Zigbee is een specificatie voor een reeks hoogwaardige communicatieprotocollen die gebruikt worden bij het opzetten van Personal Area Networks (PANs) met klein bereik en laag stroomverbruik. De dynamiek in Zigbee-netwerken wordt beheerd door een combinatie van netwerkarchitecturen, apparaatconfiguraties en specifieke protocollen.
Zigbee-netwerken zijn doorgaans mesh-netwerken, wat betekent dat elk apparaat in het netwerk kan communiceren met meerdere andere apparaten. Dit verhoogt de robuustheid en het bereik van het netwerk. De basisarchitectuur van een Zigbee-netwerk bestaat uit drie typen apparaten:
1. Coordinator: Het centrale apparaat dat het netwerk coördineert en erop toeziet dat alle apparaten correct met elkaar communiceren. Er is slechts één coordinator per Zigbee-netwerk.
2. Routers: Deze apparaten helpen bij het uitbreiden van het netwerk door berichten van het ene apparaat naar het andere door te sturen. Routers kunnen zelf ook eindapparaten hebben.
3. End Devices: Deze apparaten communiceren uitsluitend met hun parent (coördinatoren of routers) en kunnen geen berichten doorzenden.
In het Zigbee-netwerk wordt het toevoegen van apparaten voornamelijk beheerd door de coordinator en eventuele routers. Het proces verloopt als volgt:
1. Discovery Phase: Wanneer een nieuw apparaat wil deelnemen aan het netwerk, zendt het een beacon-request uit om op zoek te gaan naar bestaande netwerken.
2. Association Request: Het apparaat ontvangt responses van beschikbare netwerken en kiest er een om aan deel te nemen door een association request te sturen naar de coordinator of een router.
3. Authentication and Configuration: De coordinator of router valideert het nieuwe apparaat, configureert het met een netwerkadres, en stuurt een association response terug naar het nieuwe apparaat.
Een voorbeeld hiervan komt uit een studie waarin Zigbee werd gebruikt voor slimme woningen. De studie toonde aan dat het toevoegen van nieuwe apparaten naadloos verliep vanwege de efficientie van het associatieproces (Referentie: “Wireless communications technologies for smart cities” door Ramjee Prasad).
Het verwijderen van apparaten uit Zigbee-netwerken kan zowel vrijwillig (door het apparaat zelf) als onvrijwillig (door de coordinator) gebeuren:
1. Voluntary Leave: Een apparaat kan zichzelf vrijwillig afmelden door een leave request naar zijn parent te sturen. Het parent-apparaat zal dit doorvoeren door zijn routingtabellen bij te werken.
2. Forced Leave: De coordinator kan ervoor kiezen om een apparaat te verwijderen door een leave command te sturen. Dit gebeurt meestal wanneer een apparaat zich misdraagt of storing veroorzaakt in het netwerk.
- Routing Tabellen: Alle routers en de coordinator houden routing tabellen bij die informatie bevatten over hoe berichten door het netwerk kunnen worden gestuurd. Dit zorgt ervoor dat communicatie efficiënt verloopt, zelfs als apparaten worden toegevoegd of verwijderd.
- Zigbee Addressing: Elk apparaat in een Zigbee-netwerk krijgt een uniek 16-bits netwerkadres. Dit adres kan dynamisch worden toegewezen en gewijzigd als de netwerkconfiguratie verandert.
Door deze structuren en processen kan Zigbee dynamisch en flexibel met netwerkconfiguraties omgaan, waardoor het geschikt is voor een breed scala aan applicaties zoals thuisautomatisering, gezondheidsmonitoring, en meer.
- Ramjee Prasad (2016), “Wireless communications technologies for smart cities”.
- Zigbee Alliance, “Zigbee Specifications” [Online beschikbaar]
- IEEE Std 802.15.4: “Standard for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs)”.
Deze bronnen bieden een uitgebreide blik op hoe Zigbee-netwerken hun dynamiek beheren bij het toevoegen en verwijderen van apparaten, en bieden technische details die van cruciaal belang zijn voor het begrijpen van deze processen.
