Do zadań MAC należą m.in. zarządzanie dostępem do kanału, kontrola i potwierdzanie odebranych ramek. Współpraca z logiczną kontrolą łącza zgodną z 802.2 typ 1 odbywa się poprzez specjalną podwarstwę zbieżności SSCS (Service-Specific Convergence Sublayer) lub bezpośrednio LLC odwołuje się do usług podwarstwy MAC. Przewaga SSCS polega na zapewnieniu kompatybilności pomiędzy różnymi implementacjami LLC i pozwala na wydajniejsze wykorzystywanie dwóch punktów dostępu do MAC, z których pierwszy związany z transmisją danych jest udostępniany przez MCPS-SAP (MAC Common Part Sublayer - Service Access Point), natomiast drugi MLME-SAP (MAC Layer Management Entity) odpowiada za zarządzanie.

Struktura jednostki danych protokołu MAC jest bardzo elastyczna i mimo prostoty pozwala uwzględnić stosowanie różnych topologii oraz aplikacji w warstwach wyższych. W ramce możemy wyróżnić trzy zasadnicze części. Integralności strzeże występująca na końcu 16-bitowa sekwencja CRC.

W skład nagłówka wchodzi pole kontrolne odpowiedzialne za określenie typu i zawartości przesyłanej ramki, formatu pola adresowego. Kolejny bajt zawiera numer sekwencji wykorzystywany przy potwierdzaniu poprawnego odbioru ramki. Ostatnim polem nagłówka jest adres. Protokół pozwala przesyłać dane użyteczne o różnej długości, jednakże ograniczeniem od góry jest maksymalny rozmiar całej ramki wynoszący 127 bajtów.

ZigBee posługuje się czterema rodzajami ramek, tzn. koordynacyjną, danych, potwierdzenia oraz rozkazu.

Biorąc pod uwagę, że niektóre aplikacje wymagają małych, stałych opóźnień, standard LR-WPAN przewiduje specjalny tryb pracy. Wówczas ustalony "zarządca" koordynuje pracę podległych mu urządzeń, nadając w określonym czasie specjalne ramki kontrolne. Odstęp pomiędzy nimi może wynosić od 15 ms do aż 245 s i jest dzielony na 16 równych niezależnych szczelin czasowych. Dostęp do nich odbywa się na drodze rywalizacji, lecz koordynator może także przypisać szczelinę czasową (Guaranteed Time Slots) określonemu urządzeniu wymagającemu określonego pasma i opóźnienia.

W zależności od używanej topologii sieci standard LR-WPAN przewiduje dwa sposoby dostępu do kanału. W sieci z wyróżnionym urządzeniem koordynującym jest używany mechanizm szczelinowego CSMA-CA, w innych warunkach zwykłego CSMA-CA, którego zasada działania jest niezwykle prosta. Kiedy urządzenie chce nadać wiadomość, najpierw sprawdza, czy żadne z pozostałych już nie rozpoczęło transmisji. Jeśli tak, odczekuje przez losowo ustalony czas i ponownie próbuje zająć kanał. W drugiej wersji dochodzi dodatkowo ograniczenie czasu na zajęcie kanału wynikające z długości trwania szczeliny. Powyższy mechanizm nie dotyczy potwierdzeń, które są nadawane bezpośrednio po otrzymaniu bezbłędnie przesłanej ramki.

Bezpieczeństwo

ZigBee uwzględnia trzy stopnie zabezpieczeń na poziomie warstwy drugiej. Pierwszym jest brak jakiejkolwiek ochrony, kolejnym lista zaufanych urządzeń (na podstawie adresu MAC, bez kryptografii). Zdecydowanie najlepsza jest ostatnia opcja, tj. użycie 128-bitowego szyfrowania AES. IEEE nie precyzuje jednak metody dystrybucji klucza, pozostawiając to do rozwiązania projektantom aplikacji warstw wyższych.

Groźba interferencji z popularnymi bezprzewodowymi sieci komputerowymi, pracującymi we wspomnianym paśmie 2,4 GHz, wymaga zastosowania odpowiednich mechanizmów zapobiegających. Warstwa dostępu do medium zawiera jednak tylko funkcję skanującą wyszukującą urządzenie koordynujące. W samej warstwie fizycznej udostępniono takie procedury, jak detekcja odbieranej energii, badanie jakości łącza czy zmiana kanału. Standard nie definiuje algorytmów dynamicznej alokacji częstotliwości, lecz umożliwia ich wprowadzenie w warstwie sieciowej.

Na tle konkurencji

Naturalnie ZigBee to bardzo dobra alternatywa przewodowych systemów, takich jak X.10 lub LonWorks, ograniczonych przez okablowanie. Pozwala tworzyć sieci o różnej topologii przede wszystkim dzięki zróżnicowaniu urządzeń na koordynujące, zwykłe oraz o ograniczonej funkcjonalności, którymi zazwyczaj są proste czujniki będące zarazem urządzeniami końcowymi. Pojedyncza sieć może liczyć do 256 urządzeń w przypadku 8-bitowego adresowania, lecz biorąc pod uwagę możliwość przewidzianego w standardzie połączenia międzysieciowego, liczba ta może znacznie wzrosnąć. Ponadto obsługiwane są także adresy o długości aż 64 bitów. Dzięki takiemu zabiegowi udaje się pokryć zasięgiem bardzo duże obszary.

Największy rywal, którym jest niewątpliwie Bluetooth, pozwala jedynie na kilkudziesięciometrowe połączenia, wykorzystując do tego tylko dwie klasy urządzeń, tj. master i slave, których liczba nie przekracza kilku. Ustępuje także pod względem szybkości tworzenia sieci ad hoc i rekonfiguracji istniejącej. Czas zarejestrowania nowego urządzenia w ZigBee wynosi jedynie 30 ms. Obydwie technologie wykorzystują transmisję z rozproszeniem widma uzyskiwanym jednak różnymi metodami. Wiąże się to bezpośrednio z zużywaną energią elektryczną. Urządzenia pracujące w standardzie Bluetooth muszą być ładowane co kilka lub kilkanaście dni. W przeciwieństwie do ZigBee, w projekcie którego uwzględniono bardzo niski pobór mocy (moc promieniowana poniżej 1 mW), dzięki czemu elementy sieci mogą korzystać z pary baterii AAA przez pół roku, a nawet dwa lata. Wynika to także z charakteru transmisji, która w przypadku LR-WPAN jest dużo wolniejsza oraz nieciągła, tzn. poszczególne węzły lub czujniki uzyskują dostęp do kanału i nadają tylko wtedy, kiedy wymaga tego aplikacja (niekiedy rzadziej niż raz na godzinę). Dodatkowo Bluetooth, stworzony do "multimedialnych" zastosowań (np. przesyłu głosu), wykorzystuje znacznie bardziej rozbudowany stos protokołów wymagający większej mocy obliczeniowej niż prosty ZigBee, którego obsługę można zrealizować na 8-bitowym kontrolerze serii 80C51.

Na zakończenie

ZigBee wygląda obiecująco, jeśli weźmiemy pod uwagę jej przeznaczenie. Wówczas staje się jasne, iż uzupełni ona istniejące rozwiązania bezprzewodowe. W żadnym razie nie jest dla nich alternatywą - ze względu na bardzo niskie przepływności. Według szacunków ceny układów wynoszące obecnie ok. 5 USD spadną o połowę. Pierwsze urządzenia (m.in. interaktywne zabawki dla dzieci) zgodne ze standardem 802.15.4 powinny pojawić się na rynku europejskim już lada moment.