La Alianza ZigBee desarrolla la capa de Red (NWK) y la Capa de Aplicación que se definen a continuación: [7]
1.6.2.1 Capa de Red (NWK)
“La capa de red es la encargada de entregar los datos generados en las capas superiores al dispositivo de destino dentro de la red, además de minimizar el consumo de energía, esto se debe a que puede activar o desactivar su hardware de recepción, permaneciendo la mayor parte del tiempo en estado de reposo y reaccionando únicamente ante peticiones de transmisión o recepción.” 4
La capa de red tiene tres objetivos principales:
1. Iniciar la red y asociar los dispositivos a la misma. 2. Enrutar los paquetes a su destino, y
3. Proporcionar métodos de seguridad para garantizar que los paquetes lleguen a su destinatario final.
4 (Villacrés, 2009)
23
A nivel de la capa de red, existen dos tipos de direcciones: direcciones cortas de 16 bits y direcciones largas o direcciones IEEE de 64 bits (cada dispositivo debe tener asignada una dirección IEEE única).
Además la capa de red se encarga de:
- Permitir el correcto uso de la capa MAC y ofrece una interfaz para su uso por parte de la capa de aplicación.
- Administrar opciones de configuración:
Permite al dispositivo iniciar la red o unirse a una red existente.
Asigna direcciones a los dispositivos que se unen a la red.
- Soporta varios mecanismos de enrutamiento como broadcast, multicast y unicast.
- Brinda seguridad mediante los sistemas de autentificación y confidencialidad de la transmisión.
- Soporta múltiples topologías de red:
Topología en estrella: el coordinador se sitúa en el centro.
Topología en árbol: el coordinador es la raíz del árbol.
Topología de malla: al menos uno de los nodos tienen más de dos conexiones.
- Brinda control de recepción: detecta la presencia de receptores, lo que posibilita la comunicación directamente o la sincronización a nivel de subcapa MAC.
- Es la capa encargada de descubrir, almacenar y reportar información a los dispositivos vecinos que se encuentran directamente a un salto (next hop)
24 Estructura de trama de Red
Tabla 1. 8: Formato general de la trama Red [7]
Bytes: 2 2 2 1 1 0/8 0/8 0/1 Var Var Contro l de Trama Dirección Destino Dirección Origen Radio Num. de Secuenci a Dirección Destino IEEE Dirección Origen IEEE Control Multicast Subtram a Ruta de Origen Carga Útil
Cabecera de RED Carga
Útil
Control de Trama: Tiene 16 bits en los cuales se especifican el tipo de la trama, la versión del protocolo y si se está empleando mecanismos de seguridad.
Dirección de destino: Indica la dirección de destino del dispositivo con el cual se quiere realizar la comunicación.
Dirección Origen: Constara de 2 octetos de longitud e indica la dirección de red del dispositivo de origen de la trama.
Radio: Indica la cantidad de saltos máximos que esta puede llegar a realizar. Este parámetro se va disminuyendo en uno en cada salto. Cuando llega a cero, esa trama no será retransmitida a otro dispositivo.
Número de secuencia: Identifica la trama.
Dirección IEEE Destino y Origen: Este campo es opcional, en donde se indica el campo de control de trama.
Control Multicast: Su uso es opcional y se lo puede definir en el campo de control de trama, tiene la función de definir los parámetros básicos para la transmisión multicast
Subtrama de ruta de origen: Este campo es opcional y si su valor se presenta en 1 nos indica que su uso está activo.
Carga útil de Trama: Este subcampo contiene información específica de los diferentes tipos de tramas individuales.
25
1.6.2.2 Capa De Aplicación (APL)
La capa de aplicación es la interfaz entre el nodo ZigBee y sus usuarios y está dividida en tres subcapas como se puede apreciar en la figura 1.11.
Capa de Aplicación (APL)
Subcapa de Soporte de Aplicación (APS)
Entorno de Aplicación
Objeto de Dispositivo ZigBee (ZDO)
Objeto de Aplicación 240
Objeto de Aplicación 1
Figura 1. 11: Capa de Aplicación [7]
- Entorno de Aplicación
Es el campo en el cual se encuentran los objetos de aplicación, estos objetos representan las aplicaciones que van a ser utilizadas en el dispositivo ZigBee. Cada dispositivo puede tener configuradas un máximo de 240 aplicaciones y 30 funcionar al mismo tiempo.
Cada objeto de aplicación tiene un número que lo identifica del 1 al 240.
El número 0 especifica la interface de datos hacia la ZDO.
El número 255 para una interface de datos con funciones de broadcast hacia todos los objetos de aplicación.
- Objeto de Dispositivo ZigBee (ZigBee Device Object - ZDO)
Esta subcapa se encarga de definir el rol del dispositivo en la red. Dichos roles pueden ser de coordinador, router o dispositivo final.
- Subcapa de Soporte de Aplicación (Aplication Support Sub-Layer) La función de esta Subcapa es la de proporcionar una interfaz entre la Capa de Red y la Capa de Aplicación.
26 Además es el encargado de:
Vincular dos dispositivos según sus servicios y necesidades, y enviar mensajes entre ellos.
Brindar seguridad mediante la implementación de una autenticación con los otros dispositivos a través de secure keys.
Controlar una base de datos del manejo de los objetos llamada APS information Base (AIB)
Estructura de trama de la capa de Aplicación
Tabla 1. 9: Formato general de la trama de la capa de aplicación [7]
Bytes: 2 0/1 0/2 0/2 0/2 0/1 0/1 Variable Variable Control de Trama Punto Final de Destino Dirección de Grupo ID de Cluster ID de Perfil Punto Final de Origen Contador APS Extensión de Cabecera Carga Útil de Trama Campo de Direccionamiento (0… 8 Bytes)
Cabecera de RED Carga
Útil APS
Los campos que conforman la trama de la capa de aplicación son: 5
- Campos de la Cabecera de Red
Campo de control de trama: Campo de 8 bits de longitud que contiene información sobre si se está empleando mecanismos de seguridad, si se requiere mensaje de confirmación a nivel de capa de aplicación y si se utiliza extensión de cabecera.
Dirección dispositivo destino: Contiene la dirección del dispositivo al que se dirige la trama.
Dirección de grupo: Indica la dirección del grupo de dispositivos al que se destina la trama.
27
Identificador de Cluster: Indica el cluster y por tanto la aplicación a la que hace referencia el mensaje.
Identificador de Perfil: Identificador del perfil sobre el que se realiza la acción indicada en la trama.
Dirección dispositivo origen: Indica la dirección del dispositivo en donde es generada la trama.
Contador APS: Indica el número de trama enviada para evitar duplicados.
Extensión de cabecera: Campo para extender la funcionalidad de la cabecera.
- Campos de la Carga Útil APS
Carga útil: Contiene la información de las capas inferiores.