INFORME DE LABORATORIO

PRÁCTICA 1

ZIGBEE

NELSON RIOS

JAHIRA ROJAS

PROFESOR

DAVID GOEZ

INSTITUTO METROPOLITANO ITM

MEDELLIN

2014

MARCO TEÓRICO

ZigBee es un estándar que define un conjunto de protocolos para el armado de redes inalámbricas de corta distancia y baja velocidad de datos. Opera en las bandas de 868 MHz, 915 MHz y 2.4 GHz y puede transferir datos hasta 250Kbps.

Este estándar fue desarrollado por la Alianza ZigBee, que tiene a cientos de compañías desde fabricantes de semiconductores y desarrolladores de software a constructores de equipos OEMs e instaladores. Esta organización sin fines de lucro nace en el año 2002. Desarrolla un protocolo que adopta al estándar IEEE 802.15.4 para sus 2 primeras capas, es decir la capa física (PHY) y la subcapa de acceso al medio (MAC) y agrega la capa de red y de aplicación.

La idea de usar una conexión inalámbrica para controlar sensores y adquirir datos tiene muchos años. Existen numerosas soluciones propietarias usadas en domótica pero el gran inconveniente que tienen es la incompatibilidad entre sensores, controles y equipos de procesamiento de datos que obliga a hacer pasarelas (gateways) para interconectar dispositivos de diferentes marcas.

El estándar ZigBee fue diseñado con las siguientes especificaciones:

Ultra bajo consumo que permita usar equipos a batería Bajo costo de dispositivos y de instalación y mantenimiento de ellos. Alcance corto (típico menor a 50 metros). Optimizado para ciclo efectivo de transmisión menor a 0.1 % Velocidad de transmisión menor que 250 kbps. Típica: menor que 20 kbps

Existen muchos estándares que se pueden usar en redes de corto alcance tales como el 802.11 y Bluetooth. Cada uno de estos está desarrollado para una clase de aplicación determinada. ZigBee es el estándar más aceptado hoy para usar en redes de sensores y actuadores que deban operar a batería.

HERRAMIENTAS

Un computador. Dos módulos ZigBee Serie 2, PRO O Z2B Dos tarjetas de programación Software X-CTU

PRÁCTICA

Para empezar, se configuran los módulos utilizando comandos AT.

Se conectan ambos módulos al computador y se abre una ventana de X-CTU por módulo. Se debe tener en cuenta que en cada ventana van a listarse todos los puertos seriales identificados por el software, por lo que se selecciona uno diferente en cada ventana.

Para verificar que los módulos hayan sido reconocidos debidamente se presiona el botón Test Query.

Ahora iniciamos la terminal, desde la pestaña Terminal. Y para iniciar comunicación con cada módulo se ingresa en la ventana de comandos los caracteres “+++”, esperamos respuesta y ejecutamos los demás comandos AT.

A través de los comandos anteriores podemos obtener información de cada módulo como se describe a continuación:

ATMY Dirección del módulo ZigBee ATID ID de la conexión que se va a crear ATCH Canal asignado ATDB Este comando reporta la potencia en –dBm con que se recibió el último

paquete. ATDL Dirección baja ATDH Dirección alta ATND Descubre dispositivos asociados a la red. AT%V Este comando reporta el voltaje presente en el pin VCC (1200/1024)

Para pasar a unidades mV.

Para iniciar transmisión entre los dos módulos debemos primero escoger una función para cada uno de ellos. En éste caso uno será el Coordinador AT y el otro será un Router AT.

Teniendo lo anterior iniciamos transmisión entre los dos módulos

Ahora vamos a configurar los módulos en modo API.

Para enviar un mensaje de un dispositivo a otro se construye la trama API, teniendo en cuenta los parámetros indicados que permitan el ensamblaje de la trama de forma adecuada para envió y recepción. Todas las tramas API contienen un comando que identifica el tipo de trama y la respuesta que genera, identificando el nombre de la trama y la respuesta de está. El módulo Zigbee de MaxStrim soporta los siguientes frame:

A través de tramas API, se ejecutan los mismos comandos AT utilizados anteriormente.

Y ahora vamos a enviar una trama con la palabra “Nelson” desde un módulo a otro

¿Cuáles son las posibles aplicaciones de esta tecnología?Sus aplicaciones de monitoreo y control por lo que encaja perfectamente en el mercado de la automatización de edificios, cuidado de salud personal, control industrial e iluminación, control comercial y actualmente se ha añadido la medición automatizada y las telecomunicaciones.

¿Cuáles son las frecuencias asignadas a este estándar?868 MHz, 915 MHz y 2.4 GHz

Indique cuantos canales se definen para este estándar, ancho de banda y frecuencia central de cada canal.El estándar 802.15.4 define una banda de frecuencias sobre la cual operar: 868 MHz, 915 MHz y 2.4 GHz. Tomando como ejemplo la de 2.4GHZ, el estándar especifica 16 canales (denominados del 11 al 26), que están separados cada 5MHz, desde 2405 hasta 2480MHz (frecuencia central).

Canal Frecuencia central (MHz)

11 240512 241013 241514 242015 242516 243017 243518 244019 244520 245021 245522 246023 246524 247025 247526 2480

Indique la capacidad máxima de dispositivos que puede soportar una red Zigbee y las topologías que permite implementar.

La serie 1, con los nombres: XBee 802.15.4 y XBee-PRO 802.15.4, manejan topologías de red punto a punto, punto-multipunto e igual a igual (per to per). Actualmente DIGI ha desarrollado la serie 2 la cual aparte de manejar las topologías de red mencionadas también maneja redes tipo malla.

¿Qué diferencia hay entre el modo de funcionamiento por comandos AT y API?

Si el modo API es más complejo, ¿para qué sirve?

Las operaciones API están disponibles como una alternativa de operación transparente. API requiere que la comunicación con el módulo se haga a través de una interfaz estructurada (los datos se comunican en tramas en un orden definido). API especifica cómo se envían y reciben (desde el módulo) comandos, respuestas de comandos y mensajes de status del módulo usando una trama de dato UART.

Explique una red domótica diseñada bajo el protocolo IEEE 802.15.4

Si no se quiere que se asocien más dispositivos a la red, ¿qué se puede hacer?

Para impedir que a la red se asocien más dispositivos se puede establecer un PAN ID, y distribuirlo a los equipos que se desea conectar. De ésta manera los equipos que contengan un PAN ID diferente no podrán conectarse a la red.

Usando un analizador de espectro observe la banda de frecuencia usada por el 802.15.4 en Colombia, explique lo observado y compare con la capa PY del protocolo.

Referencias

http://postgrado.info.unlp.edu.ar/Carreras/Especializaciones/ Redes_y_Seguridad/Trabajos_Finales/Dignanni_Jorge_Pablo.pdf, Septiembre de 2014