La estructura de la pila de protocolos Zigbee se compone de una serie de bloques de protocolos denominados «capas». Cada capa proporciona un conjunto específico de servicios a la capa superior. El portal de datos proporciona servicios de transmisión de datos, mientras que el portal de gestión proporciona todos los demás servicios. Cada interfaz de servicio intercambia datos con la capa superior a través de la interfaz SAP (punto de acceso al servicio), y cada SAP admite una serie de primitivas de servicio.
La pila de protocolos Zigbee se basa en el estándar OSI (Interconexión de Sistemas Abiertos), pero solo define las capas necesarias. Se compone principalmente de la capa física (PHY), la capa de acceso al medio (MAC), la capa de red y la capa de marco de aplicaciones. En la figura se muestra el diagrama del marco. De entre ellas, la capa PHY y la capa MAC adoptan el estándar de protocolo IEEE 802.15.4.
1. Capa de red Zigbee
La capa de red Zigbee se utiliza principalmente para la conexión en red, la gestión de datos y la seguridad de la red de área personal inalámbrica (WPAN) Zigbee. La capa de red debe ser funcionalmente compatible con el estándar IEEE 802.15.4, y la capa superior también debe proporcionar las interfaces funcionales adecuadas.
1. Funciones principales de la capa de red Zigbee:
En cuanto a la capa de red, las principales funciones que desempeña y proporciona son las siguientes:
(1) Generar paquetes de datos de la capa de red: cuando la capa de red recibe paquetes de datos de la subcapa de aplicación, los analiza y, a continuación, les añade la cabecera correspondiente de la capa de red para su transmisión a la capa MAC.
(2) Función de enrutamiento de la topología de red: La capa de red proporciona la función de enrutamiento de paquetes de datos. Si el nodo de destino del paquete es este mismo nodo, el paquete de datos se envía a la subcapa de aplicación. En caso contrario, el paquete se reenvía al siguiente nodo de la tabla de enrutamiento.
(3) Configurar los parámetros de un nuevo dispositivo: la capa de red puede configurar los protocolos adecuados, como designar un nuevo coordinador e iniciar el establecimiento de la red o incorporarse a una red ya existente.
(4) Crear la red PAN
(5) Conexión a la red PAN o salida de la misma: La capa de red puede ofrecer la función de conectarse a la red o desconectarse de ella. Si el nodo es un coordinador o un enrutador, también puede exigir a los nodos secundarios que se desconecten de la red.
(6) Asignación de la dirección de red: si este nodo es un coordinador o un enrutador, la dirección de red del punto de bytes conectado al nodo la controla la capa de red.
(7) Detección de nodos vecinos: La capa de red puede detectar y mantener la información sobre los nodos vecinos de la red.
(8) Establecer el enrutamiento: La capa de red proporciona funciones de enrutamiento.
(9) Control de la recepción: La capa de red puede controlar el tiempo de recepción y el estado del receptor.
2. Estructura de la capa de red Zigbee
Con el fin de proporcionar una interfaz para la capa de aplicación, la capa de red ofrece dos entidades de servicio funcionales: la entidad de servicio de datos NLDE y la entidad de servicio de gestión NLME. La NLDE proporciona servicios de transmisión de datos a la capa de aplicación a través de NLDE-SAP, y la NLME proporciona servicios de gestión de red a la capa de aplicación a través de NLME-SAP. Además, la NLME también se encarga del mantenimiento y la gestión de la base de información de red (NIB).
2. Capa de aplicación de Zigbee
La capa del marco de aplicaciones Zigbee proporciona principalmente una serie de modelos de marco de aplicaciones para la aplicación práctica de la tecnología Zigbee, con el fin de facilitar el desarrollo y la aplicación de dicha tecnología. En función de las distintas situaciones de aplicación, los marcos de desarrollo y aplicación varían. Desde el punto de vista actual, los marcos de aplicación proporcionados por los distintos fabricantes presentan diferencias. La capa de aplicación de Zigbee incluye la subcapa de soporte de aplicaciones (APS), el marco de aplicación (AF) y el objeto de dispositivo Zigbee (ZDO). En conjunto, proporcionan una interfaz unificada para los desarrolladores de aplicaciones.
1. Subcapa de soporte de aplicaciones (APS)
Funciones principales de la capa APS:
(1) Procesamiento de la unidad de datos de protocolo (APDU) de la capa APS.
(2) APSDE proporciona un mecanismo de transmisión de datos entre entidades de aplicación dentro de la misma red.
(3) APSME ofrece diversos servicios a los objetos de aplicación, entre los que se incluyen servicios de seguridad y dispositivos de enlace, y mantiene una base de datos de objetos de gestión, lo que solemos denominar AIB.
2. Marco de aplicaciones AF
El Marco de Aplicaciones ofrece un espacio de actividad tipo plantilla para cada objeto de aplicación definido por el usuario y proporciona a cada objeto de aplicación dos servicios: el servicio KVP (pares clave-valor) y el servicio MSG (mensajes) para la transmisión de datos.
Además de la dirección IEEE de 64 bits y la dirección de red de 16 bits, cada nodo proporciona también una dirección de entrada de la capa de aplicación de 8 bits, que se corresponde con el objeto de la aplicación del usuario. El punto final 0 es la interfaz ZDO, los puntos finales del 1 al 240 son definidos por el usuario para el uso de objetos, el punto final 255 es la dirección de difusión y los puntos finales del 241 al 254 están reservados para uso futuro. Cada aplicación se corresponde con un perfil. El archivo de configuración incluye: el identificador del dispositivo, el identificador del clúster de transacciones (clusterID), el identificador de atributo (Attribute ID), etc. AF puede utilizar esta información para determinar el tipo de servicio.
3. Objeto de dispositivo Zigbee (ZDO)
ZDO es un punto final especial de la capa de aplicación. Actúa como middleware para que otros puntos finales de la capa de aplicación interactúen con las entidades de gestión de la subcapa de aplicación. Las principales funciones que ofrece son las siguientes:
(1) Inicializar la subcapa de soporte de aplicaciones y la capa de red.
(2) Descubrir nodos y funciones de los nodos. En una red sin balizas, un nodo que se incorpora solo es visible para su nodo padre. Los demás nodos pueden utilizar la función ZDO para determinar la topología general de la red y las funciones que puede proporcionar ese nodo.
(3) Gestión del cifrado de seguridad: incluye principalmente la creación y el envío de claves de seguridad, que han sido autorizadas de forma segura.
(4) Función de mantenimiento de la red.
(5) Gestión de enlaces: La función de enlace la proporciona la subcapa de soporte de aplicaciones, pero la gestión de dicha función corre a cargo de ZDO, que determina el tamaño de la tabla de enlaces, el inicio y la cancelación de los enlaces, etc. .
(6) Gestión de nodos: Para los coordinadores de red y los enrutadores, ZDO ofrece una serie de funciones de gestión de nodos, tales como la supervisión de la red, la obtención de información sobre enrutamiento y enlaces, y la puesta en marcha del proceso de salida de la red.
ZDO es, en realidad, un punto final situado entre el punto final de la capa de aplicación y la subcapa de soporte de la aplicación, y sus funciones principales se centran en la gestión y el mantenimiento de la red. Los puntos finales de la capa de aplicación pueden obtener información sobre la red u otros nodos a través de las funciones que ofrece ZDO, incluyendo la topología de la red, las direcciones de red y el estado de otros puntos, los tipos de otros puntos y los servicios que prestan.
En la actualidad, entre las empresas nacionales e internacionales capaces de ofrecer soluciones ZigBee se encuentran TI, Jennic, ST, Atmel, Freescale, etc. De entre ellas, TI ofrece las soluciones técnicas más completas. La pila de protocolos ZigBee proporciona un conjunto completo de implementaciones de funciones para el protocolo ZigBee, desde el procesamiento de señales del hardware subyacente hasta la lectura de datos y el procesamiento de mensajes en la capa del sistema. Los desarrolladores de aplicaciones no necesitan comprender el proceso de procesamiento de señales del hardware subyacente ni la estructura organizativa del hardware. La ventaja es que se acelera el desarrollo de aplicaciones conectadas a Internet, lo que permite que los productos lleguen al mercado más rápidamente. Palabras clave: RTU 4G con buena relación calidad-precio
