Tehnologia ZigBee - IEEE 802.14 si ZigBee, Incadrarea ZigBee

Tehnologia ZigBee

1 IEEE 802.14 si ZigBee

Cand vorbim despre proiectarea unui WPAN, trebuie avute in vedere 3 tendinṭe  contradictorii: rata de date scazuta, rata de date medie ṣi rata de date mare. In aplicaṭii de distanṭa mica rata de date mare sau mica nu este tot timpul un deziderat deoarece diferite aplicaṭii solicita diferite condiṭii de operare. IEEE 802.14 este proiectat pentru rade scazute de date ṣi pentru a asigura protocoale radio ṣi MAC ce vor permite designerului sa iṣi canalizeze atenṭia catre aplicaṭii ṣi catre nevoile clienṭilor.

ZigBee este o arhitectura dezvoltata peste stiva standardului IEEE 802.14 ce beneficiaza pe deplin de avantajele ce reies din utilizarea nivelului radio fizic foarte bine pus la punct al acestui standard. IEEE 802.14 ṣi ZigBee Alliance continua sa lucreze cot la cot pentru a furniza o soluṭie completa ṣi integrata pentru segmentul de piaṭa vizat ṣi in special pentru aplicaṭiile bazate pe reṭele de senzori. ZigBee ofera servicii precum securitate sau explorare pentru cele doua nivele specificate de catre grupul IEEE.

Trebuie subliniat insa faptul ca IEEE 802.14 ṣi ZigBee nu sunt unul ṣi acelaṣi lucru. In zilele noastre puṭine device-uri mai sunt dependente de cabluri. Telefonul mobil reprezinta o platforma multifuncṭionala care permite foarte multe operaṭii precum camera-toting, spreadsheet-running, text-messaging sau internet browsing. Aceasta filosofie "do it all" folosing radio-frecvenṭa a telefoanelor mobile s-a raspandit in mai multe sectoare precum cel industrial, cel ṣtiinṭific sau cel medical. Senzorii, echipamentele de testare ṣi instrumentele medicale elimina cablurile ṣi le inlocuiesc cu mici reṭele ce necesita o minima intervenṭie umana pentru a opera. Deobicei aceste mici reṭele sunt bazate pe standardul IEEE 802.14. IEEE ṣi ZigBee sunt soluṭii de lucru care se vor implementa in viitorul apropiat iar aplicaṭiile dezvoltate vor face parte din viaṭa de zi cu zi.

Denumirea de ZigBee vine de la zig-zag-ul albinelor prin care reuṣesc intotdeuna sa gaseasca cele mai bune flori ṣi stupul. Tehnica ZigBee a fost conceputa ca un nijloc de transport de date cu viteza redusa care consuma foarte puṭina energie ṣi poate opera perioade indelungate (de ordinul lunilor sau al anilor) folosind o singura baterie. Zigbee opereaza in banda ISM fara licenṭa. Conceput pentru a fi folosit cu senzori cu rata de date mica ṣi reṭele de control, ZigBee este oficial un protocol de reṭea wireless. In cazul in care un senzor nu are de raportat diferiṭi parametrii in mod constant, el va permite parṭii electronice ṣi parṭii radio de suport senzor sa hiberneze/sa doarma. Pentru un astfel de senzor a fost conceput ZigBee. Deṣi conceput pentru rate destul de scazute, Zigbee poate sa elimine nevoia cablarii intrucat poate atinge uṣor rate comparabile sau chiar peste standardele de protocoale cu cabluri RS-232 sau RS-48 Insa reṭelele IEEE 802.14 ṣi protocolul ZigBee nu au fost concepute pentru acest tip de aplicaṭii cu rata mare de transfer. Unul din principalele avantaje ale acestei tehnici este longevitatea bateriei iar folosind astfel de rate mari de transfer acest avantaj nu mai este valabil.

ZigBee este un protocol de reṭea bazat pe standarde susṭinut exclusiv de Alianṭa ZigBee care foloseṣte serviciile de transport ale standardului IEEE 802.14. Astfel trebuie facuta precizarea ca deṣi Alianṭa ZigBee este responsabila de dezvoltarea protocolului ZigBee in totalitate, IEEE reprezinta autoritatea in ceea ce proveste specificaṭia IEEE 802.14.

Efectuand o paralela intre IEEE 802.14 ṣi IEEE 802.11b se poate spune ca ZigBee este plasat in fruntea specificaṭiei IEEE 802.14 precum TCP/IP este plasat din punct de vedere ierarhic peste 802.11b. IEEE 802.14 foloseste nivele interne care, in mod normal, se refera la subnivele. Standardul IEEE 802.11b foloseste de asemenea conceptul de subnivele. IEEE 802.14 solicita o pereche de subnivele 802.14, nivelul fizic PHY ṣi nivelul MAC.

Din punct de vedere al benzii de frecvenṭe ocupate, se poate spune ca IEEE 802.14 defineste chiar doua nivele fizice care cuprind peste trei benzi de frecvenṭa fara licenṭa. Primul nivel fizic cuprinde vanda de frecvenṭa sitoata intre 868-915 MHz iar celalalt este situat la 2.4 GHz. Din punct de vedere al canalelor, banda de frecvenṭa de la 2.4 GHz susṭine un total de 16 canale numerotate de la 11 la 26. Primele 10 canale, numerotate de la 1 la 10 se gasesc in intervalul 902-928 MHz al spectrului de frecvenṭa, care se refera frecvent la banda de 915 MHz. O a treia zona fara licenṭa este cuprinsa intre 868 si 870 MHZ. Aceasta zona este suficienta doar pentru un canal numerotat cu 0. Dupa cum era ṣi firesc, ratele de date difera pentru fiecare din domeniile de frecvenṭa menṭionate. Astfel: banda de frecvenṭa de 2.4 GHz permite o rata maxima de 250kbps, banda 902-928 permite o rata maxima de 40kbps iar rata benzii de 868-870 este de 20kbps. Banda de 2.4 GHz este libera in toata lumea, deci poate fi folosita de oricine. Pentru benzile de sub 1 GHz insa, doar cei din America de Nord, Europa, Israel ṣi Noua Zeelanda au dreptul de a o folosi in mod legal.

Subnivelul fizic al IEEE 802.14 al stivei de protocol ZigBee se refera la partea radio ṣi la generaṭia de legatura radio. Nivelul fizic al unei stive ZigBee este responsabil pentru operaṭii precum detectarea receptorului de energie, indicarea calitaṭii legaturii ṣi evaluarea clara a canalului ṣi nu numai. Principala responsabilitate a nivelului fizic al unei stive ZigBee este transmiterea ṣi receptarea de pachete folosind mediul magnetic. De asemenea, pentru Zigbee ṣi IEEE 802.14, este foarte importanta capacitatea de a detecta noi noduri in aria considerata. Acest lucru este util pentru a determina daca o noua reṭea ZigBee sau IEEE 802.14 poate fi multiplicata.

Subnivelul MAC al IEEE 802.14 controleaza fenomenele ce au loc pe legatura radio. MAC-ul unei stive Zigbee controleaza accesul la canalul radio ṣi dispune de serviciile CSMA-CA - Carrier Sense Multiple Access - Colision Avoidance. Acest serviciu se foloseste pentru a evita coliziunile pe legatura radio. Dintre operaṭiile efectuate de nivelul MAC se pot aminti: asocierea ṣi disasocierea reṭelei, condiṭii de securitate aplicate legaturii radio (daca acestea exista), fluxul de control, confirmarea ṣi retransmiterea pachetelor de date, cadrul de validare ṣi sincronizarea reṭelei. De asemenea, ca in orice stiva formata dupa modelul OSI, nivelul MAC se asigura ca nivelele superioare ale stivei primesc informaṭiile pe care le solicita pentru aplicaṭia corespunzatoare.

1 Incadrarea ZigBee

Standardul Zigbee ocupa un segment de piaṭa ce nu este ocupat de alte tehnologii wireless existente. In timp ce majoritatea standardelor wireless au tendinṭa de a furniza viteze din ce in ce mai mari, ZigBee are ca ṭel rate de date mici. In timp ce alte protocoale wireless iṣi adauga din ce in ce mai multe caracteristici, ZigBee tinde catre o stiva foarte mica ce poate incapea pe microcontrollere de 8 biṭi. In tmp ce alte tehnologii wireless tind spre a fi ultimul portal catre accesul la Internet sau doresc sa ofere fluxuri media in HD (high definition), ZigBee are in vedere aplicaṭii mult mai simple precum transmiterea valorii temperaturii dorite dintr-o camera termostatului din aceasta sau controlarea iluminatului. In timp ce alte tehnologii wireless sunt proiectate pentru a funṭiona timp de ore sau maxim zile luand energie de la o baterie, ZigBee este proiectat sa functioneze durate de ordinul anilor. In timp ce alte tehnologii wireless ofera garanṭie de 12-24 de luni, produsele ZigBee sunt proiectate pentru a funcṭiona timp de mai mulṭi ani, ajungand chiar pana la decenii.

Segmentul de piaṭa vizat de Zigbee se numeste "wireless sensor networking and control" sau mai simplu, "wireless control". Dealtfel sloganul pentru Zigbee este "Wireless Control That Simply Works" - control nebazat pe fir ce pur ṣi simplu funcṭioneaza.

Figura 2 Compararea tehnologiilor wireless [2]

Piaṭa dispozitivelor de control wireless are anumite necesitaṭi unice pentru care ZigBee este candidatul ideal deoarece ZigBee este:

Extrem de fiabil;

Rentabil;

Capabil de a avea un consum foarte scazut de putere;

Foarte securizat;

Un standard deschis la nivel global.

Pentru a indeplini criteriile de putere scazuta ṣi preṭ scazut, ZigBee a adus o constrangere importanta tehnologiei: rata de date scazuta. Motivul pentru care acest standard incurajeaza rata de date scazuta este acela ca ZigBee presupune doar monitorizare ṣi control. Pentru o mai buna inṭelegere se poate face o paralela cu un comutator de lumina. Acesta comuta de foarte puṭine ori in timpul unei zi obiṣnuite. Acest lucru inseamna un set de date foarte mic. ZigBee, cu ratele sale scazute de date este tehnologia potrivita pentru o asemenea situaṭie ce presupune controlul ṣi monitorizarea wireless. ZigBee reprezinta o soluṭie eleganta ce se inscrie perfect intr-un segment de piaṭa de tipul prezentat anterior.

1.1 ZigBee - Extrem de fiabil

Comunicaṭia wireless este prin natura sa, nefiabil. Un experiment ce dovedeṣte acest lucru nu trebuie sa fie foarte complex, simpla urcare intr-un lift in timpul desfaṣurarii unei convorbiri telefonice va demonstra acest lucru. Oricine a folosit un telefon celular a avut neplacerea de a i se intrerupe un apel sau de a avea o calitate foarte slaba a recepṭiei. Acest lucru se explica prin faptul ca undele radio pot fi interferate, sunt blocate de metal, apa sau mult ciment. De asemenea calitatea convorbirii variaza in funcṭie de factori complecṣi precum designul antenei, amplificarea puterii ṣi chiar condiṭii meteorologice.

Problemele controlului wireless insa nu pot fi rezolvate cu soluṭiile simple gasite pentru sistemul celular precum mutarea mobilului (dispozitivului receptor) pentru a gasi condiṭii mai bune de desfaṣurare a convorbirii, sau aṣteptarea in speranṭa ca peste un anume timp condiṭiile de transmisiune vor fi mai bune. Alianṭa ZigBee a inṭeles ṣi a construit protocolul ZigBee pentru a reflecta aceste considerente. ZigBee obṭine fiabilitatea sa prin mai multe cai:

IEEE 802.14 cu O-QPSK ṣi DSSS;

CSMA-CA;

CRC-uri pe 16 biṭi;

Mesaje de confirmare (ACK) la fiecare salt;

Utilizarea topologiilor mesh pentru a gasi ruta cea mai sigura;

Mesaje ACK end-to-end pentru a verifica faptul ca datele au ajuns la destinaṭie.

Prima dintre aceste cai prin care se obṭine fiabilitatea este dependenṭa de o tehnologie foarte fiabila, de raza mica, tehnologia IEEE 802.14. Aceasta specificaṭie este una foarte moderna, robusta din punct de vedere radio ṣi construita pe baza a 40 de ani de experienṭa de catre IEEE. Ea foloseste Offset-Quadrature Phase-Shift Keying (O-QPSK) ṣi Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS), o combinaṭie de tehnologii ce aduc o performanṭa excelenta in condiṭiile unui mediu cu raport semnal-zgomot scazut.

Zigbee foloseṣte CSMA-CA (Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance) pentru a spori fiabilitatea. Inainte de a incepe transmisia, Zigbee asculta canalul, Cand canalul este liber, Zigbee incepe sa transmita. CSMA-CA este similar situaṭiei din viaṭa de zi cu zi in care persoanele aflate intr-o conversaṭie aṣteapta vorbitorul sa termine de spus ceea ce are de spus ṣi abia apoi vorbesc.

ZigBee foloseṣte un CRC pe 16 biṭi pe fiecare pachet, numit Frame Checksum (FCS). Acest Frame Checksum asigura faptul ca biṭii de date sunt corecṭi. In caz de insucces, fiecare pachet poate fi retransmis de maxim 3 ori (in total vor fi 4 transmisii). Daca pachetul nu poate fi trimis dupa a 4-a tentativa, ZigBee informeaza nodul sursa in scopul de a se face ceva, daca se poate, pentru a remedia situaṭia existenta.

Un alt mod prin care ZigBee obṭine fiabilitatea sa este prin folosirea topologiilor de tip mesh. Utilizarea unei astfel de topologii aduce trei imbunataṭiri reṭelelor wireless: marirea razei efective prin tehnici multi-hop, formarea ad-hoc a reṭelei ṣi, mai important, descoperirea automata a rutelor ṣi autorefacerea reṭelei. Prin utilizarea topologiilor de tip mesh, date provenite de la primul nod pot ajunge la oricare nod din reṭeaua ZigBee, indiferent de distanṭa atata timp cat exista suficiente canale radio intre nodurile vizate prin care mesajul considerat sa treaca.

Un exemplu considerat este ilustrat in figura urmatoare:

Nodul 1 doreṣte sa comunice cu nodul 3 dar acesta nu se afla in raza lui radio. ZigBee, in mod automat gaseṣte cea mai buna ruta ṣi deci nodul 1 va trimite informaṭia nodului 2 ce o va trimite mai departe nodului 3.

Figura 3 Topologie Mesh pentru o reṭea ZigBee[1]

Sa presupunem acum ca, in decursul timpului, un eveniment neprevazut se va petrece pe aceasta ruta. Este posibil ca nodul 2 sa fie scos din reṭea, sa nu mai fie funcṭional sau intre nodul 1 ṣi 2 sa fie plasata o bariera precum un zid de beton. Acest lucru nu impiedica funcṭionarea intregului sistem. Zigbee va detecta automat faptul ca ruta nu mai este valabila ṣi va cauta o soluṭie alternatva precum cea din figura de mai jos.

Figura 4 Topologie Mesh pentru o reṭea ZigBee in care una dintre legaturi cade[1]

Pe langa folosirea unei topologii de tip mesh, ZigBee vine ṣi cu o tehnica de broadcast fiabila pentru distribuirea mesajelor catre mai multe noduri din reṭea. ZigBee ofera ṣi multicasting, o tehnica ce deschide posibilitatea transmiterii unui mesaj catre orice grup de noduri. Ca ṣi varianta de rezerva in ceea ce priveṣte tehnicile de routare, ZigBee ofera o routare pe baza de arbore pentru a augmenta folosirea topologiei mesh ZigBee in sisteme limitate din punct de vedere al RAM-ului disponibil.

ZigBee ofera de asemenea mesaje ACK end-to-end automate. Aplicaṭia sursa va ṣti daca un anumit pachet a fost recepṭionat sau nu de catre nodul vizat. Deoarece am menṭionat posibilitatea unor retransmisii, ZigBee va filtra toate pachetele duplicat sosite la recepṭie.

1.2 ZigBee - Rentabil

In ziua de astazi, ZigBee poate fi considerat destul de ieftin. Se preconizeaza ca in anii ce vor urma aceasta tehnologie va deveni din ce in ce mai ieftina. Tabelul urmator este elocvent din acest punct de vedere.

Cele mai multe iteme din tabel sunt rezultate in urma combinarii MCU ṣi radio. Aceste soluṭii cu un singur chip costa in jur de 3-5 USD. Unul dintre iteme, Freescale MC13203, este un dispozitiv radio independent ar poate fi combinat cu orice MCU sau CPU. Ultimele doua iteme, Digi International Xbee ṣi Panasonic PAN 802154 HAR00 sunt module complete, gata de ambalare ṣi certificate. Tot ce mai trebuie facut este conectarea unor baterii AA sau AAA, adaugarea unui senzor sau actuator, amplasarea intr-o incinta de plastic ṣi produsul este gata pentru a fi expediat.

Aceste preṭuri sunt pentru vanzari en-detail. Vanzarile in cantitaṭi mai mari vor reduce preṭul cu aproximativ 1 USD. Pe masura ce competiṭia pe segmentul de piaṭa al 802.14 devine mai acerba, preṭurile vor fi coborate din ce in ce mai mult. S-au facut previziuni in care segmentul de piaṭa 802.14 va figura preṭuri de aproximativ 1 USD pentru vanzarile in cantitaṭi mai mari pentru urmatorii 3-5 ani. Dar costul scazut al ZigBee nu depinde doar de costul scazut al siliciului. Lasand la o parte costurile scazute ale MCU, procesul de dezvoltare al aplicaṭiilor pentru ZigBee este iefin ṣi din alte considerente:

Folosirea benzii de 2.4 GHz pentru distrbuṭia pe mapamond;

Existenṭa instituṭiilor de certificare cu expertiza in domeniul 802.14 ṣi ZigBee;

Existenṭa vendorilor de modul ce furnizeaza placi ZigBee gata pentru utilizare;

Tehnologia de la baza acesteia nu este supusa conflictelor provenite din violarea pantentarilor;

Solicita doar medii de dezvoltare cu cost redus;

Disponibilitatea experṭilor ZigBee pentru consultanṭa;

Existenṭa Profilurilor de Aplicaṭie pentru interoperabilitate.

Dispozitivele 802.14 pot fi facute ṣi pentru banda de 2.4 GHz dar ṣi pentru cea de 915 MHz. Dispozitivele in banda de 2.4 GHz pot fi expediate pe tot mapamodul, fara licenṭa pentru acea banda. Banda de 915 MHz este valabila fara licenṭa in America de Nord, Europa, Israel ṣi Noua Zeelanda. In oricare dintre cazuri ne-am afla, benzile folosite trebuie sa fie certificate de catre guvern pentru a asigura faptul ca ele nu vor interfera cu alte produse.

Unele companii ofera certificare guvernamentala la un preṭ destul de convenabil, aceasta certificare incluzand ṣi certificare FCC in Statele Unite, certificare IC in Canada ṣi certificare CE in Europa. Altele ofera certificare ZigBee precum NTS ṣi TUV.

Un alt factor ce reduce costurile, disponibil pentru ZigBee deoarece ZigBee este un standard internaṭional, este disponibilitatea modulelor. Un modul este un computer cu un MCU ṣi o soluṭie de radio frecvenṭa ZigBee. Vendorii de module, precum Digi International, Panasonic sau LS Research, furnizeaza module precertificate ZigBee, gata pentru a efectua comunicari imediat ce au fost scoase din cutie. Folosind aceasta abordare, singur cost ce apare este acela al software-ului folosit, ṣi chiar ṣi acesta poate fi redus folosind programele de proba care vin impreuna cu kiturile ZigBee sau folosind modulele integrade de software. Un alt aspect ce menṭine costul scazut al ZigBee este atenta selectare a tehnologiilor nepatentate efectuata de Alianṭa ZigBee. ZigBee foloseste o criptare AES pe 128 de biṭi pentru securitate. Acest standard nu are o licenṭa asociata ṣi poate fi folosit gratuit pe tot mapamondul. ZigBee foloseste de asemenea AODV, un algoritm de routare pentru reṭelele mesh, in domeniul public. Noii membrii ai Alianṭei ZigBee trebuie sa semneze o declaraṭie in ceea ce priveṣte licenṭele in zona de interes a ZigBee pentru a evita situaṭii in care un membru foloseṣte o tehnologie pantentata intr-o specificaṭie aflata in curs de dezvoltare.

Deobicei, mediul de dezvoltare este ieftin iar kiturile se pot cumpara pentru sume ce se invart in jurul cifrei de 1500 USD, incluzand compilatorul, stiva ZigBee ṣi toate documentaṭiile ṣi uneltele software necesare pentru a dezvolta aplicaṭii ZigBee.

Datorita Alianṭei ZigBee, multe cunoṣtinṭe de expertiza pot fi gasite sub forma companiilor de consultanṭa sau a companiilor de formare profesionala, care au rolul de a economisi timpul staff-ului de dezvoltare. Timpul pe care in are la dispoziṭie un dezvoltator poate fi cea mai mare problema pe care acesta o are iar reducerea acestuia poate duce la scaderea semnficativa a costurilor.

Profilurile de Aplicaṭie au fost dezvoltate de asemenea de Alianṭa ZigBee. Aceste profile descriu modul de interacṭiune al dispozitivelor ZigBee ṣi cum anume interacṭioneaza acestea cu alte dispozitive de diferite tipuri ṣi din anumite sectoare de piaṭa. De exemplu, profilul denumit Home Automation descrie cum anume comutatoarele controleaza luminile, cum anume un senzor de temperatura trimite datele catre un termostat ṣi cum anume acel termostat controleaza unitatea de incalzire sau racire - aerul condiṭionat. Un standard bine definit economiseṣte timp ṣi bani atunci cand produsele in curs de dezvoltare trebuie sa interopereze cu alṭi furnizori.

1.3 ZigBee - Capabil de a avea un consum foarte scazut de putere

Cand afirmam ca ZigBee inseamna consum redus de putere ne referim la faptul ca echipamentele dintr-o reṭea ZigBee pot funcṭiona pe perioade foarte indelungate, de ordinul anilor, pe o singura pereche de baterii de tip AA. In funcṭie de aplicaṭie, aceste echipamente pot funcṭiona pe intreaga perioada de operabilitate a bateriilor. Acest lucru inseamna ca daca prin absurd am pune bateriile pe un raft, la temperatura camerei, neconectate la vre-un circuit, acestea iṣi vor fi consumat energia in acelaṣi ritm ca ṣi in situaṭia in care ele ar fi furnizat energia pentru o reṭea ZigBee - de obicei undeva in jurul a cinci ani. Acest lucru nu inseamna ca echipamentele ZigBee nu consuma putere, ci doar inseamna ca, in condiṭiile unui management corect al puterii, echipamentele pot funcṭiona pentru o perioada foarte lunga de timp. Comparand acest timp cu timpul de funcṭionare efectiva oferit de bateria unui laptop - de ordinul orelor in cel mai bun caz - se observa o diferenṭa enorma. De asemenea, comparand acest timpu cu perioada oferita de bateria unui telefon celular intre doua reincarcari, in special cu Bluetooth activat - de ordinul zilelor in condiṭiile cele mai bune - se observa din nou o diferenṭa enorma.

Figura 5 Durata de viaṭa a bateriei pentru ZigBee [1]

Adevaratul secret al consumului redus de putere al echipamentelor ce funcṭioneaza in tehnologie ZigBee, pe langa sistemul de transmisie recepṭie ṣi microcontrollerele care pot fi puse in modul de "sleep", este acela al ciclului activ redus. Un nod dintr-o reṭea ZigBee nu necesita menṭinerea in contact constant cu restul reṭelei pentru a continua sa se afle in reṭea. Reṭelele ZigBee sunt adesea destul de tacute. Exista posibilitatea ca un senzor de temperatura sa trebuiasca sa transfere informaṭia doar o data pe ora, in condiṭiile in care temperatura din aria studiata nu se modifica brusc. Un comutator de lumina poate fi acṭionat de 10-20 de ori pe zi, poate chiar mai puṭin. Efectuand un simplu calcul de putere, se demonstreaza ca un nod ZigBee ce comunica o data la 13 secunde sau mai puṭin, atinge sau chiar depaṣeste durata de viaṭa a unei baterii.

1.4 ZigBee - Foarte securizat

In scopul securizarii reṭelei ZigBee foloseste Standardul Avansat de Criptare (AES - Advanced Encryption Standard) al Institutului Naṭional de Standarde ṣi Tehnologie (NITS - National Institute of Standards and Technology). Acest standard, AES-128, este un cifru bloc care cripteaza ṣi decripteaza pachete printr-o modalitate ce este foarte greu de spart. Aceasta este una dintre cele mai cunoscute ṣi cele mai respectate standarde. Motivele pentru care acest standard a fost adoptat ṣi de ZigBee sunt urmatoarele:

Este un standard recunoscut internaṭional;

Este un standard de incredere;

Nu necesita licenṭa;

Este implementabil pe un procesor pe 8 biṭi.

ZigBee ofera atat criptare, proces care inseamna faptul ca pachetele nu pot fi inṭelese prin ascultarea transmisiunii cu ajutorul unor noduri ce nu cunosc o cheie de criptare valida, cat ṣi autentificare, proces ce impiedica un nod plasat cu intenṭii maliṭioase sa injecteze pachete false de informaṭie in reṭeaua ZigBee. Nodurile ce vor recepta aceasta informaṭie de la un nod neautentificat o vor neglija.

1.5 ZigBee - Un standard deschis la nivel global

Din orice punct de vedere am privii, ZigBee este global, ZigBee este deschis ṣi ZigBee este standardizat. ZigBee foloseste ca ṣi fundament IEEE 802.14, specificaṭie pentru nivelele fizic si MAC. IEEE defineste un standard fiabil radio in banda de 2.4 GHz, banda ce poate fi folosita la nivel mondial.

Specificaṭia ZigBee a fost dezvoltata de catre Alianṭa ZigBee, un corp de standardizare cu peste 250 de companii membre de pe fiecare continent (cu excepṭia Antarcticii - insa Alianṭa ZigBee este inca in cautari pentru o companie care sa participe de pe acel continent).

Alianṭa ZigBee pune accent pe testarea in vederea compatibilitaṭii intre diferiṭii furnizori. Pentru ca furnizorii sa primeasca certificarea de compatibilitate ZCP (ZigBee Compliant Platform), ei trebuie sa treaca printr-un test riguros. Alianṭa ZigBee gazduieṣte cu regularitate aṣa numitele ZigFest-uri care incurajeaza furnizorii ZigBee sa se intruneasca ṣi sa verifice faptul ca stivele ṣi aplicaṭiile lor sunt interoperabile.

Pe langa compatibilitatea nivelelor stivelor, ZigBee defineste compatibilitatea nivelului de aplicaṭie prin asa numitele Profile de Aplicaṭie. Aceste Profile de Aplicaṭie descriu cum anumite obiecte ale aplicaṭiei se conecteaza ṣi conlucreaza precum un comutator ṣi luminile afiliate sau o telecomanda ṣi televizorul corespunzator. Profilele de Aplicaṭie specifica de asemenea o testare pentru verificarea compatibilitaṭii intre aplicaṭiile de la diferiṭi furnizori.

De fapt, o reṭea ZigBee trebuie sa aiba produse de la mai multi furnizori care sa coopereze ṣi sa interopereze. O reṭea dintr-o locuinṭa oarecare poate arata precum cea din figura urmatoare.

Figura 6 Exemplu de mai mulṭi furnizori prezenṭi intr-o casa automatizata [1]

Printr-o singura atingere, telecomanda va diminua intensitatea luminilor Philips (ṣi va le va ajusta astfel incat sa creeze o atmosfera mai calduroasa sau mai puṭin calduroasa - dupa gust sau situaṭie), va cobori jaluzelele produse de firma Somfy Glystro, va da drumul televizorului Panasonic wide-screen ṣi DVD player-ului Sony ṣi va da drumul filmului ce se doreṣte a fi vizionat. Fiecare dintre aceste echipamente conṭine radiouri ZigBee de la diferiṭi furnizori: Freescale, Texas Instruments, Renesas, Ember sau ST Microelectronics.

Ulterior daca locuitorii casei vor dori sa plece in oraṣ, o singure apasare a unui buton intitulat spre exemplu "Plecam in oraṣ" de pe comutatorul de lumina din stanga imaginii va inchide toate echipamentele cu 30 de secunde dupa ce senzorii de miṣcare din casa vor fi detectat ultima miṣcare. Toate aceste operaṭii se vor desfasura automat. Toate aceste servicii vor fi posibile datorita echipamentelor wireless ZigBee.

2 ZigBee inseamna rata scazuta de date

Pentru a obṭine un cost redus ṣi un consum de putere redus, ṣi ṭinand cont de segmentul de piaṭa cizat de ZigBee, Alianṭa ZigBee a decis sa propuna un protocol bazat pe o rata de date scazuta. ZigBee foloseste transcieverele IEEE 802.14, care in banda de 2.4 GHz comunica folosindu;se de cei 250 kilobiṭi pe secunda oferiṭi. Insa ṭinand cont de retransmisiile ce pot aparea, de criptare ṣi de decriptare, de protocolul mesh folosit, tranzitul real de informaṭie este mai degraba mai aproape de 25 kbs. Transcieverele sunt half-duplex, acest lucru insemnand ca ele ori transmit, ori recepṭioneaza informaṭii, niciodata nu pot face aceste doua operaṭii simultan. Acest fapt limiteaza inca o data transferul efectiv de date. Radiourile trebuie sa imparta canalele disponibile cu alte reṭele (poate chiar in tehnologie ZigBee sau alte reṭele wireless). Reṭelele zigbee pot avea pana la 16 canale in banda de 2.4 GHz, fiecare canal fiind separat de 5 MHz. Fiecare canal este fizic separat de celelalte canale dar ZigBee trebuie sa funcṭioneze in medii unde numarul de reṭele poate fi destul de mare - spre exemplu apartamentele dintr-un bloc. Transcieverele ZigBee impart spectrul de 2.4 GHz cu alte tehnologii wireless precum WiFi sau Bluetooth, unele telefoane fara fir, chiar ṣi unele cuptoare cu microunde. Pentru a co-exista cu aceste tehnologii ZigBee a ales calea ratei de date scazute fiind un protocol foarte silenṭios.

In ziua de astazi, nu exista stive ZigBee bazate pe standardul IEE 802.14 care sa lucreze in banda de 915 MHz. Acest lucru nu va mai fi de actualitate in momentul in care se va adopta standardul IEEE 802.14b, standard ce are rate de date mai mari decat 40kbps, rata la care radiourile din banda de 915 MHz comunica in prezent. Rata de transfer ZigBee este in mod obiṣnuit de 25 de kilobiṭi pe secunda.