Rede ZigBee (Camada NWK)

A camada de rede (NWK - Network) se encontra entre a de Suporte a Aplicação e a MAC, e vincula uma aplicação às camadas inferiores. Para melhor entendimento de suas funcionalidades, explicaremos sua Estrutura primeiro.

Estrutura de rede

Os dispositivos de uma rede ZigBee podem ser de dois tipos: FFD e RFD, de funcionalidade total (Full Function Device) e reduzida (Reduced Function Device), respectivamente. De acordo com a função que desempenham, podem ser classificados em Coordenador, Roteador e Dispositivo Final.

Tipos de Dispositivos:

Coordenador
É único em uma rede, e mandatório para o seu funcionamento. Deve ser do tipo FFD, visto que deve ser capaz de começar a rede, gerenciá-la, permitir a entrada de novos dispositivos, selecionar o canal a ser utilizado, estabelecer os GTSs e o momento em que os dispositivos podem transmitir (no modo beacon), transferir dados, entre outras funcionalidades.
Roteadores
Capazes de se associar a novos dispositivos, incluíndo-os à rede (ou entrando em uma rede já existente) e retransmitir dados entre nós, os roteadores também devem ser FFDs. Se preciso, podem atuar como Dispositivos Finais.
Dispositivos Finais
Somente recebem/transmitem mensagens, sendo a mais simples das funções. Pode-se juntar a uma rede existente, a partir dos roteadores e coordenadores, mas não pode criar uma nova rede, função exclusiva do Coordenador. Pode ser um FFD ou RFD.

Topologia de Rede

A topologia de uma rede se refere à forma como seus dispositivos se organizam em suas ligações. Dentre os tipos de topologia, três são principais para redes ZigBee: Estrela, Árvore e Malha.

Estrela (Star)
Nela, o Coordenador é o dispositivo central, e se liga com todos os outros dispositivos da rede. É a topologia mais simples, porém tende a sobrecarregar o Coordenador, visto que, como é o único que realiza roteamento, toda mensagem entre dispositivos deve passar por ele.
Árvore (Cluster Tree)
Topologia um pouco mais complexa, onde temos a presença de roteadores interligando os "ramos" da árvore, que começa no Coordenador. Há uma maior disponibilidade de caminhos e, portanto uma maior robustez, se comparado ao tipo Estrela. Os nós, que sejam do tipo FFD, podem se associar a novos dispositivos finais ou roteadores, de forma a expandir a rede. Note que, no modelo em Árvore, há somente uma rota que liga o Coordenador com cada Dispositivo Final.
Malha (Mesh)
Similiar à topologia em Árvore, porém, com roteadores ligados, de forma a criar diferentes rotas entre Dispositivos. Os roteadores "conversam" entre si, para realizar o roteamento das mensagens de forma a escolher a melhor rota entre dois dispositivos. Tais fatos garantem uma maior resiliência à rede, agora que há mais de um caminho entre dispositivos.

Figura 5: Topologias de Rede

Dinâmica de uma rede ZigBee

Formação de uma rede

A formação de uma rede apenas pode ser feita pelo coordenador. Para isso, é necessário que se encontre um canal apropriado para uso e um identificador PAN ID. A escolha do canal é feita por meio da varredura de detecção de energia de todos os canais e aqueles que apresentarem energia superior a um patamar pré-estabelecido pelo desenvolvedor serão descartados e o coordenador escolherá o que apresentar o menor número de redes Zigbee em operação. Em seguida, é feita a escolha da PAN ID pelo coordenador de forma que esta seja única e, para isso, serão consideradas as outras PAN ID já em uso por outras redes no mesmo canal.

Entrada de novos dispositivos na rede

A entrada de novos roteadores e dispositivos finais é feita por roteadores e coordenadores já existentes na rede. O novo dispositivo inicia uma varredura transmitindo um pedido beacon por vários canais. Em seguida, ele escolhe o melhor roteador – incluindo o coordenador – para se ligar. O dispositivo envia uma solicitação de associação ao roteador (comando MAC) que responde com a aceitação ou rejeição do pedido.