Программно-аппаратное обеспечение беспроводной ЛВС системы контроля

Информация » Беспроводная система контроля подвижного железнодорожного состава » Программно-аппаратное обеспечение беспроводной ЛВС системы контроля

Страница 1

Архитектура стека ZigBee

Стек протоколов ZigBee построен по принципу иерархической семиуровневой модели протоколов передачи данных в открытых системах OSI (Open System Interconnection). Стек включает в себя уровни стандарта IEEE 802.15.1, отвечающие за реализацию канала связи, и программные сетевые уровни и уровни поддержки приложений, определенные спецификацией Альянса ZigBee [1].

Архитектура стека ZigBee/802.15.4 представлена на рисунке 1. Стандарт IEEE 802.15.4 определяет уровень доступа к среде (MAC) и физический уровень передачи данных в среде распространения (PHY), т.е. нижние уровни протокола беспроводной передачи данных [2]. Альянс определяет программные уровни стека ZigBee от уровня канала передачи данных (DLC) до уровня профилей устройств (ZigBee Profiles).

Прием и передача данных по радиоканалу осуществляется на физическом уровне PHY, определяющем рабочий частотный диапазон, тип модуляции, максимальную скорость, число каналов: O-QPSK - квадратичная фазовая манипуляция со смещением для диапазона 2,4 ГГц (16 каналов, 250 Кбит/с), BPSK - двоичная фазовая манипуляция для частот 915 МГц (10 каналов, 40 Кбит/с) и 868 МГц (1 канал, 20 Кбит/с). Уровень PHY осуществляет активацию/ дезактивацию приемопередатчика, детектирование энергии принимаемого сигнала на рабочем канале, выбор физического частотного канала, индикацию качества связи при получении пакета данных и оценку свободного канала для реализации протокола CSMA-CA (протокол множественного доступа к среде с контролем несущей и предотвращением коллизий). Важно понимать, что стандарт 802.15.4 - это физическое радио (микросхема радиоприемопередатчика), a ZigBee - это логическая сеть и программный стек, обеспечивающие функции безопасности и маршрутизации.

Далее в структуре стека ZigBee следует уровень контроля доступа к среде IEEE 802.15.4 MAC (рисунок 6.13). Характеристики MAC уровня:

— 64-битная IEEE адресация, 16-битная адресация внутри локальных сетей (теоретически максимальное количество устройств в сети , организация простых сетей при использовании 16-битной локальной адресации с более чем 65 тыс. (216) устройств). Способы адресации:

— идентификаторы: сетевой ID + ID устройства (топология «Звезда»);

— идентификатор Отправителя/Получателя (передача между равноправными узлами);

— вхождение в сеть/выход из сети, автоматическая/полуавтоматическая организация сети;

— формат пакетов сообщений сети ZigBee, максимальная полезная загрузка одного пакета данных составляет 104 байта данных, максимальная длина кадра равна 127 байт;

— уровни безопасности:

— свободный доступ к сети;

— список контроля доступа;

— таймеры определения задержек при передаче и актуальность пакетов данных;

— шифрование с использованием 128 битного симметричного ключа AES;

— механизм доступа в сеть, функции временного разделения и гарантированных временных интервалов, доступ к каналу посредством протокола CSMA-CA;

— поддержка сетевых топологий, включая соединения типа «точка — точка», «звезда», многоячейковой и кластерной топологий;

— оповещение о поступлении пакета данных, подтверждение приема (АСК), 16 битный контроль ошибок (CRC);

— поддержка трех классов устройств;

— пакетный/потоковый режимы передачи.

Механизмы доступа в сеть

Оптимизация энергопотребления является приоритетной задачей при построении ZigBee сетей. Одним из решений этой задачи является стратегия связи, основанная на передаче данных только при их поступлении и последующее ожидание подтверждения в случае успешного приема пакета со стороны адресата. При этом каждое устройство может инициировать передачу в любой момент. Очевидным недостатком данного метода является вероятность интерференции при одновременной передаче данных несколькими устройствами. Однако возможность наложения сводится к минимуму благодаря крайне малой длительности активного цикла устройства, случайности момента передачи и, как правило, небольшим объемам передаваемой информации. Надежность соединения повышается за счет использования протокола CSMA-CA.

Стратегия простого множественного доступа применима только к соединениям типа «точка — точка» или «звезда». Она подходит не всем приложениям. Для предотвращения нежелательного взаимодействия возможно использование протокола множественного доступа с временным разделением (TDMA). Технология ZigBee/802.15.4 гарантирует временные интервалы по принципу схожему с технологией TDMA, но использование данного разделения возможно только совместно с режимом синхронизации и временного разделения, что является более сложным и менее энергоэффективным алгоритмом по сравнению с обычным TDMA доступом [].

Страницы: 1 2 3 4 5 6

Актуальное на сайте:

Классификационные признаки бензина автомобильного
Все бензины отличаются друг от друга, как по составу, так и по свойствам, так как их получают не только как продукт первичной возгонки нефти, но и как продукт попутного газа (газовый бензин) и тяжелых фракций нефти (крекинг-бензин). Бенз ...

Прогнозные оценки развития рынка ДА
Планирование деятельности авиакомпании как в сегменте деловых корпоративных, так и коммерческих перевозок в целом, способность привлечения инвестиций для развития бизнеса деловых перевозок тесно связано с возможностью прогнозирования разв ...

Расчет мощности вольтодобавочной машины и линейного генератора
Напряжение UД на зажимах двигателя зависит от напряжения линейного генератора UЛГ и падения напряжения в обмотке возбуждения генератора LМ2, т.е. UД = UЛГ – IД rВГ . (2.4) Для изменения напряжения UД регулируют ток независимого возбужде ...

Автомобильные дизельные топлива

Для автомобильных дизельных двигателей выпускаются топлива на базе керосиновых, газойлевых и соляровых дистилляторов прямой перегонки нефти. Для снижения содержания серы используют гидроочистку и депарафинизацию.

Продолжить чтение »