Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с ZigBee )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о беспроводном протоколе. Чтобы узнать о вымышленном персонаже, см. Зигби .

Зигби
Модуль ETRX357 ZigBee с размером арт. JPG
Модуль Zigbee
Международный стандартIEEE 802.15.4
РазработанZigbee Alliance [1]
ПромышленностьПромышленность, наука, медицина и Интернет вещей
Физический диапазонОт 10 до 100 метров

Zigbee - это основанная на IEEE 802.15.4 спецификация для набора протоколов связи высокого уровня, используемых для создания персональных сетей с небольшими маломощными цифровыми радиостанциями , например для домашней автоматизации , сбора данных с медицинских устройств и других маломощных потребности в низкой пропускной способности, предназначенные для небольших проектов, которым требуется беспроводное соединение. Следовательно, Zigbee - это специализированная беспроводная сеть с низким энергопотреблением, низкой скоростью передачи данных и непосредственной близости (т. Е. Личная зона) .

Технология, определенная спецификацией Zigbee, должна быть проще и дешевле, чем другие беспроводные персональные сети (WPAN), такие как Bluetooth или более общие беспроводные сети, такие как Wi-Fi . Приложения включают в себя беспроводные переключатели света, домашние мониторы энергоснабжения , системы управления дорожным движением и другое потребительское и промышленное оборудование, которое требует низкоскоростной беспроводной передачи данных на короткие расстояния.

Его низкое энергопотребление ограничивает расстояние передачи до 10–100 метров в пределах прямой видимости , в зависимости от выходной мощности и характеристик окружающей среды. [2] Устройства Zigbee могут передавать данные на большие расстояния, передавая данные через ячеистую сеть промежуточных устройств для достижения более удаленных. Zigbee обычно используется в приложениях с низкой скоростью передачи данных, которые требуют длительного времени автономной работы и безопасных сетей (сети Zigbee защищены 128-битными симметричными ключами шифрования ). Zigbee имеет определенную скорость 250 кбит / с, что лучше всего подходит для прерывистой передачи данных от датчика. или устройство ввода.

Zigbee был задуман в 1998 году, стандартизирован в 2003 году и пересмотрен в 2006 году. Название относится к виляющему танцу медоносных пчел после их возвращения в улей. [3]

Обзор [ править ]

Zigbee - это недорогой, маломощный стандарт беспроводной ячеистой сети, предназначенный для устройств с батарейным питанием в приложениях беспроводного управления и мониторинга. Zigbee обеспечивает связь с малой задержкой. Чипы Zigbee обычно интегрируются с радиостанциями и микроконтроллерами . Zigbee работает в промышленных, научных и медицинских ( ISM ) радиодиапазонах: 2,4 ГГц в большинстве юрисдикций по всему миру; хотя некоторые устройства также используют 784 МГц в Китае, 868 МГц в Европе и 915 МГц в США и Австралии, однако даже эти регионы и страны по-прежнему используют 2,4 ГГц для большинства коммерческих устройств Zigbee для домашнего использования. Скорость передачи данных варьируется от 20 кбит / с (диапазон 868 МГц) до 250 кбит / с (диапазон 2,4 ГГц).

Zigbee основывается на физическом уровне и управлении доступом к среде, определенном в стандарте IEEE 802.15.4 для низкоскоростных беспроводных персональных сетей (WPAN). Спецификация включает четыре дополнительных ключевых компонента: сетевой уровень , уровень приложения , объекты устройств Zigbee (ZDO) и объекты приложений, определенные производителем. ZDO отвечают за некоторые задачи, включая отслеживание ролей устройств, управление запросами на присоединение к сети, а также обнаружение устройств и безопасность.

Сетевой уровень Zigbee изначально поддерживает как звездообразные, так и древовидные сети, а также общие ячеистые сети . В каждой сети должно быть одно устройство-координатор. В звездообразных сетях координатор должен быть центральным узлом. И деревья, и сетки позволяют использовать маршрутизаторы Zigbee для расширения связи на сетевом уровне. Еще одна определяющая черта Zigbee - это средства для выполнения защищенной связи, защиты создания и транспортировки криптографических ключей, фреймов шифрования и управляющего устройства. Он основан на базовой структуре безопасности, определенной в IEEE 802.15.4.

История [ править ]

Самоорганизующиеся специальные цифровые радиосети в стиле Zigbee были задуманы в 1990-х годах. Спецификация IEEE 802.15.4-2003 Zigbee была ратифицирована 14 декабря 2004 года. [4] Zigbee Alliance объявил о доступности спецификации 1.0 13 июня 2005 года, известной как спецификация ZigBee 2004 .

Кластерная библиотека [ править ]

В сентябре 2006 года была объявлена спецификация Zigbee 2006 , в результате чего стек 2004 года был отменен [5]. Спецификация 2006 года заменяет структуру пары сообщение и ключ-значение, используемую в стеке 2004 года, на кластерную библиотеку . Библиотека представляет собой набор стандартизованных команд, организованных в группы, известные как кластеры с такими именами, как Smart Energy, Home Automation и ZigBee Light Link. [6]

В январе 2017 года, Альянс ZigBee переименована в библиотеку Dotdot и объявил его как новый протокол , который будет представлен смайл ( ||: ) . Они также объявили, что теперь он будет дополнительно работать с другими типами сетей с использованием Интернет-протокола [7] и будет взаимодействовать с другими стандартами, такими как Thread . [8] С момента своего открытия Dotdot функционировал как прикладной уровень по умолчанию почти для всех устройств Zigbee.

Zigbee Pro [ править ]

Zigbee Pro, также известный как Zigbee 2007, был завершен в 2007 году. Устройство Zigbee Pro может подключаться и работать в устаревшей сети Zigbee и наоборот. Из-за различий в параметрах маршрутизации устройства Zigbee Pro должны стать конечными устройствами Zigbee без маршрутизации (ZED) в устаревшей сети Zigbee, а устаревшие устройства Zigbee должны стать ZED-устройствами в сети Zigbee Pro. [9] Он работает с использованием диапазона ISM 2,4 ГГц и добавляет полосу ниже ГГц. [10]

Сценарии использования [ править ]

Протоколы Zigbee предназначены для встроенных приложений, требующих низкого энергопотребления и допускающих низкие скорости передачи данных . В результате сеть будет потреблять очень мало энергии - отдельные устройства должны иметь срок службы батареи не менее двух лет, чтобы пройти сертификацию. [11]

Типичные области применения включают:

  • Домашняя автоматизация [12] [13]
  • Беспроводные сенсорные сети
  • Системы промышленного контроля
  • Встроенное зондирование [14]
  • Сбор медицинских данных
  • Предупреждение о задымлении и вторжении
  • Автоматизация зданий
  • Удаленная настройка беспроводного микрофона [15]

Zigbee не подходит для ситуаций с высокой мобильностью между узлами. Следовательно, он не подходит для тактических специальных радиосетей на поле боя, где требуется высокая скорость передачи данных и высокая мобильность. [ необходима цитата ] [16]

Zigbee Alliance [ править ]

Zigbee Alliance, основанная в 2002 году, представляет собой группу компаний, которые поддерживают и публикуют стандарт Zigbee. [17] Название Zigbee является зарегистрированным товарным знаком этой группы и не является единым техническим стандартом. Организация публикует профили приложений, которые позволяют нескольким OEM- производителям создавать совместимые продукты. Отношения между IEEE 802.15.4 и Zigbee [18] аналогичны отношениям между IEEE 802.11 и Wi-Fi Alliance .

За прошедшие годы количество членов Альянса выросло до более чем 500 компаний, включая Comcast, Ikea, Legrand, Samsung SmartThings и Amazon. [19] Zigbee Alliance имеет три уровня членства: усыновитель, участник и промоутер. [19] Члены-участники имеют доступ к завершенным спецификациям и стандартам Zigbee, а участники-участники имеют право голоса, играют роль в разработке Zigbee и имеют ранний доступ к спецификациям и стандартам для разработки продуктов.

Требования к членству в Zigbee Alliance создают проблемы для разработчиков свободного программного обеспечения, поскольку ежегодный взнос противоречит Стандартной общественной лицензии GNU . [20] Требования к разработчикам присоединиться к Zigbee Alliance также противоречат большинству других лицензий на бесплатное программное обеспечение. [21] Совет директоров Zigbee Alliance попросили сделать свою лицензию совместимой с GPL, но отказались. [22] Bluetooth имеет реализации под лицензией GPL. [23]

Профили приложений [ править ]

Первый профиль приложения Zigbee, домашняя автоматизация, был объявлена 2 ноября 2007 года [ править ] Дополнительные профили приложений с тех пор были опубликованы.

Спецификации Zigbee Smart Energy 2.0 определяют протокол связи на основе Интернет- протокола для мониторинга, контроля, информирования и автоматизации доставки и использования энергии и воды. Это усовершенствование спецификаций Zigbee Smart Energy версии 1. [24] Он добавляет услуги для зарядки подключаемых электромобилей , установки, настройки и загрузки микропрограмм, услуг предоплаты, пользовательской информации и обмена сообщениями, управления нагрузкой, реагирования на запросы и общих интерфейсов информации и профилей приложений для проводных и беспроводных сетей. Его разрабатывают партнеры, в том числе:

  • Форум HomeGrid, отвечающий за маркетинг и сертификацию технологий и продуктов ITU-T G.hn
  • Альянс HomePlug Powerline
  • Международное общество автомобильных инженеров SAE International
  • Альянс IPSO
  • SunSpec Alliance
  • Wi-Fi Альянс

Zigbee Smart Energy использует Zigbee IP, сетевой уровень, который маршрутизирует стандартный трафик IPv6 через IEEE 802.15.4 с использованием сжатия заголовка 6LoWPAN . [25] [26]

В 2009 году Консорциум радиочастот для бытовой электроники (RF4CE) и Zigbee Alliance договорились совместно разработать стандарт для дистанционного управления радиочастотами. Zigbee RF4CE разработан для широкого спектра продуктов бытовой электроники, таких как телевизоры и телеприставки. Он обещал множество преимуществ по сравнению с существующими решениями для дистанционного управления, включая более широкие возможности связи и повышенную надежность, расширенные функции и гибкость, совместимость и отсутствие препятствий для прямой видимости. [27] Спецификация Zigbee RF4CE использует подмножество функций Zigbee, позволяющих работать с меньшими конфигурациями памяти в недорогих устройствах, таких как дистанционное управление бытовой электроникой.

Радиооборудование [ править ]

В конструкции радиостанции, используемой Zigbee, мало аналоговых каскадов, и везде, где это возможно, используются цифровые схемы . Доступны продукты, которые объединяют радиомодуль и микроконтроллер в один модуль. [28]

Процесс квалификации Zigbee включает в себя полную проверку требований физического уровня. Все радиостанции, созданные на основе одного и того же утвержденного набора полупроводниковых масок, будут иметь одинаковые радиочастотные характеристики. Радиостанции Zigbee имеют очень жесткие ограничения по мощности и полосе пропускания. Несертифицированный физический уровень, который работает со сбоями, может увеличить энергопотребление других устройств в сети Zigbee. Таким образом, радиостанции тестируются в соответствии с инструкциями, приведенными в разделе 6 стандарта 802.15.4-2006.

Это стандартная операция определяет в нелицензионного 2.4 до 2,4835  [29] ГГц ( по всему миру), 902 до 928  МГц ( в Америке и Австралии) и 868 до 868,6 МГц (Европа) ПНМ . Шестнадцать каналов распределены в диапазоне 2,4  ГГц , разнесенных друг от друга на 5  МГц , но с использованием полосы пропускания только 2 МГц каждый. Радиостанции используют кодирование с расширенным спектром в прямой последовательности , которое управляется цифровым потоком в модулятор. Двоичная фазовая манипуляция (BPSK) используется в диапазонах 868 и 915 МГц, а квадратурная фазовая манипуляция со смещением (OQPSK), которая передает два бита на символ, используется в диапазоне 2,4 ГГц.

Необработанная скорость передачи данных по воздуху составляет 250  кбит / с на канал в диапазоне 2,4 ГГц, 40 кбит / с на канал в диапазоне 915 МГц и 20 кбит / с в диапазоне 868 МГц. Фактическая пропускная способность данных будет меньше максимальной указанной скорости передачи данных из-за служебных данных пакетов и задержек обработки. Для внутреннего применения на частоте 2,4 ГГц расстояние передачи составляет 10–20 м, в зависимости от строительных материалов, количества перегородок и выходной мощности, разрешенной в данном географическом местоположении. [30] Выходная мощность радиоприемников обычно составляет 0–20  дБмВт (1–100 мВт).

Типы устройств и режимы работы [ править ]

Есть три класса устройств Zigbee:

  • Координатор Zigbee (ZC) : наиболее мощное устройство, координатор формирует корень сетевого дерева и может подключаться к другим сетям. В каждой сети есть ровно один координатор Zigbee, поскольку это устройство, которое изначально запустило сеть (спецификация Zigbee LightLink также допускает работу без координатора Zigbee, что делает его более удобным для использования с готовыми домашними продуктами). Он хранит информацию о сети, в том числе действует как центр доверия и репозиторий для ключей безопасности. [31] [32]
  • Маршрутизатор Zigbee (ZR) : Помимо выполнения функции приложения, маршрутизатор может действовать как промежуточный маршрутизатор, передавая данные от других устройств.
  • Конечное устройство Zigbee (ZED) : содержит достаточно функций, чтобы общаться с родительским узлом (либо координатором, либо маршрутизатором); он не может передавать данные с других устройств. Эта взаимосвязь позволяет узлу находиться в спящем режиме значительную часть времени, тем самым обеспечивая длительный срок службы батареи. ZED требует наименьшего количества памяти и, следовательно, может быть дешевле в производстве, чем ZR или ZC.

Текущие протоколы Zigbee поддерживают сети с маячками и без них. В сетях без маяка используется механизм доступа к каналу CSMA / CA без временных интервалов . В этом типе сети приемники маршрутизаторов Zigbee обычно постоянно активны, что требует дополнительной мощности. Однако это позволяет создавать гетерогенные сети, в которых одни устройства принимают непрерывно, а другие передают при необходимости. Типичный пример гетерогенной сети - беспроводной выключатель света.: Узел Zigbee на лампе может постоянно получать, поскольку он надежно питается от источника питания лампы, в то время как выключатель света с батарейным питанием будет оставаться в спящем режиме до тех пор, пока выключатель не будет нажат. В этом случае коммутатор просыпается, отправляет команду на лампу, получает подтверждение и возвращается в спящий режим. В такой сети ламповый узел будет как минимум маршрутизатором Zigbee, если не координатором Zigbee; узел коммутации обычно представляет собой оконечное устройство Zigbee. В сетях с включенными маячками маршрутизаторы Zigbee периодически передают маяки, чтобы подтвердить свое присутствие другим сетевым узлам. Узлы могут спать между маяками, что продлевает срок их службы. Интервалы маяка зависят от скорости передачи данных; они могут варьироваться от 15,36 миллисекунды до 251,65824 секунды при 250  кбит / с, с 24 миллисекунд до 393,216 секунды при 40 кбит / с и с 48 миллисекунд до 786,432 секунды при 20 кбит / с. Длинные интервалы между маяками требуют точного времени, что может быть дорогостоящим для реализации в недорогих продуктах.

В общем, протоколы Zigbee минимизируют время работы радио, чтобы снизить потребление энергии. В сетях передачи маяков узлы должны быть активными только во время передачи маяка. В сетях без радиомаяков энергопотребление явно асимметрично: некоторые устройства всегда активны, а другие проводят большую часть времени в спящем режиме.

За исключением Smart Energy Profile 2.0, устройства Zigbee должны соответствовать стандарту IEEE 802.15.4-2003 для низкоскоростной беспроводной персональной сети (LR-WPAN). Стандарт определяет нижние уровни протокола - физический уровень (PHY) и часть управления доступом к среде передачи данных . Основным режимом доступа к каналу является множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий (CSMA / CA). То есть узлы общаются способом, в некоторой степени аналогичным тому, как общаются люди: узел ненадолго проверяет, не разговаривают ли другие узлы, прежде чем он начнется. CSMA / CA не используется в трех заметных исключениях:

  • Благодарности за сообщение
  • Маяки отправляются по расписанию с фиксированным временем.
  • Устройства в сетях с включенными маячками, которые имеют требования к малой задержке в реальном времени, также могут использовать гарантированные временные интервалы.

Сетевой уровень [ править ]

Основные функции сетевого уровня - обеспечить правильное использование подуровня MAC и предоставить подходящий интерфейс для использования на следующем более высоком уровне, а именно, прикладном уровне. Его возможности и структура обычно связаны с такими сетевыми уровнями, включая маршрутизацию. Функция сетевого уровня в точности такая, как звучит; Он касается сетевых функций, таких как подключение, отключение и настройка сетей. Он добавит сеть, назначит адреса, а также добавит и удалит определенные устройства. Этот слой использует топологию звезды, сетки и дерева. Он добавляет интерфейс к прикладному уровню.

С одной стороны, объект данных создает и управляет блоками данных сетевого уровня из полезной нагрузки прикладного уровня и выполняет маршрутизацию в соответствии с текущей топологией. С другой стороны, есть контроль уровня , который используется для обработки конфигурации новых устройств и создания новых сетей: он может определять, принадлежит ли соседнее устройство к сети, и обнаруживает новых соседей и маршрутизаторы. Система управления также может обнаруживать наличие приемника, что обеспечивает прямую связь и синхронизацию MAC.

Протокол маршрутизации, используемый сетевым уровнем, - AODV . [33] В AODV, чтобы найти устройство назначения, AODV рассылает запрос маршрута всем своим соседям. Затем соседи широковещательно рассылают запрос своим соседям и далее, пока не будет достигнут пункт назначения. Как только пункт назначения достигнут, он отправляет свой маршрутный ответ посредством одноадресной передачи по пути с наименьшей стоимостью обратно к источнику. Как только источник получит ответ, он обновит свою таблицу маршрутизации, указав адрес назначения следующего перехода в пути и стоимость пути.

Уровень приложения [ править ]

Уровень приложений - это самый высокий уровень, определенный спецификацией, и эффективный интерфейс системы Zigbee для ее конечных пользователей. Он включает в себя большинство компонентов, добавленных спецификацией Zigbee: как ZDO, так и его процедуры управления вместе с объектами приложений, определенными производителем, считаются частью этого уровня. Этот уровень связывает таблицы, отправляет сообщения между связанными устройствами, управляет групповыми адресами, повторно собирает пакеты, а также транспортирует данные. Он отвечает за обслуживание профилей устройств Zigbee.

Основные компоненты [ править ]

ZDO (Zigbee объект устройства), протокол в стеке протоколов Zigbee, отвечает за общее управление устройствами, ключи безопасности, а также политики. Он отвечает за определение роли устройства как координатора или конечного устройства, как упомянуто выше, а также за обнаружение новых ( односкачковых ) устройств в сети и идентификацию предлагаемых ими услуг. Затем он может установить безопасные соединения с внешними устройствами и соответствующим образом ответить на запросы привязки.

Подуровень поддержки приложений (APS) является другим основным стандартным компонентом уровня и, как таковой, предлагает четко определенный интерфейс и службы управления. Он работает как мост между сетевым уровнем и другими элементами уровня приложения: он поддерживает актуальные таблицы привязки в форме базы данных, которую можно использовать для поиска подходящих устройств в зависимости от необходимых сервисов и те, которые предлагают разные устройства. Как объединение между обоими указанными уровнями, он также направляет сообщения по уровням стека протоколов .

Коммуникационные модели [ править ]

Модель коммуникации высокого уровня Zigbee

Приложение может состоять из взаимодействующих объектов, которые взаимодействуют для выполнения желаемых задач. Целью Zigbee является распределение работы между множеством различных устройств, которые находятся в отдельных узлах Zigbee, которые, в свою очередь, образуют сеть (указанная работа обычно будет в значительной степени локальной для каждого устройства, например, управление каждым бытовым устройством).

Коллекция объектов, образующих сеть, обменивается данными с использованием средств, предоставляемых APS, под контролем интерфейсов ZDO. Служба данных прикладного уровня следует типичной структуре запрос-подтверждение / указание-ответ. В одном устройстве может существовать до 240 объектов приложений, пронумерованных в диапазоне 1-240. 0 зарезервирован для интерфейса данных ZDO и 255 для широковещательной передачи; диапазон 241-254 в настоящее время не используется, но может быть использован в будущем.

Для объектов приложения доступны две службы (в Zigbee 1.0):

  • Пара ключ-значение службы (КВП) предназначена для конфигурации. Он позволяет описывать, запрашивать и изменять атрибут объекта через простой интерфейс, основанный на получении / установке и примитивах событий, некоторые из которых позволяют запрашивать ответ. Конфигурация использует сжатый XML (можно использовать полный XML) для обеспечения гибкого и элегантного решения.
  • Служба сообщений разработана, чтобы предложить общий подход к обработке информации, избегая необходимости адаптировать протоколы приложений и потенциальных накладных расходов, связанных с KVP. Это позволяет передавать произвольные полезные данные в кадрах APS.

Адресация также является частью прикладного уровня. Сетевой узел состоит из 802.15.4-совместимого радио приемопередатчика и один или нескольких описаний устройств ( в основном коллекций атрибутов , которые могут быть опрашиваемыми или набором, или которые можно контролировать через событие). Приемопередатчик является базой для адресации, а устройства в узле определяются идентификатором конечной точки в диапазоне 1-240.

Связь и обнаружение устройств [ править ]

Чтобы приложения могли обмениваться данными, составляющие их устройства должны использовать общий протокол приложения (типы сообщений, форматы и т. Д.); эти наборы условных обозначений сгруппированы в профили . Кроме того, решение о привязке принимается путем сопоставления идентификаторов входного и выходного кластеров, уникальных в контексте данного профиля и связанных с входящим или исходящим потоком данных в устройстве. Таблицы привязки содержат пары источника и назначения.

В зависимости от доступной информации для обнаружения устройств могут использоваться разные методы. Когда сетевой адрес известен, адрес IEEE можно запросить с помощью одноадресной передачи. Если это не так, петиции транслируются (адрес IEEE является частью полезной нагрузки ответа). Конечные устройства просто ответят запрошенным адресом, в то время как сетевой координатор или маршрутизатор также отправят адреса всех устройств, связанных с ним.

Этот расширенный протокол обнаружения позволяет внешним устройствам узнавать об устройствах в сети и услугах, которые они предлагают, о том, какие конечные точки могут сообщать при запросе обнаруживающего устройства (которое ранее получило их адреса). Также можно использовать службы сопоставления.

Использование идентификаторов кластера обеспечивает привязку дополнительных объектов с помощью таблиц привязки, которые поддерживаются координаторами Zigbee, поскольку таблица всегда должна быть доступна в сети, а координаторы, скорее всего, будут иметь постоянный источник питания. Некоторым приложениям может потребоваться резервное копирование, управляемое уровнями более высокого уровня. Связывание требует установленного канала связи; после того, как он существует, решается, добавлять ли новый узел в сеть, в соответствии с политиками приложения и безопасности.

Общение может происходить сразу после ассоциации. Прямая адресация использует как радиоадрес, так и идентификатор конечной точки, тогда как косвенная адресация использует все соответствующие поля (адрес, конечная точка, кластер и атрибут) и требует, чтобы они отправлялись сетевому координатору, который поддерживает ассоциации и транслирует запросы на связь. Косвенная адресация особенно полезна для упрощения некоторых устройств и минимизации их потребности в хранилище. Помимо этих двух методов, доступна широковещательная передача всем конечным точкам в устройстве, а групповая адресация используется для связи с группами конечных точек, принадлежащих набору устройств.

Службы безопасности [ править ]

В качестве одной из определяющих функций Zigbee предоставляет средства для выполнения защищенной связи, защиты создания и транспортировки криптографических ключей, фреймов шифрования и управляющих устройств. Он основан на базовой структуре безопасности, определенной в IEEE 802.15.4. Эта часть архитектуры зависит от правильного управления симметричными ключами и правильной реализации методов и политик безопасности.

Базовая модель безопасности [ править ]

Основным механизмом обеспечения конфиденциальности является адекватная защита всего ключевого материала. Необходимо учитывать доверие при первоначальной установке ключей, а также при обработке информации о безопасности. Для того, чтобы реализация работала глобально, предполагается ее общее соответствие заданному поведению.

Ключи - краеугольный камень архитектуры безопасности; как таковая их защита имеет первостепенное значение, и ключи никогда не должны передаваться через небезопасный канал . Кратковременное исключение из этого правила происходит на начальном этапе добавления в сеть ранее ненастроенного устройства. Сетевая модель Zigbee должна уделять особое внимание соображениям безопасности, поскольку специальные сети могут быть физически доступны для внешних устройств. Также невозможно предсказать состояние рабочей среды.

Внутри стека протоколов разные сетевые уровни не разделены криптографически, поэтому необходимы политики доступа и предполагается традиционный дизайн. Модель открытого доверия в устройстве допускает совместное использование ключей, что значительно снижает потенциальные затраты. Тем не менее, уровень, создающий фрейм, отвечает за его безопасность. Если могут существовать вредоносные устройства, каждая полезная нагрузка сетевого уровня должна быть зашифрована, чтобы неавторизованный трафик мог быть немедленно отключен. Исключением, опять же, является передача сетевого ключа, который обеспечивает унифицированный уровень безопасности для сети, новому соединительному устройству.

Архитектура безопасности [ править ]

Zigbee использует 128-битные ключи для реализации своих механизмов безопасности. Ключ может быть связан либо с сетью, которая может использоваться как уровнями Zigbee, так и подуровнем MAC, либо со ссылкой, полученной посредством предварительной установки, согласования или транспортировки. Установление ключей ссылок основано на главном ключе, который контролирует соответствие ключей ссылок. В конечном итоге, по крайней мере, начальный главный ключ должен быть получен через безопасный носитель (транспортный или предустановочный), поскольку от этого зависит безопасность всей сети. Ссылка и мастер-ключи видны только на уровне приложения. Различные службы используют разные односторонние варианты ключа ссылки, чтобы избежать утечек и угроз безопасности.

Распределение ключей - одна из важнейших функций безопасности сети. В защищенной сети будет обозначено одно специальное устройство, которому другие устройства доверяют для распространения ключей безопасности: центр доверия. В идеале устройства должны иметь предварительно загруженный адрес центра доверия и начальный главный ключ; если временная уязвимость разрешена, оно будет отправлено, как описано выше. Типичные приложения без особых требований безопасности будут использовать сетевой ключ, предоставленный центром доверия (через изначально небезопасный канал) для связи.

Таким образом, центр доверия поддерживает как сетевой ключ, так и обеспечивает двухточечную безопасность. Устройства будут принимать только сообщения, исходящие от ключа, предоставленного центром доверия, за исключением начального главного ключа. Архитектура безопасности распределяется между сетевыми уровнями следующим образом:

  • Подуровень MAC обеспечивает надежную связь с одним переходом. Как правило, уровень безопасности, который он должен использовать, определяется верхними уровнями.
  • Сетевой уровень управляет маршрутизацией, обработкой полученных сообщений и возможностью широковещательной рассылки запросов. Исходящие кадры будут использовать соответствующий ключ связи в соответствии с маршрутизацией, если он доступен; в противном случае сетевой ключ будет использоваться для защиты полезной нагрузки от внешних устройств.
  • Уровень приложений предлагает услуги по установлению ключей и транспортировке как для ZDO, так и для приложений.

Инфраструктура уровней безопасности основана на CCM * , который добавляет в CCM функции только шифрования и целостности .

Согласно немецкому компьютерному электронному журналу Heise Online , Zigbee Home Automation 1.2 использует резервные ключи для согласования шифрования, которые известны и не могут быть изменены. Это делает шифрование очень уязвимым. [34]

Моделирование [ править ]

Сетевые симуляторы, такие как ns2 , OMNeT ++ , OPNET и NetSim, могут использоваться для моделирования сетей IEEE 802.15.4 Zigbee.

Эти симуляторы поставляются с библиотеками C или C ++ с открытым исходным кодом, которые пользователи могут изменять. Таким образом, пользователи могут определить достоверность новых алгоритмов до аппаратной реализации.

См. Также [ править ]

  • Сравнение радиомодулей 802.15.4
  • Сравнение стандартов беспроводной передачи данных
  • Мобильные одноранговые сети
  • Нить

Ссылки [ править ]

  1. ^ https://zigbeealliance.org/
  2. ^ "Часто задаваемые вопросы по спецификации ZigBee" . ZigBee.org . Zigbee Alliance. Архивировано из оригинального 27 июня 2013 года . Проверено 14 июня 2013 года .
  3. ^ Гисласон, Дрю; "Беспроводная сеть ZigBee" EE Times )
  4. ^ Документ ZigBee 053474r06, версия 1.0: спецификация ZigBee . ZigBee Alliance. 2004 г.
  5. ^ IEEE 802.15 WPAN Task Group 4 (27 ноября 2019 г.). «IEEE 802.15» . IEEE802.org . Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике . Проверено 18 октября 2012 года .
  6. ^ Руководство пользователя кластерной библиотеки ZigBee (PDF) , NXP , получено 3 января 2020 г. .
  7. ^ Corfield, Gareth (4 января 2017). «Дотдот. Кто там? Еще один уровень приложения IoT» . Реестр . Проверено 18 января 2017 года .
  8. ^ «ZigBee DotDot Dashes для унификации стеков подключения» . ElectronicDesign.com . Проверено 18 января 2017 года .
  9. ^ «ZigBee против ZigBee Pro - разница между ZigBee и ZigBee Pro» . RFWireless-World.com . 2012 г.
  10. ^ "ZigBee Pro" . ZigBee.org . ZigBee Alliance. Архивировано из оригинала на 2 ноября 2019 года . Проверено 2 октября 2018 года .
  11. ^ [1] Новые микроконтроллеры Atmel нацелены на маломощный ZigBee на Wayback Machine (архив 13 декабря 2006 г.)
  12. ^ «Разработка приложений для вашего умного дома с QIVICON». Архивировано 27 марта 2014 года на сайте Wayback Machine osgi.org. Проверено 8 мая 2014 года.
  13. ^ Bellido-Outeirino, Francisco J. (февраль 2012). «Автоматизация освещения зданий за счет интеграции DALI с беспроводными сенсорными сетями». IEEE Transactions on Consumer Electronics . 58 (1): 47–52. DOI : 10.1109 / TCE.2012.6170054 . S2CID 695261 . 
  14. ^ "Что такого хорошего в сетях ZigBee?" (PDF) . Daintree.net . Daintree Networks . Проверено 19 января 2007 года .
  15. ^ Kontney, Джек (21 января 2011). «Shure представляет революционное беспроводное решение Axient» . TVTechnology.com . Архивировано из оригинала 3 ноября 2017 года . Проверено 17 мая 2017 года .
  16. ^ Манодж, KS (2019). Промышленная автоматизация с помощью SCADA: концепции, коммуникации и безопасность . Ченнаи: Notion Press. ISBN 978-1-68466-829-8.
  17. ^ «О ZigBee Alliance» . ZigBee.org . ZigBee Alliance. Архивировано из оригинального 20 сентября 2012 года . Проверено 18 октября 2012 года .
  18. ^ "Группа исследования беспроводных сенсорных сетей" . Сенсорные сети. 17 ноября, 2008. Архивировано из оригинального 19 апреля 2012 года . Проверено 18 октября 2012 года .
  19. ^ a b «Наши члены» . ZigBee.org . Zigbee Alliance. 13 августа 2014 . Проверено 24 июля 2019 года .
  20. ^ "FAQ для BEN WPAN" . ru.Qi-Hardware.com . Qi Hardware. Раздел «Инновации». ZigBee предоставляется бесплатно только в том случае, если не используется в коммерческих целях.
  21. ^ «Zigbee, Linux и GPL» . Freak Labs. Архивировано из оригинального 16 февраля 2010 года . Проверено 14 июня 2009 года .
  22. ↑ Маккарти, Кирен (21 мая 2015 г.). «Интернет вещей становится Игрой престолов в войне стандартов» . Реестр . Проверено 13 февраля 2017 года .
  23. ^ «Общие вопросы» . Bluez - официальный стек протоколов Bluetooth для Linux . Проект BlueZ . Проверено 13 февраля 2017 года .
  24. ^ «Обзор ZigBee Smart Energy» . ZigBee.org . Zigbee Alliance. Архивировано из оригинального 20 сентября 2012 года . Проверено 18 октября 2012 года .
  25. ^ «ZigBee IP и 920IP» . ZigBee.org . Zigbee Alliance . Проверено 4 июня, 2016 .
  26. ^ «ZigBee IP: Smart Grid, встречайте Интернет вещей» . GreenTechAdvocates.com . Защитники GreenTech . Проверено 4 июня, 2016 .
  27. ^ «Знакомство с ZigBee RF4CE» (PDF) . Daintree.net . Daintree Networks . Проверено 4 мая 2009 года .
  28. ^ "Zigbit Modules MCU Wireless- Microchip Corporation" . Microchip.com . Микрочиповые технологии . Проверено 14 января 2018 года .
  29. ^ Ван и др .; Сетевые протоколы и приложения ZigBee .
  30. ↑ Иган, Дэвид; "ZigBee Propagation для интеллектуальных сетей учета" , Electric Light & Power , vol. 17, нет. 12.
  31. ^ Бьелса, Альберто; Гаскон, Дэвид (15 апреля 2010 г.). «Тройная безопасность в ZigBee: шифрование на уровне соединений, сети и приложений» . Sensor-Networks.org . Группа исследования беспроводных сенсорных сетей . Проверено 18 октября 2012 года .
  32. ^ Gascón, Дэвид (5 февраля 2009). «Безопасность в сетях 802.15.4 и ZigBee» . Sensor-Networks.org . Группа исследования беспроводных сенсорных сетей . Проверено 18 октября 2012 года .
  33. ^ Ройер, EM; Чай-Кеонг То (1999). «Обзор текущих протоколов маршрутизации для специальных мобильных беспроводных сетей». Личные сообщения IEEE . Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике . 6 (2): 46–55. DOI : 10.1109 / 98.760423 .
  34. ^ Даниэль, Фон; Соколов А.Ю. (21 ноября 2015 г.). «Deepsec: ZigBee macht Smart Home zum offenen Haus» . Heise Online (на немецком языке). Heinz Heise . Проверено 27 ноября 2019 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Официальный веб-сайт