Zigbee andre

© 2010 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1461 ZIG Slide 1

MWI

Redes sem fio com os novos protocolos MiWi e ZigBee


ObjetivoApós esta aula você estará apto:

Entender o padrão IEEE 802.15.4 Entender o protocolo ZigBee®

Conhecer as soluções ZigBee da Microchip Conhecer a especificação RF4CE Conhecer o protocolo MiWi

.


ZigBee®


ZigBee®

O que é ZigBee? Padrão de Wireless Networking Protocol

Definido pelas companhias que fazem parte da ZigBee Alliance

Aplicações Wireless mesh networks Dispositivos de baixo consumo Baixa taxa de dados – alta confiabilidade


ZigBee®

ZigBee é o nome de um protocolo de comunicação wireless desenvolvido pela ZigBee Alliance baseado no padrão IEEE 802.15.4.


ZigBee®


Baixo consumo

Segurança AES 128bits

Confiabilidade

Baixo custo

Redes P2P, Star, Cluster-Tree, Mesh

Interoperabilidade

Alta Imunidade a Interferência

Porque utilizar ZigBee?


Segurança

Provê a confidencialidade, a integridade e a autenticidade da informação

AES - Advanced Encryption Standard Criptografia de 128 bits

ZigBee®


ZigBee®

ZigBee Protocol Layers Application - Partially ZigBee & Vendor Defined

Network - ZigBee Defined Medium Access Control Layer - IEEE 802.15.4™ Defined

Physical Layer - IEEE 802.15.4 Defined

Security Service - ZigBee Defined


ZigBee®

Functional Partition

MRF24J40Transceiver

Host PIC® MCUProcessor

Medium Access Layer (MAC)

2.4 GHzPhysical Layer (PHY)

Network Layer (NWK)

Customer Applications

Sec

uri

ty (

SE

C) Smart Energy

Profile

Microchip ZigBee Platform

Application Support (APS)


ZigBee®

10,000

1,000

100

10

11 10 100 1,000 10,000 100,000

Dis

tânc

ia (

met

ros)

Cellular TechnologiesGSM, GPRS

Cellular TechnologiesGSM, GPRS

WLAN TechnologiesIEEE802.11

WLAN TechnologiesIEEE802.11ZigBee

IEEE 802.15.4™

BluetoothBluetooth

Comaparação entre Distância x Velocidade)

Data Rate (kbps)


IEEE Std 802.15.4™-2006(Revision of IEEE Std 802.15.4-2003)


Define um protocolo e a compatibilidade de

interconexão para dispositivos de comunicação de baixa

taxa de dados, baixa potência, baixa complexidade e

pequeno alcance utilizados em WPAN ( wireless

personal area network).



IEEE 802.15.4

ZigBee,Miwi, Protocolos Proprietários

Medium Access Layer (MAC)

2.4 GHzPhysical Layer (PHY)

Network Layer (NWK)

Customer Applications

Sec

uri

ty (

SE

C) Smart Energy

Profile

Microchip ZigBee Platform

Application Support (APS)



IEEE 802.15.4™ PHY


868/915 MHz direct sequence spread spectrum (DSSS) , binary phase-shift keying (BPSK) modulation

868/915 MHz DSSS offset quadrature phase-shift keying (O-QPSK) modulation

868/915 MHz parallel sequence spread spectrum (PSSS) BPSK and amplitude shift keying (ASK) modulation

2450 MHz DSSS O-QPSK modulation

IEEE 802.15.4™ PHY


IEEE 802.15.4™ PHY

2.4 GHz PHY Channel Assignment

5 MHz3 MHz

2483.5

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

2400 24802410 2420 2430 2440 2450 2460 2470

Frequency (MHz)

Channel:

Channel SpacingBandwidth


2483.5

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

2400 24802410 2420 2430 2440 2450 2460 2470

Frequency (MHz)

Channel:

IEEE 802.15.4™ vs 802.11

2.4 GHz PHY Channel AssignmentIEEE 802.15.4

vs.IEEE 802.11

2412Channel 1

2437Channel 6

2462Channel 11

22 MHz


IEEE 802.11


Para estarem de acordo com a RESOLUÇÃO ANATEL N§ 506/2008 (Radiação Restrita) os equipamentos que utilizam Tecnologia de Espalhamento Espectral devem operar em 902-907,5 MHz, 915-928 MHz, 2400-2483,5MHz

IEEE 802.15.4™ PHY


IEEE Std 802.15.4™-2006(Revision of IEEE Std 802.15.4-2003)Camada MAC

É a camada responsável por realizar o controle de acesso ao meio (MAC medium access control):

— Associação e a desassociação de dispositivos— Suporta um dispositivo com segurança AES 128— Implementa o CSMA-CA para o acesso ao canal— Implementa o socket entre dois dispositivos


Soluções ZigBee Microchip


Transceivers

ZigBee® Product Solutions

MRF24J402.4GHz, IEEE802.15.4

PHY and MAC

MRF24J402.4GHz, IEEE802.15.4

PHY and MAC

ZigBee and MiWi Transceiver

Planned

Production

Beta

Modules Stacks

MRF24J40MA2.4GHz FCC certified

Low Power

MRF24J40MA2.4GHz FCC certified

Low Power

MRF24J40MB2.4GHz FCC certified

PA and LNAPCB Antenna

MRF24J40MB2.4GHz FCC certified

PA and LNAPCB Antenna

ZigBee ResidentialZigBee Certified

ZigBee ResidentialZigBee Certified

MiWi P2PPeer-to-Peer Protocol

MiWi P2PPeer-to-Peer Protocol

ZigBee PROZigBee Certified

ZigBee PROZigBee Certified

MiWi™ MeshMesh Protocol

MiWi™ MeshMesh Protocol

MRF24J40MC2.4GHz FCC certified

PA and LNAExternal Antenna

MRF24J40MC2.4GHz FCC certified

PA and LNAExternal Antenna

ZigBee ProfilesSmart Energy 1.0

ZigBee ProfilesSmart Energy 1.0

ZigBee ProfilesSmart Energy 2.0 (IP)

ZigBee ProfilesSmart Energy 2.0 (IP)


ZigBee® SW Product Solutions

ZigBee 2006 Protocol Stack - Free

ZigBee RF4CE - Disponível em breve

ZigBee(R) PRO Wireless Networking Protocol Stack USD 995.00

ZigBee® Smart Energy Profile (SEP) Suite - Disponível em breve

MiWi Development Environment Wireless Networking Protocol Stack - FREE

www.microchip.com/wireless


ZigBee® HW Product Solutions


Certified RF Design Partners


ZigBee Alliance


ZigBee Alliance

“ O ZigBee Alliance é uma associação de companhias que trabalham em conjunto para garantir a confiabilidade, custo baixo, baixo consumo, interoperabilidade em rede wireless, monitorando e controlando os produtos baseados em um padrão global aberto. ”

(www.zigbee.org)


Promoters $50.000USD/year

Tem direito à uma cadeira na mesa de diretores da ZigBee AllianceRevisa especificações propostasDireito à voto

Participants $9.000USD/year Contribuir com as especificações técnicas

Adopters $3500USD/year

Usar o logoAcesso as especificações

ZigBee Alliance


Quando é necessário participar da ZigBee Alliance


ZigBee®

Perguntas?

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O Protocolo ZigBee®

Elementos da ZigBee Network


Dispositivos

IEEE 802.15.4™ Network Device Types Full Function Devices - FFD Reduced Function Devices - RFD

IEEE 802.15.4 Network Device Roles IEEE Pan Coordinator ZigBee® Coordinator FFD

IEEE Coordinator ZigBee Router FFD IEEE Device ZigBee EndDevice RFD

Device Types vs. Device Roles


ZigBee® Device Roles

As redes ZigBee incluem estes dispositivos:

Coordinator

Routers

End Devices


ZigBee® Device Coordinator

Cria a Rede Habilita outros nós

para entrar na rede Rádio sempre ligado Mains powered Requer muita memória

de programa e memória de dados


ZigBee® Device Router

Estende a área de cobertura da rede

Pode ter filhos Providencia rotas

alternativas para o tráfego Capaz de fazer

comunicação peer-to-peer Rádio sempre ligado

Requer relativamente muita memória de programa e memória de dados


ZigBee® Device Reduced Function End Device

Pode comunicar apenas com o parent node

Pode ser alimentado por bateria

Requer pouca RAM e ROM


Network Topology

Star Topology Controle

centralizado Pode cobrir

uma área limitada

C

RFD

RFD

RFD

Coordinator

RFD


O coordenador é o responsável por inicializar a rede e manter os dispositivos conectados na mesma. Todos os outros dispositivos, denominados END DEVICES, se comunicam apenas com o coordenador.

Se um dispositivo precisa enviar dados para outro dispositivo, ele envia o dado para o coordenador então este encaminha o dado para o destinatário.

Network TopologyStar Topology


ZigBee® Network Topology

Mesh Qualquer FFD

pode comunicar diretamente com qualquer outro FFD na rede

Pode cobrir uma larga área (multi-hop)

R4

R3

C Coordinator

R2

R1

RFD

RFD


Coordinator (FFD)

Router (FFD)

Reduced Function Device (RFD)

PAN = Personal Area NetworkMax devices in a PAN = 65536 (ZigBee)

2^16

Mesh

Star

PAN

ZigBee® Network TopologyPersonal Area Network


ZigBee® Network Topology

Network Depth

Depth = 2

Depth = 1

Coordinator (FFD)

Router (FFD)Reduced Function Device (RFD)


Star

Generating a ZigBee® Topology Structure

MAXIMUM DEPTH = 1

Coordinator (FFD)



Linear


MAXIMUM Children = 1

Coordinator

Router 1

Router 2

RFD Coordinator (FFD)



Mesh


MAXIMUM Depth = x

MAXIMUM Children = y

PermitJoin Duration

Coordinator (FFD)



ZigBee® Device Types

Perguntas?


RF4CE


ZigBee RF4CE

ZigBee Remote Control fornece um padrão global para controles remotos de RF, comunicação bidirecional de longo alcance e grande vida útil da bateria.

Ele foi projetado para uma variedade de dispositivos eletrônicos de consumo, incluindo equipamentos de HDTV teatro, set-top boxes e outros equipamentos de áudio.


Microchip’s Certified ZigBee RF4CE Compliant Platform

Pilha certificada ZigBee RF4CE para a família de microcontroladores PIC®

MRF24J40, MRF24J40MA, MRF24J40MB 2.4GHz IEEE 802.15.4 transceiver/modules, ou outro módulo compatível

Padrão baseado na pilha P2P para RF4CE(RF for Consumer Electronics)

ZigBee RF4CE


ZigBee RF4CE


ZigBee RF4CE

Vídeo RF4CE Microchip


Perguntas RF4CE?


MiWi


Miwi

O MiWi™ Wireless Networking Protocol é um protocolo simples projetado para baixa taxa de dados, pequena distância e para redes de baixo custo.

É fundamentalmente baseado no padrão IEEE 802.15.4™ para wireless personal area networks (WPANs) .

É uma alternativa de fácil uso para comunicação wireless

Tem um custo menor para pequenas redes, com poucos saltos entre os nós.


Características

Uma rede utilizando o protocolo MiWi é capaz de ter no máximo 1024 dispositivos na rede.

Cada coordenador é capaz de ter 127 dispositivos coordenados por ele, e uma rede pode ter o máximo de oito coordenadores.

Os pacotes de dados podem ter no máximo quatro hops (pulos) na rede.


Menor utilização de memória

Menor utilização de processamento

Não há necessidade de certificações adicionais

Disponibilizada como código aberto

Implementa as topologias de rede Star, Tree e Mesh

Características


Miwi


MiApp - Usando a camada de interface MiApp, o desenvolvedor do aplicativo pode facilmente alternar entre diferentes protocolos sem fio, tais como MiWi Mesh e MiWi P2P sem ter que mudar o firmware do aplicativo.

MiMAC - Usando camada MiMAC, o desenvolvedor pode facilmente alternar entre diferentes transceptores de RF, tais como MRF24J40 e MRF89XA.

As principais vantagens do MiWi são a facilidade no desenvolvimento de aplicações sem fio e também a facilidade de portabilidade das aplicações em diferentes transceptores de RF da Microchip e diferentes protocolos sem fio, dependendo dos requisitos de aplicação, sem ter que mudar o firmware do

aplicativo.

Miwi


MiWi P2P

Redes peer-to-peer (P2P) ou estrela

Interface simples e concisa

Comunicação segura

Modifica a camada Media Access Control (MAC) adicionando comandos que simplificam o handshaking

Reduz o máximo a pilha para caber em

um microcontrolador mais barato


16 canais em 2.4 GHz

Suporta modo sleep

Possui Energy Detect (ED) procura um canal para operar que possua um baixo patamar de ruído

Suporta todos os modos de segurança definidos no IEEE 802.15.4

Possui frequency agility (channel hopping)

MiWi P2P


MiWi P2P x MiWi x ZigBee


Licensing

According to ZigBee® Alliance: Only members may use ZigBee specifications "in the

development of a product for sale" Microchip is a ZigBee Participant Member:

We have license rights to make and distribute Microchip’s ZigBee stack software

According to ZigBee and Microchip: If you intend to use Microchip’s stack software in the

development of a product for sale, then you must be a ZigBee member

You may not modify or create derivatives of Microchip’s stack software

It is your responsibility: To read Microchip’s license agreement and familiarize

yourself with ZigBee’s membership For more information, go to www.zigbee.org


References

IEEE 802.15.4™ -2003 http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.15.4

-2003.pdf IEEE OUI

https://standards.ieee.org/regauth/oui/forms/OUI-form.shtml

ZigBee® Protocol www.zigbee.org

AN1255 ZigBee Protocol application note, www.microchip.com/zigbee


Obrigado!Fim


Trademarks

The Microchip name and logo, the Microchip logo, dsPIC, KeeLoq, KeeLoq logo, MPLAB, PIC, PICmicro, PICSTART, PIC32 logo, rfPIC and UNI/O are registered trademarks of Microchip Technology Incorporated in the U.S.A. and other countries.FilterLab, Hampshire, HI-TECH C, Linear Active Thermistor, MXDEV, MXLAB, SEEVAL and The Embedded Control Solutions Company are registered trademarks of Microchip Technology Incorporated in the U.S.A.Analog-for-the-Digital Age, Application Maestro, CodeGuard, dsPICDEM, dsPICDEM.net, dsPICworks, dsSPEAK, ECAN, ECONOMONITOR, FanSense, HI-TIDE, In‑Circuit Serial Programming, ICSP, Mindi, MiWi, MPASM, MPLAB Certified logo, MPLIB, MPLINK, mTouch, Octopus, Omniscient Code Generation, PICC, PICC-18, PICDEM, PICDEM.net, PICkit, PICtail, REAL ICE, rfLAB, Select Mode, Total Endurance, TSHARC, UniWinDriver, WiperLock and ZENA are trademarks of Microchip Technology Incorporated in the U.S.A. and other countries.SQTP is a service mark of Microchip Technology Incorporated in the U.S.A.All other trademarks mentioned herein are property of their respective companies.© 2010, Microchip Technology Incorporated, All Rights Reserved.

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