1 / 17

Vestavné mikropočítačové systémy

Vestavné mikropočítačové systémy. 12 . Týden – bezdrátové komunikace I I (Bluetooth, ZigBee). Sítě WPAN. Wireless Personal Area Networks Sítě s velmi malým dosahem, cca 10 m Slouží k: Propojování „drobných“ zařízení mezi sebou (např. PDA-PDA)

angus
Download Presentation

Vestavné mikropočítačové systémy

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Vestavné mikropočítačové systémy 12. Týden – bezdrátovékomunikace II(Bluetooth, ZigBee)

  2. Sítě WPAN • Wireless Personal Area Networks • Sítě s velmi malým dosahem, cca 10 m • Slouží k: • Propojování „drobných“ zařízení mezi sebou (např. PDA-PDA) • Připojování periferií (např. hands-free sada k mobilu) • Mají typicky ad-hoc charakter a dynamickou topologii • Standardy ETSI • Hyper PAN – High Performance Radio Personal Area Network • Standardy IEEE • 802.15.1 – Bluetooth (1.0, 2.0) • 802.15.2 – Kompatibilita Bluetooth s dalšími službami v bezlicenčním pásmu • 802.15.3 – High Data Rate WPAN • UWB – Ultra Wide Band • 802.15.4 – Low Data Rate WPAN • ZigBee • Existuje řada proprietálních nadstaveb

  3. Bluetooth • Motivace • Vytvořit jednotný standard pro bezdrátovou komunikaci na krátkou vzdálenost cca10 m s možností rozšíření až na 100 m • Praktičtější alternativa k IrDA • Typické scénáře využití • Připojení periférií např. klávesnic, myší head-setů, joysticků, … • Realizace ad-hoc sítí např. PDA-PDA, PDA-mobil, mobil-mobil, … • Propojení sítí např. mobil je přes GPRS/UMTS připojen k Internetu a počítač/PDA je připojen přes Bluetooth k mobilu a potažmo tedy i k Internetu • Vlastnosti • Pracuje v bezlicenčním pásmu 2,4 GHz • Komplexní pojetí specifikace – jde až na aplikační úroveň • Různé komunikační rychlosti, vysílací výkony a dosah zařízení • Ad-hoc formovaná pikosíť • Existuje podpora routování mezi pikosítěmi – scatternets • Dobře vyřešená bezpečnost • Před komunikací je třeba provést tzv. párování • Podpora šifrování • Specifická podpora pro různé druhy přenosů – soubory, audio, video, …

  4. Bluetooth – topologie

  5. User Interface Intercom Headset Cordless Group call vCard vCal vNote vMessage Dial-up Networking Fax Service Discovery Protocol Telephony Control Protocol OBEX Voice RFCOMM(serial port) L2CAP(serial port) Link Manager Link Controller Baseband RF Bluetooth – architektura

  6. Bluetooth – protocol stack • RF vrstva • Bezlicenční pásmo 2,4 GHz • FHSS, 79 kanálů po 1 MHz • 1600 skoků za sekundu • Sekvenci určuje master pokosítě • GFSK modulace • Rozdělení do tříd dle vysílacího výkonu • class 1 – do 100 mW, dosah až 100 m • class 2 – do 2,4 mW, dosah do 10 m • class 3 – do 1 mW, dosah do 1 m • Komunikační rychlosti • 1.0 – až 720 kbit/s (1 Mbit/s) • 2.0 – EDR (Enhanced Data Rate) a6 2,1 Mbit/s (3 Mbit/s) • Baseband vrstva – Link Control Protocol (LC) • definuje fyzické subkanály mezi masterem pikosítě a jednotlivými účastníky, master-slave struktura, vysílání řízeno prostřednictvím TDMA • Master může současně komunikovat s až 7 aktivními zařízeními v jedné pikosíti, další mohou být neaktivní (celkem max. 255) • Master přiděluje zařízením jednotlivé časové sloty, slot má délku 1/1600 s, rámec může obsadit několik po sobě jdoucích slotů (až 5)

  7. Bluetooth – režimy přenosu • SCO – Synchronous Connection Oriented • Tzv. „voice link“ • 64 kbit/s plně duplexní dvoubodový spoj • Hlavně „hlasové“ periferie např. komunikace handsfree sad s mobilem • ACL – Asynchronous Connection Less • Tzv. „data link“ • až 433,9 kbit/s symetricky, nebo až 723,2kbit/s asymetricky (reálné rychlostis uvážením režie), nominální rychlost (bez režie) 1 Mbit/s • point-to-point nebo point-tomultipoint

  8. Bluetooth – protocol stack • Zajišťují interoperabilitu na nejvyšší úrovni • GAP (Generic Access Profile) • Povinný, umožňuje vytvořit spojení mezi BT zařízeními • BPP (Basic Printing Profile) – tisk z/na BT zařízení • FTP (File Transfer Profile) – přenos souborů mezi BT zařízeními • GAVDP (General A/V Distribution Profile) – distribuce audia/videa • GOEP (Generic Object Exchange Profile) – výměna objektů (vizitky, kalendář,…) • HFP (Hands-Free Profile) • HSP (Headset Profile) – bezdrátová sluchátka • HID (Human Interface Device Profile) – klávesnice, myš … • PAN (Personal Network Profile) – připojení k síti LAN • SPP (Serial Port Profile) – vytváří virtuální sériové porty • SDAP (Service Discovery Application Profile) • umožňuje zjistit služby a aplikace podporované jiným BT zařízením

  9. Bluetooth – shrnutí • Komunikace především na krátkou vzdálenost • bezdrátová náhrada USB nebo sériové linky • Omezená podpora směrování • Dobrá úroveň zabezpečení • Poměrně dlouhá doba na vytvoření pikosítě • Poměrně vysoký spotřeba • nelze dlouhodobě (měsíce, roky) napájet z baterií • Protokol definován až na aplikační úroveň (profily) • dobrá interoperabilita • Dominantní bezdrátová technologie v segmentu „drobné“ spotřební elektroniky

  10. Aplikace ZigBee DefinujeZigBee Aliance IEEE 802.15.4 MAC DefinujeIEEE 802.15.4 IEEE 802.15.4868/915 MHzPHY IEEE 802.15.42400 MHzPHY IEEE 802.15.4 a ZigBee

  11. IEEE 802.15.4 • Definuje fyzickou a linkovou (MAC) vrstvu • Komunikace v bezlicenčních pásmech, DSSS • 2,4 GHz, 16 kanálů, QPSK modulace, max. 250 kbit/s • 915 MHz (pouze USA), 10 kanálů, BPSK modulace, max. 40 kbit/s • 868 MHz (pouze Evropa), 1 kanál, BPSK modulace, max. 20 kbit/s • Hvězdicová nebo peer-to peer struktura • Nízký vysílací výkon (1 mW), krátký dosah (10 – 30 m uvnitř) • Velmi nízká spotřeba • Tři typy zařízení • Koordinátor – udržuje informaci o celé síti • FDD (Full Function Device) – může komunikovat s jakýmkoliv zařízením v síti a převzít úlohukoordinátora, mohou vytvářet libovolnou topologii • RFD (Reduced Function Device) – omezená (jednodušší) implementace, může komunikovat pouze s FFD, pouze hvězdicová topologie, nemůže býtkoordinátorem sítě, typické pro koncová zařízení

  12. IEEE 802.15.4 – MAC • Příklad struktury sítě Full Fuction Device Reduced Fuction Device

  13. IEEE 802.15.4 • Typy přenosů dat • Periodický – např. sběr dat ze senzorů • Aperiodický (řízený událostmi) – vyvolaný např. stiskem spínače • Opakovaný s nízkým zpožděním – např. řídící smyčka • Zabezpečení dat • Kontrola přístupu (Access Control) – seznam zařízení, s nimiž jepovolená komunikace • Šifrování dat – AES-128, klíč sdílen buď po dvojicích nebo skupinách

  14. ZigBee • Nadstavba nad IEEE 802.15.4 • Umožňuje vytvářet libovolné topologie sítí (star, mesh, …) • Dosah mezi 10 a 30 metry uvnitř budov – vysílací výkon je 1 mW • Umožňuje bateriové napájení některých uzlů sítě • vysoký poměr mezi dobou „spánku“ a aktivity • až 2 roky z AA baterií • Definuje obecný framework a aplikační profily • nízké nároky na zdroje • 32 kB ROM (4 kB pro jednoduchá zařízení) • 8 kB RAM (1 kB i méně pro jednoduchá zařízení)

  15. Model ZigBee sítě Star Link Mesh Link ZigBee End Device (RFD or FFD) ZigBee Coordinator (FFD) – one per Network ZigBee Router (RFD or FFD)

  16. ZigBee síťová vrstva • Směrování využívá algoritmus AODV (Ad-Hoc On Demand Distance Vector) definovaný v RFC3561 • Cesta se hledá při vzniku požadavku • vysílají se specielní rámce (discovery pakety) pro nalezení cesty k cíli • uzel, který již zná cestu k cíli, posílá odezvu • Není výpočetně náročný • Při větším počtu záznamů ve směrovací tabulce paměťově náročný

  17. Porovnání bezdrátových technologií

More Related