Redes de Comunicação Sem Fio Sub-GHz e 2.4GHz

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 1
Redes de Comunicação Sem Fio Sub-
GHz e 2.4GHz
Palestrante: André Rasmínio
Email: andre@fractumrf.com

Objetivo
Após esta aula você estará apto:
 Entender o padrão IEEE 802.15.4
 Conhecer as soluções de comunicação sem fio da
Microchip
 Conhecer o protocolo MiWi

ZigBee®

ZigBee®
O que é ZigBee?
 Padrão de Wireless Networking Protocol
 Definido pelas companhias que fazem
parte da ZigBee Alliance
 Aplicações
 Wireless mesh networks
 Dispositivos de baixo consumo
 Baixa taxa de dados – alta confiabilidade

ZigBee®
ZigBee é o nome de um protocolo de
comunicação wireless desenvolvido pela
ZigBee Alliance baseado no padrão IEEE
802.15.4.

ZigBee®

ZigBee®
ZigBee Network Devices

Baixo consumo
Segurança AES 128bits
Confiabilidade
Baixo custo
Redes P2P, Star, Cluster-Tree, Mesh
Interoperabilidade
Alta Imunidade a Interferência
Porque utilizar ZigBee?

Segurança
Provê a confidencialidade, a integridade e a autenticidade
da informação
AES - Advanced Encryption Standard
Criptografia de 128 bits
ZigBee®

ZigBee®
AES
Esta tecnologia possui alta imunidade a interferência de outros sistemas. A
segurança da informação provê a confidencialidade, a integridade e a
autenticidade da informação e é baseado no AES - Advanced Encryption
StandardCriptografia de 128 bits.
O AES é um algoritmo de criptografia que pode ser utilizado para proteger dados
eletrônicos. O algoritmo do AES é um bloco simétrico que criptografa ou
decriptografa a informação. A criptografia torna a informação embaralhada, a
decriptogravação torna a informação na forma original. O padrão AES foi derivado
do Data Encryption Standard (DES). O AES foi desenvolvido pelo NIST (Instituto
Nacional de Padrões e Tecnologia dos EUA) em 26 de Novembro de 2001, depois
de 5 anos de um processo de padronização. Tornou-se um padrão efetivo em 26 de
Maio de 2002. Em 2006, o AES já é um dos algoritmos mais populares usados
para criptografia de chave simétrica (http://csrc.nist.gov).

ZigBee®
ZigBee Protocol Layers
 Application - Partially ZigBee & Vendor Defined
 Network - ZigBee Defined
 Medium Access Control Layer - IEEE 802.15.4™ Defined
 Physical Layer - IEEE 802.15.4 Defined
Security Service - ZigBee Defined

ZigBee®
Functional Partition
MRF24J40
Transceiver
Host PIC® MCU
Processor
Medium Access Layer (MAC)
2.4 GHzPhysical Layer (PHY)
Network Layer (NWK)
Customer
Applications
Security(SEC) Smart Energy
Profile
Microchip ZigBee Platform
Application Support (APS)

ZigBee®
10,000
1,000
100
10
1
1 10 100 1,000 10,000 100,000
Distância(metros)
Cellular
Technologies
GSM, GPRS
WLAN Technologies
IEEE802.11ZigBee
IEEE 802.15.4™
Bluetooth
Comaparação entre Distância x Velocidade)
Data Rate (kbps)

IEEE Std 802.15.4™-2006(Revision of IEEE Std 802.15.4-2003)

Define um protocolo e a compatibilidade de interconexão para
dispositivos de comunicação de baixa taxa de dados, baixa potência, baixa
complexidade e pequeno alcance utilizados em WPAN ( wireless personal
area network).
É a base das especificações ZigBee, WirelessHART, MiWi e outras
especificações.

IEEE 802.15.4™ PHY

IEEE 802.15.4™ PHY
2.4 GHz PHY Channel Assignment
5 MHz3 MHz
2483.5
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
2400 24802410 2420 2430 2440 2450 2460 2470
Frequency (MHz)
Channel:
Channel SpacingBandwidth

2483.5
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
2400 24802410 2420 2430 2440 2450 2460 2470
Frequency (MHz)
Channel:
IEEE 802.15.4™ vs 802.11
2.4 GHz PHY Channel Assignment
IEEE 802.15.4
vs.
IEEE 802.11
2412
Channel 1
2437
Channel 6
2462
Channel 11
22 MHz

IEEE 802.11

IEEE 802.15.4™ vs 802.11 –
como reduzir as interferências
• Data Rate
Uma forma de minimizar os riscos de interferências é reduzir a ocupação do
canal.
• Scanning e Energy Scan
O padrão IEEE802.15.4 prevê a amostragem do canal, medindo a energia do
mesmo. Portanto é recomendado que se amostre todos os canais e opere no que tiver o
menor patamar de energia.
• CSMA
é um artifício conhecido como “listen before talk”, o padrão prevê esta
funcionalidade e deve ser utilizado para evitar colisões e interferências.
• ACK e Retransmissões
o padrão IEEE 802.15.4 prevê um ACK do receptor para cada frame recebido.
• Frequency Agility
Uma outra forma de minimizar as interferências é mudar de canal durante a
operação da rede.

Para estarem de acordo com a RESOLUÇÃO
ANATEL N§ 506/2008 (Radiação Restrita) os
equipamentos que utilizam Tecnologia de
Espalhamento Espectral devem operar em 902-907,5
MHz, 915-928 MHz, 2400-2483,5MHz
http://sistemas.anatel.gov.br/sgch/Certificado/Homologac
aoPNCC.asp?consulta=1&?NumRFGCT=61311
IEEE 802.15.4™ PHY

Certificado ANATEL -
Fractum

Camada MAC
É a camada responsável por realizar o controle de
acesso ao meio (MAC medium access control):
— Associação e a desassociação de dispositivos
— Suporta um dispositivo com segurança AES 128
— Implementa o CSMA-CA para o acesso ao canal
— Implementa o socket entre dois dispositivos

Soluções Microchip

MiWi™ Transceiver
Products
 ISM Band - Sub-GHz
 MRF49XA Transceiver IC
 433/868/915 MHz
 MRF89XA Transceiver IC
 868/915 MHz
 MRF89XAM8A Transceiver Module (868 MHz)
 MRF89XAM9A Transceiver Module (915 MHz)
 ISM Band - 2.4GHz (IEEE 802.15.4™)
 MRF24J40 Transceiver IC
 MRF24J40MA Transceiver Module (+0 dBm)
 MRF24J40MB Transceiver Module (+20 dBm)
 MRF24J40MC Transceiver Module (+20 dBm + ext. ant)

MiWi™ Transceiver
Products

Ubee - Conceito
UBee
USART Microcontrol
ler ou PC
Interrupt
MiWi™
Aplicação
• Não é necessário nenhum conhecimento de RF
• Não é necessário nenhum conhecimento da pilha Zigbee ou
MiWi
• Necessário apenas uma interface USART
• Todos os comandos da rede disponíveis em comandos AT
• Possibilidade de embarcar a sua solução no próprio micro-
controlador do UBee
http://fractumrf.com/wireless2.html
ZigBee™
Proprietary

MRF49XA Transceiver
Protocol
Physical Driver
User Application
Microcontroller
SPI
Interface
16bit Receive
Buffer
Control
Registers
16bit Transmit
Buffers
RXMAC
TXMAC
RXPHY
TXPHY
PHY TX/RX
Control
MAC Architecture PHY Architecture
 434MHz, 868MHz and 915MHz Proprietary RF
Transceiver
 Supports MiWi™ Protocols via MiApp and MiMAC
 SPI interface
 7dBm Output Power
 11-13mA(RX) / 21-23mA(TX) / 300nA(Sleep)
 Up to 115.2kbps
MRF49XA

MRF89XA Transceiver
Protocol
Physical Driver
User Application
Microcontroller
SPI
Interface
64 Byte RX
Buffer
Control
Registers
64 Byte TX
Buffer
RXMAC
TXMAC
RXPHY
TXPHY
PHY TX/RX
Control
 868MHz, 915MHz and 955MHz Proprietary RF
Transceiver
 Supports MiWi™ Protocols via MiApp and MiMAC
 SPI interface
 10dBm Output Power
 3mA(RX) / 25mA(TX) / 100nA(Sleep)
 Up to 200kbps
MRF89XA

MRF24J40 Transceiver
Protocol
Physical Driver
User Application
Microcontroller
SPI
Interface
Receive
Buffer
Control
Registers
Transmit
Buffers
RXMAC
TXMAC
Security
RXPHY
TXPHY
PHY TX/RX
Control
 2.4 GHz IEEE 802.15.4™ compliant
 Supports MiWi™ Protocols via MiMAC/MiApp
 Supports ZigBee® Protocols
 4-wire SPI interface
 In-line/stand-alone encryption
 Automatic MAC retransmit
 18 mA(RX)/22 mA(TX)/2 µA(Sleep)
 250kbps (802.15.4 mode), 625kbps (Turbo mode)
MRF24J40

Module Concept
TCP/IP ZigBee® SEP MiWi™

Module
Wireless
Module
SPI PIC®
Microcontroll
er
Interrup
t

MRF89XAMXA Module
 FCC/IC/ETSI Certified
 Não é necessário conhecimento em RF
 MRF89XAM8A – 868MHz
 MRF89XAM9A – 915MHz

MRF24J40MA/MB/MC
Modules
 2.4 GHz IEEE 802.15.4™
Compatible
 FCC/IC/ETSI Certified
 Module features:
 Antena PCB integrada
 Surface-mountable PCB
 Tx Power Rx Sensitivity
 MA = +0 dBm MA = -95 dBm
 MB = +20 dBm MB = -102 dBm

MRF49XA
Development Boards
 MRF49XA
PICtail™/PICtail
Plus Daughter
Boards
 Part # AC164137-
1 (433 MHz),
 Part # AC164137-
2 (868/915 MHz),
 Two Daughter

MRF89XA
Development Boards
 MRF89XA
PICtail™/PICtail
Plus Daughter
Boards
 Part # AC164138-
1 (868 MHz)
 Part # AC164138-
2 (915 MHz)
 Two Daughter

MRF24J40
Development Boards
 MRF24J40MB
 Part # AC164134-2
 MRF24J40MA
 Part # AC164134-1

Certified RF Design Partners

ZigBee Alliance

ZigBee Alliance
― O ZigBee Alliance é uma associação de
companhias que trabalham em conjunto para
garantir a confiabilidade, custo baixo, baixo
consumo, interoperabilidade em rede wireless,
monitorando e controlando os produtos
baseados em um padrão global aberto. ‖
(www.zigbee.org)

Promoters $50.000USD/year
Tem direito à uma cadeira na mesa de diretores da ZigBee
Alliance
Revisa especificações propostas
Direito à voto
Participants $9.000USD/year
Contribuir com as especificações técnicas
Adopters $3500USD/year
Usar o logo
Acesso as especificações
ZigBee Alliance

Quando é necessário participar
da ZigBee Alliance

ZigBee®
Perguntas?

Licensing
 According to ZigBee® Alliance:
 Only members may use ZigBee specifications "in the
development of a product for sale"
 Microchip is a ZigBee Participant Member:
 We have license rights to make and distribute Microchip’s
ZigBee stack software
 According to ZigBee and Microchip:
 If you intend to use Microchip’s stack software in the
development of a product for sale, then you must be a ZigBee
member
 You may not modify or create derivatives of Microchip’s stack
software
 It is your responsibility:
 To read Microchip’s license agreement and familiarize
yourself with ZigBee’s membership
 For more information, go to www.zigbee.org

References
 IEEE 802.15.4™ -2003
 http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.15.4
-2003.pdf
 IEEE OUI
 https://standards.ieee.org/regauth/oui/forms/OUI-form.shtml
 ZigBee® Protocol
 www.zigbee.org
 AN1255 ZigBee Protocol application note,
www.microchip.com/zigbee

Obrigado!
Fim

Trademarks
The Microchip name and logo, the Microchip logo, dsPIC, KeeLoq, KeeLoq
logo, MPLAB, PIC, PICmicro, PICSTART, PIC32 logo, rfPIC and UNI/O are
registered trademarks of Microchip Technology Incorporated in the U.S.A. and
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FilterLab, Hampshire, HI-TECH C, Linear Active Thermistor, MXDEV, MXLAB,
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Analog-for-the-Digital Age, Application Maestro, CodeGuard, dsPICDEM,
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HI-TIDE, In-Circuit Serial Programming, ICSP, Mindi, MiWi, MPASM, MPLAB
Certified logo, MPLIB, MPLINK, mTouch, Octopus, Omniscient Code
Generation, PICC,
PICC-18, PICDEM, PICDEM.net, PICkit, PICtail, REAL ICE, rfLAB, Select Mode,
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Obrigado

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