ESCUELA POLITECNICA NACIONAL ZIGBEE COMO UNA APLICACIÓN A LA DOMOTICA, Y EL ESTANDAR IEEE 802.15.4

IEEE 802.15.4 ZigBee esta basado en el estándar IEEE 802.15.4 y se ha convertido en una potente herramienta para la domótica automatización de redes domesticas e industriales. ZigBee es una alianza, de más de 100 empresas, la mayoría de ellas fabricantes de semiconductores.

IEEE 802.15.4 Principales características para su implementación: bajo consumo de energía. sistema de comunicaciones vía radio. integración que permite fabricar nodos con muy poca electrónica. Topología de red tan variada como aplicaciones pudieran ser imaginadas.

IEEE 802.15.4 Propiedad Rango Rango de transmisión de datos 868 MHz: 20kb/s; 915MHz: 40kb/s; 2.4 GHz: 250 kb/s. Alcance 10 – 20 m. Latencia Abajo de los 15 mseg. Canales 868/915 MHz: 11 canales. 2.4 GHz: 16 canales. Bandas de frecuencia Dos PHY: 868/915 MHz y 2.4 GHz Direccionamiento Cortos de 8 bits o 64 bits IEEE Canal de acceso CSMA-CA y CSMA-CA ranurado Temperatura El rango de temperatura industrial: -40° a +85° C

IEEE 802.15.4 ZigBee posee tres tipos de dispositivos. El coordinador de red, que mantiene en todo momento el control del sistema. El dispositivo de función completa (FFD) puede realizar funciones de Router o ser usado en dispositivos de red que actúen de interfase con los usuarios. El dispositivo de función reducida (RFD) son los sensores/actuadores.

IEEE 802.15.4 Arquitectura del Estandar

CAPA RED IEEE 802.15.4 Se encarga de construir la topología y mantenerla. Soporta múltiples configuraciones de red incluyendo estrella, árbol, y malla. Implementa seguridad. Enrutamiento, encamina tramas a sus respectivos destinos

CAPA RED IEEE 802.15.4

CAPA ENLACE IEEE 802.15.4 Del modelo OSI se Dividió en subcapa LLC (802.2) y MAC. La subcapa MAC provee servicios de tipo 1 a la subcapa LLC a través de la subcapa de convergencia de servicios específicos (SSCS). La SSCS asegura compatibilidad entre subcapas LLC. LLC accede a la MAC a través de los SAPs. MCPS-SAP “MAC common part sublayer” para datos de las MAC MLME-SAP “MAC layer management entity”para servicios de administración.

MAC IEEE 802.15.4 Dos mecanismos de acceso al canal se implementan en la MAC 802.15.4 Para una red ‘sin beacon’ se utiliza un estándar CSMA-CA enviando reconocimientos positivos para paquetes recibidos correctamente. En una red ‘con beacon’ utilizamos una estructura de ‘supertrama’; En este modo, a los dispositivos se les asigna una de las 16 ranuras de tiempo entre beacons cada ciertos intervalos de 15 mseg, hasta 245 seg.

MAC IEEE 802.15.4 Los dispositivos se direccionan (destino y origen) empleando 64-bits y un direccionamiento corto opcional de 16 bits. El estándar IEEE 802.15.4 proporciona tres niveles de seguridad [3]: Sin seguridad (por ejemplo, aplicaciones de publicidad). Control de acceso a listas (sin seguridad criptográfica). Seguridad con clave simétrica. (usada por AES-128).

TRAMA MAC IEEE 802.15.4

CAPA FISICA IEEE 802.15.4 Se muestra dos alternativas de la capa física bien diferenciadas por el estándar IEEE 802.15.4, ambas basadas en DSSS. La PHY de 868/915 MHz con bajas velocidades (20/40kbps) presenta mejor sensibilidad y gran área de cobertura. L PHY de 2.4 GHz dando una velocidad de transmisión en esa banda de 250 Kbps

CAPA FISICA IEEE 802.15.4 Se tiene un total de 27 canales en tres bandas

CAPA FISICA IEEE 802.15.4 PAQUETES DE LA CAPA FISICA El paquete PPDU (Unidades de Datos de Paquetes de la capa PHY) contiene cuatro campos, máximo 127 bytes. Preámbulo 32 bits. Delimitador de inicio de paquete 8 bits. Cabecera de la PHY 8bits especifica la longitud del PSDU. Payload (menor a 127 bytes)

MODULACIÓN La banda 868/915 MHz emplea DSSS CON una secuencia de 15 chips. Multiplicada por la secuencia de datos binarios +1 ó -1 Modula con BPSK (Modulación binaria con desplazamiento de fase. La banda de 2.4 GHz utiliza una técnica semiortogonal 16-arios (basada en DSSS). La secuencia resultante se modula con MSK (Modulación de mínimo desplazamiento de fase) ó también llamada OQPSK.

Sensibilidad, Potencia e Interferencia Para la PHY de 2.4 GHz, sensibilidad de -85 dBm para la PHY de 868/915 MHz, sensibilidad de -92 dBm. Potencia de transmitir es de 1 mW. Interferencia por radiación espuria de microondas y otras tecnologías que trabajan en la misma banda ISM.

Aplicaciones Escenas lumínicas y control. Interfaz con sistemas de seguridad y sensores. Sensores residenciales (De agua, de humedad, temperatura). Control de acceso. HVAC Aire acondicionado y calefacción. Control de audio y video. Manejo de electrodomésticos.

Parámetros de los Datos Resumen PHY Banda Canales Parámetros de los Datos Parámetros del chip Velocidad de bits (kbps) Velocidad de símbolos (kbaud) Modulación Velocidad de chip (kchips/s) 868/ 915 MHz 868.0-868.6 MHz 1 20 BPSK 300 902.0-928 10 40 600 2.4 GHz 2.4-4.4835 GHz 16 250 62.5 16-aria ortogonal 2000 O-QPSK

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