aaaaCzęsto usiłujemy ukryć nasze uczucia przed tymi, którzy powinni je poznać.aaaa [ Pobierz całość w formacie PDF ]

Bezprzewodowe komputerowe sieci personalne

 

WYKONAŁ: MATEUSZ WADAS
 

GRUPA: E3Y4S1

 

DATA WYKONANIA: 25.01.2015r.

 

 

Wireless Personal Area Network (WPAN) – sieć bezprzewodowa, zazwyczaj o niewielkim zasięgu, używana w środowisku biurowym do przesyłania danych między ręcznym urządzeniem a stacjonarnym komputerem lub drukarką. Przykładowo, użytkownik urządzenia mobilnego może pobrać pocztę elektroniczną lub dane do telefonu komórkowego lub palmtopa, a potem wymienić je z maszyną w biurze. Oczekuje się, że sieci WPAN będą stosowane w bezprzewodowych systemach alarmowych czy rozrywce.

 

W sieciach WPAN istnieje podział na urządzenia podrzędne i nadrzędne, jednak znaczna część urządzeń może pracować zarówno jako urządzenia podrzędne jak i nadrzędne. Aby jednak doszło do komunikacji, musi istnieć urządzenie podrzędne.

 

Struktury tworzone są dla określonej tymczasowo potrzeby. Technologia ta umożliwia zmianę struktury sieci w ciągu kilku sekund. Technologiami komunikacyjnymi umożliwiającymi utworzenie WPAN są: Bluetooth, ZigBee, Ultra Wideband, IrDA, HomeRF, NFC i inne.

Standaryzacja

 

IEEE 802.15 Wireless Personal Area Networks:

- 802.15.1 Bluetooth [2005]

- 802.15.3 High Rate WPANs [2003]

- 802.15.3a High Rate WPANs Alternative PHY (UWB)- brak zgody, standard nie zatwierdzony, ostatecznie wycofany

- 802.15.4 Low Rate WPANs -> sieci sensorowe [2003]

- 802.15.4a Low Rate WPANs Alternative PHY (UWB) [2006]

 

  Bluetooth

 

 

Technologia bezprzewodowej komunikacji krótkiego zasięgu pomiędzy różnymi urządzeniami elektronicznymi, takimi jak klawiatura, komputer, laptop, palmtop, telefon komórkowy i wieloma innymi.

 

Jest to otwarty standard opisany w specyfikacji IEEE 802.15.1. Jego specyfikacja obejmuje trzy klasy mocy nadawczej 1-3 o zasięgu 100, 10 oraz 1 metra w otwartej przestrzeni. Najczęściej spotykaną klasą jest klasa druga. Technologia korzysta z fal radiowych w paśmie ISM 2,4 GHz.

 

 

Urządzenie umożliwiające wykorzystanie tej technologii to adapter Bluetooth.

 

 

 

Bluetooth zawiera patenty, z których można korzystać bezpłatnie w produktach zakwalifikowanych jako zgodne z Bluetooth. Kwalifikacja kosztuje 5-10 tys. USD[1], za to potencjalni klienci-użytkownicy mogą łatwo znaleźć nowy produkt na opublikowanej w tym celu liście

Architektura systemu Bluetooth

Podstawową jednostką technologii Bluetooth jest pikosieć (ang. piconet), która zawiera węzeł typu master oraz maksymalnie 7 węzłów typu slave. Wiele pikosieci może istnieć w jednym pomieszczeniu, a nawet mogą być ze sobą połączone przy pomocy węzła typu bridge, jak pokazano na rysunku nr 1. Połączone ze sobą pikosieci określa się mianem scatternet.

 

Dodatkowo, oprócz siedmiu węzłów typu slave, w jednej pikosieci może pracować do 255 węzłów, pozostających w stanie synchronizacji z urządzeniem typu master (jest to tzw. tryb wyczekiwania i niskiego poboru mocy). Urządzenia te nie uczestniczą w wymianie danych. Mogą tylko otrzymać sygnał aktywacyjny lub nawigacyjny od węzła typu master. Istnieją jeszcze dwa przejściowe stany hold oraz sniff. Przyczyną podziału węzłów na master i slave jest minimalizacja kosztów technologii. Konsekwencją tego jest fakt, że węzły typu slave są w 100% podporządkowane węzłom master. Pikosieć jest scentralizowanym systemem TDM, urządzenie master kontroluje zegar i określa, które urządzenie i w którym slocie czasowym (szczelina czasowa) może się z nim komunikować. Wymiana danych może nastąpić tylko pomiędzy węzłem master i slave. Komunikacja slave – slave nie jest możliwa.

Zasięg

Zasięg urządzenia determinowany jest przez klasę mocy:

·         klasa 1 (100 mW) ma największy zasięg, teoretycznie do 100 m

·         klasa 2 (2,5 mW) jest najpowszechniejsza w użyciu, teoretyczny zasięg do 10 m

·         klasa 3 (1 mW) rzadko używana, z teoretycznym zasięgiem do 1 m

Przepustowość

·         Bluetooth 1.0 – 21 kb/s

·         Bluetooth 1.1 – 124 kb/s

·         Bluetooth 1.2 – 328 kb/s

·         Bluetooth 2.0 + EDR – wprowadzenie Enhanced Data Rate zwiększyło transfer teoretyczny do 2,1 Mb/s (około 3 Mb/s wliczając narzut protokołu)

·         Bluetooth 3.0 + HS (High Speed) – 24 Mb/s (3 MB/s)

·         Bluetooth 3.1 + HS (High Speed) – 40 Mb/s (5 MB/s)

·         Bluetooth 4.0 + LE (Low Energy) – 1 Mb/s znacząco ograniczono pobór energii (np. praca czujnika temperatury, przez wiele miesięcy na baterii pastylkowej), kosztem obniżonego transferu oraz zwiększono realny zasięg działania do 100 m

Profile systemu Bluetooth

Większość protokołów sieciowych, w przeciwieństwie do systemu Bluetooth, określa tylko kanały pomiędzy komunikującymi się jednostkami i pozwala projektantom aplikacji na dowolne ich użycie. Wersja 1.1 Bluetooth określa 13 specjalnych aplikacji, zwanych profilami systemu Bluetooth, w których system może być używany.

Warstwy protokołu w systemie Bluetooth

Standard Bluetooth określa wiele protokołów, pogrupowanych w warstwy. Struktura warstw nie odpowiada żadnemu znanemu modelowi (OSI, TCP/IP, 802). IEEE prowadzi prace nad zmodyfikowaniem systemu Bluetooth, aby dopasować go do modelu określonego standardem 802. Architekturę warstw systemu Bluetooth przedstawia rysunek:

Architektura protokołów Bluetooth.

 Podstawowe elementy urządzenia Bluetooth

Większość procesów realizowanych przez pasmo podstawowe oparte jest na dwóch elementach urządzenia Bluetooth, do których zalicza się:

·         adres urządzenia Bluetooth;

·         zegar urządzenia Bluetooth;

Adres urządzenia Bluetooth

Wyróżnia się cztery pojęcia związane z adresem urządzenia:

·         adres urządzenia Bluetooth (Bluetooth Device Address);

·         adres urządzenia aktywnego (Active Member Address);

·         adres zaparkowanego elementu pikosieci (Parked Member Address);

·         adres żądania przyłączenia (Access Request Address);

Każde urządzenie ma 48 bitowy adres IEEE MAC (Bluetooth Device Address, BD_ADDR) i jest on używany do inicjowania pewnych operacji oraz obliczania kodu dostępu. Adres MAC podzielony jest na trzy części:

·         16-bitową nieznaczącą część adresu Non – significant Address Part (NAP) BD_ADDR [47:32] – NAP [15:0], która jest używana do inicjowania szyfrowania;

·         8-bitową wyższą część adresu Upper Address Part (UAP) BD_ADDR [31:24] – UAP [7:0], która jest używana do inicjowania obliczeń HEC (Header Error Chec) i CRC oraz skoków częstotliwości;

·         24-bitową niższą część adresu Lower Address Part (LAP) BD_ADDR [23:0] – LAP [23:0], która jest używana do generowania słowa synchronizującego i skoków częstotliwości;

Część adresu NAP oraz wyższa część adresu UAP stanowią wspólnie unikatowy identyfikator organizacji OUI (Organizational Unique Identifier), czyli wartość przyznawaną przez jednostkę administracyjną. Natomiast części LAP przypisywane są wewnętrznie w ramach konkretnych organizacji. Adres urządzenia aktywnego jest 3-bitowym adresem urządzenia podrzędnego (slave), znajdującego się w stanie połączenia, natomiast urządzenie nadrzędne (master) nie ma tego typu adresu. Adres tego typu jest nadawany urządzeniu podrzędnemu przez urządzenie nadrzędne na etapie zestawiania połączeń i jest ważny tak długo, jak długo pozostaje aktywne urządzenie typu „slave”. Adres zaparkowanego elementu pikosieci jest 8-bitowym adresem urządzenia podrzędnego, które aktualnie nie bierze udziału w transmisji (znajduje się w stanie nieaktywnym – park), ale jest zsynchronizowane z pikosiecią. Adres tego typu jest ważny tak długo, jak długo urządzenie pozostaje w trybie nieaktywnym. Ostatni typ adresu to adres żądania przyłączenia. To adres używany przez zaparkowane urządzenia podrzędne, zsynchronizowane z pikosiecią, do ustalenia, w której szczelinie czasowej dane urządzenie może przesłać żądanie przejścia w stan aktywny. Adres ten zatem nie musi być unikatowy w pikosieci, czyli różne urządzenia podrzędne (slave) znajdujące się w trybie parkingowym mogą mieć ten sam adres tego typu.

Zegar urządzenia Bluetooth

Moduł Bluetooth wyposażony jest w 28-bitowy wewnętrzny zegar, który determinuje synchronizację i skakanie po częstotliwościach. Nigdy nie jest on dostrajany, ani wyłączany. Do synchronizacji z innym modułem Bluetooth wykorzystywana jest różnica (offset) pomiędzy zegarami jednostek chcących się komunikować. Częstotliwość zegara wynosi 3,2 kHz, czyli generuje on 3200 taktów na sekundę. Wartość ta odpowiada dwukrotnej szybkości przeskoków częstotliwościowych, która wynosi 1600 razy na sekundę. Okres zegara Bluetooth wynosi około 24 godzin.

Wewnętrzny zegar urządzenia Bluetooth

W zależności od trybu pracy urządzenia, jego zegar wewnętrzny może znajdować się w jednym z trzech trybów pracy i są to:

·         Tryb standardowy (native clock), który jest punktem odniesienia przy tworzeniu pozostałych dwóch trybów pracy zegara. W stanach wysokiej aktywności dokładność zegara wynosi 20 ppm, natomiast w stanach pracy charakteryzujących się małą aktywnością i niskim zużyciem energii, takich jak stan oczekiwania (standby), parkingowy (park), wstrzymania (hold) oraz wyszukiwania (sniff) wykorzystywany jest oscylator o niskim poborze mocy, który steruje zegarem z dokładnością obniżoną do poziomu 250 ppm.

·         Tryb szacowany (estimated clock), który powstaje poprzez dodanie do zegara pracującego w trybie standardowym różnicy (offset) pomiędzy zegarami dwóch urządzeń Bluetooth i umożliwiający urządzeniu podrzędnemu komunikację z jednostką typu „master”.

·         Tryb zegara urządzenia nadrzędnego (master clock), który jest wykorzystywany do synchronizacji wszystkich urządzeń w pikosieci.

  ZigBee

 

 

 

Od 1998 roku stowarzyszenie ZigBee Alliance tworzy protokół bezprzewodowej nisko energetycznej sieci czujników, urządzeń sterowania oraz monitoringu. Założenia projektu w dużej mierze są zgodne z założeniami standardu 802.15.4, który został wybrany jako podstawa definiująca warstwę fizyczną oraz część warstwy dostępu do medium  (wg. OSI warstwę łącza danych). Stos protokołu ZigBee zawiera się w kolejnych warstwach tj. zgodnie z OSI są to warstwy sieci, transportu i sesji.
Najwyższe warstwy czyli prezentacji i aplikacji są wstępnie opisywane przez protokół. Zarówno producenci sprzętu jak i samego oprogramowania implementują w tych warstwach swoje rozwiązania .

W roku 2004. ZigBee Alliance posiadając 25. członków wydała pierwszą specyfikację protokołu ZigBee. W 2008 zaczęto nadawać urządzeniom znak ZigBee Certified Product. Obecnie liczba certyfikowanych urządzeń przekracza 600 modeli a stowarzyszenie liczy ponad 400. członków .

Protokoły i profile

Aktualnie ZigBee Alliance wprowadziło trzy specyfikacje bazujące na standardzie IEEE 802.15.4. Są to ZigBee, ZigBee IP, oraz ZigBee RF4CE. Pierwsza specyfikacja została dodatkowo wzbogacona o drugą implementacje o nazwie ZigBee Pro. Podstawowa specyfikacja pozwala na tworzenie sieci o kilkuset węzłach i nie jest ona już rozwijana. ZigBee Pro pozwala na tworzenie sieci o ponad 64000 węzłach.

Przykładowa topologia sieci ZigBee i ZigBee Pro

Koordynatory sieci można dodatkowo łączyć co pozwala tworzyć sieci o nieograniczonej liczbie węzłów. Cechy wspólne ZigBee i ZigBee Pro to między innymi topologia, energooszczędność, grupowe adresowanie oraz automatyczny wybór kanału. Urządzenia projektowane zarówno do pracy w sieci ZigBee jaki i ZigBee Pro mogą pracować w tej samej sieci każdej z powyższych implementacji. W roku 2012 wprowadzono wersję ZigBee Pro pozwalającą na używanie urządzeń zasilanych bezbateryjnie np. z ogniwa fotowoltaicznego bądź piezoelektrycznego. Umożliwia to instalowanie czujników w miejscach w których wymiana baterii będzie kłopotliwa bądź niemożliwa [1].

Na rysunku 1 przedstawiono przykładową sieć ZigBee z koordynatorem będącym jednocześnie bramą komunikacyjną z siecią LAN. Poprzez sieć LAN i Internet można uzyskać zdalne sterowanie siecią domową. Wyraźny jest podział na urządzenia o pełnej funkcjonalności sieciowej (FFD) obsługujących routing i o zredukowanej funkcjonalności sieciowej (RFD) [1].

Najnowszą specyfikacją jest ZigBee IP. Najważniejszą cechą sieci ZigBee IP jest adresowanie oparte na protokole IPv6 (ang. Internet Protocol ver. 6) podobnie jak w przypadku sieci Internet. Każdy węzeł jest przyporządkowany odrębnemu adresowi IPv6. Umożliwia to integrację sieci PAN np. z opartą na IPv6 siecią LAN. Obok koordynatora i routera ZigBee występuje tu również urządzenie o nazwie router graniczny, będące bramą komunikacyjną pomiędzy siecią ZigBee, a inną opartą na protokole IP. Na rysunku 2 przedstawiono przykładową sieć ZigBee IP z urządzeniem granicznym połączonym z siecią LAN. W tym przypadku z punktu widzenia adresowania IP urządzenia przedstawionych sieci LAN i PAN są w jednej podsieci .

Przykładowa topologia sieci ZigBee IP

RF4CE (ang. Radio Frequency for Consumer Electronics) odróżnia się od pozostałych specyfikacji ZigBee. Głównym celem RF4CE jest wyparcie pilotów zdalnego sterowania bazujących na komunikacji IR na rzecz radiowych sieci PAN. Przewagą kontrolerów radiowych jest niewątpliwie brak konieczności pewnej drogi dla promieniowania optycznego jak to ma miejsce w pilotach nadajnikach podczerwieni oraz łatwiejsza możliwość komunikacji dwustronnej. Sieci WPAN w RF4CE tworzone są na zasadzie parowania kontrolera ze sterowanym urządzeniem np. telewizorem. Rys. 3 przedstawia przykła...

[ Pobierz całość w formacie PDF ]

zanotowane.pl

doc.pisz.pl

pdf.pisz.pl

pies-bambi.htw.pl