आरटीएलएस सिस्टम की नेटवर्क संरचना

ZigBee नेटवर्क की मुख्य विशेषताओं की चर्चा जारी रखने से पहले, मैं एक छोटी टिप्पणी डालना चाहता हूं।
जो मैंने पिछले विषय में लिखा था और इस पर जारी रखने का इरादा ZigBee प्रो फ़ीचर सेट 2006 मानक को 2007 में स्वीकृत किया गया था। इस विनिर्देश में पहले से ही सभी बुनियादी सुविधाएँ शामिल हैं जो ZigBee नेटवर्क को विभिन्न प्रयोजनों के लिए सेंसर नेटवर्क बनाने के लिए सबसे पसंदीदा विकल्प हैं, और अर्थात्:
1) स्व-संगठन और स्व-चिकित्सा,
2) संरचनात्मक लचीलापन - विभिन्न टोपोलॉजी के नेटवर्क बनाने की क्षमता - तारा, वृक्ष, जाल नेटवर्क,
3) आवेदन की आवश्यकताओं के आधार पर, मार्ग एल्गोरिदम का चयन करने की क्षमता,
4) अनुप्रयोग मानकीकरण तंत्र - आवेदन प्रोफाइल, क्लस्टर, समापन बिंदु, बाइंडिंग,
5) लचीला सुरक्षा तंत्र,
6) कम बिजली की खपत,
7) तैनाती, रखरखाव और आधुनिकीकरण में आसानी।

लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि जीवन रुक गया है।
2008 में वापस, IP पर आधारित होम एरिया नेटवर्क (HAN) के संचालन को सुनिश्चित करने के लिए, ZigBee गठबंधन ने अपने मानक - स्मार्ट एनर्जी 2.0 प्रोफाइल के विस्तार पर काम शुरू किया। प्रोफ़ाइल में IP- संगत मानकों के आधार पर किसी भी ट्रांसपोर्ट लेयर के लिए सपोर्ट शामिल है, जिसमें ZigBee IP और अन्य ट्रांसमिशन टेक्नॉलॉजी शामिल हैं - रेडियो फ्रीक्वेंसी और पॉवर वायरिंग - पॉवर लाइन कारियर (PLC)।


प्रोफ़ाइल ZigBee और अन्य नेटवर्क प्रौद्योगिकियों के बीच अंतर प्रदान करता है। ZigBee Alliance इंटरनेट प्रोटोकॉल (IP) की एक नेटवर्क लेयर विकसित कर रहा है, जिसे ZigBee IP कहा जाता है, और यह 6LoWPAN तकनीक (कम ऊर्जा वाले वायरलेस पर्सनल एरिया नेटवर्क पर IPv6) पर आधारित है। स्मार्ट ऊर्जा 2.0 प्रोफ़ाइल के नवीनतम कार्यशील संस्करण (ड्राफ्ट 0.9) की सार्वजनिक चर्चा 25 अगस्त, 2012 को समाप्त हुई। निकट भविष्य में अंतिम संस्करण की उम्मीद है।
लेकिन अब ऐसे कई नेटवर्क उपकरण हैं जो उदाहरण के लिए ZigBee IP का समर्थन करते हैं:


ज़िगबी गेटवे - ईथरनेट


ज़िगबी गेटवे - वाईफाई - ईथरनेट


ZigBee - यूएसबी एडाप्टर /




ZigBee गेटवे - ईथरनेट + CSS RTLS इंटरफ़ेस
डिवाइस के अपेक्षाकृत बड़े आयामों को इस तथ्य से समझाया जाता है कि यह धूल और एक जलरोधी आवास में बना है और इसमें 8 घंटे के संचालन के लिए एक अंतर्निहित बिजली की आपूर्ति है। ईथरनेट इंटरफ़ेस इलेक्ट्रिकल या ऑप्टिकल - वैकल्पिक हो सकता है। अधिक जानकारी यहाँ: www.rtlsnet.ru/products/product/4

वैसे, स्मार्ट एनर्जी का मतलब इस तेजी से विकसित हो रहे मानक का एकमात्र विस्तार नहीं है, फिर भी आप ZigBee नेटवर्क से संबंधित कई दिलचस्प विषय पा सकते हैं, लेकिन अब "हमारी भेड़ों के लिए वापस।" हम ZigBee की मूलभूत विशेषताओं की चर्चा जारी रखते हैं, जहां से हमने छोड़ा था - प्रोटोकॉल स्टैक से। मैं आंकड़ा दोहराता हूं:



ZigBee प्रोटोकॉल स्टैक

ZigBee प्रोटोकॉल स्टैक

ZigBee प्रोटोकॉल स्टैक में चार परतें होती हैं: APL - एप्लीकेशन लेयर, NWK - नेटवर्क लेयर, MAC - मीडियम एक्सेस लेयर, और PHY - फिजिकल लेयर। हमेशा की तरह, उच्च प्रोटोकॉल लोअर की सेवाओं का उपयोग करते हैं।
अनुप्रयोग परत और नेटवर्क परत को ZigBee विनिर्देश द्वारा नियंत्रित किया जाता है, निचली परतें - MAC और PHY IEEE 802.15.4 द्वारा विनियमित होती हैं।

APL एप्लीकेशन लेयर में Application Framework, ZigBee Device Object (ZDO), और Application Support Sublayer (APD) शामिल हैं।
एप्लिकेशन फ़ार्म प्रोफ़ाइल बनाने की प्रक्रिया का वर्णन करता है और मानक डेटा प्रकार, डिस्क्रिप्टर, फ़्रेम प्रारूप और मुख्य जोड़ी मानों को परिभाषित करता है, और इसमें एप्लिकेशन ऑब्जेक्ट भी शामिल हैं (डिवाइस में उनमें से 240 तक हो सकते हैं)।
एप्लिकेशन ऑब्जेक्ट सॉफ़्टवेयर मॉड्यूल हैं जो एंडपॉइंट पर ज़िगबी उपकरणों को नियंत्रित करते हैं। जब हम एप्लिकेशन प्रोफ़ाइल, समापन बिंदु, क्लस्टर और बाइंडिंग को देखते हैं, तो हम इस बारे में अधिक बात करेंगे।
ZigBee डिवाइस ऑब्जेक्ट (ZigBee Device Object - ZDO) यह निर्धारित करता है कि डिवाइस ZigBee नेटवर्क में क्या भूमिका निभाता है: समन्वयक, राउटर या एंड डिवाइस। ZDO
अनुरोधों में शामिल होने के लिए आरंभ और प्रतिक्रिया करता है, और उपकरणों के बीच सुरक्षित संचार भी स्थापित करता है।
जेडीओ प्रबंधन प्लेन (जेडडीटीएस मैनेजमेंट प्लेन) एपीएस और एनडब्ल्यूके सुबल के साथ जेडडीएस संचार का समर्थन करता है, जेडडीटीएस को नेटवर्क एक्सेस के लिए आवेदन अनुरोधों को संसाधित करने और सुरक्षा सुनिश्चित करने की अनुमति देता है।
एप्लीकेशन सपोर्ट सबलेयर (एपीएस)। वह अनुप्रयोगों को डेटा प्रदान करने के लिए जिम्मेदार है, नेटवर्क कनेक्शन का प्रबंधन करता है और एक तालिका में कनेक्शन के बारे में डेटा संग्रहीत करता है।
सुरक्षा सेवा प्रदाता (SSP) डिवाइस ऑब्जेक्ट द्वारा कॉन्फ़िगर किया गया है और एन्क्रिप्टेड परतों के लिए सुरक्षा तंत्र प्रदान करता है - NWK और APS।

नेटवर्क लेयर (NWK) मैक लेयर कॉल के लिए नेटवर्क एड्रेस और रूटिंग प्रोसेस करता है। इसके अलावा, एनडब्ल्यूके नेटवर्क शुरू करता है यदि डिवाइस समन्वयक है; नेटवर्क पते असाइन करता है नेटवर्क उपकरणों को जोड़ता है और हटाता है मार्गों के संदेश; सुरक्षा नीति लागू करता है; मार्गों की खोज करता है।

मीडियम एक्सेस कंट्रोल लेयर (मैक) परत पड़ोसियों के साथ विश्वसनीय संचार प्रदान करती है, टकरावों को हल करने में मदद करती है और दक्षता में सुधार करती है। परत डेटा पैकेट को असेंबल करने और विघटित करने के लिए जिम्मेदार है।

द फिजिकल लेयर (PHY) एक रेडियो इंटरफेस प्रदान करता है। भौतिक परत में दो परतें शामिल हैं जो अलग-अलग आवृत्ति रेंज में काम कर रही हैं। एक स्तर में यूरोप के लिए 868 मेगाहर्ट्ज और संयुक्त राज्य अमेरिका और ऑस्ट्रेलिया के लिए 915 मेगाहर्ट्ज शामिल हैं। दूसरा 2.4 GHz की आवृत्ति पर काम करता है और लगभग पूरे विश्व में इसका उपयोग किया जाता है।

पहुँच बिंदु
ZigBee प्रोटोकॉल स्टैक के तत्वों के बीच संचार सेवा पहुंच बिंदु (SAP) के माध्यम से किया जाता है, जैसा कि आंकड़े में दिखाया गया है।

स्टैक प्रोफ़ाइल

स्टैक प्रोफाइल नेटवर्क पैरामीटर सेट करता है - इसका प्रकार (टोपोलॉजी), आकार, समर्थित रूटिंग एल्गोरिदम, एप्लिकेशन सेवाएं, राउटिंग टेबल के आकार और एप्लिकेशन बाइंडिंग, सुरक्षा सेटिंग्स, आदि। एक विशेष ZigBee नेटवर्क के स्टैक प्रोफाइल को एप्लिकेशन की बारीकियों के आधार पर नेटवर्क डिजाइनर (प्रशासक) द्वारा क्रमादेशित किया जाता है।
उदाहरण के लिए, नेटवर्क टोपोलॉजी तीन मापदंडों द्वारा निर्धारित की जाती है: अधिकतम नेटवर्क गहराई (nwkMaxDepth), राउटर चाइल्ड कनेक्शन (nwkMaxChildren) की अधिकतम संख्या और चाइल्ड राउटर कनेक्शन की अधिकतम संख्या (nwkMaxRouters)। ZigBee नेटवर्क की सटीक संरचना उपकरणों के स्थान और नेटवर्क के गठन के समय रेडियो तरंगों के प्रसार पर निर्भर करती है और इसलिए इसे अनिर्दिष्ट रूप से पूर्व निर्धारित नहीं किया जा सकता है। लेकिन स्टैक प्रोफाइल के उल्लिखित पैरामीटर नेटवर्क संरचना पर कुछ प्रतिबंध लगाते हैं।
उदाहरण के लिए, यदि किसी विशेष अनुप्रयोग में उपकरणों को भौतिक रूप से एक लाइन (कन्वेयर या पावर लाइन पोल के साथ) में स्थित होना चाहिए, तो यह रैखिक संरचना प्राप्त करने के लिए पैरामीटर nwkMaxChildren = 1 और nwkMaxRouters - 1 को निर्दिष्ट करने के लिए पर्याप्त है। मान nwkMaxDepth> 1, और nwkMaxRouters> 0 एक ट्री संरचना देगा, और nwkMaxDepth = 1 और nwkMaxRouters = 0 एक स्टार देगा।

तार की जाली

एक जाल नेटवर्क में, प्रत्येक राउटर कम से कम दो अन्य लोगों से जुड़ा होता है और किसी दिए गए मार्ग के साथ तत्काल पड़ोसियों के संदेशों को प्रसारित कर सकता है। चित्रा 3 एक जाल नेटवर्क का एक उदाहरण दिखाता है जिसमें एक समन्वयक, पांच राउटर और तीन एंडपॉइंट डिवाइस शामिल हैं।
एक जाल नेटवर्क में, प्रत्येक डिवाइस किसी भी अन्य डिवाइस के साथ सीधे या मध्यवर्ती उपकरणों के माध्यम से संचार कर सकता है, अर्थात मल्टी-हॉप संचार का उपयोग कर।
मल्टी-स्टेप ट्रांसमिशन क्षमता नेटवर्क सर्वाइवल (आत्म-चिकित्सा) को बनाए रखने में मदद करती है। यदि कोई उपकरण विफल हो जाता है, तो हस्तक्षेप के कारण अनुपलब्ध हो जाता है, या बस रिबूट होता है, तो पैकेट को शेष उपकरणों के माध्यम से रूट किया जाता है।



ज़िगबी मेश

ZigBee नेटवर्क पर रूटिंग

ZigBee नेटवर्क कई रूटिंग एल्गोरिदम का उपयोग करते हैं। अनुमत एल्गोरिदम का चयन स्टैक प्रोफ़ाइल में प्रोग्राम किया जाता है, जो नेटवर्क के उद्देश्य पर निर्भर करता है। अनुमति की संख्या से एक विशिष्ट एल्गोरिथ्म का चयन स्वचालित रूप से होता है, जो नेटवर्क की स्थिति और वर्तमान स्थितियों पर निर्भर करता है।
डिमांड डिस्टेंस वेक्टर (AODV) एल्गोरिथ्म में तदर्थ ZigBee नेटवर्क में मुख्य एल्गोरिथ्म है। इस मामले में "स्रोत" (I) से "पता" (ए) तक के मार्ग की खोज निम्नानुसार होती है (आंकड़ों द्वारा सचित्र):
चरण 1 - स्रोत एक प्रसारण "ए के लिए मार्ग अनुरोध" भेजता है।


चरण 2 - प्रत्येक डिवाइस जो रूट अनुरोध प्राप्त करता है, अपनी रूटिंग तालिका में एक प्रविष्टि करता है और अनुरोध को प्रसारण में प्रसारित करता है, जिसमें पेलोड में इसका रिकॉर्ड भी शामिल है। रिकॉर्ड अनुरोध के प्रेषक से "प्राप्तकर्ता के लिए तार्किक दूरी" इंगित करता है। "तार्किक दूरी" (LR) अनुरोध के प्रेषक और रिसीवर के बीच संचार की गुणवत्ता को ध्यान में रखता है। निम्नांकित अनुरोधों को प्राप्त करते हुए, निम्नलिखित उपकरणों ने पैकेट में अपना रिकॉर्ड जोड़ दिया और इसे और प्रसारित किया। प्रत्येक चरण के साथ "तार्किक दूरी" बढ़ती है। यह तब तक जारी रहता है जब तक कि अनुरोध गंतव्य ए तक नहीं पहुंच जाता। एक जाल नेटवर्क में, अनुरोध कई तरीकों से गंतव्य तक पहुंचता है। जाहिर है, प्रश्नों में दर्ज "तार्किक दूरियां" अलग हो जाती हैं।




चरण 3 - गंतव्य ए उस डिवाइस पर प्रतिक्रिया भेजता है जिससे पैकेट न्यूनतम "तार्किक दूरी" के साथ आया था। यह उपकरण पैकेट के साथ भी ऐसा ही करता है, और जब तक कि यह उत्तर स्रोत I तक नहीं पहुंच जाता है। जवाब को पहले अनुरोध के साथ पारित इष्टतम (न्यूनतम "तार्किक दूरी" पथ) के साथ लौटा दिया जाएगा।



चरण 4 - उत्तर, इष्टतम पथ के साथ लौट रहा है, स्रोत और गंतव्य ए से पैकेट संचारित करने के लिए सीधे मार्ग की एक तालिका बनाता है।



वर्णित एल्गोरिथ्म सार्वभौमिक है और आपको सर्वोत्तम मार्गों को चुनने की अनुमति देता है। हालांकि, इसके कार्यान्वयन के लिए रूट तालिकाओं को संग्रहीत करने के लिए महत्वपूर्ण मात्रा में डिवाइस मेमोरी की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, शाखाओं वाले नेटवर्क में मार्गों की खोज करने के लिए महत्वपूर्ण नेटवर्क ट्रैफ़िक की आवश्यकता होती है।
इसलिए, ZigBee नेटवर्क में एक वैकल्पिक एल्गोरिदम लागू किया गया है, जो मेमोरी को बचाने की अनुमति देता है। एल्गोरिथ्म इस तथ्य पर आधारित है कि ZigBee में नेटवर्क पते पदानुक्रमित रूप से वितरित किए जाते हैं। एओडीवी एल्गोरिथ्म का उपयोग करके रूट करने की क्षमता के साथ संपन्न डिवाइस, और थकाऊ मार्ग क्षमताओं के साथ डिवाइस, पदानुक्रमित रूटिंग का उपयोग कर सकते हैं - कम कुशल, लेकिन काफी व्यावहारिक।

पदानुक्रमित मार्ग
ZigBee नेटवर्क बनाते समय, समन्वयक, और फिर संलग्न राउटर, पदानुक्रमित क्रम में चाइल्ड डिवाइस को एड्रेस रेंज असाइन करते हैं। नतीजतन, प्रत्येक डिवाइस यह निर्धारित कर सकता है कि अग्रेषित पैकेट का प्राप्तकर्ता पता उसकी "बच्चे" शाखाओं में से किसी से संबंधित है या नेटवर्क के किसी अन्य भाग में स्थित है। तदनुसार, डिवाइस पैकेट को बाल डिवाइस में स्थानांतरित कर सकता है, जिसमें पता सीमा होती है जिसमें प्राप्तकर्ता का पता, या ऊपर शामिल होता है।
नीचे दिए गए आंकड़े में उदाहरण के लिए, पैकेट को स्रोत और ए से भेजा जाता है। हालांकि, ऊपर दिए गए मामले के विपरीत, डिवाइस 4 में रूट टेबल के लिए पर्याप्त मेमोरी नहीं है। गंतव्य A के लिए इष्टतम मार्ग नहीं जानते हुए, डिवाइस 4 पदानुक्रमित मार्ग का उपयोग करता है और पैकेट को "डिवाइस" पर भेजता है। इसके बाद, पैकेट को समन्वयक K को प्रेषित किया जाता है, जो इसे A पते पर भेजता है।
पदानुक्रमित रूटिंग सरल है और राउटिंग टेबल के लिए मेमोरी की आवश्यकता नहीं है। यह कम लागत वाले उपकरणों को अनुमति देता है जिनके पास ZigBee नेटवर्क में भाग लेने के लिए रूटिंग टेबल नहीं है। इस एल्गोरिथ्म का नुकसान यह है कि यह पैकेट पथ का विस्तार करता है, भले ही स्रोत और गंतव्य के बीच सीधा संबंध हो।




पदानुक्रमित मार्ग

एग्रीगेटर को रूटिंग (कई से एक)
कई वायरलेस अनुप्रयोगों में, एक एग्रीगेटर डिवाइस होता है जो अन्य नेटवर्क उपकरणों से डेटा एकत्र करता है। ट्रैफ़िक को बचाने के लिए, ZigBee PRO विनिर्देश एक विशेष प्रसारण मार्ग अनुरोध प्रदान करता है। एग्रीगेटर द्वारा निर्देशित, यह क्वेरी आपको प्राप्तकर्ता के रूप में एग्रीगेटर के साथ नेटवर्क के सभी राउटर के राउटिंग टेबल में रिकॉर्ड बनाने की अनुमति देती है।

स्पष्ट रूटिंग।
स्पष्ट मार्ग के साथ, पूरे पैकेट पथ को प्रेषक द्वारा सीधे पैकेट में इंगित किया गया है। मार्ग को बचाने के लिए, पैकेज को आंशिक रूप से संकेत दिया जा सकता है।
स्पष्ट रूटिंग आपको कम-लागत वाले उपकरणों की एक श्रृंखला के माध्यम से पैकेटों को अग्रेषित करने की अनुमति देता है जो रूटिंग टेबल को स्टोर नहीं करते हैं, लेकिन पेलोड को कम करते हैं, इसलिए स्पष्ट मार्ग के साथ मार्ग की लंबाई पांच नोड्स तक सीमित है।

मैं अब यहां रुकूंगा। अगले विषय में, मैं एप्लिकेशन प्रोफाइल, क्लस्टर, एंडपॉइंट, बाइंडिंग के साथ-साथ सुरक्षा तंत्र के बारे में थोड़ी बात करूंगा।