Zigbee2003

777 views

Published on

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
777
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
3
Actions
Shares
0
Downloads
26
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Zigbee2003

  1. 2. Tầng vật lý ZigBee/IEEE 802.15.4 <ul><li>Các vấn đề quan tâm trong lớp PHY </li></ul><ul><li>Activation and deactivation of the radio transceiver </li></ul><ul><li>Energy Detection </li></ul><ul><li>Link Quality Indication Measurement (báo cáo sau) </li></ul><ul><li>Clear Channel Assessment </li></ul><ul><li>Data Transmission and Reception </li></ul>
  2. 3. Activation and deactivation of the radio transceiver <ul><li>PHY cung cấp 2 dịch vụ: </li></ul><ul><li>- dịch vụ dữ liệu PHY (the PHY data service): cho phép truyền và nhận các đơn vị dữ liệu của giao thức PHY  (PHY protocol data units - PPDU) trên kênh vô tuyến vật lý. </li></ul><ul><li>- dịch vụ quản lý PHY giao tiếp với quản lý lớp vật lý thực thể (PHY management service interfacing to the physical layer management entity(PLME)) </li></ul><ul><li>Các tính năng của PHY là kích hoạt (active) và Chấm dứt (deactive) hoạt động  của bộ thu phát vô tuyến điện (radio tranceiver-RT) , năng lượng phát hiện năng lượng ( energy detection- ED), dấu hiệu cho thấy liên kết chất lượng ( link quality indication - LQI), lựa chọn kênh, đánh giá kênh rõ ràng ( clear channel assessment - CCA) truyền cũng như nhận được các gói tin qua các phương tiện vật lý . </li></ul><ul><li>Tiêu chuẩn này cung cấp hai tùy chọn PHY dựa trên dải tần số , dựa trên  trình tự lây lan phổ trực tiếp ( direct sequence spread spectrum - DSSS).  </li></ul><ul><li>Tốc độ dữ liệu là 250kbps tại 2.4GHz, 40Kbps 915MHz và 20kbps tại 868MHz </li></ul>
  3. 5. Activate/Deactivate Radio Transceiver PLME-SET-TRX-STATE.request yêu cầu các thực thể PHY thay đổi tình trạng hoạt động nội bộ của bộ thu phát. Thu phát sẽ có ba trạng thái chính: - thu phát tắt  (TRX OFF) - máy phát bật  (TX ON) -máy thu bật  (RX ON) PLME-SET-TRX-STATE.confirm: báo cáo kết quả của một yêu cầu để thay đổi tình trạng hoạt động nội bộ của bộ thu phát.
  4. 6. Phát hiện năng lượng thu (ED) <ul><li>Năng lượng thu phát hiện đo lường (ED) được sử dụng bởi một lớp mạng như một phần của thuật toán lựa chọn kênh. Nó là một ước tính của công suất tín hiệu nhận được trong băng thông IEEE 802.15.4 kênh. Không có nỗ lực được thực hiện để xác định hoặc giải mã các tín hiệu trên kênh. Các ED thời gian bằng 8 thời gian biểu tượng. Kết quả ED được báo cáo là một số nguyên 8 bit khác nhau, từ 0x00 đến 0xFF. tối thiểu . Giá trị ED (0) cho biết năng lượng nhận được ít hơn 10dB ở trên độ nhạy thu quy định. Phạm vi của các điện nhận được kéo dài bởi các giá trị ED phải có ít nhất là 40dB. Trong phạm vi này, năng lượng  nhận được bằng d B  giá trị ED phải là tuyến tính với độ chính xác + - 6dB. </li></ul>
  5. 7. PLME_ED_request <ul><li>void Phy802_15_4::PLME_ED_request() </li></ul><ul><li>{ </li></ul><ul><li>if (trx_state == p_RX_ON) </li></ul><ul><li>{ </li></ul><ul><li>//perform ED </li></ul><ul><li>//refer to sec 6.7.7 for ED implementation details </li></ul><ul><li>//we need to delay 8 symbols </li></ul><ul><li>rxEDPeakPower = rxTotPower[ppib.phyCurrentChannel]; </li></ul><ul><li>EDH.start(8/getRate('s')); </li></ul><ul><li>} </li></ul><ul><li>else </li></ul><ul><li>mac->PLME_ED_confirm(trx_state,0); </li></ul><ul><li>PLME-ED.request yêu cầu các PLME thực hiện đo lường một ED (năng lượng phát hiện) </li></ul>
  6. 8. PLME-ED.confirm <ul><li>void Mac802_15_4::PLME_ED_confirm(PHYenum status,UINT_8 EnergyLevel) </li></ul><ul><li>{ </li></ul><ul><li>energyLevel = EnergyLevel; </li></ul><ul><li>dispatch(status,__FUNCTION__); </li></ul><ul><li>} </li></ul><ul><li>PLME-ED.confirm báo cáo lại kết quả của phép đo ED  tới  MLME </li></ul>
  7. 9. Chỉ số chất lượng đường truyền (LQI) <ul><li>Sau khi tiếp nhận một gói tin, PHY gửi chiều dài PSDU và liên kết chất lượng (LQ ) trong PD-DATA.indication . </li></ul><ul><li>Đ o chỉ số LQI là một đặc tính của các mức năng lượng và/ hoặc chất lượng của một gói tin nhận được. Phép đo có thể được thực hiện sử dụng ED, tỉ số SNR hoặc sự kết hợp của những phương pháp này sử dụng các kết quả LQI với thnetwork hoặc các lớp ứng dụng. Kết quả LQI được báo cáo như một số nguyên khác nhau, từ 0x00 đến 0xFF </li></ul><ul><li>Giá trị kết quả LQI được giao cho tầng mạng và tầng ứng dụng xử lý. </li></ul>
  8. 10. Clear Channel Assessment (CCA) <ul><li>• Năng lượng vượt ngưỡng (Energy above threshold) . CCA có trách nhiệm báo cáo một môi trường bận rộn khi phát hiện bất kỳ năng lượng trên ngưỡng ED (ED threshold) • Cảm biến sóng mang (Carrier sense only) . CCA có trách nhiệm báo cáo một môi trường bận rộn chỉ khi phát hiện một tín hiệu với điều chế và đặc điểm lây lan của IEEE - 802.15.4. Tín hiệu này có thể được ở trên hoặc dưới ngưỡng ED. • Cảm biến sóng mang kết hợp với nang luợng vựot nguỡng (Carrier sense with energy above threshold) . CCA có trách nhiệm báo cáo vừa bận rộn chỉ khi phát hiện một tín hiệu với các điều chế và đặc điểm lây lan của IEEE 802.15.4 với năng lượng ở trên ngưỡng ED. </li></ul>
  9. 11. PLME-CCA.request void Phy802_15_4::PLME_CCA_request() { if (trx_state == p_RX_ON) { //perform CCA //refer to sec 6.7.9 for CCA details //we need to delay 8 symbols CCAH.start(4/getRate('s')); // 2.32 change: start CCA at the end of 4th symbol } else mac->PLME_CCA_confirm(trx_state); } <ul><li>PLME-CCA.request: PLME - CCA.request được tạo ra bởi MLME và ban hành PLME của nó bất cứ khi nào thuật toán CSMA-CA yêu cầu đánh giá của các kênh. </li></ul>
  10. 12. PLME-CCA.confirm <ul><li>void Mac802_15_4::PLME_CCA_confirm(PHYenum status) </li></ul><ul><li>{ </li></ul><ul><li>if (taskP.taskStatus(TP_CCA_csmaca)) </li></ul><ul><li>{ </li></ul><ul><li>taskP.taskStatus(TP_CCA_csmaca) = false; </li></ul><ul><li>csmaca->CCA_confirm(status); </li></ul><ul><li>} </li></ul><ul><li>} </li></ul><ul><li>PLME CCA.confirm: PLME-CCA.confirm báo cáo kết quả của một phân tích CCA. </li></ul>
  11. 13. Định dạng PPDU *được tạo ra từ 1 tập thể lớp con của MAc,để yêu cầu việc truyền tải 1 MPDU,khi nhận dc PD-Data.request, PHy sẽ xây dựng 1 PPDU với PSDU cung cấp */ Cấu trúc gói tin PPDU được minh họa trong hình 3.3. Mỗi gói tin PPDU bao gồm những thành phần cơ bản sau đâ y : • SHR, cho phép một thiết bị tiếp nhận để đồng bộ hóa và khóa vào dòng bit • PHR, có chứa thông tin chiều dài khung • một biến tải trọng, có thể mang theo khung lớp con của MAC.
  12. 14. Mô tả định dạng PPDU trong ns-2.34 <ul><li>void Phy802_15_4::construct_PPDU(UINT_8 psduLength,Packet *psdu) </li></ul><ul><li>{ </li></ul><ul><li>//not really a new packet in simulation, but just update some packet header fields. </li></ul><ul><li>hdr_lrwpan* wph = HDR_LRWPAN(psdu);//cấu trúc siêu khung </li></ul><ul><li>hdr_cmn* ch = HDR_CMN(psdu); </li></ul><ul><li>wph->SHR_PreSeq = defSHR_PreSeq; </li></ul><ul><li>wph->SHR_SFD = defSHR_SFD; </li></ul><ul><li>wph->PHR_FrmLen = psduLength; </li></ul><ul><li>//also set channel (for filtering in simulation) </li></ul><ul><li>wph->phyCurrentChannel = ppib.phyCurrentChannel; </li></ul><ul><li>ch->size() = psduLength + defPHY_HEADER_LEN; </li></ul><ul><li>ch->txtime() = trxTime(psdu,true); </li></ul><ul><li>} </li></ul>
  13. 15. Tầng MAC ZigBee/IEEE 802.15.4 <ul><li>Tầng điều khiển môi truờng truy cập MAC (media access control) cung cấp 2 dịch vụ là dịch vụ dữ liệu MAC và quản lý MAC, nó có giao diện với diểm truy cập dịch vụ của thực thể quản lý tầng MAC . Dịch vụ dữ liệu MAC có nhiệm vụ quản lý việc thu phát của khối MPDU (giao thức dữ liệu MAC) thông qua dịch vụ dữ liệu PHY. </li></ul><ul><li>Nhiệm vụ của tầng MAC là quản lý việc phát thông tin báo hiệu beacon, định dạng khung tin dể truyền di trong mạng, diều khiển truy nhập kênh, quản lý khe thời gian GTS, diều khiển kết nối và giải phóng kết nối, phát khung Ack . </li></ul>
  14. 16. Các vấn đề cần quan tâm trong lớp MAC Điều khiển truy nhập kênh Quản lý việc phát thông tin báo hiệu beacon Định dạngkhung tin để truyền đi trong mạng Điều khiển kết nối và giải phóng kết nối Quản lý khe thời gian GTS Phát khung Ack.
  15. 17. Thuật toán tránh xung đột đa truy cập sử dụng cảm biến sóng mang CSMA-CA. <ul><li>CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access-Collision Avoidance). Phương pháp tránh xung đột đa truy cập nhờ vào cảm biến sóng. Thực chất dây là phương pháp truy cập mạng dùng cho chuẩn mạng không dây IEEE 802.15.4. Các thiết bị trong mạng (các nốt mạng) sẽ liên tục lắng nghe tín hiệu thông báo truớc khi truyền. Ða truy cập (multiple access) chỉ ra rằng nhiều thiết bị có thể cùng kết nối và chia sẻ tài nguyên của một mạng (ở đây là mạng không dây). Tất cả các thiết bi đều có quyền truy cập như nhau khi đuờng truyền rỗi. Ngay cả khi thiết bị tìm cách nhận biết mạng đang sử dụng hay không, vẫn có khả năng là có hai trạm tìm cách truy cập mạng đồng thời. Trên các mạng lớn, thời gian truyền từ đầu cáp này đến đầu kia là đủ để một trạm có thể truy cập đến cáp đó ngay cả khi có một trạm khác vừa truy cập đến. Nó tránh xung đột bằng cách là mỗi nốt sẽ phát tín hiệu về yêu cầu truyền truớc rồi mới truyền thật sự. </li></ul>
  16. 19. Cấu trúc siêu khung (Superframe Structure) <ul><li>LR-WPAN cho phép sử dụng theo nhu cầu cấu trúc siêu khung. Ðịnh dạng của siêu khung đuợc dịnh rõ bởi PAN coordinator. Mỗi siêu khung đuợc giới hạn bởi từng mạng và đuợc chia thành 16 khe như nhau. Cột mốc báo hiệu dò duờng beacon đuợc gửi di trong khe dầu tiên của mỗi siêu khung. Nếu một PAN coordinator không muốn sử dụng siêu khung thì nó phải dừng việc phát mốc beacon. Mốc này có nhiệm đồng bộ các thiết bị đính kèm, nhận dạng PAN và chứa nội dung mô tả cấu trúc của siêu khung. </li></ul>
  17. 20. <ul><li>Siêu khung có 2 phần “hoạt động( active)” và “nghỉ (deactive)”. Trong trạng thái “nghỉ” thì PAN coordinator không giao tiếp với các thiết bị trong mạng PAN, và làm việc ở mode công suất thấp. Phần “hoạt dộng” gồm 2 giai doạn: giai doạn tranh chấp truy cập (CAP) và giai doạn tranh chấp tự do(CFP), giai doạn tranh chấp trong mạng chính là khoảng thời gian tranh chấp giữa các trạm dể có co hội dùng một kênh truyền hoặc tài nguyên trên mạng). Bất kỳ thiết bị nào muốn liên lạc trong thời gian CAP dều phải cạnh tranh với các thiết bị khác bằng cách sử dụng kỹ thuật CSMA-CA. Nguợc lại CFD gồm có các GTSs, các khe thời gian GTS này thuờng xuất hiện ở cuối của siêu khung mà siêu khung này duợc bắt dầu ở khe sát ngay sau CAP. PAN cooridinator có thể dịnh vị duợc bảy trong số các GTSs, và mỗi một GTS chiếm nhiều hon một thời gian cua siêu khung. Khoảng thời gian tồn tại của các phần khác nhau của siêu khung duợc dịnh nghia bởi giá trị của macBeaconOrder và macSuperFrameOrder. macBeaconOrder mô tả khoảng thời gian mà bộ diều phối PAN coordinator truyền khung báo hiệu tìm duờng. </li></ul>
  18. 22. Mô hình cấu trúc siêu khung trong lớp MAC
  19. 23. Khung CAP (Contention Access Period) <ul><li>Khung CAP </li></ul><ul><li>CAP đuợc phát ngay sau mốc beacon và kết thúc truớc khi phát CFP. Nếu độ dài của phần CFP = 0 thì CAP sẽ kết thúc tại cuối của siêu khung. CAP sẽ có tối thiểu aMinCAPLength symbols trừ truờng hợp phầ n không gian thêm vào đuợc dùng để điều chỉnh việc tang dộ dài của khung beacon dể vẫn có thể duy trì duợc GTS và điều chỉnh linh dộng tang hay giảm kích thuớc của CFP. </li></ul><ul><li>Tất cả các khung tin ngoại trừ khung Ack và các khung dữ liệu phát ngay sau khung Ack trong lệnh yêu cầu, mà chúng duợc phát trong CAP sẽ sử dụng thuật toán CSMA-CA dể truy nhập kênh. Một thiết bị phát trong khoảng thời gian phần CAP kết thúc sẽ khoảng thời gian IFS truớc khi hết phần CAP. Nếu không thể kết thúc đuợc thì thiết bị này sẽ trì hoãn việc phát cho dến khi CAP của khung tiếp theo đựợc phát. </li></ul><ul><li>Khung chứa lệnh diều khiển MAC sẽ đuợc phát trong phần CAP. </li></ul>
  20. 24. Khung CFP( Contention Free Period) <ul><li>Phần CFP sẽ duợc phát ngay sau phần CAP và kết thúc truớc khi phát beacon của khung kế tiếp. Nếu bất kỳ một GTSs nào duợc cấp phát bởi bộ diều phối mạngPAN , chúng sẽ được dặt bên trong phần CFP và lấp đầy một loạt các khe liền nhau.Bởi vậy nên kích thuớc của phần CFP sẽ do tổng dộ dài các khe GTSs này quyết dịnh.CFP không sử dụng thuật toán CSMA-CA dể truy nhập kênh. Một thiết bị phát trong CFP sẽ kết thúc trong khoảng một IFS truớc khi kết thúc GTS. </li></ul>
  21. 25. Các mô hình truyền dữ liệu <ul><li>Dựa trên cấu trúc mạng WPAN thì ta có thể phân ra làm ba kiểu, ba mô hình truyền dữ liệu: từ thiết bị diều phối mạng PAN coordinator tới thiết bị thuờng, từ thiết bị thuờng tới thiết bị diều phối mạng PAN coordinator, và giữa các thiết bị cùng loại. Nhung nhìn chung thì mỗi co chế truyền dều phụ thuộc vào việc là kiểu mạng dó có hỗ trợ việc phát thông tin thông báo beacon hay không. Khi một thiết bị muốn truyền dữ liệu trong một mạng không hỗ trợ việc phát beacon, khi dó thì nó chỉ don giản là truyền khung dữ liệu tới thiết bị diều phối bằng cách sử dụng thuật toán không gán khe thời gian. Thiết bị diều phối Coordinator trả lời bằng khung Ack </li></ul>
  22. 26. Định dạng khung tin MAC <ul><li>Ðầu khung MHR(MAC header): gồm các truờng thông tin về diều khiển khung tin, số chuỗi, và truờng địa chỉ </li></ul><ul><li>• Tải trọng khung (MAC payload) : chứa các thông tin chi tiết về kiểu khung. Khung tin của bản tin xác nhận Ack không có phần này. </li></ul><ul><li>• Cuối khung MFR(MAC footer) chứa chuỗi kiểm tra khung FCS ( frame check sequence) </li></ul>
  23. 27. Định dạng chung của khung MAC
  24. 28. Biểu đồ trình tự phát tin ở coodinator biểu đồ trình tự phát tin ở device

×