Беспроводная персональная связь ZigBee

ZigBee — стандарт для набора высокоуровневых протоколов связи, использующих небольшие, маломощные цифровые приёмопередатчики, основанный на стандарте IEEE 802.15.4 для беспроводных персональных сетей, таких как, беспроводные наушники. ZigBee предназначен для радиочастотных устройств, где необходима длительная работа от батареек и безопасность передачи данных по сети[3].

Рисунок 16 — Умный дом с технологией ZigBee.

Области применения стандарта (см. рисунок 16):

домашняя автоматизация;

рациональное использование энергии (ZigBee Smart Energy 1.0/2.0);

автоматизация коммерческого строительства;

телекоммуникационные приложения;

медицинское оборудование;

беспроводные игрушки.

Существуют три различных типа устройств ZigBee.

Координатор ZigBee (ZC) — наиболее ответственное устройство, формирует пути древа сети и может связываться с другими сетями. В каждой сети есть один координатор ZigBee. Он хранит информацию о настройках сети, выступает как доверенный центр и хранит ключи безопасности.

Маршрутизатор ZigBee (ZR) — может выступать в качестве промежуточного маршрутизатора, передавая данные с других устройств.

Конечное устройство ZigBee (ZED) — предназначено для обмена информацией только с материнским узлом (координатором, или маршрутизатором), поэтому не может получать данные с других устройств. Это позволяет ему большую часть времени пребывать в спящем состоянии, что позволяет экономить энергоресурс батарей. ZED требует минимальное количество памяти и поэтому стоит дешевле в производстве, чем ZR или ZC.

Основные характеристики представлены в таблице 4.

Таблица 4 – Основные характеристики технологии ZigBee.

Название	Стандарт	Назначение	Скорость передачи данных	Радиус действия	Частота
ZigBee	802.15.4	Персональная локальная сеть	от 20 до 250 Кбит/с	1—100 м	2,4 ГГц (16 каналов), 915 МГц (10 каналов), 868 МГц (один канал)

Сотовая связь

Сотовая связь — это вид радиосвязи, в основе которого лежит сотовая сеть. Ключевая особенность заключается в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций. Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть. На идеальной (ровной и без застройки) поверхности зона покрытия одной базовой станции представляет собой круг, поэтому составленная из них сеть, имеет вид шестиугольных ячеек (сот).

Сеть составляют разнесённые в пространстве приёмопередатчики, работающие в одном и том же частотном диапазоне, и коммутирующее оборудование, позволяющее определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одного приёмопередатчика в зону действия другого (см. рисунок 17).

Рисунок 17 – Организация сотовой связи.

Стандарты сотовой связи для беспроводных сетей.

LTE — стандарт беспроводной высокоскоростной передачи данных для мобильных телефонов и других терминалов, работающих с данными. Он основан на GSM/EDGE и UMTS/HSPA сетевых технологиях, увеличивая пропускную способность и скорость за счёт использования другого радиоинтерфейса вместе с улучшением ядра сети[1].

Радиус действия базовой станции LTE зависит от мощности излучения и теоретически не ограничен, а максимальная скорость передачи данных зависит от радиочастоты и удалённости от базовой станции. Теоретический предел для скорости в 1 Мбит/сек — от 3,2 км (2600 МГц) до 19,7 км (450 МГц).

Диапазон 1800 МГц — наиболее используемый в мире, он сочетает в себе высокую емкость и относительно большой радиус действия (6,8 км).

Спецификация LTE позволяет обеспечить скорость загрузки до 326,4 Мбит/с, скорость отдачи до 172,8 Мбит/с, а задержка в передаче данных может быть снижена до 5 миллисекунд. LTE поддерживает полосы пропускания частот от 1,4 МГц до 20 МГц и поддерживает как частотное разделение каналов, так и временное разделение.

WiMAX — телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов).

WiMAX сети состоят из следующих основных частей: базовых и абонентских станций, а также оборудования, связывающего базовые станции между собой, с поставщиком сервисов и с Интернетом.

Для соединения базовой станции с абонентской используется высокочастотный диапазон радиоволн от 1,5 до 11 ГГц. В идеальных условиях скорость обмена данными может достигать 70 Мбит/с, при этом не требуется обеспечения прямой видимости между базовой станцией и приёмником.

Между базовыми станциями устанавливаются соединения (прямой видимости), использующие диапазон частот от 10 до 66 ГГц, скорость обмена данными может достигать 140 Мбит/c. При этом, по крайней мере, одна базовая станция подключается к сети провайдера с использованием классических проводных соединений. Однако, чем большее число БС подключено к сетям провайдера, тем выше скорость передачи данных и надёжность сети в целом.

Структура сетей семейства стандартов IEEE 802.16 имеет схожесть с традиционными GSM сетями (базовые станции действуют на расстояниях до десятков километров, для их установки не обязательно строить вышки — допускается установка на крышах домов при соблюдении условия прямой видимости между станциями)[6].

Взаимодействия в сетях

Типы подключения

Процессы способствуют взаимодействию между людьми, устройствами и данными. Выделяют три типа подключений.

Подключения M2M

Подключения «машина-машина» (M2M) происходят, когда данные передаются по сети от одного устройства к другому. К устройствам относятся:

– датчики,

– роботы,

– компьютеры и мобильные устройства.

Часто подключения M2M называют интернетом вещей.

Наиболее известный тип связи M2M — это телеметрия, используемая для передачи показателей производительности, собранных путем мониторинга аппаратуры в удаленных местах. Продукты со встроенными функциями коммуникации М2М нередко заявлены как «интеллектуальные».

Например, подключенный автомобиль, который отправляет сигнал о том, что водитель скоро прибудет домой, чтобы домашняя сеть отрегулировала температуру и освещение в доме, — это подключение M2M.

Подключения M2P

Подключения «машина-человек» (M2P) происходят, когда информация передается между машиной (например, компьютером, мобильным устройством или цифровым знаком) и человеком. Если человек получает информацию от базы данных или руководит комплексным анализом, то это подключение M2P. Подключения M2P способствуют перемещению, управлению и отчетности данных от устройств, чтобы люди принимали обоснованные решения. Действия, выполняемые людьми, исходя из обоснованных решений, завершают петлю обратной связи.

Существуют разные технологии M2P — от автоматизированных систем оповещения клиентов, основанных на определённых критериях срабатывания, до усовершенствованных панелей мониторинга, которые способствуют визуализации аналитических сведений. Также люди могут выполнять более сложные операции типа M2P, в том числе изучать и анализировать полученные данные, а также определять способ представления информации сотрудникам, ответственным за принятие решений.

Подключения P2P

Подключения «человек-человек» (P2P) происходят, когда информация передается от одного человека другому. Все чаще подключения P2P осуществляются посредством видео, мобильных устройств и социальных сетей. Зачастую такие подключения P2P называют совместной работой.

Подключения P2P характеризуются совместными решениями, которые задействуют новые и существующие сетевую инфраструктуру, устройства и приложения. Эти оптимизированные и безопасные сетевые платформы обеспечивают передачу голоса, видео и данных в едином представлении между любыми конечными и мобильными устройствами в обоих направлениях.