RUSSIA_STKARCH_OV_1


Чтобы посмотреть презентацию с картинками, оформлением и слайдами, скачайте ее файл и откройте в PowerPoint на своем компьютере.
Текстовое содержимое слайдов презентации:

Стек протоколов ZigBee/802.15.4 на платформе Freescale Semiconductor Беспроводные решения стандарта ZigBee/802.15.4 фирмы Freescale Semiconductor 1 декабря 2004 Реализация беспроводных соединений ZigBee/802.15.4 на базе платформы Freescale Semiconductor ZigBee ( <60K ) HCS08 GT60 MC13193 802.15.4 PHY 802.15.4 MAC Сетевой уровень ZigBee Простое Беспроводное Соединение< 2K Flash HCS08 GT32(16) MC13192/1 802.15.4 / PHY Layers SMAC HCS08 GT60/32 MC13192 802.15.4 PHY 802.15.4 MAC 802.15.4 MAC( <32K )(стек конечного устройства <4K) Подуровень Поддержки Приложений …. P1 P31 Тип устройстваZigBee Конфигурация стека протокола ZigBee IEEE 802.15.4 IEEE 802.15.4 2400 MHz PHY IEEE 802.15.4 868/915 MHz PHY IEEE 802.15.4 MAC Уровень канала передачи данных (DLC) Сетевой уровень (NWK) Подуровень поддержки приложений (APS) Профили устройств ZigBee Приложение Заказчик Стек ZigBee Добавление/удаление устройств, доставка пакетов, подтверждение приема (ACK), CRC,сканирование и доступ к каналам связи (CSMA-CA), временное разделение, и т.д. Безопасность сети, трансляция сообщений, обработка сетевых процедур, сетевой менеджмент, маршрутизация, поддержка различных топологий и т.д. Безопасность устройства, трансляция сообщений, организация сервисов устройств, и т.д. Модуляция, параметры сигнала, прием и передача информации через физический радиоканал и т.д. Интерфейс связи с приложением Silicon IEEE 802.15.4 Приложение Спецификация Альянса ZigBee СпецификацияIEEE 802.15.4 Библиотеки профилей, наборы сервисов устройств, типовые информационные сообщения, совместимость Формирование и контроль пакетов данных, управление потоком данных, и т.д. Freescale Semiconductor Confidential Proprietary. Freescale™ and the Freescale logo are trademarks of Freescale Semiconductor, Inc. All other product or service names are the property of their respective owners. © Freescale Semiconductor, Inc. 2004 Стандарт IEEE 802.15.4 Slide * Частотные диапазоны и скорости передачи стандарта IEEE 802.15.4 868MHz / 915MHz PHY 2.4 GHz 868.3 MHz Канал 0 Каналы 1-10 Каналы 11-26 2.4835 GHz 928 MHz 902 MHz 5 MHz 2 MHz 2.4GHz PHY ISMВесь мир250 kbps16 2.4 GHz ISMЕвропа20 kbps1 868 MHz ISMАмерика40 kbps10 915 MHz Диапазон География использования Скорость # Каналов Модуляция BPSK BPSK O-QPSK Расширение спектра сигнала методом прямой последовательности 2.4 GHz Channels 11-26 2.4835 GHz 5 MHz 2.4 GHz PHY Воздух После DS корреляции Помеха Полезный сигнал Основы стандарта IEEE 802.15.4 Стандарт 802.15.4 – простой протокол пакетной передачи данных в беспроводных сетях малой емкостиДоступ к каналу – через протокол множественного доступа с контролем несущей и с исключением коллизий (CSMA-CA), и с дополнительным временным разделениемПодтверждения приема/передачи пакета данных и дополнительный режим периодического опроса сети, повторение пересылок в случае отсутствия ACK, буферирование сообщений координатором для устройств в спящем режимеМногоуровневая система безопасностиТри частотных диапазона, 27 выделенных каналов2.4 GHz: 16 каналов, 250 kbps, квадратичная фазовая манипуляция QPSK868.3 MHz: 1 канал, 20 kbps, двоичная фазовая манипуляция BPSK902-928 MHz: 10 каналов, 40 kbps, двоичная фазовая манипуляция BPSKСпециально ориентирован на:Обеспечение длительного срока работы батареи, работы устройств на основе МК, датчиков, систем удаленного мониторинга и портативной электроники с настраиваемым периодом переходов в ждущий режим Некоторые особенности IEEE 802.15.4 MAC Использование 64-бит IEEE & 16-бит коротких адресовМаксимальный размер сети теоретически может составлять 264 устройств (количество большее, чем, возможно, необходимо)Используя 16-бит укороченную локальную адресацию, могут быть построены простые сети с боле чем 65,000 (216) устройствОпределены три типа устройствСетевой КоординаторУстройство в Полным Набором Функций (FFD)Устройство с Ограниченным Набором Функций (RFD)Упрощенная структура пакетов данныхВхождение в сеть/Выход из сети устройствAES-128 кодированиеДополнительная структура синхронизации сети с помощью сигналных посылок от координатора Пакетный обмен или потоковая передача Пакетный режимИспользуются внутренние буферы микросхемы МС1319хДва Tx буфера (128 байт)Один Rx буфер (128 байт)Не требуется взаимодействия с МК во время Rx/TxПотоковый режимИспользуется только 2-байтный буферНеобходимо прерывание МК каждые 64us во время Rx/Tx для определения пакета подтверждения передачи и приема/пересылки слова данныхПрограммная обработка последовательности данных (контрольной суммы)Скорость обмена по SPI синхронизирована со скоростью передачи пакета данных Типы устройств стандарта IEEE 802.15.4 Три типа устройствСетевой координатор (FFD - Full Function Device)Осуществляет глобальную координацию, организацию и установку параметров сети, выбор RF канала и уникального сетевого IDнаиболее сложный из трех типов устройств; наибольший объем памяти и потребление энергииУстройство с полным набором функция (FFD - Full Function Device)Поддерживает все функции и параметры стандарта 802.15.4Дополнительная память и возросшее энергопотребление позволяют выполнять функции маршрутизатораПоддержка любой топологияСпособно выполнять роль координатора сетиСпособен обращаться к любым другим устройствам в сетиУстройство с ограниченным набором функций (RFD - Reduced Function Device)Поддерживает ограниченный согласно стандарту набор функциq для обеспечения наилучшего баланса цены, сложности и функциональностиВ основном используется в сетевых конечных устройствахТолько топологии типа «Точка-точка» и «Звезда»Не способен выполнять функции координатораОбращается только к координатору сети или к своему маршрутизатору Множественный доступ или синхронизированный доступ Стандартный доступСтандартный множественный доступ используется в сетях со связями точка-точка и точка-много точекРаботает по принципу двухстороннего радиообмена, где каждое устройство автономно и может инициировать передачу в любой момент, однако вероятны непреднамеренные коллизии с другими устройствами сетиСтандартный протокол связи CSMA-CA, устройства активны только в моменты передачи информации, передача подтверждения в случае успешного приема пакета данныхОднако, адресат может не «услышать» устройство, или канал будет уже занят другими устройствамиСинхронизированный доступДостаточно мощный механизм для оптимизации и контроля энергопотребления в расширенных сетях, таких как кластерное дерево или многоячейковая сетьПозволяет устройствам внутри локальной сетевой ячейки знать, когда, в какой момент времени осуществлять обмен даннымиЗдесь, двухсторонний радиообмен управляется диспетчером, который выделяет каналы и осуществляет «звонки» Передача данных к координатору Синхронизированный доступ Устройство ожидает сигнальный пакетУстройство синхронизируется с сетьюУстройство передает пакет данных в определенный временной интервал согласно протоколу CSMA-CAКоординатор передает подтверждение приема данных Стандартный доступУстройство передает пакет по мере появления данных согласно протоколу CSMA CAКоординатор передает подтверждение приема данных Передача данных от координатора Синхронизированный доступВо время сигнального пакета Координатор сообщает о новых данныхУстрйство ждет сигнальный пакет. Если есть новые данные, устройство запрашивает данные в определенный временной интервал согласно протоколу CSMA-CAКоординатор передает подтверждение получения запроса от устройстваКоординатор пересылает данные в определенный момент времени согласно протоколу CSMA-CA Стандартный доступКоординатор хранит данные пока не поступит на них запрос от устройстваУстройство посылает запрос координатору согласно протоколу CSMA-CAКоординатор передает подтверждение получения запроса от устройстваКоординатор пересылает данные согласно протоколу CSMA CA Сигнальные пакеты Система синхронизацииДля задания пропускной способности и малого времени ожиданияКоординатор осуществляет синхронизацию путем передачи сигнальных пакетов через определенные интервалыКаждый доступ в канал осуществляется во время определенных интервалов, что исключает возможные коллизии ы сети.15ms to 245sec16 равных временных интервалов одинаковой длительности между сигнальными пакетамиВо время каждого временного интервала используется принцип ассоциативного доступа. Однако координатор может сам выделять временные интервалыДо 7 гарантированных временных интервалов на интервале синхронизации для улучшения качества связиНа периоде синхронизации возможны интервалы времени покоя для обеспечения режимов энергосбережения координатора Режим синхронизированного доступа в сеть 15ms * 2nwhere 0  n  14 Сетевой сигнальный пакет Свободный доступ Резерв сигнального пакета Передача от сетевого координатора. Содержит инфорацию по параметрам сети, структуру сетевого пакета и уведомление о наличии новых данных для сетевых устройств Резерв под возможный увеличенный объем уведомления о наличии данных Доступ к каналу для любого сетового устройства согласно механизму CSMA-CA GTS 3 GTS 2 Выделенные временные интервалы Резерв для гарантированного доступа определенных устройств сети GTS 1 Период состязательного доступа к каналу Период выделенного доступа к каналу Пример сети со стандартным доступом Беспроводные системы охраны домов и офисных зданийКонечные устройства (датчики проникновения, датчики движения, датчики разбития стекол, звуковые датчики и т.д.) В состоянии покоя – 99.999% времениПереход в активное состояние – в псевдослучайные моменты времени для сообщения координатору о своем присутствии в сетиВ случае срабатывания, датчик сразу переходит в активное состояние и передает сигнал тервогиПриемопередатчик Координатора сети ZigBee Coordinator, работающего от сети, постоянно находится в активном состоянии, и принимает сигналы от всех конечных устройств сети.В следствие того, что Координатор имеет «бесконечный» источник электроэнергии, он позволяет конечным устройствам находится в состоянии покоя неограниченный период времени для сбережения электроэнергии их источников питания Пример сети с синхронизацией доступа Координатор также может работать от автономного источника иптанияВсе устройства в сети – с автономными источниками питанияРегистрация конечного устройства в сетиКонечное устройство сразу после подачи питания ждет сигнала синхронизации от Координатора существующей сети ZigBee (временной интервал сигнала от 0.015 до 252 сек)Обмен первичной информацией с Координатором и ожидание ответа от него к данному конечному устройствуПереход в состояние покоя, «просыпаясь» в моменты, определяемые Координатором сети ZigBeeПо окончании сеанса связи с конечным устройством, Координатор также переходит в состояние покояПриведенные временные параметры предполагают незначительное увеличение стоимости времязадающих цепей в каждом конечном утсройствеБолее длительные интервалы в состоянии покоя предполагают наличие более точных времязадающих цепей илиБолее ранний переход в активное состояние для уверенного приема сигнального пакета увеличивает потребление электроэнергии приемником илиУлучшение качества времязадающих цепей (увеличение стоимости) илиЗадание максимального периода сигнала синхронизации, не превышающего 252 секунды, не удорожая времязадающие цепи Каждое сетевое устройство обладает уникальным 64-битным IEEE МАС адресомВо время присоединения к сети каждое устройство получает уникальный 16-битный сетевой адресВо время доставки пакетов данных внутри PAN сети используется только 16-битная сетевая адресацияПри обрыве связи с сетью устройство сохраняет свой сетевой 16-битный адрес, при отключении устройства от сети его сетевой адрес перераспределяется и может быть присвоен другому устройству, входящему в сетьНад МАС уровнем предусмотрен режим широковещательной передачи Для широковещательного режима используется сетевой адрес 0хFFFFИспользуется специальный алгоритм для трансляции и распространения широковещательного сообщенияФункция ограничения распространения широковещательного сообщения Адресация стандарта 802.15.4 Способы адресации Топология «Звезда»Сетевой ID (16) + короткий местный адрес устройства (8)Сетевой ID (16) + уникальный IEEE адрес устройства (64)Cluster tree адрес (24) + короткий местный адрес устройства (8)Cluster tree address (24) + уникальный IEEE адрес устройства (64)Топология «Точка-точка»2x уникальный IEEE адрес устройства (64)2x (Cluster tree адрес (24) + короткий местный адрес устройства (8))2x (Cluster tree адрес (24) + уникальный IEEE адрес устройства (64)) Функции безопасности стандарта 802.15.4 Каждая из приведенных функций требует дополнительных аппаратных затрат: FLASH памяти, RAM, загрузка CPU Различные уровни безопасности сетей ZigBee/802.15.4Базовый уровень – таблица контроля доступа (устройство хранит таблицу других устройств, с которыми разрешен обмен информацией)AES128 стандарта IEEE 802.15.4 – шифрование сетевого пакета данных (исключает перехват информации)Собственные функции безопасности, реализованные на уровне приложений – непосредственное шифрование данных (приложение может использовать либо AES, либо другой тип шифрованияШифрование AES-128128-битное, поблочное шифрование передаваемой информацииПрименяется для шифрования непосредственно данных от уровня приложения и/или байты контроля целостности данныпакетаОсновано на использовании единого ключа между приемником и передатчиком совместно с информацией об уникальном IEEE адресеПрименяется на определенном уровне стекаПакеты, формируемые на MAC уровне должны шифроваться на МАС уровнеПакеты, формируемые на NWK уровне должны шифроваться на NWK уровнеПакеты, формируемые на уровне Приложения должны шифроваться на уровне Приложения Шифрование данных на уровне приложений Уровень приложенийСетевой уровеньMAC уровеньPHY уровень APP HDR (4) Application Payload (1-16) NWK HDR (6) Application Data (10-25) (Bytes) Security Cnt (5) Integrity (4) MAC HDR (7 ) Data Payload (16-31) FCS (2) Integrity (4) Шифрование MPDU (27-42) FCS (2) Frame length (1) SFD (1) Preamble (4) Контроль целостности данных Зашифрованные данные APP HDR (4) Application Payload (1-16) (Bytes) Integrity (4) Security Cnt (5) Форматы пересылаемых пакетов сетей ZigBee/802.15.4 Пакет данных: используется для передачи данныхПакет подтверждения: используется для подтверждения успешной передачи данныхПакет МАС команды: используется для организации пересылок управляющих МАС командСигнальный пакет: используется координатором для передачи сигнальных пакетов Формат MAC пакета Блок пакета MAC уровня MAC Header MAC service data unit MAC footer Frame control Sequence number Address info Payload Frame check sequence PHY service data unit PHY protocol data unit PHY header Synchronization header Байты: 2 1 0-20 переменная длина 2 MACподуровень PHYуровень MAC Кадр 4 типа пакетов: Сигнальный,ДанныеПодтверждениеМАС команда Max 127 Байт Байты: 5 1 Max 127 Байт Freescale Semiconductor Confidential Proprietary. Freescale™ and the Freescale logo are trademarks of Freescale Semiconductor, Inc. All other product or service names are the property of their respective owners. © Freescale Semiconductor, Inc. 2004 Сеть ZigBee Slide * Основные принципы беспроводной сети ZigBee Поддержка различных сетевых топологийВозможность объединения устройств в сеть по следующим топологиям: точка-точка, звезда, кластерное дерево, многоячейковая сеть. Каждая обладает уникальным 16-битным идентификатором и одним координатором сети ZigBeeКаждая PAN сеть занимает только один RF канал (согласно спецификации стека ZigBee V1.0)Сканирование сетиСпособность к детектированию активных каналов внутри локального персональноного рабочего пространства (ПРП)Обнаружение устройствСпособность к идентификации устройств на активных каналах внутри ПРПСоздание/Объединение PANСпособность к созданию сети на незадействованном канале или к объедиению с существующей сетью внутри ПРППо окончании формирования сети могут быть объединены только во время одновременного перезапуска каждой из объединяемых сетей (согласно спецификации стека ZigBee V1.0)Функциональное разделение всех сетевых устройств: Координатор, маршрутизатор, конечное устройствоРаспознавание сервисовСпособность к распознаванию поддерживаемых/доступных сервисов для заданных устройств внутри PANЗапрос на предоставление сервисов может может исходить от любого устройства в сети Топология «Звезда» включает в себя один координатор сети ZigBee и одно или несколько конечных устройств сети ZigBee (теоретически до 65,536)Топология «Кластерное дерево» позволяет использовать маршрутизацию по принципу сетевой маски ( N-битовый шаблон, определяющий разделение адреса на части, относящиеся к сети, подсети и конечному узлу)Обращение к устройства вверх или вниз по иерархической сетевой ветви определяет разрядность адресаТопология «многоячейковая сеть» позволяет создавать таблицы маршрутизации между всеми устройствами в сети ZigBeeЛавинная маршрутизация используется для определения путей от отправителя к получателюОтклики устройств при маршрутизации позволяют определять наиболее оптимальные маршруты в сетиТаблицы маршрутизации создаются из оптимальных путей Варианты топологий сетей ZigBee/802.15.4 на базе платформы компании Freescale Semiconductor Координатор:Определяет незадействованные каналы из перечня каналов, доступных для организации сети и определяемых разработчиком и организует сетьПередает сетевые сигнальные пакеты с информацией о существующей сетиУправляет сетевыми подчиненными устройствами, устанавливает параметры сетиОпределяет максимальную глубину вложенных подсетей, число сетевых маршрутизаторов и число подчиненных устройствОбеспечивает маршрутизацию между подчиненными устройствамиБольшую часть времени находится в режиме приемаОбеспечивает орнизацию таблиц маршрутизацииПозволяет маршрутизаторам и конечным устройствам входить в сеть Характеристики координатора сетей ZigBee Маршрутизатор:Определяет активные каналы, подключается к сети и позволяет другим устройствам входить в сетьИспользует дополнительные, определнные приложением, списки активных каналовРетранслирует сигнальные сетевые пакеты с параметрами сети от координатора Администрирует сетевые адреса подключенных к маршрутизатору подчиненных устройствПоддерживает классы устройств маршрутизации:Устройство с таблицей маршрутизации и с функцией древовидной маршрутизацииУстройство только с функцией древовидной маршрутизацииПоддержка функции аварийной древовидной маршрутизацииПоддерживает два режима работы устройств:Работа без перехода в «спящий режим»Работа с переходом в «спящий» режим в периоды, определяемые координатором сети и параметрами сетевой синхронизацииПоддерживает функции маршрутизации многоячейковых сетей:Создает таблицы соседних сетевых узлов с параметром качества связи с каждым из нихСоздает таблицы сетевой маршрутизацииРетранслирует пакеты запроса и подтверждения определения маршрутов между ZigBee устройствамиПоддерживает функции маршрутизации по древовидному принципу:Транслирует сообщения вверх и вниз по иерархической древовидной структуре ветви в зависимости от адреса получателя сообщения Характеристики маршрутизатора сетей ZigBee Конечное устройство:Всегда ищет и пытается войти в существующую сетьИспользует дополнительные, определнные приложением, списки активных каналовИспользует синальные пакеты синхронизации существующей сети для определения параметров сети и маршрутизатора для входа в сетьПитается от автономного источника (батареи)Определяет из пакетов синхронизации о наличии данных от координатораЗапрашивает данные от координатораСпособен находиться в «спящем» режиме длительное время (до 99.99% от всего времени работы) Характеристики конечного устройства сетей ZigBee Расширение сети Маршрутизатор (FFD) сканирует сеть, находит активные каналы и пытается войти в состав существующей сети либо создает собственную персональную сеть на правах координатора, если нет активных каналов или не произошло объединение с активной сетью. Если произошло объединение, согласно правилам уже существующей сети координатор примыкающей локальной сети переводится в ранг маршрутизатора и передает всю информацию о локальной сети координатору существующей сети. Из сигнального пакета синхронизации от координатора новообразованный маршрутизатор получает необходимую информацию о временных параметрах перехода из состояния покоя в активный режим сети для обнаружения последующих сигнальных пакетов Переведен в ранг маршрутизатора Установлена новая связь Координатор существующей сети Примыкающая сеть Freescale Semiconductor Confidential Proprietary. Freescale™ and the Freescale logo are trademarks of Freescale Semiconductor, Inc. All other product or service names are the property of their respective owners. © Freescale Semiconductor, Inc. 2004 Пример маршрутизации Slide * Объединение на уровне Master/Slave Slave устройства не сохраняют сетевую информацию (таблицы маршрутизации и т.д.)Список абонентов, таблица маршрутизации и другая сетевая информация требует дополнительного места в памятиИнформация о конфигурации сети должна постоянно обновлятьсяSlaveустройства способны выдавать запрос на соединениеMaster устройства обеспечивают и администрирует каналы связиМаршрутизация обеспечивается master устройствомАлгоритм маршрутизации сетей ZigBee:Создан для обеспечения высоконадежной связи между ZigBee устройствами используя минимум вычислительных, энергетических и информационных ресурсовИспользует иерархические процедуры маршрутизации с возможностью создания таблиц маршрутизацииСвязи могут быть разорваны по такому же принципу Маршрутизация (1) Работа ZigBee утсройства в случае необходимости транслировать пакет данных: Устройство без таблиц маршрутизацииУстройство транслирует пакет старшему по рангу устройствуУстройство с таблицами маршрутизацииПри наличии пути к получателю сообщения в таблице маршрутизации устройсет согласно данному маршрутуПри отсутствии обозримого пути к получателю устройство пытается определить путь прохождения пакета. В случае определения маршрута устройство транслирует пакет, если маршрут не найден, устройство передает отправителю пакета сообщение об ошибке.Условием инициирования процесса определения маршрута является:Если NWK уровень получил пакет данных с более высокого уровня стека с командой «определение маршрута» или с информацией об отсутствии обозримого маршрута к получателю сообщенияЕсли NWK уровень получил пакет данных с MAC уровня с запросом об определении маршрута к получателю вместе с отсутствием обозримого маршрута к получателю сообщения При получении пакета с запросом об определении маршрута к получателю, устройство:Отбрасывает пакет, если он не исходит от источника сообщения или от подчиненного устройстваОбновляет адрес отправителя пакета, обновляет поле счетчика пересылок пакета, статус запроса на определение маршрута и передает пакет по древовидному принципу более старшему по рангу устройству, если пакет поступил от источника сообщение или от подчиненного устройства, и отправитель запроса находится в той же ветви сети вместе с получателем данного запросаОтправляет подтверждение определения маршрута, если устройство, получившее данный запрос, является конечным получателем пакета Маршрутизация (2) Маршрутизация (3) При получении пакета с подтверждением определения маршрута к получателю, устройство с таблицами маршрутизации:Создает новую запись в таблице маршрутизации о пути к отправителю пакета, если устройство является конечным получателем данного пакета и в таблице нет записи о данном маршрутеОбновляет данные о маршруте к отправителю в случае, если устройство является конечным получателем данного пакета и в таблице уже есть запись о данном маршруте, и если значение счетчика пересылок пакета меньше существующего значения в таблице маршрутизацииСоздает новую запись в таблице маршрутизации, если устройство не является конечным получателем пакета с запросом и в таблице нет записи о данном маршрутеОбновляет данные о маршруте, если устройство не является конечным получателем пакета с запросом и в таблице уже есть запись о данном маршруте, и если значение счетчика пересылок пакета меньше существующего значения в таблице маршрутизации Маршрутизация (4) При получении пакета с подтверждением определения маршрута к получателю, устройство без таблиц маршрутизации:Отбрасывает пакет, если устройство не является конечным получателем пакетаТранслирует пакет более старшему по рангу устройству в данной ветви, используя древовидный иерархический принцип, если устройство не является конечным получателем пакета, предварительно обновив поле счетчика пересылок пакета с подтверждением A B F G C D H I K L M N E J O B Zigbee Координатор Источник Получатель Древовидная связь в ветви Связь по многоячейковому принципу построения сети Маршрутизация (5) A B F G C D H I K L M N E J O B Маршрутизация (6) A B F G C D H I K L M N E J O B Маршрутизация (7) A B F G C D H I K L M N E J O B Маршрутизация (8) A B F G C D H I K L M N E J O B Маршрутизация (9) A B F G C D H I K L M N E J O B Маршрутизация (10) A B F G C D H I K L M N E J O B Маршрутизация (11) A B F G C D H I K L M N E J O B Данный маршрут обеспечивает меньше пересылок. Поэтому «D» ретранслирует первым. Маршрутизация (12) A B F G C D H I K L M N E J O B Переходит в обычное состояние и отбрасывает пакет после получения ретранслируемого пакета от устройства, которое является старшим по рангу к конечному получателю Маршрутизация (13) A B F G C D H I K L M N E J O B Данный маршрут обеспечивает меньше пересылок. Поэтому «Е» ретранслирует первым. Маршрутизация (14) A B F G C D H I K L M N E J O B Данный маршрут обеспечивает меньше пересылок. Поэтому «Е» ретранслирует первым. Переходит в обычное состояние после повторного получения ретранслируемого пакета, однако… Маршрутизация (15) A B F G C D H I K L M N E J O B Что произойдет, если получатель находится в той же ветви сети?Проверяет, дошел ли запрос до одного из своих подчиненных устройств, не переходит в обычное состояние, ретранслируя пакет с увеличенной задержкой Маршрутизация (16) A B F G C D H I K L M N E J O B Данный маршрут обеспечивает меньше пересылок. Поэтому «J» ретранслирует первым. Переходит в обычное состояние и отбрасывает пакет после получения ретранслируемого пакета от подчиненного устройства, которое является старшим по рангу к конечному получателю Маршрутизация (17) A B F G C D H I K L M N E J O B Получив пакет и определив, что получатель является соседним устройством, «G» напрямую обращяется к получателю Маршрутизация (18) A B F G C D H I K L M N E J O B Отбрасывает пакет, определив что «E» уже ретранслировало пакет Маршрутизация (19) A B F G C D H I K L M N E J O B Ретранслирует первым к получателю, определив наиболее короткий маршрут Появление первого запроса на определение маршрута Маршрутизация (20) A B F G C D H I K L M N E J O B Получатель является подчиненным устройством. «К» не переходит в обычное состояние Маршрутизация (21) A B F G C D H I K L M N E J O B Появление второго запроса на определение маршрута Данный маршрут обеспечивает меньше пересылок. Поэтому «К» ретранслирует первым. Маршрутизация (22) A B F G C D H I K L M N E J O B Появление третьего запроса на определение маршрута Маршрутизация (23) A B F G C D H I K L M N E J O B Маршрутизация (24) A B F G C D H I K L M N E J O B Маршрут 16 пересылок Маршрутизация (25) Маршрут 27 пересылок A B F G C D H I K L M N E J O B Маршрутизация (26) Маршрут 37 пересылок A B F G C D H I K L M N E J O B Маршрутизация (27) Freescale Semiconductor Confidential Proprietary. Freescale™ and the Freescale logo are trademarks of Freescale Semiconductor, Inc. All other product or service names are the property of their respective owners. © Freescale Semiconductor, Inc. 2004 Программная реализация стека протоколов ZigBee / 802.15.4 Slide * Реализация беспроводных соединений ZigBee/802.15.4 на базе платформы Freescale Semiconductor ZigBee ( <60K ) HCS08 GT60 MC13193 802.15.4 PHY 802.15.4 MAC Сетевой уровень ZigBee Простое Беспроводное Соединение< 2K Flash HCS08 GT32(16) MC13192/1 802.15.4 / PHY Layers SMAC HCS08 GT60/32 MC13192 802.15.4 PHY 802.15.4 MAC 802.15.4 MAC( <32K )(стек конечного устройства <4K) Подуровень Поддержки Приложений …. P1 P31 Тип устройстваZigBee Реализация топологий сетей ZigBee/802.15.4 Топология «точка - точка»Реализация: SMAC, 802.15.4 MAC Топология «звезда»Реализация: SMAC, 802.15.4 MAC Топология «кластерное дерево»Реализация: 802.15.4 MAC, ZigBee Конечные устройства ZigBee (RFD или FFD) Маршрутизатор ZigBee (FFD) PAN Координатор ZigBee (FFD) Связи в многоячейковой сети Радиальные связи типа точка-точка Топология «многоячейковая сеть»Реализация: ZigBee Freescale Semiconductor Confidential Proprietary. Freescale™ and the Freescale logo are trademarks of Freescale Semiconductor, Inc. All other product or service names are the property of their respective owners. © Freescale Semiconductor, Inc. 2004 Freescale S-MAC / 802.15.4 D18 MAC Slide * Что такое S-MAC? Упрощенный MAC (Simple MAC)Позволяет организовывать беспроводные крайне низко энергопотребляющие двусторонние информационные каналыМинимальные требования к аппаратным ресурсам МК (2k driver/phy/mac)Отсутствие жестких временных ограничений по работе МКАдаптируется к любому МКОткрытый исходный код на языке Си для семейства HCS08Готовые функции по работе с микросхемой приемопередатчика МС13191/2 Особенности реализации S-MAC Только пакетная передачаТактирование МК от внешнего кварца либо от RF МСЗадействован только 1 таймер в составе МС13192 для обеспечения тайм-аута по приему (Rx Timeout)Поддержка режимов пониженного энергосбережения (Off/hibernate/doze)Отсутствие сетевых процедур и функций в исходном коде (реализуется на стороне приложения)Реализация функции подтверждения успешного приема сообщения (ACK) на стороне приложения Аппаратные требования Совместим с MC13192/1 (отладочные платы ARD/SARD/RF Daughter card)Микроконтроллер:Память: 2.5К Flash, 10 байт RAM + RAM буфер, равный длине пакетаИнтерфейс:SPI или 3 порта ввода/выводаCE – 1 порт ввода/выводаRXTXEN – 1 порт ввода/выводаATTN – 1 порт ввода/вывода (для перевода RF МС из режима пониженного энергопотребления в состояние IDLE)RESET – 1 порт ввода/вывода (для сброса RF МС)IRQ (возможно использование KBI) MC13192 Драйвер PHY уровень SMAC Уровень MC13192/1 Приложение Чем не является S-MAC? Невозможно использовать в качестве исходного кода для ZigBee приложенийНе совместим со стандартом 802.15.4Не является официальным сертифицированным продуктом компании Freescale Semiconductor (начальный уровень при построении беспроводных соединений на базе МС13191/2)Не обеспечен обширной документацией и всесторонней технической поддержкой со стороны Freescale Semiconductor Почему S-MAC? Начальный этап при освоении RF МС13191/2 и определении параметров схемыБеспроводные решения типа «точка-точка» или «точка-много точек»Простые приложения (удаленное управление замыканием / размыканием или включением / выключением, автомобильные и гаражные системы, недорогие малопотребляющие приложения)Бесплатный исходный код для уровней PHY и SMACНабор разработчика SMAC приложений включает:Metrowerks CodeWarriorОбщее число файлов (S-MAC Cи код) для SMAC уровня – 6Общее число файлов (Си код приложения) ~ 10BDM – адаптер (предпочтительно USB)Обширный набор примеров реализации Freescale IEEE 802.15.4 D18 PHY уровень Полностью соответствует стандарту IEEE 802.15.4Создан специально для работы с D18 MAC, однако может использоваться отдельно совместно с собственными уровнями МАС и вышеВключает аппаратно реализованные интерфейсы (SPI, GPIO, и т.д.) На стороне МК подпрограммы предоставляются в исходном коде для возможности использования произвольных портов ввода/выводаПотоковый режим передачиПредъявляет повышенные требования к точности времен работы МК в режимах Rx/TxПрограммная поддержка внешнего Rx/Tx переключателя Полностью соответствует стандарту IEEE 802.15.4Доступен в виде библиотек, поддерживающих различные классы устройств:FFD (координатор, роутер с/без таблицами маршрутизации)RFDБиблиотеки созданы для МК семейства HCS08Программная реализация ACKПрограммная реализация AES-128 шифрованияБесплатный набор программных средств 802.15.4 D18 MAC/PHY от компании Freescale SemiconductorНабор разработчика D18 MAC/PHY приложений включает:Metrowerks CodeWarriorПроект МСР для создания собственных проектовПримера проектовБиблиотеки LIB с МАС функциямиПеречень используемых платформ в проекте + исходный код интерфейса с МС1319х уровня PHYBDM – адаптер (предпочтительно USB)Программное обеспечение Test Tool для просмотра и установки параметров системы и загрузки собственного ПО (S19) через RS232 интерфейс (функция Bootloader ) Freescale IEEE 802.15.4 D18 MAC уровень Freescale Semiconductor Confidential Proprietary. Freescale™ and the Freescale logo are trademarks of Freescale Semiconductor, Inc. All other product or service names are the property of their respective owners. © Freescale Semiconductor, Inc. 2004 Figure8 WirelessZigBee стек Slide * Конфигурация стека протокола ZigBee IEEE 802.15.4 IEEE 802.15.4 2400 MHz PHY IEEE 802.15.4 868/915 MHz PHY IEEE 802.15.4 MAC Уровень канала передачи данных (DLC) Сетевой уровень (NWK) Подуровень поддержки приложений (APS) Профили устройств ZigBee Приложение Заказчик Стек ZigBee Добавление/удаление устройств, доставка пакетов, подтверждение приема (ACK), CRC,сканирование и доступ к каналам связи (CSMA-CA), временное разделение, и т.д. Безопасность сети, трансляция сообщений, обработка сетевых процедур, сетевой менеджмент, маршрутизация, поддержка различных топологий и т.д. Безопасность устройства, трансляция сообщений, организация сервисов устройств, и т.д. Модуляция, параметры сигнала, прием и передача информации через физический радиоканал и т.д. Интерфейс связи с приложением Silicon IEEE 802.15.4 Приложение Спецификация Альянса ZigBee СпецификацияIEEE 802.15.4 Библиотеки профилей, наборы сервисов устройств, типовые информационные сообщения, совместимость Формирование и контроль пакетов данных, управление потоком данных, и т.д. Компания Figure8 Wireless F8W занимает лидирующие позиции на рынке программного обеспечения для беспроводных сетевых приложений 802.15.4/ZigBeeОдной из первых предлагает полностью законченное решения для построения полнофункциональных сетей ZigBee спецификации V1.0Построение сетей с топологиями «звезда», «кластерное дерево», «многоячейковая сеть»Предлагает встроенные решения практически для всех устройств повседневной жизниРешения для подключаемых ZigBee модулей в составе существующих систем (сокрашение сроков и стоимости разработки беспроводных устройств)Предлагает исходный код на языке Си, необходимый для сопряжения ПО ZigBee с требуемым МКГарантирует совместимость с другими сертифицированными ZigBee устройствамиОбеспечивает поддержку и обновления для приобретенного ПОПоставляет полный набор документации (руководства пользователя, инструкция по разработке и т.д.)Набор программных инструментариев для настройки и отладки ПО сетей ZigBeeПредседатель технического комитета альянса ZigBee Figure-8 Wireless Z-Stack Z-Stack – Полная реализация спецификации альянса ZigBee V1.0Реализация полноценного стека протоколов ZigBee версии 1.0ДокументацияИсходный код для создания собственных профилей устройств и пример профиля устройств системы освещенияПрограмма Z-Profile Builder для создания профилей ZigBee совместимых устройствШаблоны профилей различного функционального назначения для создания профилей ZigBee совместимых устройствЗадание идентификаторов, параметров работы системы и устройств, параметры взаимодействия устройств разработчика и т.д.Определение устройств на основе определенных разработчиком профилейПрограмма Z-Configurator для автоматической настройки ZigBee совместимых устройствОбъединяет приложения пользователей и готовые профили из программы Z-Profile BuilderСоздает проект CodeWarrior для последующей его загрузки в МК HCS08Определение типа устройства (RFD, FFD)Программа Z-Trace для проверки и отладки работы системы и ZigBee совместимых устройствСоздана по древовидному принципу для выполнения введенных вручную командВыводит информацио об отладке и трассировке программ отладочных комплектов Freescale Semiconductor (поддерживает отладочные наборы EVB и SARD) Программа Z-Trace Примерные цены на программное обеспечение F8W Z-Stack90 дневная оценочная версия в составе комплекта EVK ($1499)90 дневная оценочная версия доступна по запросу для пользователей отладочных комплектов DSK (SARD), RFCОднократный платеж за ПО$1000 за одно рабочее место$12000 за компаниюЕжегодный платеж для обеспечения поддержкой и получения обновлений$200 за одно рабочее место$2400 за компаниюЛицензионный исходный кодПримерная стоимость $75k Freescale Semiconductor Confidential Proprietary. Freescale™ and the Freescale logo are trademarks of Freescale Semiconductor, Inc. All other product or service names are the property of their respective owners. © Freescale Semiconductor, Inc. 2004 BACKUP SLIDES Slide * Формат пакета данных Позволяет передавать до 104 байт данныхДля контроля последовательности передаваемых пакетов используется нумерация пакетов (Data sequence number)Устойчивая структура обеспечивает высокое качество приема в условиях помехКонтрольная последовательность кадра гарантирует безошибочную передачу(Frame Check Sequence - FCS) Формат пакета подтверждения Обеспечивает обратную связь от получателя к отправителю об успешной безошибочной пеедаче пакета данныхМалая величина пакета обеспечивает увеличение времен нахождения в состоянии покоя сетевых устройств. Передача пакета подтверждения осуществляется сразу после получения пакета данных Формат пакета МАС команды Используется для удаленного управления и конфигурирования сетевых устройствПлзволяет устройству централизованного администрирования сети конфигурировать по отдельности все сетевые подчиненные устройства вне зависимости от размеров сети Формат сигнального пакета Сетевая синхронизация расширяет функциональные возможности сетей ZigBeeПодчиненные устройства «просыпаются» только в периоды приема пакетов синхронизации, считывают адреса в пакете синхронизации и переходят в спящее состояние если адрес устройства не обнаруженСигнальные пакеты необходимы для сетей типа «многоячейковая» и «кластерное дерево», обеспечивая синхронизацию всех сетевых устройств без необходимости каждым из устройств тратить электроэнергию своих автономных источников питания, «слушая» эфир в ожидании получения пакета

Приложенные файлы

  • ppt 15338119
    Размер файла: 1 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий