Wireless Personal Area Network

Nome: Felipe Ferraz Morgado de OliveiraRA: 135644Facultade de Tecnologia – Unicamp

Limeira, SPMarço / 2015

IntroduçãoEm 1960 e 1970 nasceu a era da

comunicação.Relação tecnologia e

comunicação.Anatel e União Internacional de

Telecomunicações.

IntroduçãoOs primeiros 35 anos da

comunicação móvel.Em 1934, nos Estados Unidos,

adotada modulação AM.Em 1935, modulação FM por

Edwin Armstrong.

IntroduçãoSegunda Guerra Mundial.EUA – Aumento 80 mil de 1940 a

1946. Em 1958 tinha 695 mil e cerca de 1,4 milhão de usuários em 1962.

Brasil começou a crescer em 1990.

IntroduçãoComunicação sem fio pessoal,

como bluetooth e zigbee.Conceito WPAN.Caracteristicas, vantagens,

comparação.Em seguida o padrão IEEE 802.15BluetoothZigbeeConclusão.

Wireless Personal Area NetworkWPAN, baixo alcance e baixa

transferência.Necessidade da criação WPAN.10 % da taxa e alcance WLAN.Frequência de operação, ISM.

IEEE 802.15WPAN segue o padrão IEEE 802.15.802.15.1 – WPAN/Bluetooth.802.15.2 – Coexistência de sinais.802.15.3 – Alta taxa de transmissão.802.15.4 – Zigbee.802.15.5 – Rede de malha WPAN.802.15.6 – Rede de área corporal.802.15.7 – Baixo alcance de

comunicação ótica de luz vísivel.

Wireless Personal Area NetworkColaborativo, separação em tempo

WLAN e WPAN.Não colaborativo, salto de frequência

adaptativo.Comunicação ao redor do corpo,

pequena potência de transmissão por segurança e vida útil bateria.

Modulando fontes óticas como LED e laser diodos.

802.15.1 - BluetoothComunicação sem fio de até 10

metros (classe 2).Baixo custo, alcance e taxa de

transmissão.Homenagem ao rei da Dinamarca,

Harold “Bluetooth”.Criado em 1997 pelos Suecos,

conhecida por bluetooth na versão 1.0 em 1999.

Objetivo, sem muita complexidade, barato.

802.15.1 - BluetoothDifusão na sociedade.Máximo 8 dispositivos, piconet.Scatternet.Ponto a ponto e ponto a multiponto.Mestre e escravo.

802.15.1 - BluetoothSalto de frequência usualmente 1600 Hz.Segurança a nível bit, 128-bit chave de

controle.Para detecção e correção é usado Forward

Error Correction (FEC).Slots e multislots (aumentar a taxa de

dados).Mesmo canal (TDMA).Um de cada vez.

802.15.1 - BluetoothPor padrão é criada conexão orientada

assíncrona (ACL).◦ Retransmissão até que seja recebido.◦ Parking.

Conexão orientada síncrona.◦ Comutada por circuito.◦ Reserva slots.◦ Transmite tamanhos fixos de pacotes.◦ Associado ao clock da piconet.

802.15.1 - BluetoothFaixa de frequência 2.4 – 2.483 GHz

(Brasil).Dividida em 79 bandas de 1 MHz.Potência e alcance determinada pela

classe.

802.15.1 - BluetoothConexão do Bluetooth:

◦Standby Apenas clock nativo fica ativo.

◦ Inquirity FHS para sincronização. Temporização aleatória.

◦Scan Sleep, verifica a cada 10ms.

◦Page Estabelecer conexão Transmite dois pedidos a cada 1,25ms e escuta

duas vezes.

802.15.1 - BluetoothModo de operação:

◦ Modo ativo Participa ativamente do canal Controle de acesso Informa ao escravo quando ele será reutilizado.

◦ Modo Sniff Reduz tempo que escuta o canal.

◦ Modo Hold O escravo fica em estado de espera. Ainda realiza scan, inquiring, paging, etc.

◦ Modo Park Maior método de economizar bateria Utiliza um endereço global invés do físico. Escuta o canal em tempos regulares.

802.15.14 – ZigbeeBaixa potência e curta distância.Aplicação em sensores, automação

residencial.75 metros em ambiente livre.Nome tem referência ao voos das

abelhas.

802.15.14 – ZigbeeBanda não licenciada:

◦ No Brasil – ISM 2.4 GHz◦ Nos Estados Unidos, 863 – 870 MHz.◦ Na Europa, 902 – 928 MHz.

Taxa de transmissão 250 kbits/s.

Correntes na ordem de micro amperes.

802.15.14 – ZigbeeTipos de Zigbee:

◦ Zigbee Coordernador (ZC).◦ Zigbee Router (ZR).◦ Zigbee End Device (ZED).

Full-function device (FFD).◦ ZC e ZR.

Reduced-function device (RFD).◦ ZR

Flexibilidade de configuração.◦ ZED como baixo consumo.◦ Ligados sempre atuando como routers.◦ Sinais de alertas e testes.

“Aprende” uma nova rota em caso de falhas.

802.15.14 – Zigbee Perfis especificos criados pela Zigbee Alliance. Perfil de gestão de energia residencial. Preço e informação da empresa via AMI.

802.15.14 – ZigbeeTopologia:

◦ Estrela Um único coordenador, primeiro FFD

ativado. Identificador PAN, operam

individualmente.◦ Malha

Capacidade de auto-organizar e auto-estruturar.

802.15.14 – ZigbeeTopologia:

◦ Estrela Um único coordenador, primeiro FFD

ativado. Identificador PAN, operam

individualmente.◦ Malha

Capacidade de auto-organizar e auto-estruturar.

802.15.14 – ZigbeeTopologia árvore

◦ No final do “galho” conecta um ZED para evitar novos dispositivos se associarem.

◦ Maior área de cobertura e aumento do atraso da mensagem.

802.15.14 – ZigbeeModo beaconing

◦ Economia de energia◦ Routers confirmam sua presença na rede.◦ Boa sincronia permite um periodo inativo.

Estrutura superframe.◦ Decidido pelo coordenador, baixas

latências.Não-beaconing, pode ser custoso

sincronizar.

802.15.14 – ZigbeeBeacon importante na topologia de

malha e árvore para manter sincronismo por mais tempo.

Economia de bateria, dormindo até chegar beacon ou mudar configuração.

Transferência de dados para um coordenador:◦ Modo beacon

Ouve o beacon, sincroniza estrutura superframe. Ao receber o dado, o coordenador envia um

acknowledgement frame para informar que recebeu.◦ Modo não-beacon

Dispositivo envia o dado e em resposta é enviado o acknowledgement frame.

802.15.14 – ZigbeeTransferência de dados de um

coordenador:◦ Modo beacon

Indica no beacon que tem mensagem pendente. Dispositivo envia comando MAC pedindo o dado. Coordenador envia o acknowledgement frame e

envia o dado. O dispositivo também manda um

acknowledgement frame ao receber.◦ Modo não-beacon

O dispositivo pede o dado transmitindo comando MAC.

Coordenador envia o acknowledgement frame e caso tenha um dado pendente ele o envia. Caso contrário ele indica que não tem dado no acknowledgement frame ou envia um data frame com tamanho zero de payload.

802.15.14 – ZigbeeDesenvolvimento dividido em Zigbee

Alliance e IEEE 802.15.4.PHY – Permitir a transmissão e recepção de

mensagem.MAC – Controlar o acesso, a estrutura

admissível do frame, sincronização, transmissão dos beacon frames.

NWK – O inicio ou fim da ligação de um dispositivo à rede, descoberta de novos dispositivos, atribuiçao de endereços, etc.

Aplicação – Correta gestão e suporte para diversas aplicações.

802.15.14 – ZigbeeDiversas aplicações, controlar sensor

a distância, automação residencial, controlar um braço robótico, acionar dispositivo de irrigação, etc.

ConclusãoNovas necessidades, novas tecnologias.

Criação do padrão 802.15.1

Tecnologia bem difundida na população.

Criação do padrão 802.15.4 Bateria com capacidade de duração de

anos.

Diversas opções para diversas aplicações.

Fim

Perguntas?

Obrigado pela atenção

Referências RAPPORT, Theodore S. “Comunicações sem fio: princípios e práticas”. Editora Pearson

Education Brasil, 2ed, 2009. Disponível em:<

https://tecnoblog.net/36447/sandisk-cria-ssd-com-2-cm-de-largura-e-1-g-de-peso/ >.Acesso em: 15/03/2015

Disponível em:<http://aerotagua.blogspot.com.br/2010/06/assunto-tecnico-era-pra-ter-saido-ontem.html>.Acesso em: 15/03/2015

BARROS, Héden de Sousa et al. “Tecnologia Wireless (WLANS). Instituto de Estudos Superiores da Amazônia, Belém 2005.

Disponível em:<http://pt.wikipedia.org/wiki/Bluetooth>.Acesso em: 15/03/2015 WPAN – Zigbee & Bluetooth SDIC cap6, Redes Sem fio. STOLL, George R. “O que é este tal do Zigbee?”. UTC Journal 2008 Special Issue

Smart Utilities Networks. IEEE std 802.15.4, “Part 15.4: Low-rate Wireless Personal Area Networks (LR-

WPANs). September of 2005. Disponível em:<http://www.gta.ufrj.br/grad/10_1/zigbee/padrao.html>. Acesso

em: 15/03/2015 DA SILVA, André Teixeira. “Módulos de Comunicação Wireless para Sensores.”

Universidade do porto, faculdade de engenharia. Projecto, Seminário ou Trabalho Final de curso 2006/2007.

Disponível em:< http://www.rogercom.com/ZigBee/ZigBee.htm>. Acesso em: 15/03/2015.