Алтайский государственный университет
Опубликован: 05.06.2014 | Доступ: свободный | Студентов: 1592 / 751 | Длительность: 08:16:00
Лекция 3:

Популярные и перспективные стандарты и протоколы беспроводных сенсорных сетей

< Лекция 2 || Лекция 3: 123456 || Лекция 4 >

ZigBee 3D Sync

Разрабатываемый стандарт ZigBee 3D Sync нацелен на поддержание более приятного и удобного просмотра трехмерных сцен. Разработка и внедрение устройств данного стандарта обеспечит большую свободу движений во время просмотра 3D - без нарушения эффекта объемного изображения, позволит снизить воздействие внешних источников света, сделает устройства более энергоэкономичными и экологичными.

Стандарт разрабатывается для поддержки взаимодействия 3D очков и источников трехмерных сцен - 3D HDTV, игровыми консолями, Blu-ray проигрывателями и другими. Устройство, связанное с 3D очками, передает информацию о движении головы, источник трехмерной сцены корректирует работу затворов таким образом, чтобы не нарушать эффект трехмерности. Предусматривается возможность поддержки различных частот смены кадров - для совместимости с существующими и будущими устройствами воспроизведения, и поддержка различных режимов воспроизведения - автоматическая смена режимов при смене 3D картинки на 2D.

Устройства, поддерживающие стандарт также будут более энергоэффективными, чем устройства, использующие инфракрасный канал. Поскольку ZigBee 3D Sync разрабатывается специально для спецификации ZigBee RF4CE, то устройства, его поддерживающие будут совместимы с существующими устройствами управления ZigBee Remote Control.

ZigBee Input Device

ZigBee Input Device - новый глобальный стандарт для обеспечения взаимодействия разнообразных устройств ввода (мыши, клавиатура, тач-пады, сенсорные перья и т.п) с персональными компьютерами и с другой потребительской электроникой (consumer electronic - CE). Стандарт позволяет использовать данные устройства на большем расстоянии и вне зависимости от интерьера или его цветовой гаммы.

Также для устройств поддерживающих этот стандарт, сохраняется высокая энергетическая эффективность - что положительно скажется на времени жизни батареек и на их общем количестве вообще.

Стандарт предлагает естественную поддержку команд-жестов и команд множественных прикосновений, также есть возможность добавить специальные функции и увеличить производительность устройств ввода.

Предполагается поддержка и совместимость с устройствами стандарта ZigBee Remote Control (он разрабатывался специально с учетом спецификации ZigBee RF4CE).

Поддерживаемые устройства:

  • телевизоры;
  • плееры;
  • записывающие устройства;
  • телевизионные приставки;
  • пульты дистанционного управления;
  • манипуляторы типа - мышь;
  • клавиатура;
  • сенсорные устройства ввода;
  • планшеты;
  • указатели.

ZigBee Light Link

В конце апреля 2012 альянс ZigBee объявил о завершении разработки и ратификации стандарта ZigBee Light Link [10-13], предназначенного для реализации беспроводных систем управления осветительным оборудованием. Инициаторами разработки стандарта выступили такие известные производители осветительного оборудования как Philips, Osram, GreenWave, Sylvania, GE, в содружестве с фирмами производителями программного обеспечения, электронных компонентов: STMicroelectronics, Atmel, Texas Instruments, Ember, NXP.

Предполагается, что устройства на базе нового стандарта будут так же просты в использовании, как и обычные домашние регуляторы освещения. Энергосберегающие лампы, светодиодные светильники, датчики, таймеры и пульты управления, выполненные с использованием ZigBee Light Link, будут подключаться в единую сеть без применения каких-либо специальных координирующих устройств, что позволит потребителям легко дополнять свои сети освещения новыми приборами. При этом от потребителя не требуется каких-либо навыков в установке и конфигурировании сетевых устройств, их программирования.

Как и все устройства, использующие стандарты ZigBee, световые приборы ZigBee Light Link могут управляться через компьютеры, планшеты и смартфоны, подключенные к сети Интернет. Благодаря новому стандарту потребители получат множество преимуществ беспроводного управления освещением, а также возможностью комбинировать в одной системе устройства от разных производителей.

ZigBee Light Link - краткая характеристика

ZigBee Light Link стандартизует функции и взаимодействие управляемых светильников, регуляторов света, устройств управления, обеспечивая совместимость устройств различных производителей, а также легкую интеграцию устройств в существующую сеть и развертывание сети. Стандарт позволяет пользователям удаленно управлять освещением помещений или зданий в зависимости от текущего времени суток, освещенности, времени года, позволяя получить приемлемый уровень комфорта в сочетании с экономией электроэнергии.

В сети стандарта ZigBee Light Link не предусмотрено специально выделенных устройств, управляющих сетью (координаторов). В результате этого предельно упростилось использование данных сетей и устройств с поддержкой ZigBee Light Link в повседневной жизни.

Поскольку ZigBee Light Link является одним из стандартов ZigBee, устройства с его поддержкой являются совместимыми с устройствами ряда стандартов, включая ZigBee Home Automation, ZigBee Input Device, ZigBee Remote Control, ZigBee 3D Sync и ZigBee Health Care [10-13].

Структура профиля ZigBee Light Link

Также как и другие профили ZigBee, профиль Light Link работает поверх стека протоколов ZigBee PRO (Рис. 3.3) [12, 13]. Приложение в данном случае обеспечивает выполнение команд профиля на конкретной аппаратуре. Профиль предусматривает не только стандартизованные функции для управления светильником, но и механизм подключения новых устройств к сети, называемый Touchlink, без координатора сети и с достаточным уровнем безопасности.

Структура профиля ZigBee Light Link представлена на Рис. 3.4. Для поддержки межсетевого взаимодействия совместно со стеком протоколов ZigBee PRO действует компонент APS/NWK. Сам профиль включает три основных компонента:

  • поддержка подключения и работы устройств в сети без координатора;
  • компонент обеспечения безопасности;
  • библиотека функций управления - кластер Light Link (основанный на функциях ZigBee Cluster Library с добавлением специализированных функций управления).

В сеть профиля ZigBee Light Link входит только два типа устройств - устройства освещения (светильники) и устройства управления (пульты управления, контроллеры устройств).

Основные устройства освещения:

  • светильник с функциями включения/выключения;
  • выключатель;
  • светильник с регулируемым уровнем яркости;
  • регулятор света;
  • RGB-светильник (цветная подсветка);
  • подсветка интерьера и внешняя подсветка зданий;
  • светильник с регулируемой цветовой температурой.

Устройства управления освещением:

  • RGB-контроллеры;
  • RGB-контроллеры подсветки сцен;
  • контроллеры управления освещением;
  • выключатели;
  • мосты передачи команд управления.
Семейство стандартов альянса ZigBee

увеличить изображение
Рис. 3.3. Семейство стандартов альянса ZigBee
Структура профиля ZigBee Light Link

увеличить изображение
Рис. 3.4. Структура профиля ZigBee Light Link

Список кластеров функций, поддерживаемых в ZigBee Light Link, представлен в Табл. 3.1.

Для рынка готовых устройств или устройств самостоятельной установки простота использования или пуска в работу является ключевым фактором их популярности и успеха. Приборы освещения, безусловно, относятся именно к данному классу приборов - не так часто потребитель вызывает мастера для смены лампочки дома или настройки телевизионных каналов.

Легкость развертывания сети или интеграции в существующую сеть Light Link нового прибора обеспечивается механизмом Touchlink, не требующим наличия в сети координатора.

Touchlink использует механизм межсетевого взаимодействия (inter-PAN) для интеграции устройства в сеть. Передаваемые Touchlink сообщения содержат команды кластера ZigBee Light Link (ZLL) [12, 13]. После первого подключения устройства к сети оно продолжает работу под управлением стека протоколов ZigBee PRO.

Процесс подключения устройства выглядит следующим образом:

  1. Первоначально пользователь имеет светильник и контроллер.
  2. Включив питание светильника, пользователь на контроллере нажимает кнопку, инициирующую на нем процедуру подключения Touchlink (Рис. 3.5)
    Таблица 3.1. Список кластеров функций, поддерживаемых в ZigBee Light Link
    Идентификатор кластера Кластер Библиотека Атрибуты Команды Таблица сцен (при наличии её поддержки)
    0х0000 Базовые функции - формирование атрибутов идентификатора ZLC Дополнительные - -
    0х0003 Идентификация состояния - механизм переключения эффектов.
    0х0004 Группы ZCL - - -
    0х0005 Сцены - поддержка смен состояния с градациями до 1/10 секунды, поддержка механизма копирования сцен. ZCL - Дополнительные Дополнительные
    0х0006 Включение/выключение - механизмы управления сценой (возврат к предыдущему состоянию освещенности), задание режимов выключения, включение света на определенное время. ZCL Дополнительные Дополнительные
    0х0008 Управление уровнем освещенности - 16-битные градации уровня ZCL Расширенные - -
    0х0300 Управление цветом - 16-битные градации уровня, управление цветовой температурой, задание последовательности циклического изменения цвета. ZCL Дополнительные Дополнительные Дополнительные
    0х1000 Подключение к сети ZLL ZLL - Новые -
    Последовательность работы процедуры подключения Touchlink

    увеличить изображение
    Рис. 3.5. Последовательность работы процедуры подключения Touchlink
  3. По завершении процедуры пользователь получает возможность управлять светильником с данного управляющего контроллера.

Поскольку при дальнейшей работе устройств ZigBee Light Link после подключения используется стек ZigBee PRO, они могут взаимодействовать с устройствами других профайлов ZigBee. Например, светильник может маршрутизировать и пересылать сообщения для системы кондиционирования, пакеты, предназначенные приборам освещения могут быть переданы другими устройствами автоматизации, один и тот же пульт управления может быть использован для контроля за всеми устройствами в доме или помещении (Рис. 3.6).

Пример взаимодействия устройств ZigBee Light Link с устройствами других профилей

увеличить изображение
Рис. 3.6. Пример взаимодействия устройств ZigBee Light Link с устройствами других профилей
Вопросы безопасности сети ZigBee Light Link

Поскольку сети ZigBee Light Link функционируют без координатора, и, следовательно, без доверительного центра, в них нет возможности использовать традиционный для сетей ZigBee механизм обеспечения безопасности. ZigBee Light Link использует механизм безопасности сетевого уровня, а, значит, стороны, участвующие в обмене данными, должны обменяться сетевым ключом.

Инициатор процедуры Touchlink отвечает за генерацию ключа и передачу его второму устройству при установлении соединения. Для того, чтобы ключ не передавался в открытом виде, он шифруется мастер-ключом ZigBee Light Link, который присваивается устройству при подтверждении соответствия спецификации.

Устройства обнаруживают друг друга посредством Touchlink. Инициатор генерирует случайный ключ, шифрует его мастер ключом, передает на сетевой уровень. Инициатор запрашивает у устройства запуска сети или присоединения к его сети, одновременно передавая шифрованный ключ. Устройство расшифровывает ключ мастер ключом и передает его на сетевой уровень. Полученный ключ будет в дальнейшем использован при сетевом обмене между устройствами (Рис. 3.7).

Сети ZigBee LightLink могут быть использованы для повышения уровня комфорта за счет возможности удаленного управления устройствами освещения, регулировки уровня яркости, наличия функций управления освещением по таймеру. Внедрение устройств ZigBee LightLink позволяет более рационально использовать энергию за счет регулировки освещения в зависимости от уровня освещенности, мониторинга энергопотребления, включения/выключения света в зависимости от присутствия человека в помещении.

Типичный радиус сети Light Link может составлять до нескольких десятков или даже сотни метров (с учетом маршрутизации сообщений узлами сети). При помощи шлюза Интернет-ZigBee Light Link пользователь получает возможность контролировать свою сеть светильников удаленно через глобальную сеть.

Стандарт ZigBee Light Link ориентирован на при применение в экономичных, энергоэффективных светильниках, прежде всего, в светодиодных светильниках основного освещения и декоративной подсветки. В отличие от сетей других профилей, сети Light Link рассчитаны на развертывание самим потребителем.

Процедура установления безопасного соединения между устройствами Light Link

увеличить изображение
Рис. 3.7. Процедура установления безопасного соединения между устройствами Light Link

Интернет шлюзы позволяют управлять домашними осветительными приборами удаленно, используя достаточно простые программы, установленные на смартфонах, коммуникаторах, планшетных компьютерах.

< Лекция 2 || Лекция 3: 123456 || Лекция 4 >