Yepyeni Bir Haberleşme Teknolojisi |
Zigbee

 
Günümüzde teknoloji büyük bir şekilde ivmelenerek günlük yaşamımızın olmazsa olmazı olmuştur. İnsanoğlu çoğu işlemini artık teknoloji yardımıyla hallederken Teknoloji üreticileri kullanılan teknolojinin enerji ve batarya talebini karşılama noktasında probleme düşmektedirler. Dolayısıyla artık üretilen her teknoloji için aranılan şartlardan biri düşük güç tüketimi olmaktadır. Bunu ön gören mühendisler Zigbee Kablosuz Haberleşme Modülünü geliştirmişlerdir. Düşük hızlı kablosuz kişisel ağ haberleşme teknolojisi (LR-WPAN, Low-Rate Wireless Personal Area Network) olarak bilinen  Zigbee teknolojisi, küçük boyutta veri alışverişi ile gerçekleştirilmesi mümkün uygulamalarda düşük maliyetli olması, minimum güç tüketme prensibine dayanması, kurulumunun kolay ve esnek yapıda olması açısından büyük oranda tercih edilmektedir. Bu teknoloji sayesinde karmaşık ağ yapıları kurmak, bunları genişletmek ve bu yapıların diğer teknolojilerle haberleşmesini sağlamak mümkün olmaktadır.

Zigbee Nedir Ne Değildir?

ZigBee, adını arıların çiçekler arasındaki zig-zaglı karmaşık hareket yapılarından almıştır. Bu zig-zaglı yapı mesh (karmaşık) ağındaki düğümler arası haberleşmeyi sembolize eder. Ağ bileşenleri kraliçe arı, erkek arı ve işçi arıları temsil eder. Wi-Fi ve Bluetooth gibi kablosuz haberleşme teknolojilerinin kimi uygulamalarda elverişsiz olmaları nedeniyle 1998 yılından itibaren Zigbee stili ağlar üzerinde çalışılmaya başlanmıştır. Amaç güvenirliliği yüksek, düşük maliyetli, enerji tasarruflu, görüntüleme ve yönetme amaçlı ağlar kurmaya elverişli ürünler ortaya çıkarmaktı. Zigbee teknolojisinin ihtiyacı olan standart IEEE tarafından 802.15.4 standardı Mayıs 2003’te tamamlanmıştır.14 Aralık 2004 tarihinde Zigbee özellikleri tasdik edilmiştir. Zigbee Alliance, Zigbee teknolojisinin standartlarından sorumlu dünya çapında bir birim olup; güvenilir, düşük maliyetli ve güç tüketimi az ürünler ortaya çıkarmak için birçok firmanın bir araya gelip görüntüleme ve kontrol amaçlı ürünlerin standartları üzerinde çalıştığı bir topluluktur. Bu topluluğun üye sayısı 2005 yılında 200’ü bulmuş ve her yıl bu sayı daha da artmıştır. Bu da Zigbee teknolojisinin önemini göstermektedir. Zigbee, Haziran 2005 tarihinde kullanıma sunulmuş ve ardından yeni teknik özellikleri ile 30 Eylül 2007’de piyasaya sürülmüştür. Son olarak ilk Zigbee uygulama profili olan ev otomasyonu da 2 Kasım 2007’de üretilmiştir.




ZigBee’nin önemli özellikleri:

·         Güvenilirlik
·         Fazla sayıda düğüm desteği
·         Hızlı ve kolay kurulum
·         Uzun pil ömrü
·         Güvenlik
·         Düşük maliyet
·         Üretici/sağlayıcı bağımsızlığı


Zigbee’nin Kullanım Alanları Nelerdir?

1-Ticari Bina ve Ev Otomasyonu:

HVAC (Isınma, Havalandırma ve Klima Sistemleri)
Işıklandırma kontrolü,
Kapı – pencere – panjur – kilit kontrolleri,
Ev otomasyonunda müzik ve sinema sistemlerinin kontrolü,
Bina içi giriş- çıkış kontrollerinde kullanılmaktadır.





2-Güvenlik:

Güvenlik Alarmı,
Yangın-gaz-su detektör sistemleri,
Giriş-çıkış kontrollerinde kullanılmaktadır.

3-Sağlık Sektörü:

Hastaların ve sporcuların vücut fonksiyonlarını takip ve kontrol amaçlı kullanılır.

4-Araçlarda:

Araçlardaki mekanizmaların kontrolünde özellikle kabloların ulaşamayacağı yerlerde örneğin lastiklerin basıncını izlemede kullanılmaktadır.

5-Tarım:

Nem, su, sıcaklık, gübre durumu vb. verilerin izlenmesini sağlayarak ürün yetiştirmede optimizasyonu sağlar.

6-Endüstri:

Üretim kontrolü, enerji yönetimi, endüstriyel cihazların kontrolünde kullanılır.
Ayrıca taşınabilir servislerin ve aygıtların çevrimiçi (online) ödeme, çevrimiçi kontrol sistemlerinde kullanılır.


Diğer Kablosuz Teknolojilerle Zigbee’nin Karşılaştırılması

Çizelge 1’de görüldüğü üzere Zigbee, pil ömrünün uzunluğu, istenildiği kadar ağ kurma avantajı, sistem kaynaklarını minimumda kullanması sayesinde izleme ve kontrol amaçlı uygulamalarda kullanılabilecek en uygun teknolojidir. Dezavantajı ise Wi-Fi veya Bluetooth’da olduğu gibi büyük boyutlarda veri akışı sağlayamamasıdır. Bu da Zigbee’nin daha çok küçük boyutlarda veri akışının olduğu uygulamalarda kullanılması demektir. Ayrıca Zigbee lisans gerektirmeyen frekans bandını kullanır, kurulumu ucuz ve kolaydır. Esnek ve genişletilebilen ağ yapısına sahiptir. 




Zigbee Neden Düşük Güç Tüketir?

• Büyük boyutlarda veri aktarımının olmaması,
• Bu teknolojide diğer teknolojilere oranla daha küçük aygıtların kullanılması,
• Veri alışverişi yapmadığı zamanlarda yönlendirici ve koordinatör dışındaki aygıtların uyku modu (sleep mode) durumunda kalmaları,
• Kullanılan BPSK ve O-QPSK modülasyon çeşitlerinin çok fazla güç tüketmemeleri,
• Kısa zamanlı görev çevrimi (Low duty cycle): yayın alma ve yayın verme sürelerinin çok kısa ve bu iki süreç arasındaki zaman aralığının uzun tutulmasıyla cihazın aktif çalışma zamanı kısaltılır, böylelikle Zigbee’de daha az güç tüketilmiş olur.

Zigbee Nasıl Çalışır?

ZigBee temelde aletlere diğerleriyle iletişim kurma izni veren dijital radyoları kullanır. Tipik bir ZigBee ağı birkaç tip aygıttan oluşur. Ağı kuran, ağ koordinatörü ağın her düğümünün (node) farkındadır ve network içindeki alınmış ya da gönderilmiş bilgiyi her safhada yönetir. Her ZigBee networkü bir koordinatör içerir. Başka tam fonksiyonel cihazlar (FFD) ağ içinde bulunabilir ve bu aygıtlar bütün 802.15.4 fonksiyonlarını destekler. Bunlar bütün network koordinatörlerine, network dağıtıcılarına ya da fiziksel dünyayla bağlantılı bütün cihazlara hizmet ederler. Networkte bulunan uç cihaz ise indirgenmiş fonksiyonlu aygıt (RFD) sadece fiziksel dünyayla bağlantılı aygıtlara hizmet eder. Zigbee noktadan noktaya, yıldız, bir noktadan birden çok noktaya veya çok noktadan tek noktaya, ağaç ve örgü topolojileri olmak üzere birçok topolojiyi destekler.


Yıldız Topoloji

Bu topolojilerde merkezde koordinatör bulunur. Diğer bütün cihazlar noktadan noktaya olacak şekilde koordinatörle iletişim kurarlar. Mesajlaşma koordinatör üzerinden yapılır. Şekil 3’te merkezdeki cihaz koordinatör, diğer cihazlar son aygıttır.





Ağaç Topolojisi

Hiyerarşik bir düzende cihazların birbirleriyle haberleşme biçimidir. Ağaç yapısının en üst noktasında koordinatör bulunur. Bir düşük seviyede yönlendiriciler ve en alt seviyede ise son aygıt veya yönlendirici aygıtlar bulunur. Şekil 4’te A aygıtının B ile haberleşmesi 1 nolu aygıt üzerinden sağlanırken, C aygıtıyla haberleşmesi koordinatör tarafından sağlanır.


Örgü Topolojisi

Zigbee’de en çok gördüğümüz topoloji çeşididir. Bu tarz topolojilerde bütün cihazlar, birbirleriyle AODV (Ad-hoc Ondemand Distance Vector routing) algoritması yardımıyla haberleşmektedir. Eğer gidilecek yön bilinmiyorsa, AODV algoritmasıyla hedef aygıtın nerde ve hangi yönde bulunduğunu sezebilmek için ilk olarak kaynak aygıt yön istek (route request) paketini tüm ağa yayınlar. Bu paket içerisinde paketin dizi numarası, hedefin ağ adresi, metrik bilgisi alanı ve kaynağın ağ adresi bulunmaktadır. Metrik, cihazlar arasında haberleşme yapılırken en avantajlı yolun bulunmasında üretici firma ve çeşitli standartlar tarafından parametreler kullanılarak hesaplanan maliyet bilgisidir. Yön istek yayınını alan diğer cihazlar, yalnızca yön istek paketini gönderen kaynağa gitmek istediği cihaza gidebileceği yönü metrik bilgisiyle iletir. Birden fazla cihazdan yön istek paketine cevap alındığında, metrik maliyeti en düşük olan yoldan veri paketi yollanır. Şekil 5 örgü topolojisine örnek bir ağ yapısını göstermektedir.





Düşük güç tüketimi,kolay ve esnek uygulanabilir yapısıyla teknolojide görmeye alıştığımız Zigbee Haberleşme yapısı kullanılan uygulamalarda sınıf geçerek daha adından çokça söz ettireceğe benzemekte. Tüm bunların yanında diğer kablosuz haberleşme teknolojilerine göre çok daha sağlıklı olduğunu ifade eden uzmanlara daha düşük güç tükettiği gerçeğini göz önünde bulundurduğumuzda katılmamak elde değil. 


TOLGA BÖREKÇİ
 

KAYNAKLAR

►EMO
►TÜBİTAK
►http://www.bidb.itu.edu.tr/
►http://www.zigbee.org