Одной из ключевых проблем для интеграторов, инсталляторов,
осуществляющих установку систем автоматизации, умных домов и зданий,
является прокладка линий связи, особенно на объектах, имеющих
ограниченный доступ. Затраты на километры кабелей зачастую составляют
до 50% от стоимости всего проекта. Для решения вышеназванных проблем,
инженеры INSYTE Electronics создали новую серию устройств ZigDrive,
осуществляющих связь между собой по беспроводному зашифрованному каналу
связи стандарта ZigBee.
Для
организации большого количества беспроводных точек разветвления сети
используется ячеистая структура сети, которая позволит передать
информацию от различных устройств ZigDrive к центральной контрольной
точке, при этом вся структура может контролироваться и управляться
через координатор Spider-Z (PAN - Personal Area Network). Координатор
частной локальной сети Spider-Z - это центральная точка всей сети
ZigDrive, на приведенном ниже рисунке показана базовая структурная
схема сети, которая может быть реализована в пределах любого здания или
промышленного центра для управления системами: освещения, отопления,
кондиционирования, защиты и контроля доступом и обеспечения пожарной
безопасности. Это типовые приложения, в которых, как планируется, сети
ZigDrive будут применяться, весь обмен данными осуществляется через её
сеть. Устойчивость сети ZigDrive напрямую зависит от координатора PAN,
поскольку он ответственный за координацию всей сети (и обратную связь с
центральным узлом управления).
Рисунок 1. Базовая структурная схема сети ZigDrive
Структура сети
Сеть ZigDrive
представляет собой ячеистую структуру показанную на рисунке. Для передачи сооб-щения узлы сети автоматически находит наиболее короткий маршрут с удовлетворительным качест-вом связи в обоих направлениях. Если с течением времени какой-либо из маршрутизаторов выходит из строя, то сеть автоматически осуществляет поиск нового оптимального маршрута Важной особен-ностью технологии ZigDrive является защита передаваемых данных. Шифрование данных осуществля-ется при помощи алгоритма AES-128 с
симметричным ключом.
Координатор сети
В качестве координатора сети выступает
Spider-Z. Также является
мостом в другие сети (ZigBee, Ethernet,Интернет, GSM).Основными
функциями является;
- формирование сети ZigDrive
- диагностика сети ZigDrive
- сбор информации о состоянии удаленных
устройств
- управление удалёнными
устройствами
Маршрутизатор сети
В качестве маршрутизатора сети может выступать любое устройство имеющее стационарное питание от сети 220В, и сам является источником информации.
Спящее устройство
В устройства не требующие
постоянной работы, можно перевести в «спящий» режим. Что позволит работать
данному устройству от батареи до нескольких лет. Примерами таких устройств могут
служить:
- датчик температуры
- датчик влажности
- датчик протечки вола
- датчик задымленности
- датчик освещенности
Возможности координатора Spider-Z
Интерфейс с центральным узлом управления (SCADA, диспетчерский пункт и т.д.)
В больших, более сложных системах, например в производственных центрах,
вероятно, что центральный узел управления не может находиться в
пределах сети ZigDrive, он даже может находиться в другом здании.
Поэтому координатор Spider-Z может осуществлять связь с центральным
узлом управления через проводной канал. В связи с ростом принятия сетей
Ethernet в промышленных системах, наиболее верным стал выбор этого типа
сетей.
Реализация Ethernet в системе - интегрированный веб-сервер (HTTP) с поддержкой динамического контента сети ZigDrive; - Sock - сокеты TCP/UDP соединений; - поддержка протоколов: TCP, UDP, ICMP (ping), ARP и DHCP. - шифрование данных
Управление обменом данными в сети PAN (Personal Area Network)
Сеть
ZigDrive является событийно ориентированной, что уменьшает количество
передаваемой инфор-мации по сети. При появлении события (сработал датчик
движения, изменилась температура в ком-нате и т.д.) удаленное устройство
передает сообщение координатору сети Spider-Z, через сеть
маршрутизаторов. В ответ на полученное сообщение координатор выполняет
заложенное при конфигу-рировании сети действие (включает свет, выключает
кондиционер и т.д.).
Существует возможность передачи сообщения минуя координатор. Удаленное
устройство может непо-средственно управлять исполнительными устройствами
(например: если сработал датчик движения он можно послать команду
диммеру на включения света).
Карта полной локальной сети ZigDrive
Координатор
PAN помнит карту всей сети и выделяет, какие узлы сети являются
маршрутизаторами или конечными устройствами (спящие), а также функцию
каждого прибора. Для больших сложных индустриальных систем это приводит
к потребности в большем количестве памяти. В Spider-Z существует
возможность наращивать память за счет внешних носителей информации.
Наличие способности динамической установки связи с узлами в сети
В
больших системах в некоторый момент в существующую сеть необходимо
будет добавить новые злы. Координатор PAN способен легко установить
связь с этими новыми узлами в любой точке сети, ус-тановить, является ли
это маршрутизатором или конечными устройством , а также быть способным
установить роль новых узлов сети.
Протоколирование информации
Применение
ZigDrive в системах сбора информации накладывает требования по хранению
логов. Координатор сети Spider-Z имеет в своем составе 1 мегабайт
энергонезависимой памяти и возмож-ность подключения дополнительного
устройства хранения Flash Drive через интерфейс USB, что по-зволит
организовать хранение информации о состоянии всей системы. Доступ к
сохраненной инфор-мации возможен через Интернет по средствам
Web-интерфейса или Ethernet сеть.
Схемная организация модулей ZigDrive
Все
устройства серии ZigDrive реализованы на базе высокопроизводительного
ZigBee кристалла EM250 компании EMBER, а также серии процессоров ATMEL.
Все устройства серии несут функции устройства управления , а также
функции аппаратуры беспроводной передачи данных по протоколу ZigBee
PRO. В микроконтроллер заложен алгоритм поведения устройства при
получении управляющего сигнала.
Справка по ZigBee Сети
ZigBee являются самоорганизующимися и самовосстанавливающимися сетями,
т.к. ZigBee-устройства при включении питания благодаря встроенному
программному обеспечению умеют сами находить друг друга и формировать
сеть, а в случае выхода из строя какого-либо из узлов умеют
устанавливать новые маршруты для передачи сообщений. Технология
ZigBee имеет частотные каналы в диапазонах 868 МГц, 915 МГц и 2,4 ГГц.
Наибольшие скорости передачи данных и наивысшая помехоустойчивость
достигаются в диапазоне 2,4 ГГц, поэтому большинство производителей
микросхем выпускают приемопередатчики именно для этого диапазона, в
котором предусмотрено 16 частотных каналов с шагом 5 МГц. Скорость передачи данных вместе со служебной информацией в сетях ZigBee
составляет 250 Кбит/c. В качестве двух нижних уровней (физического и
уровня доступа к среде MAC) используется стандарт IEEE 802.15.4.
MAC-уровень в сети ZigBee™ реализует механизм CSMA (прослушивания
несущей и устранения коллизий), сетевой уровень NWK отвечает за
маршрутизацию сообщений, а уровень поддержки приложений APS
обеспечивает интерфейс с уровнем приложения.
