REDES DOMÉSTICAS CON IEEE 802.15.4: UN ESTÁNDAR EN DESARROLLO PARA REDES DE ÁREA PERSONAL INALÁMBRICAS DE BAJA VELOCIDAD

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MODULACIÓN

El PHY de 2,4 GHz emplea una técnica de modulación cuasi-ortogonal de 16 años

la PHY de 868/915 MHz tiene una ventaja de 6-8 dB debido a sus menores velocidades binarias.

La PHY de 868/915 MHz utiliza un enfoque DSSS

datos binarios se codifican multiplicando cada secuencia m por +1 o -1,

está representado por una secuencia de longitud máxima de 15 chips (secuencia m).

CANALIZACIÓN

Se dispone de veintisiete canales de frecuencia en las tres bandas

Debido al soporte regional de estas dos bandas, es poco probable que una sola red utilice los 11 canales.

. La PHY de 2,4 GHz

soporta 16 canales entre 2,4 y 2,4835 GHz con un amplio espaciamiento de canales (5 MHz)

El PHY de 868/915 MHz

soporta un solo canal entre 868.0 y 868.6 MHz

RESUMEN

requieren comunicaciones de baja velocidad de datos en una red autoorganizada ad hoc.

el estándar es adecuado para muchas aplicaciones en el hogar

Este artículo presenta:

características del estándar

bajo consumo de energía

el bajo costo

la flexibilidad de la red

sus aplicaciones de redes domésticas

borrador de la norma IEEE 802.15.4

INTRODUCCIÓN

ZigBee, una derivación de HomeRF, y el Grupo de Trabajo 15 del IEEE 802, combinaron sus esfuerzos para abordar la necesidad de una red inalámbrica de bajo consumo y bajo coste

Cada uno ofrece varias ventajas y desventajas que dependen de la capacidad del ancho de banda, la instalación, el mantenimiento y el costo

no se necesita un nuevo cableado

satisfacción de la necesidad de una conectividad compartida de alta velocidad.

Las redes inalámbricas transmiten el intercambio de información con un mínimo esfuerzo de instalación

Una motivación clave para el uso de la tecnología inalámbrica es la reducción del costo de instalación,

En el ámbito del cableado, las líneas telefónicas (analógicas, digitales básicas y de tipo DSL), los módems de cable y las compañías de líneas eléctricas son los principales impulsores.

Los enfoques para lograr este objetivo pueden clasificarse fácilmente en dos grupos: redes alámbricas e inalámbricas.

Ha habido varios intentos de conectar en red el entorno doméstico a través de soluciones patentadas y mediante estándares como HomePNA, la Homeplug Powerline Alliance, CEA R-7, HomeRF y Echonet

APLICACIONES

Dentro de la casa, uno puede considerar varios posibles sectores de mercado

Periféricos de PC

ratones inalámbricos, teclados, joysticks, de gama baja PDAs y juegos; electrónica de consumo, incluyendo radios, televisiones, VCRs, CDs, DVD, mandos a distancia,

El IEEE 802.15.4 está diseñado para ser útil en una amplia variedad de aplicaciones,

detección y determinación de la ubicación en sitios de desastre

seguridad pública

control y monitoreo industrial

agricultura de precisión, como la detección de la humedad del suelo

y niveles de pH

pesticidas, herbicidas

placas y etiquetas inteligentes

detección automotriz, como el monitoreo de la presión de los neumáticos;

EL FORMATO DE MARCO GENERAL DE MAC

El formato general de una trama MAC

pie de página MAC (MFR).

unidad de datos de servicio MAC (MSDU)

encabezamiento MAC (MHR)

MAC se mantiene muy flexible para acomodar las necesidades de las diferentes aplicaciones y topologías de red

La transacción se considera satisfactoria sólo cuando la trama de confirmación contiene el mismo número de secuencia que la trama transmitida previamente.

La trama MAC se denomina unidad de datos de protocolo MAC (MPDU)

EL NIVEL DE ENLACE DE DATOS

características del MAC IEEE 802.15.4

asociación y disociación, la entrega de tramas reconocidas

El MAC IEEE 802.15.4 proporciona servicios a un LLC de tipo I IEEE 802.2 a través de la subcapa de convergencia específica de servicios (SSCS),

El proyecto IEEE 802 divide la DLL en dos subcapas

la subcapa de control de enlace lógico (LLC).

subcapa MAC

La LLC está estandarizada en 802.2 y es común entre los estándares 802

El servicio de gestión de MAC tiene 26 primitivas. En comparación con 802.15.1 (Bluetooth), que tiene unas 131 primitivas y 32 eventos, el MAC 802.15.4 es de muy baja complejidad,

consideran los problemas y obstáculos que rodean a la capa de red.

las redes cableadas tradicionales, la capa de red es responsable de la construcción y mantenimiento de la topología

incorporan las tareas necesarias de direccionamiento, enrutamiento y seguridad

Capas de red construidas en la norma se espera que sean autoorganizados y auto mantenidos, para minimizar el costo total al usuario consumidor

estándares de IEEE 802

LA CAPA DE RED

porciones de la capa de enlace de datos (DLL)

. LA CAPA FÍSICA

dos opciones de PHY que se combinan con el MAC

PHY se basan en métodos de espectro de dispersión de secuencia directa (DSSS)

868/915 MHz PHY

especifica la operación en la banda de 868 MHz en Europa y en la banda

El 2.4GHz PHY

especifica la operación en la banda industrial

MULTIBANDA, MULTITARIFA

ambas comparten la misma estructura básica de paquetes para una operación de bajo consumo de ciclo de trabajo

PHY de 868/915 MHz ofrece tasas de 20 kb/s y 40 kb/s para sus dos bandas

PHY de 2.4 GHz proporciona una tasa de transmisión de 250 kb/s,

dan como resultado una implementación de IC digital de bajo costo,

OTRAS CARACTERÍSTICAS DEL MAC

Cuando un dispositivo desea transmitir en una red no habilitada para balizas

primero comprueba si otro dispositivo está transmitiendo actualmente en el mismo canal

En una red habilitada para balizas, cualquier dispositivo que desee transmitir durante el período de acceso de contención espera el comienzo de la siguiente franja horaria

Dependiendo de la configuración de la red

LRWPAN puede utilizar

CSMA-CA no ranurado o estándar

En redes sin balizas se utiliza CSMA-CA

una red habilitada con baliza con supertramas

la norma IEEE 802.15.4

empleando AES-128.

seguridad de clave simétrica

listas de control de acceso

función importante del MAC

validación exitosa de la trama recibida

Las tramas de baliza enviadas por un coordinador PAN y las tramas de acuse de recibo nunca son reconocido

El campo de control de trama

indica si se espera un acuse de recibo o no.

es confirmar la recepción correcta

La recepción y validación con éxito de una trama de datos o de un comando del MAC se confirma con un acuse de recibo

LA ESTRUCTURA DEL SUPERMARCO

El acceso al canal en las franjas horarias se basa en la contención

El comienzo del período libre de contención y la duración de la superestructura son comunicados a los dispositivos de red conectados por el coordinador PAN en su baliza

Estos tiempos asignados Las franjas horarias se denominan franjas horarias garantizadas (GTS)

el IEEE 802.15.4 LR-WPAN

supertrama, un coordinador de red dedicado

transmite balizas de supertrama en intervalos predeterminados

todos los dispositivos deben completar sus transacciones

duración de la superestructura

contención

Un dispositivo puede transmitir en cualquier momento durante una ranura,

15 ms o tan largos como 245 s