Corso di Comunicazioni Wireless Laurea Magistrale in Ingegneria Elettronica ZigBee/802.15.4 Enea Cippitelli – e.cippitelli@univpm.it Requisiti di reti di sensori • Flessibilità • Grandi dimensioni • Operatività garantita per anni • Durata della batteria • Bassa potenza • Basso costo • Basso data rate ZigBee Alliance • Un insieme di aziende fondano il gruppo ZigBee Alliance (2002) con l’obiettivo di creare uno standard per dispositivi wireless a basso rate e ridotto consumo energetico ZigBee vs Communication standards WWAN IEEE 802.22 Range IEEE 802.20 WMAN WiMax IEEE 802.16 WLAN ZigBee 802.15.4 WPAN 0.01 WiFi 802.11 Bluetooth 802.15.1 0.1 1 10 Data Rate (Mbps) 802.15.3 100 1000 ZigBee consumo di potenza/costo ZigBee/802.15.4 – Stack del protocollo MAC •Channel acquisition •Contention mgt •Error Correction ZigBee •Network Routing •Address translation •Packet Segmentation PHY •Packet generation •Packet reception •Data transparency •Power Management 802.15.4 PHY 802.15.4 PHY • Preamble: 32 bit usati per sincronizzazione • Start of Packet Delimiter: 8 bit • PHY Header: 8 bit contenenti la lunghezza del PSDU • PSDU: payload di lunghezza variabile (da 0 a 127 byte) • Potenza di trasmissione di almeno 1 mW • Sensibilità del ricevitore (tasso di errore sui pacchetti < 1%): • -85 dBm a 2.4 GHz • -92 dBm a 868/915 MHz 802.15.4 MAC • Indirizzamento standard IEEE a 64-bit o “accorciato” a 16-bit (che permette di indirizzare fino a 2^16 nodi con basso overhead) • Dimensione della rete fino a 2^64 nodi • Struttura dei pacchetti semplificata • Trasferimento dati affidabile • Associazione/disassociazione • Sicurezza basata su AES-128 • Accesso multiplo CSMA-CA • Struttura a super-frame opzionale Dispositivi e topologie di rete 802.15.4 • Dispositivi definiti dallo standard 802.15.4: • Full Function Device (FFD): implementa tutte le funzionalità, può svolgere il ruolo di coordinatore • Reduced Function Device (RFD): non implementa tutte le funzionalità e può soltanto comunicare con un FFD • Topologie di rete 802.15.4: Dispositivi e topologie di rete 802.15.4 • Cluster Tree, mesh particolare: Dispositivi e topologie di rete 802.15.4 • Lo standard IEEE 802.15.4 non definisce il livello network • Spesso i vendor implementano soluzioni proprietarie, ad esempio DigiMesh: Dispositivi e topologie di rete ZigBee • Dispositivi definiti dallo ZigBee: • ZigBee Coordinator: si occupa della gestione della rete, richiesto almeno un coordinator per ogni rete • ZigBee Router: partecipa all’instradamento dei pacchetti • ZigBee End Device: capacità di elaborazione limitate, svolge il compito di nodo sensore • Topologie di rete ZigBee: Dispositivi e topologie di rete ZigBee • I dispositivi ZigBee derivano della definizione dell’applicazione, dispositivo logico ZigBee e dispositivo fisico 802.15.4 ZigBee vs. 802.15.4 Applicazioni Applicazioni – In-Home Monitoring Digi xBEE PRO S1 • Moduli wireless basati su 802.15.4 • Modalità di funzionamento: • point-to-point • point-to-multipoint • peer-to-peer • Low-power • Low-cost applications • High-throughput applications • Low latency • NON IMPLEMENTA Zigbee! Digi xBEE PRO S1 – Specifications Digi xBEE PRO S1 – Specifications Arduino/Galileo Shield • In commercio sono disponibili shield già pronti • Facilità di interfacciamento con Arduino/Galileo • Comunicazione tramite seriale
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