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IEEE802.15.4/ZigBee無線モジュール XBee [NETWORK]

ATS2007には行きませんでしたが、12月7日にPALTEKで行われた以下のセミナーに参加してきて、IEEE802.15.4/ZigBee無線モジュールについて調べてきましたよ。
http://www.paltek.co.jp/seminar/digi/2007/1207.htm
新幹線でぴゅ~っと来ちゃう槫林さんも誘えば良かったか?。普通電車だそうです。お疲れ様です。

結論から言えば、XBeeモジュールは開発品を除いて殆どTELEC取得済みであり、規定された使用方法を守るなら、独自にTELECを取り直さず、即利用できます。
またDIGI-KEYやRS ON-LINEでの販売価格を見てもらえれば判る様に比較的低価格であり、個人でも無線機器の導入に踏み切り易いでしょう。
※但し、シリーズ2の価格が出ていない?。
※DIGI-KEYで購入する場合について。
多分TELECを取る段階で国内向け専用ファームウエアを使用している可能性が有り、そう考えると海外から発送されるDIGI-KEYからの購入の場合はTELEC取得済みかどうか補償がありません。
どうしろとは言いませんが、一応。

まずXBeeモジュール製品には大きく別けて2種類の製品があります。
1.シリーズ1のIEEE802.15.4だけの製品
2.シリーズ2のZigBee製品
※IEEE802.15.4はEthernetで言えば物理層、MAC層にあたり、その意味で言えばシリーズ2はシリーズ1の上位になるのですが、動作は完全に別けられています。

またそれぞれのシリーズには、送信出力が1mW~2mWの無印と、送信出力が10mWのPROと書かれた製品が存在します。つまり4つの製品(さらにアンテナタイプが3種類ある)が展開されています。
※ただし、シリーズ2のPROは現在開発中らしいです。

モジュール別製品概要
製品名(シリーズ)、状況、プロトコル、送信出力、サイズ(cm)、TELEC
1.XBee シリーズ1、販売中、IEEE802.15.4、1mW、2.438×2.761、取得済み
2.XBee Pro シリーズ1、販売中、IEEE802.15.4、10mW、2.438×3.294、取得済み
3.XBee シリーズ2、販売中、ZigBee、2mW、2.438×2.761、取得済み
4.XBee Pro シリーズ2、開発中、ZigBee、不明、不明、未定
※ちなみにどちらもブロードキャストで配信できます。

IEEE802.15.4製品とZigBee製品の違い
基本的にZigBeeはIEEE802.15.4だけの製品の上位にあたるので、こっちを買えばなんでも出来てお買い得?にも思えます。
もっとも重要なネットワークトポロジについて言えば、
IEEE802.15.4製品:P to Pまたは、1対N
ZigBee製品:P to P、1対N、それにメッシュネット
となっております。

ではなんで製品が別けられているのかですが、ZigBee準拠製品にはライセンス料の問題が有るからです。
※IEEE802.15.4プロトコルを使用するだけなら、どこかの団体にライセンス費用を払う必要は有りません。

さてZigBeeアライアンスにはいったい幾ら払えば良いのでしょうか。それには会員ランクで3つに別けられます。
一番偉いプロモータ:年会費$40000です。アライアンスの決定権を持てます。お勧め!。
一般会員:年会費$9500です。標準規格策定に口を出せます。
採用者会員:年会費$3500です。更に一製品毎に$500(但し最初の製品には$1000)支払ってください。

※ここで言う製品とは、最終消費者に渡る物であり、XBeeモジュールは最終製品ではないので、XBeeモジュールを使った製品を作った場合、ライセンス料を支払う必要が有るらしいです。まあ結局ライセンス料は製品価格に転化されるのだから、消費者が払うのだけれどもね。
ヘ(´o`)ヘ とほほ・・・・

つまり別にメッシュネットを使わないなら、シリーズ1を使用すればライセンス料の問題から逃れられます。

ただねぇ、、、。
無線LANも同じP to P間の通信しか行いませんが、無線LANを使っていると、どうしても電波の状況って気になるじゃあないですか。IEEE802.15.4も日本の場合は今の所2.4GHz帯を使用しており、今使っている無線LANと同じ問題が起きる訳ですよ。つまり物陰には届かない!、ちょっと離れると届かない。

この問題を解決する為にメッシュネットが有る訳ですね。個々の無線機の出力は変えられないし、周波数帯域の変更もできない、しかし離れたノードへのパケットの転送に、途中に有るノードに中継させれば、ほぼ無限に届く範囲を広げる事ができる。
※実際にはノードに割り付けられるアドレスは65535までであり、また一つのノードにぶら下がるノード及び中継ノードの数も上限が有る。
(*´ー`) ちょっと休憩。

(*´ー`)再開
無線LANの話が出たので、皆さんがもっとも気にしているだろう無線LANとの干渉について。
先にも出たように無線LANとIEEE802.15.4は同じ2.4GHz帯を使用しています、、、なんでわざわざ。
この2.4GHz帯をIEEE802.15.4は11chから26chまでの16chに別けています。一つのchの周波数占有帯域は2MHzで、それぞれのchの間隔は5MHzずつ離れているので、同時に16ch使用する事が出来ます。

無線LANでは日本では1chから14chまで有りますが、一つのchの周波数占有帯域は22MHzありますので、同時に使用できるchの設定は25MHzずつずらした5ch置きにします。例えば1chから使用したら、次は6ch、その次は11chとなります。無線LAN機器を購入すると、大体この辺のchがデフォルトになっているかと思います。

そうすると無線LANの1chの占有帯域の2.401GHz~2.423GHz、6chの占有帯域の2.426GHz~2.448GHz、11chの占有帯域の2.451GHz~2.473GHzとなり、IEEE802.15.4の15chの占有帯域の2.424GHz~2.426GHz、20chの占有帯域の2.449GHz~2.451GHzがすっぽり入る事となり、相互の電波干渉を避ける事ができます。
また、11chの無線LANの帯域以降のchも利用可能です。
これで一安心ですね。
※但し、周囲の電波状況を常に管理している事が前提となります。周囲の無線LANのchをいきなり変えられてしまって、それで通信が出来なくなる可能性も十分あります。
※無線LAN機器にも有りますが、XBeeのツールにも電界の測定ツールが有るので、それらを利用して事前に設定chを決める必要が有ります。
※干渉が発生した場合、電界強度を個々のモジュールで検出できるので、マイコン等で利用している場合はその電界強度をモニターしてchを変更する様なアルゴリズムをアプリケーション側で用意すれば良い!と言う話でしたが、それははっきり言って難しいと思う。
特にZigBeeとして利用した場合、ノードが広い範囲に広がるでしょうから、あるノードは周囲の影響を受けているが、別のノードは全然受けていなかったりする可能性が大きく、その場合はチャンネルを変更する、しないの判断が各ノードで区別が困難になると思うが。

また、決められたchを複数の機器で通信に利用する事となるので、何らかの送信制御が必要となりますが、IEEE802.15.4の場合は周囲の機器が通信していない事を確認して送信を行います。これらにより電波干渉を避けているのですが、逆に言えば公称250Kbpsの数字はあてにならないと言えるでしょう。
パケットにはヘッダーやFCS等も当然含まれているでしょうから、実質的な転送レートは自分で計るしか無いと思われます。
(*´ー`) ちょっと休憩。

※ZigBeeって、まるで「ユビキタスは任せろ!、未来は薔薇色だぜ!」みたいな鳴り物入りで紹介されていますが、結局のところ無線利用の問題(届かない!とか、曲がらない!とか、妨害受けた!とか)は発生するので、低速でも良いから安定して、使い勝手の良い、現実的な製品なら、サーキットデザインのMU-1、MU-2もお勧めですよ。
中継機能が有り、到達距離も長く、ツール(エンドノードの電界強度測定機能とか)や周辺が充実していますし、TELEC取得済みでライセンスも不必要。
http://www.circuitdesign.co.jp/jp/default.asp

流石に海外の方が書籍は充実しているのね。

Zigbee開発ハンドブック (実践入門ネットワーク)

Zigbee開発ハンドブック (実践入門ネットワーク)

  • 作者: 鄭 立
  • 出版社/メーカー: リックテレコム
  • 発売日: 2006/02
  • メディア: 単行本


センサネットワーク技術―ユビキタス情報環境の構築に向けて

センサネットワーク技術―ユビキタス情報環境の構築に向けて

  • 作者: 安藤 繁, 戸辺 義人, 田村 陽介, 南 正輝
  • 出版社/メーカー: 東京電機大学出版局
  • 発売日: 2005/05
  • メディア: 単行本


Hands-On Zigbee: Implementing 802.15.4 With Microcontrollers (Embedded Technology)

Hands-On Zigbee: Implementing 802.15.4 With Microcontrollers (Embedded Technology)

  • 作者: Fred Eady
  • 出版社/メーカー: Newnes
  • 発売日: 2007/03/30
  • メディア: ペーパーバック


Wireless Mesh Networking: With 802.16, 802.11, and Zigbee

Wireless Mesh Networking: With 802.16, 802.11, and Zigbee

  • 作者: George Aggelou
  • 出版社/メーカー: Mcgraw-Hill (Tx)
  • 発売日: 2008/12/10
  • メディア: ハードカバー


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コメント 12

槫林

あれ・・・・ZigBeeのロゴを取らなくてもいいんなら、お金かからないんじゃ
ないんですか?てっきりそーいう話しかと思ってました。
セミナーで無料無料何度もしつこく言うから、てっきりそーなのかと・・・。

※私はいつも本読みながらジリジリと普通電車で移動ですよ。
by 槫林 (2007-12-08 11:23) 

hamayan

> ZigBeeのロゴを取らなくてもいいんなら、お金かからないんじゃ

ZigBee準拠を謳うなら、それなりの規格試験を通って、さらに金払ってくださいね!と言うのがアライアンスの言い分でしょう。

なかなかライセンス料に関しては、いまだ明確ではないのかもしれません。PALTEKの担当者も、何度かアライアンスに確認した上での採用者会員の定義と言う話で、実際に製品を売るなら自分でアライアンスに確認は必要でしょう。そもそも”採用者会員”と言う名前自体が怪しいではないですか。如何様にも定義できて。

アライアンスにしてみれば、ピラミッド構造なのだから、なるべく底辺から金を回収するビジネスモデルを構築したいだろうし、ZigBeeプロトコルを実装しているなら金払えとは言われそうですが。

ZigBeeと名乗らなければライセンス料を支払わなくても良いというのはあれですね、AVRが実質的にI2C周辺機能を搭載しているにも関わらず、フィリップスに金払うの嫌だからTWIと言っている様なもの。
それがどこまで相手に通じるか?だと思うけれど。
by hamayan (2007-12-08 11:39) 

通りすがり

勇み足でDigikeyから買ってしまって問い合わせてみたところ、シールは無いがファームはTELEK取得品と一緒らしいですよ> Pro
by 通りすがり (2007-12-10 08:56) 

hamayan

> 勇み足でDigikeyから買ってしまって

早いですね。XBeeは値段も安いし、購入もし易いし、検索すると結構皆さん(fenrirさんもblogで書かれているし)既に入手されているので、いま最も利用し易いデバイスかもしれませんね。

私も近い内にまず開発キットから買いたいと思います。
そうか、そうか、DIGI-KEYから買っちゃおうかな。
by hamayan (2007-12-10 09:53) 

hamayan

早速エレキジャックにDIGIインターナショナル(XBeeの発売元)のZigBeeコンセントの紹介が!。
http://www.eleki-jack.com/news/2007/12/zigbee.html
by hamayan (2007-12-10 09:59) 

hamayan

やれやれ、DIGI-KEY JAPANからはXBeeモジュールが購入出来なくなってしまった。他にも購入予定品が出たら一緒に買おうと思っていたら。

さてはこの製品の販売がグレーゾーンだという事に気付いたのか?。

ちなみにDIGI-KEY USには商品が掲載されています。
by hamayan (2007-12-22 12:06) 

のりたん

> ちなみにDIGI-KEY USには
密輸?
冬休みは、digi-keyの商品を受け取りにハワイかグアムに行きましょう。
by のりたん (2007-12-22 12:10) 

hamayan

> ハワイかグアム

イイネー、行きたいねー。無理だよな~~~。

取りあえずDEMOQE128以外の購入品リスト作成し直し!。
by hamayan (2007-12-22 12:20) 

hamayan

いかんなー、いかんなぁ。
DIGI-KEYに注文すると、差ほど要らない物まで大人買いしてしまう。
by hamayan (2007-12-22 17:50) 

origen

XBeeを購入したものです.ご存知でしたら教えてください.
Blog中にXBeeに電界の測定ツールがあると書かれていますが,
Digiのサイトのどこにあるのか分かりませんでした.
URLを教えていただけないでしょうか?
by origen (2008-10-07 20:39) 

hamayan

X-CTUが入ったCD-ROMは同梱されていませんでしたでしょうか。
とは言え私もディジのサイトからダウンロードしたのだけれど。
http://www.digi.com/support/productdetl.jsp?pid=3352&osvid=57&tp=4&s=316
サポートのタブから探すと全然見つからないので、X-CTUで検索して探しました。

X-CTUを起動して、Range Testのタブでループバック試験を行いますが、その時RSSIと縦に文字が書かれているところの下にチェックボックスが有りますので、そこにチェックを入れてレンジテストを行うと、カラーで電界強度の様子が見れます。
また、RSSI値はATコマンドでも取得できるので(ATDB)、これをリモートATコマンドを使えば、離れた相手先の受信強度も判ります。

by hamayan (2008-10-07 21:42) 

origen

早速のご回答ありがとうございます.
ダウンロードして試してみたいと思います.
by origen (2008-10-08 02:23) 

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