Redes domésticas con IEEE 802.15.4.

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Redes domésticas con IEEE 802.15.4.

INTRODUCTION

En el año 2000, dos grupos de normalización, ZigBee, un producto derivado de HomeRF, y el Grupo de Trabajo 15 del IEEE 802, aunaron esfuerzos para responder a la necesidad de crear redes inalámbricas de baja potencia y bajo coste en los entornos residenciales e industriales.

Ha habido varios intentos de conectar en red el entorno doméstico a través de soluciones propietarias y a través de estándares como HomePNA, la alianza Homeplug Powerline, CEA R-7, HomeRF y Echonet. El acercamiento a lograr este objetivo se puede clasificar fácilmente en dos grupos: redes alámbricas e inalámbricas.

CANALIZACIÓN

Debido al soporte regional para estas dos bandas, es poco probable que una sola red utilice los 11 canales. Sin embargo, las dos bandas se consideran lo suficientemente cercanas en frecuencia como para que se pueda usar hardware similar, si no idéntico, para ambas, lo que reduce los costos de fabricación.

Veintisiete canales de frecuencia están disponibles en las tres bandas (Fig. 5 y Tabla 2).

LA CAPA FÍSICA

Una segunda característica PHY distintiva de interés para los diseñadores de redes y aplicaciones es la velocidad de transmisión. El PHY de 2,4 GHz proporciona una tasa de transmisión de 250 kb/s, mientras que el PHY de 868/915 MHz ofrece tasas de 20 kb/s y 40 kb/s para sus dos bandas, respectivamente.

MULTIVELOCIDAD IEEE 802.15.4 ofrece dos opciones PHY que se combinan con MAC para habilitar una amplia gama de aplicaciones de red. Ambos PHY se basan en métodos de espectro ensanchado de secuencia directa (DSSS)

OTRAS CARACTERÍSTICAS DE MAC

Las tramas de acuse de recibo que confirman una transmisión anterior no utilizan el mecanismo CSMA ya que se envían inmediatamente después del paquete anterior.

Dependiendo de la configuración de la red, una LR WPAN puede usar uno de los dos mecanismos de acceso al canal.

MODULACIÓN

Los datos binarios se codifican multiplicando cada m-secuencia por +1 o -1. La secuencia de chip resultante se modula en la portadora utilizando modulación por desplazamiento de fase binaria (BPSK). La codificación de datos diferenciales se utiliza antes de la modulación para permitir diferencialmente de baja complejidad. recepción coherente.

LA ESTRUCTURA DE LA SUPERTRAMA

El comienzo del período sin contención y la duración de la supertrama se comunican a los dispositivos de red conectados por el coordinador PAN en su baliza.

El tiempo entre dos balizas se divide en 16 intervalos de tiempo iguales, independientemente de la duración de la supertrama. Un dispositivo puede transmitir en cualquier momento durante un intervalo, pero debe completar su transacción antes de la siguiente baliza de supertrama. El acceso al canal en los intervalos de tiempo se basa en la contienda.

APLICACIONES

Dentro del hogar, se pueden considerar varios sectores de mercado posibles: Periféricos para PC, como ratones inalámbricos, teclados, joysticks, PDAs de gama baja y juegos; electrónica de consumo, como radios, televisores, videograbadoras, CDs, DVDs, mandos a distancia, etc., y un mando a distancia verdaderamente universal para controlarlos.

La seguridad pública, que incluye la detección y la determinación de la ubicación en lugares de desastre; la detección en el sector del automóvil, como la supervisión de la presión de los neumáticos; las tarjetas y etiquetas inteligentes; y la agricultura de precisión, como la detección de la humedad del suelo, los pesticidas, los herbicidas y los niveles de pH [3].

SENSIBILIDAD Y ALCANCE

IEEE 802.15.4 actualmente especifica sensibilidades de receptor de –85 dBm para PHY de 2,4 GHz y –92 dBm para 868/915 MHz PHY. Estos valores incluyen margen suficiente para cubrir las tolerancias de fabricación, así como para permitir muy enfoques de implementación de bajo costo.

CAPA DE RED

El borrador del estándar IEEE 802.15.4 admite múltiples topologías de red, incluidas tanto en estrella y redes peer-to-peer (Fig. 1). La topología es una opción de diseño de aplicaciones; algunas aplicaciones, como los periféricos de PC, pueden requerir la conexión de baja latencia de la red en estrella, mientras que otras, como la seguridad perimetral, pueden requerir la cobertura de área extensa de las redes punto a punto.

Los protocolos de capas superiores quedan a la discreción de las aplicaciones individuales utilizadas en un entorno de red doméstica

CAPA DE ENLACE DE DATOS

La subcapa MAC proporciona dos servicios a las capas superiores a los que se puede acceder a través de dos puntos de acceso al servicio (SAP).

El proyecto IEEE 802 [5] divide la DLL en dos subcapas, las subcapas MAC y de control de enlace lógico (LLC).

EL FORMATO GENERAL DE LA TRAMA DE MAC

El número de secuencia en el encabezado MAC coincide con la trama de reconocimiento con la transmisión anterior. La transacción se considera exitosa solo cuando la trama de reconocimiento contiene el mismo número de secuencia que la trama transmitida anteriormente. .

La estructura de la trama MAC se mantiene muy flexible para acomodar las necesidades de diferentes aplicaciones y topologías de red mientras se mantiene un protocolo simple.

INTERFERENCIA HACIA Y DESDE OTROS SERVICIOS

Con este modelo, el MAC 802.15.4 proporciona funciones que 802.2 no utiliza y, por lo tanto, permite las topologías de red más complejas mencionadas anteriormente. Las características de IEEE 802.15.4 MAC son asociación y disociación, entrega de tramas reconocidas, mecanismo de acceso al canal, validación de tramas, gestión de intervalos de tiempo garantizados y gestión de balizas.

Los dispositivos que funcionan en la banda de 2,4 GHz deben aceptar interferencias causadas por otros servicios operando en la banda.