Interfețe de comunicație -...

60
Interfețe de comunicație Interfețe seriale Interfețe paralele Interfețe fără fir Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 1

Transcript of Interfețe de comunicație -...

Interfețe de comunicație

•Interfețe seriale•Interfețe paralele•Interfețe fără fir

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 1

Interfețe fără fir

IrDA

Bluetooth

IEEE 802.11

IEEE 802.15.4

ZigBee

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 2

IrDA (1)

•Consorțiul IrDA – Infrared Data Association, www.irda.orgStandarde elaborate pentru comunicarea între un calculator și perifericeVersiunea 1.0 (1994) provine de la interfaţa HP-SIR (Hewlett-Packard Serial Infra Red)Ideea: înlocuirea interfeței seriale → comunicație asincronă, maxim 115.200 biți/sRatele de transfer au crescut la 16 Mbiți/s, 100 Mbiți/s şi 1 Gbit/s

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 3

IrDA (2)

•Interfața fizicăImpulsuri de lumină invizibilă (infraroșu)

Lungimea de undă: 850 .. 900 nm•Lumina vizibilă: 400 nm (violet) .. 700 nm (roșu)

Distanța: ~ 1 m (putere redusă: 0,2 m)

Unghiul conului de lumină: 15 .. 30

Comunicație bidirecțională semiduplex

Viteza inițială: 9.600 biți/s•Viteza este negociată între echipamente

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 4

IrDA (3)

Categorii de viteze: SIR, MIR, FIR, VFIR, UFIR,Giga-IR

SIR (Serial InfraRed): vitezele permise de interfața RS-232 (2,4 Kbiți/s .. 115,2 Kbiți/s)

MIR (Medium Infrared): 576 Kbiți/s .. 1,152 Mbiți/s

FIR (Fast InfraRed): 4 Mbiți/s

VFIR (Very Fast InfraRed): 16 Mbiți/s

UFIR (Ultra Fast InfraRed): 96 Mbiți/s

Giga-IR: 512 Mbiți/s și 1 Gbit/sSisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 5

IrDA (4)

•ModulațiaFiecărui bit i se alocă un interval de transmisie

(celulă de bit)•Pentru 9600 biți/s → 104,2 s•Pentru 1,152 Mbiţi/s → 1,157 s

RZI (Return to Zero Invert)•Pentru viteze de până la 1,152 Mbiți/s•Bit 0: impuls cu durata de între 1,41 s și 3/16 din

celulă•Bit 1: absența impulsului•Pentru șiruri lungi de 1, se inserează impulsuri → “bit

stuffing”

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 6

IrDA (5)

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 7

IrDA (6)

PPM (Pulse Position Modulation)•Pentru viteza de 4 Mbiți/s (FIR)

•Poziția impulsului în celulă codifică o secvență de biți

•Varianta utilizată: 4 poziții, celule cu 2 biți codificați → 4PPM

•Intervalul pentru un simbol: 4 x 125 ns = 500 ns

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 8

Biți codificați Simbol 4PPM

0 0 1 0 0 0

0 1 0 1 0 0

1 0 0 0 1 0

1 1 0 0 0 1

IrDA (7)

RLL (1, 13) (Run Length Limited) •Pentru viteza de 16 Mbiți/s (VFIR)

•Asigură un consum eficient de energie

•Factorul de umplere mediu: 26%

Codificarea 8b/10b•Pentru viteza de 96 Mbiți/s (UFIR)

ASK (Amplitude-Shift Keying)•Pentru vitezele de 512 Mbiți/s și 1 Gbit/s (Giga-IR)

•Modulația în amplitudine a unui semnal purtător

•Se utilizează variantele 2-ASK și 4-ASK

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 9

IrDA (8)

•Stiva de protocoale

14.11.2017 Sisteme de calcul dedicate (03-4) 10

IrDA (9)

•IrPHY (Infrared Physical Layer)

Nivelul fizic

Specificații pentru transmițătoare și receptoare

•IrLAP (Infrared Link Access Protocol)

Nivelul legăturii de date

Bazat pe protocolul HDLC (High-level Data LinkControl)

Descoperirea dispozitivelor care pot comunica

Rezolvarea conflictelor de adresareSisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 11

IrDA (10)

Inițierea comunicației între un dispozitivprimar și un dispozitiv secundar•Conexiuni punct la punct sau punct la multipunct

•Ajustarea parametrilor comunicației în funcție de posibilitățile dispozitivului secundar

Transferul datelor •Detectarea erorilor de transfer

•Retransmisia datelor eronate

Controlul fluxului de date

Deconectarea Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 12

IrDA (11)

•IrLMP (Infrared Link Management Protocol)Protocolul LM-MUX (Link Management

Multiplexer) •Permite mai multe canale logice multiplexate

•Conexiuni LSAP (Link Service Access Point)

Protocolul LM-IAS (Link Management Information Access Service) •Permite interogarea unui dispozitiv de către un altul

pentru determinarea serviciilor disponibile

•Parametrii pentru stabilirea conexiunii sunt descriși ca atribute ale unui obiect

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 13

IrDA (12)

•TinyTP (Tiny Transport Protocol)Controlul fluxului de date la nivel de aplicație, deasupra protocolului LM-MUX •Controlul fluxului de date la nivelul IrLAP pentru

un canal multiplexat poate conduce la blocaje

Transportul mesajelor prin segmentare și re-asamblare

•IrCOMMEmularea porturilor seriale RS-232 și paralele Aplicațiile existente pot utiliza conexiuni IrDA

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 14

IrDA (13)

•IrOBEX (IrDA Object Exchange Protocol)Protocol binar care permite transferul simplu al

obiectelor de date între dispozitive

Obiectele sunt definite în mod flexibil: fișiere, informații de diagnostic, cărți de vizită etc.

•IrTran-P (Infrared Transfer Picture)Comunicație pentru aparate foto digitale

SCEP (Simple Command Execute protocol) stabilește o sesiune bazată pe IRCOMM

bFTP (Binary FTP) transferă un fișier în formatul UPF (Uni Picture Format)

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 15

IrDA (14)

•Echipamente IrDACamere digitale

Imprimante

Calculatoare portabile (laptop, PDA)

Telefoane mobile

Aparate ale electronicii de consum

•AvantajeCosturi reduse

Energie consumată redusă

Viteză ridicată

14.11.2017 Sisteme de calcul dedicate (03-4) 16

Interfețe fără fir

IrDA

Bluetooth

IEEE 802.11

IEEE 802.15.4

ZigBee

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 17

Bluetooth (1)

•Specificații elaborate la firma Ericsson

•Specificații formalizate de Bluetooth Special Interest Group (1998), www.bluetooth.org

•Permite comunicarea pe distanțe scurte între dispozitive mobile prin unde radio

•Un canal radio este partajat de un grup de dispozitive sincronizate piconetMaster (M): asigură ceasul pentru sincronizare

cu perioada de 312,5 s; fantă: 2x312,5 = 625 s

Slave (S): maxim 7 dispozitiveSisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 18

Bluetooth (2)

•Datele sunt transmise în pacheteDurata pachetelor: 1, 3 sau 5 fante

Master: transmite în fantele cu număr par și recepționează în fantele cu număr impar

•Se utilizează un semnal purtător modulat de către datele care trebuie transmiseSalt de frecvență: frecvența este comutată de

1600 ori pe secundă permite evitarea interferențelor

•Transmisie duplex cu divizarea timpului (TDD –Time Division Duplex)

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 19

Bluetooth (3)

•Semnale de ceasFiecare dispozitiv Bluetooth are propriul ceas intern

Dispozitivul M setează frecvența tuturor dispozitivelor S cu care comunică•Preambulul fiecărui pachet conține informații

pentru sincronizarea ceasurilor

•Se memorează diferența între frecvențe; nu se modifică frecvențele de ceas ale dispozitivelor S

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 20

Bluetooth (4)

•Frecvențe radioSe utilizează banda de frecvență alocată pentru echipamente industriale, științifice și medicale (ISM – Industrial, Scientific andMedical)2,400 .. 2,480 GHz ca și IEEE 802.11Banda de frecvență este împărțită în 79 de canale, cu lățimea de 1 MHz fiecare•23 de canale în Franța, Spania, Japonia

Frecvența este comutată în mod pseudo-aleator

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 21

Bluetooth (5)

•Clase de dispozitiveDefinite pe baza puterii transmițătoruluiClasa 1: maxim 100 mW; ~ 100 mClasa 2: maxim 2,5 mW; ~ 10 mClasa 3: maxim 1 mW; ~ 1 m

•Versiuni ale standardelor BluetoothVersiunile 1.0 și 1.0B (1999)

•Probleme de interconectare între echipamenteVersiunea 1.1 (2002)

•Standardul IEEE 802.15.1-2002•S-au corectat erorile din versiunea 1.0B•Posibilitatea utilizării canalelor necriptate

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 22

Bluetooth (6)

Versiunea 1.2 (2003)•Standardul IEEE 802.15.1-2005•Conectarea mai rapidă între dispozitive•Viteze de până la 721 Kbiți/s• Îmbunătățirea calității legăturilor audio prin

retransmisia pachetelor eronate

Versiunea 2.0 + EDR (2004)•Modul EDR (Enhanced Data Rate): 2 sau 3 Mbiți/s•Modulaţia GFSK (Gaussian Frequency-Shift Keying) și

PSK (Phase-Shift Keying), cu variantele DQPSK (Differential Quadrature PSK) și 8-DPSK (Eight-Differential PSK)

•Energie consumată mai redusă

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 23

Bluetooth (7)

Versiunea 2.1 + EDR (2007)•Reîmprospătarea dinamică a cheilor de criptare

•SSP (Secure Simple Pairing): conectarea mai sigură și mai simplă între dispozitive

Versiunea 3.0 + HS (2009)•Modul HS (High Speed): viteze de până la 24 Mbiți/s

•Facilitatea AMP (Alternate MAC/PHY): vitezele superioare se obțin prin alte medii de comunicație

•Posibilități: 802.11 sau UWB (Ultra-Wideband)

•Varianta UWB, dezvoltată de WiMedia Alliance, a fost abandonată

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 24

Bluetooth (8)

Versiunea 4.0 (2010)•Conține specificațiile pentru Classic Bluetooth,

Bluetooth HS și Bluetooth Low Energy•Bluetooth HS se bazează pe mediul MAC/PHY

802.11•Bluetooth Low Energy se bazează pe tehnologia

Bluetooth ULP (Ultra Low Power) dezvoltată de Nokia prin Wibree Forum

•Numele Bluetooth ULP și Wibree au fost abandonate

•Nume de marketing utilizat: Bluetooth Smart•Versiunea 4.0 conține modificările necesare pentru

facilitarea modurilor Bluetooth Low EnergySisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 25

Bluetooth (9)

Bluetooth Low Energy•Bluetooth LE, BLE, Bluetooth Smart•Subset al standardului Bluetooth 4.0•Utilizează o nouă stivă de protocoale •Două tipuri de implementări: mod unic, mod dual•Mod unic: este implementată numai noua stivă de protocoale

BLE•Mod dual: funcționalitatea BLE este integrată într-un controler

Bluetooth clasic

•Bluetooth Smart Ready: indică un dispozitiv cu modul dual, compatibil cu dispozitive clasice și BLE

•Bluetooth Smart: indică un dispozitiv cu modul unic BLE

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 26

Bluetooth (10)•Energia consumată este o fracțiune din cea a variantei

Bluetooth clasice

•Utilizează aceeași bandă de frecvență de 2,4 GHz 40 de canale de 2 MHz, modulația GFSK

•Descoperire simplă a dispozitivelor

•Transferuri de date fiabile prin conexiuni criptate

•Costuri reduse

•Aplicații: asistență medicală, sport și fitness, dispozitive de securitate și proximitate

•Profiluri pentru diferite domenii•Aparate medicale: măsurarea tensiunii arteriale, a glicemiei

•Echipamente pentru sport și fitness

•Senzori de proximitate

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 27

Bluetooth (11)

Versiunea 4.1 (2013)•Actualizare software a specificațiilor 4.0

• Îmbunătățiri: suport crescut pentru standardul de comunicație LTE; posibilitatea unor roluri multiple ale dispozitivelor

Versiunea 4.2 (2014) • Introduce facilități pentru IoT (Internet of Things)

•Extensia lungimii pachetelor de date pentru Bluetooth LE

•Conexiuni securizate pentru Bluetooth LE

•Conectivitate IP pentru dispozitive Bluetooth Smart prin profilul IPSP (Internet Protocol Support Profile)

•Opțiune de conectare IPv6 pentru implementări IoT

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 28

Bluetooth (12)

Versiunea 5 (2016) •Noile facilități sunt destinate în primul rând

tehnologiei IoT

•Pentru transmisiunile Bluetooth LE, comparativ cu versiunile 4.x:•Distanța este mai mare de patru ori

•Viteza este dublă

•Funcții pentru servicii fără conectare destinate conexiunilor Bluetooth LE •Informații dependente de locație

•Navigație

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 29

Bluetooth (13)

•AvantajeSpecificații deschise răspândire largă

Utilizare simplă: profiluri; rețea ad-hoc

Banda de frecvență nu necesită licență

Comparativ cu IrDA: distanță mai mare; dispozitivele se pot afla în încăperi diferite

Comparativ cu IEEE 802.11: cost și energie consumată mai reduse

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 30

Bluetooth (14)

•DezavantajeProbleme de securitate

Comparativ cu IrDA: •Cost și energie consumată mai mare

•Viteze mai reduse

•Rata de erori mai mare

Comparativ cu IEEE 802.11: •Viteze mai reduse

•Distanțe mai mici

•Nivel de securitate mai redus Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 31

Interfețe fără fir

IrDA

Bluetooth

IEEE 802.11

IEEE 802.15.4

ZigBee

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 32

IEEE 802.11 (1)

•Set de standarde elaborate de grupul de lucru 11 al comitetului de standarde IEEE LAN/MAN (IEEE 802)

•Versiunea de bază curentă: IEEE 802.11-2007

•IEEE 802.11a .. IEEE 802.y: amendamente ale standardului original IEEE 802.11-1997

•Cele mai utilizate: 802.11b, 802.11g

•Comunicație în benzile de: 2,4; 3,6; 5 GHz

•Diferite tehnici de modulare

•Același protocol de bazăSisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 33

IEEE 802.11 (2)

•Standardul original IEEE 802.11-1997 Rate de transfer de 1 și 2 Mbiți/s

Transmisie în infraroșu – neimplementată

Transmisie radio cu spectru distribuit •Salt de frecvență (frequency-hopping): modificarea

rapidă a frecvenței semnalului purtător •Secvență directă (direct-sequence): modulația fazei

semnalului purtător cu un semnal de zgomot

Banda de frecvență ISM de 2,4 GHz

Protocolul de acces CSMA-CA (Carrier SenseMultiple Access with Collision Avoidance)

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 34

IEEE 802.11 (3)

•IEEE 802.11b-1999Rate de transfer: 1; 2; 5,5; 11 Mbiți/sRata de transfer tipică: ~5 Mbiți/sDistanța (interior): ~30 m la 11 Mbiți/sTransmisie: spectru distribuit cu secvență directă în banda de 2,4 GHz•Codificare prin coduri complementare CCK

(Complementary Code Keying)•Un simbol: opt perechi de biți; pentru fiecare

pereche se utilizează modulația prin decalare de fază în cuadratură QPSK (Quadrature PSK)

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 35

IEEE 802.11 (4)

Configurație punct la multipunct: un punct de acces comunică cu mai mulți clienți

Selecția adaptivă a vitezei: reducerea ratei de transfer la scăderea calității semnalului•La vitezele de 1 și 2 Mbiți/s se utilizează modulația

DQPSK (Differential QPSK) din standardul original

Extensii 802.11b+: rata maximă 22 Mbiți/s•Utilizează o codificare elaborată de Texas Instruments

•Simbolul care codifică un bit depinde de biții precedenți

•Modulație 8-PSK

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 36

IEEE 802.11 (5)

•IEEE 802.11g-2003 Rate de transfer: •1; 2 Mbiți/s (DQPSK)•5,5; 11 Mbiți/s (CCK)•6; 9; 12; 18; 24; 36; 48; 54 Mbiți/s (OFDM –

Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)

Rata de transfer tipică: ~19 Mbiți/sDistanța (interior): ~30 m la 54 Mbiți/sCompatibilitate cu echipamentele 802.11b•Prezența unui echipament 802.11b reduce viteza

întregii rețele 802.11g

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 37

IEEE 802.11 (6)

Banda de frecvență de 2,4 GHz

Modulația OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)•Se utilizează 48 de semnale sub-purtătoare

ortogonale eliminarea interferențelor

•Pentru fiecare sub-purtătoare se utilizează o tehnică de modulație QAM (Quadrature AmplitudeModulation), cu variantele 16-QAM sau 64-QAM

Echipamente duale 802.11b/g

Interferențe posibile cu alte echipamente

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 38

IEEE 802.11 (7)

•IEEE 802.11n-2010 Rate de transfer mai ridicate (maxim 600 Mbiți/s cu patru șiruri de date) Distanțe de până la două ori mai mari (~70 m)Benzile de frecvență de 2,4 GHz și 5 GHzÎn banda de 5 GHz se utilizează canale cu lățimea de 40 MHz se poate dubla rata de transfer În banda de 2,4 GHz se utilizează canale cu lățimea de 20 MHz

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 39

IEEE 802.11 (8)

Tehnologia MIMO (Multiple-Input Multiple-Output)•Multiplexare spațială: transmiterea a 2-4 șiruri de date în

același canal antene multiple de transmisie și recepţie

• În general: N transmițătoare, M receptoare (NxM)

•Configurație obligatorie: 2x2

•Configurație opțională: 4x4 600 Mbiți/s (canale de 40 MHz)

14.11.2017 Sisteme de calcul dedicate (03-4) 40

IEEE 802.11 (9)

Modulație OFDM mai eficientă•52 de semnale sub-purtătoare maxim 65 Mbiți/s

pentru un șir de date (faţă de 54 Mbiți/s )

Protocol îmbunătățit: confirmare pe blocuri•Se transmite un singur cadru ACK pentru mai multe

cadre recepționate•Dimensiunea cadrului ACK este de 8 B (față de 128 B)

Agregarea cadrelor: creșterea dimensiunii maxime a cadrelor de la 2304 B la 8 KB sau 64 KBReducerea intervalului de gardă între simboluri:

de la 800 ns la 400 ns

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 41

IEEE 802.11 (10)

Aplicații:•Transferul datelor multimedia (MM) și

audiovizuale

•Transferuri simultane de voce și date MM

•Transferul unor șiruri video multiple

•Partajarea conexiunilor la Internet

•Creșterea calității audio la aplicațiile VoIP și creșterea numărului de apeluri simultane

•Creșterea calității recepției la telefoane

•Creșterea ariei de acoperire a rețelelor fără fir

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 42

IEEE 802.11 (11)

•IEEE 802.11ac-2013Se bazează pe versiunea 802.11nPermite utilizarea canalelor cu lățime mai mare (80 MHz, 160 MHz) în banda de 5 GHz•Se pot utiliza și canale de 20 MHz sau 40 MHz•Un canal de 80 MHz: două canale de 40 MHz

adiacente•Un canal de 160 MHz: două canale de 80 MHz,

adiacente sau nu

Se utilizează modulația OFDM•Numărul de semnale sub-purtătoare depinde de

lățimea canalului (40 MHz: 128; 160 MHz: 512)Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 43

IEEE 802.11 (12)

Se va transmite același preambul în fiecare sub-canal de 20 MHz compatibilitate

Număr mai mare de șiruri spațiale (până la 8)

Tehnologia MU-MIMO (Multi-User MIMO): antenele sunt distribuite pe mai multe puncte de acces și terminale radio independente

Transmițătoare multiple și receptoare multiple pot transmite/recepționa semnale separate simultan în aceeași bandă

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 44

IEEE 802.11 (13)

•Wi-Fi Alliance (www.wi-fi.org)Consorțiu de firme cu scopul de a asigura

compatibilitatea produselor bazate pe standardul IEEE 802.11Certificarea produselor pe baza unor proceduri

de test

14.11.2017 Sisteme de calcul dedicate (03-4) 45

IEEE 802.11 (14)

•AvantajePrețul seturilor de circuite este în scădere

Compatibilitate între echipamente

Securitate ridicată prin sistemul WPA2•DezavantajeEnergie consumată relativ ridicată

Necesitatea configurării pentru validarea securității și selectarea unui alt canal

Distanța relativ redusă

Posibilitatea interferenței cu alte echipamente Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 46

Interfețe fără fir

IrDA

Bluetooth

IEEE 802.11

IEEE 802.15.4

ZigBee

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 47

IEEE 802.15.4 (1)

•Standard pentru rețele personale fără fir cu rate de transfer reduseLR-WPAN (Low-Rate Wireless Personal AreaNetwork)Obiective principale: transferuri fiabile; cost foarte scăzut; consum de energie redusSpecifică nivelul fizic (PHY) și nivelul MAC(Media Access Control)Nivelele superioare (de rețea, al aplicațiilor) nu sunt definite de standardul 802.15.4

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 48

IEEE 802.15.4 (2)

•Componentele unei rețele 802.15.4 (PAN)Două sau mai multe dispozitive care comunică pe

același canal fizic

Dispozitiv: cu funcții complete (FFD); cu funcții reduse (RFD)

Un dispozitiv FFD poate comunica cu alte dispozitive FFD sau dispozitive RFD

Un dispozitiv RFD poate comunica numai cu un dispozitiv FFD

Coordonator PAN: utilizat pentru inițierea, terminarea sau rutarea mesajelor din rețea

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 49

IEEE 802.15.4 (3)

•Topologii de rețea

Fiecare rețea PAN are un identificator

Fiecare dispozitiv dintr-o rețea are o adresă unică de 64 biți

Topologie stea: toate dispozitivele comunică cu coordonatorul PAN •Aplicații: automatizarea

locuinței; asistență medicală

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 50

IEEE 802.15.4 (4)

Topologie de la egal-la-egal (“peer-to-peer”): un dispozitiv poate comunica cu oricare alt dispozitiv din aria de acoperire

Permite realizarea unor rețele mai complexe de tip plasă •Aplicații: control industrial;

rețele de senzori; securitate; agricultură

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 51

IEEE 802.15.4 (5)

•Benzi de frecvențăISM (2,4 GHz): 16 canale; 250 Kbiți/s868 MHz (Europa): 3 canale; 20 Kbiți/s915 MHz (SUA, Canada): 30 canale; 40 Kbiți/s

•Banda ISM (2,405 .. 2,4835 GHz)Canale cu lățimea de 5 MHz (efectiv, 2 MHz)Transmisie radio cu spectru distribuit: pentru fiecare simbol (4 biți) se selectează una din 16 secvențe pseudo-aleatorii de zgomot

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 52

IEEE 802.15.4 (6)

Modulația: variantă a modulației QPSK, O-QPSK (Offset Quadrature Phase-ShiftKeying)Rata binară maximă efectivă: aprox. jumătate din cea specificată de 250 Kbiți/s

•Alte caracteristici:Protocol de acces la canale: CSMA-CAProtocol cu confirmare fiabilitateIndicator al calității legăturii (LQI – Link Quality Indicator)

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 53

Interfețe fără fir

IrDA

Bluetooth

IEEE 802.11

IEEE 802.15.4

ZigBee

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 54

ZigBee (1)

•Specificații: ZigBee 2012Elaborate de ZigBee Alliance

•Se bazează pe specificațiile standardului IEEE 802.15.4Se adaugă la nivelele definite (fizic, MAC) un

nivel de rețea și un nivel de securitate

Permite realizarea unor rețele fără fir cu topologia plasă

Include mecanisme de reducere a energiei consumate

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 55

ZigBee (2)

•Rețele cu topologia plasă

Nodurile pot comunica între ele prin noduri intermediare

Pot exista căi de comunicație multiple între două noduri redundanță

Identificator al rețelei (PAN ID): valoare de 16 biți

Identificator al nodului

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 56

ZigBee (3)

•Tipuri de noduriCoordonator: •Formează rețeaua•Permite adăugarea nodurilor în rețea•Gestionează securitatea•Opțional: poartă de acces la Internet

Ruter: dirijează mesajele la destinațieDispozitiv: execută funcții specificeExemplu: coordonator “hub”; ruter termostat; dispozitiv senzor de mișcare

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 57

ZigBee (4)

•Nivelul de securitateGenerează chei criptografice

Se utilizează algoritmul AES-128

•Opțiuni de implementareZigBee: rețele de dimensiuni mai mici, cu sute de dispozitive

ZigBee PRO: rețele de dimensiuni mari, cu mii de dispozitive

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 58

ZigBee (5)

•Standarde ZigBee pentru diferite domeniiAutomatizarea clădirilor

Automatizarea locuințelor

Asistență medicală

Servicii de telecomunicații

Furnizarea energiei (Smart Energy)

Controlul iluminatului (Light Link)

Telecomenzi RF

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 59

ZigBee (6)

•AvantajeSimplitatea utilizării auto-configurare

Rețele cu căi redundante

Soluție standardizată interoperabilitate

Cost redus

Energie consumată redusă

Fiabilitate

Securitate

Sisteme de calcul dedicate (03-4) 14.11.2017 60