Wireless - ZigBee

1) Introdução

• Conceitos:
  • ZigBee é uma tecnologia global desenvolvida para atender aos requisitos específicos, como baixo custo e consumo de energia, presente em redes de sensores sem fio. O padrão se beneficia da especificação para rádio frequência IEEE 802.15.4 e opera em bandas que não requerem licença no mundo todo para transmissão de dados nas frequências de 2.400 a 2.484GHz, 902 a 928MHz e 868.0 a 868.6MHz. A especificação 802.15.4 foi desenvolvida pelo Instituto de Engenheiros de Elétrica e Eletrônica (IEEE). A especificação é um protocolo de rádio pacote que atende as necessidades de equipamentos de baixo custo alimentados por bateria. O protocolo permite a comunicação entre os dispositivos alimentados por baterias, que ao contrário das convencionais, têm autonomia para durar anos. O protocolo ZigBee possui todos os benefícios da especificação 802.15.4 adicionado de funcionalidades de conectividade de rede.
• Fornecedores/Desenvolvedores
  • Ele é definido pela ZigBee Alliance: uma aliança de empresas de diferentes segmentos do mercado, como por exemplo: Motorola, Philips, Bosh, Analog Device, Freescale etc; A ZigBee Alliance, que desenvolve o padrão ZigBee juntamente com o IEEE, é uma associação com mais de 200 empresas, que trabalham em conjunto para desenvolver um padrão capaz de possibilitar um controlo seguro, de baixo custo e de baixa potência em redes sem fios para o controlo de diversos equipamentos, incluindo soluções para automação industrial, aplicações em tele-medicina e entretenimento.
• Evolução
  • A especificação 1.0 de ZigBee ficou aprovada em 14 de Dezembro de 2004 e fica disponível a membros do grupo de desenvolvimento (ZigBee Alliance). Estas especificações estão disponíveis ao público para fins não comerciais na ZigBee Specification Download Request. A revisão actual de ZigBee 2006 ficou aprovada em Dezembro deste mesmo ano. Em 2006 o preço de um transmissor compatível com ZigBee custava 1 dólar e em conjunto de rádio, processador e memória rondava os 3 dólares. Em comparação o Bluetooth nos seus inícios (em 1998, antes do seu lançamento) tinha um custo previsto de 4 a 6 dólares em grandes volumes, atualmente, o preço de dispositivos de consumo comuns é de uns 3 dólares. A primeira versão da pilha denomina-se por ZigBee 2004. A segunda versão e actual denomina-se por ZigBee 2006 e substitui a estrutura MSG/KVP (usada no ZigBee 2004) por uma “cluster library”, tornando assim obsoleta a versão anterior. A ZigBee Alliance já começou a trabalhar na versão 2007 de modo a estender as capacidades das especificações do ZieggBe 2006, em concreto centrando-se em optimizar as funcionalidades a nível de rede, incluindo também alguns novos perfis da aplicação, como a leitura automática, automatização industrial e automatização de lugares baseado no principio do uso da “cluster library”.
• Destaques
  • Longa duração das baterias
  • Baixo custo
  • Pequenos circuitos
  • Características apresentadas pela topologia em malha e que possa suportar o custo de: Baixa taxa de transferência

Apontar cronologia de evolução Destacar pontos relevantes

2) Funcionamento

• Princípios básicos de funcionamento
  • O ZigBee permite comunicações robustas e opera na freqüência ISM (Industrial, Scientific and Medical), sendo na Europa de 868 MHz (1 canal), 915 MHz (10 canais) nos Estados Unidos e 2,4 GHz (16 canais) em outras partes do mundo, e não requer licença para funcionamento. As Redes ZigBee oferecem uma excelente imunidade contra interferências, e a capacidade de hospedar milhares de dispositivos numa Rede (até que 65.000 por canal), com taxas de transferências de dados variando entre 20Kbps a 250Kbps. O Protocolo ZigBee é destinado a aplicações industriais, portanto, o fator velocidade não é crítico numa implementação ZigBee. Os módulos RF padrão ZigBee foram criados para economizar o máximo de energia. Com isso, é possível criar dispositivos sensores remotos alimentados com pilhas ou baterias comuns, que durarão meses ou mesmo anos sem precisarem ser substituídas. Isso porque, os módulos ZigBee quando não estão transmitindo/recebendo dados, entram num estado de dormência ou em "Sleep", consumindo o mínimo de energia.
• Fluxo de uma transmissão/recepção
  • Uma estrutura importante para 802.15.4 é o reconhecimento (ACK) do quadro. Ele fornece feedback do receptor para o remetente, confirmando que o pacote foi recebido sem erro. O dispositivo leva vantagem de "tempo de silêncio " entre os quadros especificados para enviar um pacote de curto imediatamente após a transmissão de pacotes de dados. Um quadro de comando MAC fornece o mecanismo para controle e configuração remota de nós clientes. Um gerente de rede centralizada usa MAC para configurar quadros de clientes individuais "comando não importa quão grande rede. Finalmente, o quadro beacon acorda dispositivos de cliente, que ouça o seu endereço de e voltar a dormir se não recebê-la. Beacons são importantes para a malha de redes e árvore-cluster para manter todos os nós sincronizados sem a necessidade de consumir esses nós energia preciosa da bateria ouvindo por longos períodos de tempo.
• Topologia/Arquitetura

Detalhar elementos que fazem parte de todo o processo Apontar os protocolos e tipos de acesso envolvidos

3) Estágio atual Atualizar quanto ao momento que vive a tecnologia Apontar eventuais problemas (tráfego, frequência, limitações, capacidade) Exemplificar com matérias de revistas, livros e internet

4) Características técnicas Mostrar o espectro de frequência utilizado Explicar sobre o tipo de modulação Apresentar os tipos de acesso. Ex: TDMA, FDMA , CDMA , etc Potência Alcance Consumo

5) Protocolos Apresentar os protocolos usados na comunicação entre os elementos Detalhar o formato dos protocolos Apontar as normas que regem este protocolo (RFC, por exemplo) Definir o órgão que coordena esta normatização Identificar endereço de consulta à norma

6) Serviços Destacar alguns serviços básicos que podem ser explorados em cima dessa tecnologia. Ex: mensagem, dados, mobilidade IP Apresentar interação com Internet (Descrever se tem integração com a rede IP) Apontar serviços avançados em fase de implantação ou possíveis aplicações futuras (tendências). Ex: LBS, segurança, Protótipo: Demonstração da tecnologia (Implementação, configuração ou testes).