IEEE 802.15.4 y ZigBee - aiturrih.com · Indicación de calidad del enlace (LQI). Seguridad...

TEMA

IEEE 802.15.4 - ZigBee

Arquitectura General

Estándar tecnológico creado para Control y Redes para Sensores

IEEE 802.15.4 es una solución de red inalámbrica de área personal de baja tasa de datos.

Diseñado para dispositivos de baja potencia con dispositivos ligeros.

Su diseño se enfoca en las aplicaciones y necesidades de los clientes.

La arquitectura Zig Bee se desarrolla sobre el modelo de referencia IEEE 802.15.4

Zig Bee provee servicios de seguridad y rastreo

Arquitectura Zigbee

– “the software”

– Capas de Red,

Seguridad y Aplicación

– Gestión

IEEE 802.15.4

– “the hardware”

– Capas Física, Acceso al

Medio y Control

IEEE 802.15.4 & ZigBee

PHY 868MHz / 915MHz / 2.4GHz

MAC

Red Star / Mesh / Cluster-Tree

Seguridad 32- / 64- / 128-bit encryption

Aplicación

API

ZigBee Alliance

IEEE 802.15.4

Cliente

Silicon Stack App

Alliance Zigbee

Tasas de datos y características disponibles en la versión inicial

Tasas de datos de 20 a 250 Kbps en la banda ISM 2.4 GHz

Maneja diferentes topologías como estrella y malla.

Direccionamiento basado en 16 bits o MAC (64 bits).

Soporte de simple acceso asignación de slots con garantías

Detección de energía.

Indicación de calidad del enlace (LQI).

Seguridad multinivel.

Bandas de Frecuencia más comunes del mundo

Canales en IEEE 802.15.4

• Hay 16 canales definidos en la banda ISM: 10 canales en la banda 915 MHz, y 1 canal en la banda 868 MHz

• 868 MHz, Banda Europea a 20 Kbps

• 915 MHz, Banda Norteamericana a 40 Kbps

The 802 Wireless Space

Aplicaciones Potenciales

Sensores militares, ambientales, industriales, comerciales y residenciales

Controles inalámbricos

Opera en Redes de Area Personal y Redes dispositivo a dispositivo

Control de luces, conmutadores, termostatos, etc…

Luces y Switches

Luz en espacios comerciales o residenciales

Ambiente Industrial

ZigBee DISPOSITIVOS DE RADIO

DE BAJA VELOCIDAD

AUTOMATIZACIÓ

N RESIDENCIAL

CLIENTES

ELECTRÓNICOS

TV

VCR

DVD/CD

remoto

SEGURIDAD

HVAC

lighting

closures

PC &

PERIFÉRICOS

JUEGOS DE

ENTRETENIMIENTO

CONSOLAS

PORTÁTILES

DE

EDUCACIÓN

CUIDADO

PERSONAL

INDUSTRIAL &

COMMERCIAL

CONTROL

AUTOMATIZADO

POR

MONITORES Y

SENSORES

Sectores de aplicaciones

Cómo trabaja Zigbee? • Topologías

• Estrella

• Peer to Peer

• Malla

• Coordinador de Redes, Routers y Dispositivos Terminales

• Estados de operación • Activo

• Stand by

• Capacidades de dispositivos • Función completa del dispositivo (FFD)

• Función reducida del dispositivo (RFD)

• M odos de operación • Beacon

• No-Beacon

Slide Courtesy of

ZigBee Mesh Networking

Source: http://www.zigbee.org/en/resources/#SlidePresentations

ZigBee Mesh Networking

ZigBee Mesh Networking

ZigBee Mesh Networking

Estrella Zigbee

Capa Física

BANDA COBERTURA TASA DE DATOS CANALES

2.4 GHz ISM Worldwide 250 kbps 16

915 MHz ISM Americas 40 kbps 10

868 MHz Europe 20 kbps 1

Capa Física 2450 MHz

• Genera 250 kbps

• Técnica de modulación O-QPSK

• El dato es asignado en símbolos de 4 en 4 bits. Después los símbolos son asignados a chips de 32 bits de longitud y después se modulan.

Capa Física 868/915 MHz

•Tasa de datos de 20 kbps ó 40 kbps dependiendo de las frecuencias.

•Usa modulación de chip DSSS y BPSK

•DSSS provee buen rendimiento

•O-QPSK y BPSK minimizan el consumo de potencia y reduce la complejidad.

Tipos de Redes PAN

•Red de area personal sin guía (Non-Beacon Enabled)

CSMA/CA sin slots

•PAN con guía establecida (Beacon Enabled)

CSMA/CA habilitada

Estructuras de supertrama • Una supertrama se forma por el coordinador de red PAN para el

sincronismo de transmisión y recepción

Mecanismo I de comunicación

Mecanismo II de comunicación

Pila Zig Bee

PHY/MAC

Capa de Red

Trama Guía (Beacon)

Trama de Datos

Trama de acuse de recibos (Acknowledgement)

Trama MAC

Primitivas de la Capa PHY

Tipos de tramas que se transmiten en la capa física

Modos de seguridad y sus valores en las tramas Zig Bee

Sistemas de Encriptación principal

Información del campo de control de una trama

• Tipo de trama (1 de los 4 tipos)

• Campo de seguridad

• Segmentación que indica el campo pendiente de la trama

• Petición principal ACK

• Intra-PAN

• Modo de direccionamiento

Tipo de trama

Estructura de la trama de datos

La trama de datos provee la alimentación del receptor al remitente

Alianza Zig Bee

•Es una marca como Wi-Fi y WiMAX

•Provee la capa de red (NWK)

•Puede diferenciar entre un nodo usual, un coordinador y un router

Objeto de dispositivo Zig Bee

Direcciona 3 detalles principales:

1. Descubrimiento de servicios

2. Seguridad

3. Vinculación

Zig Bee complementa la seguridad de IEEE 802.15.4

Configuración de Red Zigbee

Futuro de ZigBee

La alianza Zig Bee-IEEE 802.15.4 es una interface de baja tasa de datos comparada con otras técnicas, motivo por el cual se tiene un conjunto de tecnologías cubriendo una gran área de aplicaciones