ZIGBEE HABERLEŞMESİ DENEYİ Hazırlık Soruları: İ. Şekil 1 i inceleyerek hangi tür uygulamalar için Zigbee haberleşmesinin uygun olduğunu belirtiniz. ii. Şekil 2, de verilen başarım karakteristiklerini bir iki cümle ile yorumlayınız. iii. Şekil 3 de gösterilen kod yayma ile kod kazancı elde ilklerini bir iki cümle ile açıklayınız. iv. Şekil 4 de gösterilen DSSS haberleşme yapısını bir iki cümle ile açıklayınız. v. Şekil 6. Deki Cluster ve Mesh ağ yapılarını kıyaslayınız. 1. ZiGBee Sayısal Haberleşme Radyosu ZigBee haberleşme sistemi kısa mesafe sayısal radyolarda Bluetooth ve WLAN a gelen kadar karşılaşılan problemlerin çözümü için kurulmuştur. Ancak Zigbee ne Bluetooth için nede WLAN için bir alternatiftir. Sadece kısa mesafe haberleşmelerinde kabloların ortadan kaldırılmasında bazı uygulamaların gerektirdiği gereksinimleri sağlamak için kurulmuştur. Örneğin Bluetooth ses, WLAN ses ve görüntü haberleşmeleri için uygun iken ZigBee daha düşük data hızları gerektiren uygulamalar için geliştirilmiştir. Ancak kablosuz cihazın batarya ömrüne bakıldığında ve Zigbee ağını kurma kapasitesine bakıldığında ZigBee öneli avantajlar sağlamaktadır. Batarya ömrü karşılaştırılacak olsa, Bluetooth ses haberleşmesi için bir batarya ile en fazla 15 gün çalışabiliyor. Ancak, ZigBee aç kapa kontrolü için (ışık kontrolü, günde 10 aç/kapa) 5 yıl, su seviyesi ölçme için (24 ölçüm/gün) 1.5 yıl ve EKG gözlemleme (5 saniyede bir) 1 gün batarya değiştirmeden çalışabilmektedir. Kablosuz haberleşme sistemlerinde ZigBeenin yeri Şekil 1 de gösterilmiştir. Şekil 1. Mesafe ve veri hızına göre kablosuz haberleşme sistemlerinin karşılaştırılması.
Şekil 2. ZigBee radyo haberleşmesi başarım analizi ve diğer radyolarla karşılaştırması. ZigBee Haberleşme sisteminin yapısı ve temel karakteristiği Şekil 3 de gösterilmiştir. despreading Şekil 3. Zigbee Haberleşme Sistemi. ZigBee haberleşme sisteminde gönderilmek istenen veri 4 bitlik bloklar halinde 32 bitlik iki DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum), dizisine dönüştürüldükten sonra bu dizi BPSK modülasyonu ile RF e çıkartılarak vericiden gönderilir. Alıcı sistem basebanda düşürdüğü işareti kod yayma dizileri ile katlayarak, önce gönderilen 4 bitlik veriye karar verir ve sonra veri paketini oluşturur. DSSS kod yayma dizileri Şekil 4 de gösterilmiştir.
Şekil 4. IEEE 802.15.4 DSSS dizilerinin oluşturulması. Payload MAC Layer MAC Header (MHR) MAC Service Data Unit (MSDU) MAC Footer (MFR) PHY Layer Synch. Header (SHR) PHY Header (PHR) MAC Protocol Data Unit (MPDU) PHY Service Data Unit (PSDU) Şekil 5. ZgBee ağında kullanılan veri paket yapısı STAR CLUSTER MESH Şekil 6. Zigbee Ağ Yapıları, (PAN: Personal Area Network). MAC katmanı paketleri, veri, tanıtım(beacon), tanıma (acknowledge) ve emir (command) paetleri diye dörde ayrılır. 2. Deney Düzeneğinin Tanıtımı
Deney düzeneğinde kullanılan cihazlar ve ağ kurulumu akış diyagramı Şekil 1 de gösterilmiştir. Router Başlat butonu Coordinator Coordinator A5h komutunu gönderiyor yeşi Router A5h yı geri gönderiyor Coordinatör A5h i geri alırsa ağın kurulduğunu varsayıp AAh komutu ile ölçüm paketi istiyor. Router AAh datasını alınca 80 örneklik örnekleme datasını oluşturup Coordinatöre gönderiyor Kırmızı ışık ile yeşil yeşil Coordinatör 2 yada ayarlanan süre boyunca bekliyor ve AAh komutunu gönderiyor yeşil (a) Router (b) Coordinator (c) ZigBee ağının deney için yapılandırılmış üst ağ protokolü Şekil 7. ZigBee cihazları ve Deney için kurgulanmış ağ oluşturma ilkesi. NOT: cihazlar enerjilendirildikten sonra başlat düğmesine basılıp 10 sn kadar beklenmesi gerekir. Bu durumda Coordinatorde ve router de yanıp sönen kırmızı ışık duracak ve yeşil veya kırmızı ışık sürekli yanacaktır. Kırmızı ışık birimin coordinatör olduğunu, yeşil ışık router yada end device olduğunu gösterir Şekil 7 de deneyde kullanılacak Zigbee cihazlar gösterilmiştir. Bu cihazlardan coordinatör (organisatör) USB arayüzü ile bilgisayara bağlanmalı ve başlatma düğmesine basılarak ZigBee yapısı oluşturma işlemi başlatılmalıdır. Burada kullanılan rauter (yönlendirici) gereğinde end device (son cihaz olma kapasitesine sahiptir. Bu cihazda enerjilendirildikten sonra gösterilen başlatma düğmesi ile ağa bağlanması
sağlanmalıdır. Bunun için 10 sn bekleyin yeşil ışık yanacaktır. Bu sistem ağa bağlı olduğunda yada ağ aradığında yeşil ışık sürekli yanık kalacak, kırmızı ışık haberleşme yaptığı esnada yanık kalacaktır. Şekil 8 de yukarıda verilen Zigbee üniteleri ve bu üniteler arasındaki haberleşmelerin türü gösterilmektedir. MSP430 F2274 ZigBee Transceiver RF kanal, 2.4 GHz ZigBee Transceiver MSP430 F2274 PC USB Controller Şekil 8. ZigBee ünitelerinin haberleşme birimleri Deneyin Yapılışı 1. ZigBee coordinatörü USB üzerinden PC ye bağlayarak, coordinatör olmasını sağlayın (kırmızı ve yeşil ışık birlikte yanıp sönerken anahtara basıldığında 10 sn sonra kırmızı yanık kalmalı). 2. Rauter e enerji verin ve rauter olmasını sağlayın (kırmızı ve yeşil ışık birlikte yanıp sönerken anahtara basıldığında 10 sn sonra yeşil yanık kalmalı). 3. Docklight programından A5 göndererek Zigbee üzerinden Rauter i okuyunuz., 4. ZigBee demo programı vasıtasıyla Analog girişi okuyunuz 5. Bağlantının kesildiği mesafeyi laboratuvar içinde belirleyiniz. 6. İkinci Rauter e enerji verin ve rauter olmasını sağlayın (kırmızı ve yeşil ışık birlikte yanıp sönerken anahtara basıldığında 10 sn sonra yeşil yanık kalmalı). 7. İkinci rauteri bağlantının kesildiği yerle coordinatör arasına koyup kesilen bağlantının rauter üzerinden tamamlanmasını sağlayın.
8. 1 OHM luk direnç üzerinden ADC si çalıştırılan rauter i çalıştırın. Çektiği akımı ve gücü hesaplayın. Deney sorumlusunun vereceği değerler üzerinden batarya ömrünün ne kadar olacağını hesaplayın. 9. Haberleşme ağını tartışınız. 10. Uygulama alanını tartışınız.