Отчет по практической работе №2 «Визуализация спецификации беспроводной сети» - файл

приобрести
скачать (89.9 kb.)


Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Средства связи и информационная безопасность»


Отчет


по практической работе №2

«Визуализация спецификации беспроводной сети»

по дисциплине

«Линии радиосвязи и методы их защиты»

Выполнил: студент гр. ЗИС – 161

Айтбатыров Б.А.

Проверил: преп. Никонов В.И.

Омск 2020


Практическая работа 2

Визуализация спецификации беспроводной сети

Цель: Знакомство с принципами организации беспроводных сетей.

Тема: ZegBee



Рис. 1 Логотип ZegBee

Zigbee — спецификация сетевых протоколов верхнего уровня — уровня приложений APS (англ. applicationsupportsublayer) и сетевого уровня NWK, — использующих сервисы нижних уровней — уровня управления доступом к среде MAC и физического уровня PHY, регламентированных стандартом IEEE 802.15.4. Zigbee и IEEE 802.15.4 описывают беспроводные персональные вычислительные сети (WPAN). Спецификация Zigbee ориентирована на приложения, требующие гарантированной безопасной передачи данных при относительно небольших скоростях и возможности длительной работы сетевых устройств от автономных источников питания (батарей).



Рис. 2 Модуль Zigbee

Основная особенность технологии Zigbee заключается в том, что она при малом энергопотреблении поддерживает не только простые топологии сети («точка-точка», «дерево» и «звезда»), но и самоорганизующуюся и самовосстанавливающуюся ячеистую (mesh) топологию с ретрансляцией и маршрутизацией сообщений. Кроме того, спецификация Zigbee содержит возможность выбора алгоритма маршрутизации в зависимости от требований приложения и состояния сети, механизм стандартизации приложений — профили приложений, библиотека стандартных кластеров, конечные точки, привязки, гибкий механизм безопасности, а также обеспечивает простоту развертывания, обслуживания и модернизации.

Типовые области приложения:

  1. Домашние развлечения и контроль — рациональное освещение, продвинутый температурный контроль, охрана и безопасность, фильмы и музыка.

  2. Домашнее оповещение — датчики воды и энергии, мониторинг энергии, датчики задымления и пожара, рациональные датчики доступа и переговоров.

  3. Мобильные службы — мобильные оплата, мониторинг и контроль, охрана и контроль доступа, охрана здоровья и телепомощь.

  4. Коммерческое строительство — мониторинг энергии, HVAC, света, контроль доступа.

  5. Промышленное оборудование — контроль процессов, промышленных устройств, управление энергией и имуществом.

Существуют три различных типа устройств Zigbee.

  1. Координатор Zigbee (ZC) — наиболее ответственное устройство, формирует пути дерева сети и может связываться с другими сетями. В каждой сети есть один координатор Zigbee. Он и запускает сеть от начала. Он хранит информацию о сети, выступает как доверенный центр и хранит ключи безопасности.

  2. Маршрутизатор Zigbee (ZR) — может выступать в качестве промежуточного маршрутизатора, передавая данные с других устройств. Он также может запускать функцию приложения.

  3. Конечное устройство Zigbee (ZED) — его функциональная нагруженность позволяет ему обмениваться информацией с материнским узлом (или координатором, или с маршрутизатором), он не может передавать данные с других устройств. Такое отношение позволяет узлу львиную часть времени пребывать в спящем состоянии, что позволяет экономить энергоресурс батарей. ZED требует минимальное количество памяти, и поэтому может быть дешевле в производстве, чем ZR или ZC.

Сетевые протоколы

Стандарты IEEE 802.15.4 и ZigBee 2007 Specification определяют стандартизированные протоколы, которые обеспечивают сетевую инфраструктуру, необходимую для беспроводных сетевых приложений с большим числом датчиков и исполнительных механизмов.

IEEE 802.15.4 определяет физический и MAC уровни, а ZigBee определяет сетевой уровень и уровень приложений.



Рис.3 Стек протоколов ZigBee

Стек протоколов ZigBee

Спецификация ZigBee регламентирует стек протоколов взаимодействия узлов сети, в котором протоколы верхних уровней используют сервисы, предоставляемые протоколами ниже лежащих уровней.

Уровень приложений (APL) состоит из фермы приложений (ApplicationFramework), объекта устройства ZigBee (ZD0) и подуровня поддержки приложений (APS).

Ферма приложений (ApplicationFramework ) содержит описание порядка создания профилей в стеке ZigBee, гарантирующего их совместимость, а также определяет:

  1. стандартные типы данных для профилей,

  2. дескрипторы, помогающие в обнаружении служб,

  3. форматы кадров для транспортировки данных и

  4. значения пар ключей.

Это позволяет быстро разрабатывать простые профили на основе атрибутов.

Объекты приложений (ApplicationObjects) – программные модули, управляющие устройствами ZigBee в конечных точках. Одна базовая станция ZigBee может поддерживать до 240 объектов приложений. Объекты приложений поддерживают конечные точки, пронумерованные от 1 до 240. Конечная точка 0 зарезервирована для объекта устройства ZigBee (ZD0).

Объектустройства ZigBee (ZigBee Device Object – ZD0):

  1. определяет роль устройства ZigBee: координатор, маршрутизатор или конечное устройство;

  2. инициирует запросы поиска и присоединения и/или отвечает на такие запросы;

  3. устанавливает безопасную связь между устройствами ZigBee.

Он также предоставляет богатый набор команд управления, определяемых в профиле устройства ZigBee (используются при вводе в эксплуатацию).

План управления ZD0 (ZD0 ManagementPlane) поддерживает связь ZD0 с подуровнем поддержки приложений (APS) и сетевым уровнем (NWK). Позволяет ZD0 обрабатывать запросы приложений на доступ к сети и обеспечение безопасности, используя сообщения профиля устройства ZigBee (ZigBeeDeviceProfile – ZDP).

Подуровеньподдержкиприложений (Application Support Sublayer – APS). Отвечает за предоставление данных приложениям и профилям устройства ZigBee. Подуровень также управляет присоединениями в сети ZigBee и хранит данные о таких присоединениях в своей таблице.

Поставщик услуг безопасности (SecurityServiceProvider – SSP) обеспечивает механизмы безопасности для уровней, использующих шифрование – NWK и APS. Инициируется и конфигурируется объектом устройства ZD0.

Сетевой уровень (NetworkLayer – NWK) обрабатывает сетевые адреса и маршрутизацию по вызовам MAC уровня. В его задачи также входят:

  1. запуск сети (если устройство является координатором);

  2. присвоение сетевых адресов;

  3. добавление и удаление сетевых устройств;

  4. маршрутизация сообщений;

  5. применение политики безопасности;

  6. осуществлениепоискамаршрутов.

Типысетей

Одной из важных особенностей сетей ZigBee является возможность выбора топологии сети, в наибольшей мере отвечающей конкретному применению. Точная структура сети ZigBee в большинстве случаев не может быть заранее предопределена, так как зависит от взаимного расположения устройств и прохождения радиоволн во время формирования сети. Однако три упомянутых параметра профиля стека будут диктовать общую структуру (топологию) сети.

Например, если приложение имеет устройства, физически расположенные в линию (например, вдоль конвейера), установка параметров nwkMaxChildren=1 и nwkMaxRouters=1 создаст линейную структуру, как показано на рисунке 4.



Рис. 4 Линейная топология сети

Параметры профиля стека для древовидной сети, изображенной на рис. 4, приведены выше. Топология «звезда» может быть достигнута путем установки nwkMaxDepth=1 и nwkMaxRouters=0.

Гибкость сетевых структур ZigBee, настраиваемых в соответствии с областью применения, наилучшим образом проявляется в ситуациях, когда большинство других сетей оказываются непригодны.

Топология ячеистой сети

Наиболее перспективной в сети ZigBee является ячеистая топология (mesh-топология). 

Ячеистая сеть – это сеть взаимосвязанных маршрутизаторов и конечных устройств, в которой каждый маршрутизатор имеет, по крайней мере, две связи и может транслировать сообщения своих соседей. Как показано на рис. 3, ячеистая сеть состоит из одного координатора и нескольких маршрутизаторов и конечных устройств.

В такой сети каждое устройство может связываться с любым другим устройством как напрямую, так и через промежуточные узлы сети. Ячеистая топология поддерживает «многошаговую» (multi-hop) связь, при которой данные проходят шагами от одного устройства к другому, используя наиболее надежные линии связи и наиболее эффективные маршруты, пока не достигнут цели.

Способность к многошаговой передаче помогает обеспечить живучесть сети (способность к самовосстановлению). Если одно из устройств отказывает или оказывается под воздействием помех, сеть способна перемаршрутизироваться, используя оставшиеся устройства.


Рисунок 3. Ячеистая сеть ZigBee

Принципиальное отличие сетей ZigBee от других беспроводных сетей, таких как IEEE 802.11/WiFi, в том, что вместо централизованной звездообразной структуры сети ZigBee допускают иерархию присоединения к сети. В результате может быть достигнуто несколько уровней присоединения. Такая иерархия устройств служит для создания истинно беспроводных сетей.

Для сравнения, IEEE 802.11/WiFi предлагает технологию точки беспроводного доступа: беспроводное подключение производится между, скажем, ноутбуком или телевизором и точкой доступа, которая не является беспроводным маршрутизатором. Поэтому далее поток данных направляется на провода (например, по проводной сети к другим проводным устройствам или к другой точке беспроводного доступа). Сеть ZigBee способна доставлять пакеты полностью по беспроводной сети через несколько промежуточных беспроводных устройств.

Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации