Informacja

Standard IEEE 802.15.4: samouczek / elementarz

Standard IEEE 802.15.4: samouczek / elementarz


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

IEEE 802.15.4 to standard opracowany w celu zapewnienia struktury i niższych warstw w modelu OSI dla tanich i energooszczędnych sieci łączności bezprzewodowej.

IEEE 802.15.4 zapewnia warstwy MAC i PHY, pozostawiając górne warstwy do opracowania pod kątem określonych wyższych późniejszych standardów, takich jak Thread, Zigbee, 6LoWPAN i wiele innych.

W rezultacie, IEEE 802.15.4 nie zajmuje takiego reflektora, jak inne standardy, niemniej jednak stanowi podstawę dla dużej liczby standardów, a zatem jest znacznie szerzej wdrażany, niż może się wydawać na pierwszy rzut oka.

Niska moc jest jednym z kluczowych elementów standardu 802.15.4, ponieważ jest używana w wielu obszarach, w których zdalne czujniki muszą działać na zasilaniu bateryjnym, prawdopodobnie przez lata bez uwagi.

Podstawy IEEE 802.15.4

Standard IEEE 802.15.4 ma na celu zapewnienie podstawowych niższych warstw sieciowych dla bezprzewodowej sieci osobistej WPAN. Główne wymagania to tania, niska prędkość wszechobecnej komunikacji między urządzeniami.

IEEE 802.15.4 nie ma na celu konkurowania z częściej używanymi systemami zorientowanymi na użytkownika końcowego, takimi jak IEEE 802.11, w których koszty nie są tak krytyczne i wymagane są wyższe prędkości, a moc może nie być tak krytyczna. Zamiast tego IEEE 802.15.4 zapewnia bardzo niskokosztową komunikację pobliskich urządzeń z niewielką lub żadną podstawową infrastrukturą.

Koncepcja IEEE 802.15.4 polega na zapewnieniu komunikacji na odległość do około 10 metrów i przy maksymalnej szybkości przesyłania danych 250 kb / s. Przewidując, że redukcja kosztów będzie wymagać wysoce wbudowanych rozwiązań sprzętowych, opracowano ogólną koncepcję IEEE 802.15.4, aby to uwzględnić.

Standard IEEE 802.15.4

Standard IEEE 802.15.4 doczekał się wielu wydań. Oprócz tego istnieje wiele wariantów standardu IEEE 802.15.4, które obsługują różne formy warstwy fizycznej itp. Zostały one podsumowane poniżej w tabeli.


Podsumowanie standardu IEEE 802.15.4
Wersja IEEE 802.15.4Szczegóły i uwagi
IEEE 802.15.4 - 2003Było to pierwsze wydanie standardu IEEE 802.15.4. Zapewniał dwa różne PHY - jeden dla niższych pasm częstotliwości 868 i 915 MHz, a drugi dla 2,4 GHz.
IEEE 802.15.4 - 2006To wydanie z 2006 roku standardu IEEE 802.15.4 przewidywało zwiększenie szybkości transmisji danych osiągalnej na niższych pasmach częstotliwości. To wydanie standardu zaktualizowało PHY do 868 i 915 MHz. Zdefiniowano również cztery nowe schematy modulacji, które można zastosować - trzy dla niższych pasm częstotliwości i jeden dla 2,4 GHz.
IEEE 802.15.4aTa wersja standardu IEEE 802.15.4 zdefiniowała dwa nowe PHY. Jeden wykorzystywał technologię UWB, a drugi wykorzystywał rozproszone widmo chirp przy częstotliwości 2,4 GHz.
IEEE 802.15.4cAktualizacje dla pasma 2,4 GHz, 868 MHz i 915 MHz, UWB i chińskiego pasma 779-787 MHz.
IEEE 802.15.4d2,4 GHz, 868 MHz, 915 MHz i japońskie pasmo 950-956 MHz.
IEEE 802.15.4eTo wydanie definiuje rozszerzenia MAC do IEEE 802.15.4 wspierające aplikację ISA SP100.11a.
IEEE 802.15.4fSpowoduje to zdefiniowanie nowych PHY dla UWB, pasma 2,4 GHz, a także 433 MHz
IEEE 802.15.4gTo określi nowe PHY dla inteligentnych sieci sąsiedzkich. Mogą to być aplikacje takie jak aplikacje inteligentnych sieci dla przemysłu energetycznego. Może obejmować pasmo 902 - 928 MHz.

Chociaż nowe wersje standardu są dostępne do użytku w każdym ze standardów wyższych warstw, Zigbee nadal korzysta z pierwszej wersji standardu IEEE 802.15.4 z 2003 roku.


Aplikacje IEEE 802.15.4

Technologia IEEE 802.15.4 jest używana w wielu różnych standardach wyższych warstw. W ten sposób podstawowe warstwy fizyczne i warstwy MAC są już zdefiniowane, co pozwala na zapewnienie wyższych warstw przez indywidualny używany system.


Pochodne standardy IEEE 802.15.4
Aplikacja lub systemOpis aplikacji lub systemu IEEE 802.15.4
ZigbeeZigbee jest obsługiwany przez Zigbee Alliance i zapewnia wyższe poziomy wymagane dla systemu radiowego o małej mocy do zastosowań sterujących, w tym oświetlenia, ogrzewania i wielu innych zastosowań.
Bezprzewodowy HARTWirelessHART to technologia sieci bezprzewodowej o otwartym standardzie, opracowana przez HART Communication Foundation do użytku w paśmie 2,4 GHz ISM. System wykorzystuje IEEE802.15.4 dla niższych warstw i zapewnia zsynchronizowaną w czasie, samoorganizującą się i samonaprawiającą się architekturę siatki.
RF4CERF4CE, Radio Frequency for Consumer Electronics, połączyło się z sojuszem Zigbee i ma na celu zapewnienie sterowania radiowego małej mocy do zastosowań audiowizualnych, głównie do zastosowań domowych, takich jak zestawy do skrzynek, telewizory i tym podobne. Zapewnia lepszą komunikację i udogodnienia w porównaniu z istniejącymi kontrolami.
MiWiMiWi i towarzyszące mu systemy MiWi P2P zostały zaprojektowane przez Microchip Technology. Przeznaczone są do niskich szybkości transmisji danych i niewielkich odległości, tanich sieci i są przeznaczone do zastosowań obejmujących monitorowanie i sterowanie przemysłowe, automatykę domową i budynkową, zdalne sterowanie i automatyczny odczyt liczników.
ISA100.11aStandard ten został opracowany przez ISA jako otwarta technologia sieci bezprzewodowej i jest opisywany jako system bezprzewodowy do automatyzacji przemysłowej, w tym do sterowania procesami i innych powiązanych zastosowań.
6LoWPANTa dość nietypowa nazwa jest akronimem „IPv6 zamiast bezprzewodowych sieci osobistych o niskim poborze mocy”. Jest to system, który wykorzystuje podstawowy standard IEEE 802.15.4, ale wykorzystuje dane pakietowe w postaci Ipv6.

Chociaż standard IEEE 802.15.4 może nie być tak dobrze znany, jak niektóre standardy wyższego poziomu i systemy, takie jak Zigbee, które wykorzystują technologię IEEE 802.15.4 jako podstawę systemu niższych poziomów, to jest jednak bardzo ważny. Obejmuje szereg różnych systemów i jako taki zapewnia nowe podejście - zapewniając tylko niższe warstwy i umożliwiając innym systemom dostarczanie wyższych warstw, które są dostosowane do odpowiedniej aplikacji.

Częstotliwości i pasma częstotliwości IEEE 802.15.4

Pasma częstotliwości IEEE 802.15.4 są zgodne z wolnymi od licencji pasmami radiowymi, które są dostępne na całym świecie. Spośród dostępnych pasm pasmo 2,4 GHz (2400 MHz) jest najczęściej używane ze względu na fakt, że jest dostępne na całym świecie, co przynosi wiele korzyści skali.


Szczegóły kanału RF IEEE 802.15.4
Pasmo częstotliwości (MHz)Dostępne kanałyDostępna przepustowość (kbps)Dozwolone użycie regionu
868 - 868.6120Europa
902 - 92810 (2003 rel.)
30 lat (2006 rel)
30USA
2 40016250Światowy

Wraz z nowymi przydziałami wynikającymi z takich kwestii, jak dywidenda cyfrowa i inne kraje przyjmujące i stosujące IEEE 802.15.4, rozważane są inne częstotliwości i pasma. Należą do nich: pasma częstotliwości 314–316 MHz, 430–434 MHz i 779–787 MHz w Chinach oraz pasmo 950–956 MHz w Japonii. Rozważane są również inne częstotliwości dla wariantów UWB IEEE 802.15.4.

Formaty modulacji IEEE 802.15.4

Były dwa różne schematy modulacji zdefiniowane dla IEEE 802.15.4 w oryginalnym standardzie wydanym w 2003 roku. Obie te konfiguracje interfejsu radiowego lub interfejsu radiowego są oparte na rozproszonym widmie bezpośredniej sekwencji, technikach DSSS. Ten dla niższych pasm częstotliwości zapewnia niższą szybkość transmisji danych, biorąc pod uwagę mniejszą szerokość kanału, podczas gdy format używany przy 2,4 GHz umożliwia przesyłanie danych z szybkością do 250 kb / s.

Wydanie 2006 standardu 802.15.4 zaktualizowało szereg obszarów interfejsu radiowego i schematów modulacji. Zdefiniowano cztery różne warstwy fizyczne. Three zastosowało podejście DSS, wykorzystując binarne lub przesunięte kwadraturowe kluczowanie z przesunięciem fazy, BPSK i OQPSK. Zdefiniowano opcjonalne podejście do warstwy fizycznej przy użyciu kluczowania z przesunięciem amplitudy, ASK.

Przegląd adresów MAC IEEE 802.15.4

Celem warstwy IEEE 802.15.4 MAC jest zapewnienie interfejsu między warstwą PHY lub warstwą fizyczną a warstwą aplikacji. Ponieważ IEEE 802.15.4 nie określa warstwy aplikacji, jest to ogólnie system aplikacji, taki jak Zigbee, RF4CE, MiWi itp.

IEEE 802.15.4 MAC zapewnia interfejs do warstwy aplikacji za pomocą dwóch elementów:

  • Usługa zarządzania adresami MAC: Nazywa się to jednostką zarządzania warstwą MAC, MLME. Udostępnia interfejsy usług, przez które można wywoływać funkcje zarządzania warstwami lub uzyskiwać do nich dostęp. IEEE 802.15.4 MAC MLME jest również odpowiedzialny za sterowanie bazą danych obiektów warstwy MAC. Ta baza danych jest nazywana bazą informacji PAN warstwy MAC lub PIB. MLME ma również dostęp do usług MCPS w zakresie transportu danych.
  • Usługa danych MAC: Nazywa się to warstwą wspólnego portu MAC, MCPS. Ta jednostka w IEEE 802.15.4 MAC zapewnia usługi przesyłania danych między równorzędnymi MAC.

Topologie sieciowe IEEE 802.15.4

Istnieją dwie główne formy topologii sieci, które mogą być używane w ramach IEEE 802.15.4. Te topologie sieciowe mogą być używane do różnych zastosowań i oferują różne korzyści.

Dwie topologie sieciowe IEEE 802.15.4 to:

  • Topologia gwiazdy: Jak sama nazwa wskazuje, format początkowy topologii sieci IEEE 802.15.4 ma jeden centralny węzeł zwany koordynatorem PAN, z którym komunikują się wszystkie inne węzły.
  • Topologia sieci równorzędnej: W tej formie topologii sieci nadal istnieje coś, co określa się mianem koordynatora PAN, ale komunikacja może również zachodzić między różnymi węzłami i niekoniecznie za pośrednictwem koordynatora.

Warto zdefiniować różne typy urządzeń, które mogą istnieć w sieci. Istnieją trzy typy:

  • FFD: Urządzenie o pełnej funkcjonalności - węzeł o pełnym poziomie funkcjonalności. Może służyć do wysyłania i odbierania danych, ale może również kierować dane z innych węzłów.
  • RFD: Urządzenie o ograniczonej funkcjonalności - urządzenie o obniżonym poziomie funkcjonalności. Zwykle jest to węzeł końcowy, którym może być zwykle czujnik lub przełącznik. RFD mogą komunikować się tylko z FFD, ponieważ nie zawierają funkcji routingu. Te urządzenia mogą być urządzeniami o bardzo niskim poborze mocy, ponieważ nie muszą kierować innego ruchu i można je przełączyć w tryb uśpienia, gdy nie są używane.

    Te RFD są często nazywane urządzeniami podrzędnymi, ponieważ potrzebują innych urządzeń nadrzędnych, z którymi mogą się komunikować.

  • Koordynator: To jest węzeł sterujący siecią IEEE 802.15.4. To jest specjalna forma FFD. Oprócz normalnych funkcji FFD ustawia również sieć IEEE 802.15.4 i działa jako koordynator lub zarządca sieci.

Definicje te zostały pierwotnie wygenerowane do użytku w Zigbee, ale ich użycie zostało teraz wprowadzone w terminologii sieciowej IEEE 802.15.4.


Topologia gwiazdy IEEE 802.15.4

W topologii gwiazdy wszystkie węzły muszą rozmawiać tylko z centralnym koordynatorem PAN. Nawet jeśli węzły są FFD i znajdują się w swoim zasięgu, w topologii sieci gwiazdy, mogą komunikować się tylko z węzłem koordynującym.

Posiadanie topologii sieci gwiazdowej ogranicza całkowite odległości, które można pokonać. Jest ograniczona do jednego przeskoku.


Topologia peer to peer IEEE 802.15.4

Topologia sieci peer to peer lub p2p zapewnia szereg zalet w porównaniu z topologią sieci typu gwiazda. Oprócz komunikacji z koordynatorem sieci, urządzenia mogą również komunikować się ze sobą. FFD są w stanie kierować dane, podczas gdy RFD są w stanie zapewnić jedynie prostą komunikację.

Fakt, że dane mogą być kierowane przez węzły FFD, oznacza, że ​​zasięg sieci może zostać zwiększony. Nie tylko można zwiększyć całkowite odległości, ale także zamaskowane węzły od głównego koordynatora sieci mogą kierować swoje dane przez inny węzeł FFD, z którym może się on komunikować.

Tematy dotyczące łączności bezprzewodowej i przewodowej:
Podstawy komunikacji mobilnej2G GSM3G UMTS4G LTE5GWiFiIEEE 802.15.4DECT Telefony bezprzewodowe NFC - komunikacja bliskiego zasięguPodstawy pracy sieciCo to jest chmuraEthernetDane szeregoweUSBSigFoxLoRaVoIPSDNNFVSD-WAN
Wróć do Łączność bezprzewodowa i przewodowa


Obejrzyj wideo: Sensor Network Evolving StandardsIEEE and Other Issues (Może 2022).