KRETSAR FÖR TRÅDLÖSA NÄTVERK Bland spännande teknologier för strömsnåla trådlösa nätverk, etablerar sig nu ZigBee alltmer som den dominerande standarden på marknaden. Tanken med standarden är främst att möjliggöra utveckling av produkter för styrning och övervakning i våra hem, kontor och industrimiljöer. Johan Lönn och Jonas Olsson, Tritech Technology AB, ger här en bakgrund till tekniken och dess möjligheter. ZigBee Alliance, vilken är den icke vinstdrivande organisationen bakom standarden, har nu över 200 medlemmar. Bland dessa finns företag som: ABB, Philips, Samsung och Siemens. Hittills har det levererats över 10 000 ZigBee utvecklingskit från alliansens medlemmar. Arbetet inom ZigBee Alliance omfattar förutom utvecklingen av en robust nätverksstandard även marknadsföring samt det rigorösa arbetet med att säkerställa interoperabilitet mellan olika tillverkare. Före utgången av 2006 förväntas det finnas ZigBee-certifierade produkter ute på marknaden. Tritech Technology har under ett antal år genomfört ZigBee-baserade projekt åt kunder i hela världen. ZigBee bygger på IEEE 802.15.4, vilken definierar det fysiska lagret (PHY) samt medielagret (MAC). IEEE 802.15.4 definierar tre olika frekvensband: 868 MHz (Europa), 915 MHz (USA) och 2,4 GHz (globalt ISM-band), vilket gör att standarden är tillåten i stort sett hela världen. Genom att ZigBee baseras på IEEE 802.15.4 för radiokommunikation, når ZigBee Alliance sina mål på låg energiförbrukning, lågt pris, samt en robust och säker radiokommunikation. Ovanpå IEEE 802.15.4 specificerar ZigBee Alliance hur nätverks-, säkerhets- samt applikationslagret skall fungera. De nätverks topologier som finns definierade är Star, Cluster och Mesh. En av de absolut största fördelarna med ZigBee är nätverkstopologin Mesh. Dess dynamiska uppbyggnad tillåter att noder förflyttar sig runt i nätverket, samt att nätverket är självläkande. Tekniken kan förenklat jämföras med hur Internet är uppbyggt och har stöd för ca 65000 enheter i ett nätverk. Den första versionen av ZigBee-standarden släpptes i de34 ZigBee - etablerad teknik för industrin Det finns tre olika nätverkstopologier för ZigBee. cember 2004 och har sedan den publicerats på deras hemsida laddats ned över 30 000 gånger. För att förenkla och korta ner utvecklingstiden har ZigBee-alliansen skapat ett certifieringsprogram för tillverkare av radiokretsar, mjukvarustackar samt moduler. Att basera sin produkt på en certifierad plattform tillsammans med en av ZigBee Alliance-godkänd profil förkortar utvecklingstiden betydligt. All kraft kan då läggas på att utveckla själva applikationen. Det finns idag 14 av ZigBee Alliance godkända plattformar, från bland annat Texas Instruments, Jennic samt Freescale. Själva produktcertifieringen utförs av något av ZigBee Alliance oberoende testhus, för närvarande TUV Rheinland eller National Technical Systems. I de flesta av dagens ZigBeeapplikationer krävs någon form säkerhetsrutin. I den första versionen av ZigBee-specifikationen har ZigBee Alliance definierat säkerhetsspecifikationer, som bland annat bygger på en AES 128-bitars algoritm och innehåller de mest väsentliga säkerhetsbitarna från radiostandarden IEEE 802.15.4. De olika stackprofiler som är definierade av ZigBee Alliance sköter säkerheten för MAC-, nätverks- och applikationslagren. Säkerhetsrutinerna inkluderar metoder för generering och transport av nycklar, samt hantering av vilka enheter som tillåts komma in i nätverket. Genom att använda sig av en publik ZigBee-profil är säkerhetsfrågan redan avklarad. Även vid användande av en privat ZigBeeprofil är det mycket smidigt och enkelt att använda någon av de fördefinierade säkerhetsfunktioner som finns i ZigBee stackens fördefinierade profiler. Vid utveckling av en ZigBee applikation är det mycket viktigt att ordentligt utreda vilken typ av säkerhet som behövs. Räcker det med att implementera säkerhet på MAC-nivå? Eller kräver applikationen att säkerhet finns både på nätverksoch applikationsnivå? Säkerhet på applikationsnivån använder en unik sessionsnyckel som endast kan bestyrkas som äkta och dekrypteras av en annan enhet med samma nyckel. Förfaringssättet skyddar både mot interna och externa attacker, men kräver ett större minne för implementationen. - Säkerhet på MAC- och nätverksnivå fungerar i stort sett på samma sätt, genom att säkerställa transmissioner över ett hopp. ZigBee Alliance har definierat säkerhetsfunktioer på nätverksnivå som tar hand om funktioner som inte tas om hand på MAC-nivå. Båda dessa lager av säkerhet använder en global nyckel som alla ZigBee-enheter i nätverket känner. MAC- och nätverkslagrens säkerhetsfunktioner är främst till för applikationer som behöver skydd mot att topologin i nätverket röjs. ZigBee introducerar även ett koncept som kallas ”Trust Center”. Trust Center är en funktion hanterar allt som har med säkerhet att göra. Till exempel ger det möjlighet att tillåta enheter att ansluta till nätverket, distribuera nycklar och ge möjligheten att kontrollera säkerheten hela vägen mellan två enheter. För applikationsutvecklaren definierar ZigBee specifikationen 1.0 två olika säkerhetsnivåer: Residential och Commercial. Residential nivån använder sig endast av en nyckel för hela nätverket. Nyckeln går inte att byta ut under nätverkets livstid. Commercial-nivån använder sig av ett flertal olika nycklar, bland annat så är det möjligt för två enheter att säkert kommunicera med varandra genom en så kallad länknyckel. Givetvis ställer Commercial nivån större krav på minne hos den ZigBee enheten som innehåller Trust Center funktionen, eftersom antalet nycklar växer linjärt med antalet enheter i nätverket. Kan vi verkligen tro att alla dessa olika trådlösa produkter (WLAN, Bluetooth, ZigBee, mm) skall fungera som det är tänkt, eller att de skall fungera överhuvudtaget när de sammanförs, i exempelvis industriell miljö? Tack vare den ökade populariteten för 2,4 GHz bandet har frågan om behovet av funktioner för samexistens fått mycket uppmärksamhet. Organisationen IEEE har lagt ner mycket energi på att reda ut frågan om hur Bluetooth (IEEE 802.15.1) och WLAN (IEEE 802.11b) fungerar tillsammans. Eftersom 2,4 GHz ISM-bandet är fritt att använda (olicensierat) är det öppet för alla möjliga standardiserade och ickestandardiserade system som till exempel mikrovågsugnar, analoga videolänkar samt larmutrustning. Alla dessa teknologier måste uppfylla de nationella kraven på maximal utstrålad effekt och liknande. Att införa någon typ av enhetligt tillvägagångssätt för att varje teknologi ska få tillgång till sin egen frekvens är en utopi inom 2,4 GHz ISM-bandet. Generellt sett uppkommer problem med samexistens när två eller flera enheter försöker utföra sina uppgifter på samma gång, till exempel när två enheter försöker sända på samma frekvens, vid samma tidpunkt. En vanlig fråga är hur pass bra ett specifikt chip är på att hantera samexistens. Det är en mycket svår fråga att svara på, eftersom samexistens beror på ett stort antal parametrar, till exempel avstånd mellan enheterna, vilket protokoll som används av de oli- ka systemen, antalet enheter som försöker kommunicera, maximal uteffekt, samt vilken frekvens som används. Tritechs erfarenheter har visat att IEEE 802.15.4 (ZigBee) radio fungerar alldeles utmärkt i till exempel industriella applikationer där man har en mycket ”fientlig” radiomiljö. Mycket metall och trånga utrymmen kan i praktiken resultera i bättre räckvidd då höga frekvenser som 2,4 GHz reflekteras mot dessa material. Andra företag, till exempel ABB, har visat på samma goda resultat vid praktiska tester. Användandet av ZigBees nätverkslager ökar räckvidden och robustheten tack vare den inbyggda routing-förmågan. När ZigBee används i en miljö där det existerar andra system, såsom Bluetooth eller WLAN, finns det en del enkla metoder att ta till för att öka prestanda på nätverket. Genom att använda kanalerna 15, 20, 25 eller 26 i ZigBee-nätet undviker man att trafiken kolliderar med de tre vanligaste kanalerna i WLAN (1,6,11), vilket givetvis ökar chanserna till två väl fungerande nätverk. Vad gäller Bluetooth - ZigBee samexistens påverkar de olika systemen varandra ganska litet, då Bluetooth använder sig av frekvenshoppande teknik. ZigBee standarden har skapat nya spännande marknader, där företag med traditionell teknik relativt enkelt kan tillföra mervärde till sina produkter genom att erbjuda sina kunder trådlös kontroll och övervakning. Tritech Technology har under ett antal år genomfört ZigBeebaserade projekt åt kunder i hela världen. Företaget arbetar med utveckling, förvaltning och produktion av trådlösa industriella produkter på uppdrag av kunder som själva är produktägande företag. Tritechs kunder finns inom många branscher, men gemensamt för många av produkterna är att de utgör en integrerad del av ett större system där utrustning, människor och IT-system samverkar. Tritech har genom övertagandet av Teligents Linköpingskontor samt en mängd nyanställningar under året vuxit till att ha ca 150 medarbetare. Kontor finns i Stockholm, Västerås, Örebro samt i Linköping. , ELEKTRONIK I NORDEN 13/2006
© Copyright 2024