Apresentação sobre a Tecnologia ZigBee

7/23/2019 Apresentação sobre a Tecnologia ZigBee

http://slidepdf.com/reader/full/apresentacao-sobre-a-tecnologia-zigbee 1/41

Seminário Redes Sem Fio

18/08/2015 1/41

A tecnologia ZigBee

Aluno: João Paulo Andrade



Introdução; O padrão IEEE 802.15.4 O ZigBee;

Exemples de Aplicações; Aplicação prática; Conclusões;

18/08/2015 2/41



18/08/2015 3/41

O que é o ZigBee?

Fig. 1: O que é ZigBee? Retirado de [7]



18/08/2015 4/41

O que é o ZigBee?

ZigBee é um padrão definido por uma aliança deempresas de diferentes segmentos do mercado,chamada "ZigBee Alliance". Este protocolo foiprojetado para permitir comunicação sem fioconfiável, com baixo consumo de energia ebaixas taxas de transmissão para aplicações demonitoramento e controle. Para implementar ascamadas MAC (Medium Access Control) e PHY

(Physical Layer) o ZigBee utiliza a definição802.15.4 do IEEE, que opera em bandas defrequência livres.



18/08/2015 5/41

Fig. 2: ZigBee Alliance. Retirado de [7]



18/08/2015 6/41

Características:

Diferentes frequências de operação e taxa dedados: 868 MHz e 20Kbps (Europa); 915 MHze 40Kbps (América do Norte); 2.4 GHz e 250

Kbps (World Wide); Um mesmo nó pode executar diferentes

papéis em uma mesma rede; São possíveis as configurações em diversas

topologias de rede; Habilidade de se auto-organizar e auto-

reestruturar – self-organizing e self-healing;


http://slidepdf.com/reader/full/apresentacao-sobre-a-tecnologia-zigbee 7/4118/08/2015 7/41

Características:

Permite um número elevado de dispositivosconectados à rede (máximo de 65535dispositivos por cada dispositivo

coordenador); Alta durabilidade da bateria dos dispositivos; Interoperabilidade, ou seja, a capacidade de

se comunicar de forma transparente com

outros sistemas



O padrão 802.15.4 é o responsável pelaimplementação das duas camadas mais baixas datecnologia ZigBee, enquanto que a ZigBee Alliancetrabalhava nas camadas superiores.

Fig. 3: Modelo OSI do ZigBee. Retiradode [3]



A camada Física (PHY) Como nas outras tecnologias de comunicação sem

fio, os objetivos principais dessa camada são oespalhamento espectral do sinal, odesespalhamento espectral, a modulação e a

demodulação do sinal.



A camada MAC (Medium Acess Control) A camada MAC controla o acesso aos canais de

comunicação. É responsável pela validação dosdados, pela sincronização e provê serviços para ascamadas superiores.



Posicionamento do padrão ZigBee nomercado de tecnologia "Wireless“:

Fig. 4: O ZigBee em comparação comoutras redes Wireless. Retirado de [4]



18/08/2015 12/41

Comparativo com Bluetooth



18/08/2015 13/41

Módulos ZigBee da Digi Internacional, comparativo:

Fig. 5: Tabela comparativa entre algunsZigBee comercializados. Retirado de [3]



18/08/2015 14/41

Tipos de Dispositivo:

O padrão IEEE define para as redes ZigBee dois tipos dedispositivos: os de função reduzida (RFD - Reduced FunctionDevice), e os de função completa (FFD - Full Function Device).

Dispositivos FFD são aqueles aptos a funcionarem emqualquer um dos modos de operação do padrão:coordenador, roteador ou dispositivo final. Podem secomunicar tanto com outros FFD quanto com dispositivosRFD.

Os dispositivos RFD, por sua vez, são dispositivos que sópodem se comunicar com dispositivos FFD. Dessa forma ficaclaro que esses dispositivos poderão atuar apenas como end-pointings da rede. São dispositivos mais simples e de menorcusto, visando um consumo de energia ainda mais reduzido.



18/08/2015 15/41

Função Lógica: Coordenador

Fig. 6: Coordenador em uma redeZigBee. Retirado de [4]



18/08/2015 16/41

Função Lógica: Roteador

Fig. 7: Roteador em uma rede ZigBee.Retirado de [4]



18/08/2015 17/41

Função Lógica: Dispositivos Finais.

Fig. 8: Dispositivo dinal em uma redeZigBee. Retirado de [4]



18/08/2015 18/41

Função Lógica:

Fig. 9: funções lógicas em uma redeZigBee. Retirado de [4]



18/08/2015 19/41

Topologias Estrela:

Fig. 10: Topologia Estrela. Retirado de[3]



18/08/2015 20/41

Topologias Malha:

Fig. 11: Topologia Malha. Retirado de[3]



18/08/2015 21/41

Topologias Árvore:

Fig. 12: Topologia Árvore. Retirado de[3]



18/08/2015 22/41

Modelo de Simulação no Matlab/Simulink

Fonte:http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/36258-modulation---demodulation-in-zigbee

Fig. 13: Modelo no Simulink deSimulação do ZigBee. Retirado de [8]



18/08/2015 23/41

Modelo de Simulação no Matlab/Simulink

Fig. 14: Modelo em blocos no Simulinkde Simulação do ZigBee. Retirado de [9]



18/08/2015 24/41

Gráfico de BER em função de Eb/No para uma modulação OQPSK em

AWGN:

Utilizadaa ferramenta

BERTOOLdo Matlab.

Fig. 15: Gráfico da BER em função de Eb/No para

modulação OQPSK em um canal AWGN.



18/08/2015 25/41

Fig. 16: Aplicações com ZigBee.



18/08/2015 26/41

Monitoramento de Temperatura eAcionamento de LED’s usandoZigBee, Arduino e C#



18/08/2015 27/41

Artigo usado como Referência: Título Original:AVR Based Temperature Monitoring and Controlling Using

ZigBee in Matlab

Autores:Ankita Gupta, Sharmelee Thangjam - Panjab University;

Ano da Publicação:2012

Fonte:International Journal of Engineering Research

Technology (IJERT)



18/08/2015 28/41

Objetivos:

Monitoramento contínuo de temperatura eexecução de tomadas de decisão de acordo com osdados adquiridos.

Prover a possibilidade de controle manual eautomático. Desenvolvimento de uma interface Windows. Transmissão de dados em tempo real serialmente

para o PC para serem apresentados na forma degráficos.



18/08/2015 29/41

Lado do Transmissor:

Fig. 17: Blocos do Modelo do Transmissor.



18/08/2015 30/41

Lado do Transmissor:

Fig. 18: Implementação Real do Transmissor.



18/08/2015 31/41

Componentes do Lado do Transmissor:

Microcontrolador Arduino Uno; Sensor de Temperatura LM-35; Arduino Shield para ZigBee; Módulo ZigBee; Fonte de Alimentação; Leds para acionamento.



18/08/2015 32/41

Lado do Receptor

Fig. 19: Modelo de Blocos para o Receptor.



18/08/2015 33/41

Lado do Receptor

Fig. 20: Implementação Real do Receptor.



18/08/2015 34/41

Componentes do Lado Receptor:

Módulo ZigBee; Computador Pessoal;

Adaptador ZigBee-Usb.



18/08/2015 35/41

Sequência de Passos:

Tensão no sensor deve ser convertida para um valor digitalusando o conversor analógico do microcontrolador ArduinoUno;

A comunicação serial é feita com um baud rate de 9600 bps eos dados são passados para o módulo ZigBee em modoRouter, essa configuração como modo Router ou Coordinatoré feita utilizando o software X-CTU, da própria DigiInternacional;

O ZigBee Router passa os dados para o ZigBee Coordinator; O ZigBee Coordinator recebe os dados; O adaptador Zigbee-Usb passa serialmente os dadosrecebidos com um baud rate de 9600 bps; A aquisição de dados é feita pela interface com o usuário

desenvolvida em C#;



18/08/2015 36/41

Interface com o usuário:

Fig. 21: Interface com o Usuário.



18/08/2015 37/41

Programa recebendo os dados do ZigBee:

Fig. 22: Interface com o Usuário aquisitandodados e enviando comandos.



18/08/2015 38/41

O ZigBee é o ideal para utilização em redes de sensores

sem fio;

Apresenta baixo consumo de energia, podendo sua

bateria variar desde de meses a anos;

Apresenta baixa taxa de transmissão 250kbps;

Pelo que foi implementado, apresenta pouca literatura

comparado com outras tecnologias, porém seu uso foi

simples.



[1] KINNEY, P. ZigBee Technology: Wireless Control that Simply Works,2003 [2] ERGEN, S. C. ZigBee/IEEE 802.15.4 Summary, 2004 [3] FARAHANI, S. ZigBee Wireless Networks and Tranceivers, Elsevier,

2008. [4]http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialzigbee/pagina_1.asp ,

visitado em 14/08/2015.

[5] http://www.gta.ufrj.br/grad/10_1/zigbee/index.html, visitado em13/08/2015. [6] GUPTA, A., Thangjam, S. AVR Based Temperature Monitoring and

Controlling Using ZigBee in Matlab, International Journal of EngineeringResearch & Technology (IJERT), Vol. 1, Issue 3, 2012.

[7] http://www.zigbee.org/: acessado em 15/08/2015. [8]http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/36258-

modulation---demodulation-in-zigbee: acessado em 11/08/2015. [9] Khaled S. et al. Performance Evaluation of IEEE 802.15.4: Experimental and Simulation Results. Journal of Communications, Vol. 2,

Nº4, June 2007.

18/08/2015 39/41

http://www.zigbee.org/





18/08/2015 40/41

Apresentação sobre a Tecnologia ZigBee

Documents

Transcript of Apresentação sobre a Tecnologia ZigBee