băng thông rộng từ thiết bị cố định hoặc di động thông qua ăngten. Các trạm đăng ký kết nối với trạm cơ sở và trạm cơ sở kết nối đến mạng lõi.WiMAX có khả năng thay thế tốt mạng dây cố định vì đơn giản và tương đối rẻ trongviệc xây dựng. Phạm vi phủ sóng của WiMAX có thể lên đến 16 km, tuy nhiên ở khoảngcách lớn khả năng tải của mạng giảm đáng kể. Trong hầu hết mọi trường hợp, các điểmtruy cập được thêm vào để duy trì chất lượng của dịch vụ.d. Wide Area Network (WAN)WAN là mạng máy tính phủ sóng một vùng địa lý rộng, khác với PAN, LAN hay MANthường chỉ hoạt động trong một khuôn viên giới hạn. Ví dụ điển hình nhất của WANchính là mạng Internet.WAN được sử dụng để kết nối các mạng địa phương (LAN) với nhau, vì thế người dùngvà máy tính trong khu vực này có thể kết nối với người dùng và máy tính trong khu vựckhác. Nhiều mạng WAN là mạng kín được xây dựng cho các tổ chức đặc biệt. Các mạngkhác được xây dựng bởi nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) thì có nhiệm vụ kết nốimạng LAN của tổ chức vào Internet. Bên cạnh đó, WAN cũng là tên gọi cho các mạngtruyền thông dữ liệu di động như GSM, GPRS và 3G.II. Giao thức ZigBeea. Giới thiệuZigBee là một giao thức truyền thông bậc cao được phát triển dựa trên chuẩn truyềnthông không dây IEEE 802.15.4, sử dụng tín hiệu radio cho các mạng cá nhân PAN(personal area network). ZigBee thích hợp với những ứng dụng không đòi hỏi tốc độtruyền dữ liệu quá cao nhưng cần có mức độ bảo mật lớn và thời gian hoạt động dài. Cácmạng ad-hoc sử dụng sóng radio tương tự ZigBee đã được thai nghén từ những năm1998-1999 khi giới khoa học bắt đầu nhận thấy Wifi và Bluetooth không phù hợp chonhiều ứng dụng công nghiệp. Tuy nhiên chỉ đến năm 2004, bộ tiêu chuẩn ZigBee mớichính thức được tạo dựng và thông qua bởi tổ chức ZigBee Alliance.Tên gọi ZigBee lấy cảm hứng từ điệu nhảy theo đường zig-zag của ong mật (honey bee),điệu nhảy này được loài ong sử dụng để trao đổi thông tin với nhau về vị trí của hoa vànguồn nước.b. Chuẩn truyền thông không dây IEEE 802.15.4IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) là một tổ chức phi lợi nhuậnnhằm mục đích nghiên cứu phát triển các công nghệ liên quan đến thiết bị điện và điệntử. Trong đó, nhóm 802 chuyên nghiên cứu về các công nghệ mạng và bộ phận 802.15được dành riêng cho các chuẩn mạng không dây. IEEE 802.15.4 quy định truyền thôngtrên sóng radio trong phạm vi 10 mét đến 100 mét và hoạt động ở ba dải tần chính:* Dải 868 - 868.8 MHz (châu Âu): chỉ một kênh tín hiệu, trong dải này tốc độ truyền là20kb/s.* Dải 902 - 928 MHz (Mỹ, Canada, Úc): có 10 kênh tín hiệu từ 1 - 10 với tốc độ truyềnthường là 40kb/s.v* Dải 2.4 - 2.4835 GHz (hầu hết các nước khác trên thế giới): 16 kênh tín hiệu từ 11 - 26với tốc độ truyền 250 kb/s.c. Cấu trúc của giao thức ZigBeeTương tự như các giao thức truyền thôngkhác, ZigBee cũng có một kiến trúc ngănxếp nhiều tầng, trong đó tầng vật lý vàtầng MAC (Medium Access Control)được định nghĩa giống chuẩn IEEE802.15.4. Sau đó ZigBee Alliance đãđịnh nghĩa thêm 4 thành phần chính:tầng mạng, tầng ứng dụng, đối tượngthiết bị ZigBee (ZigBee device objects –ZDO) và các đối tượng người dùng (chophép tùy biến theo từng ứng dụng).Trong đó, việc thêm vào các ZDO chínhlà cải tiến đáng kể nhất, vì đây chính là Hình 2 .Cấu trúc giao thức.các đối tượng thực hiện nhiều tác vụ như định nghĩa vai trò của các thiết bị, tổ chức vàyê ...