Tiêu chuẩn IEEE docx CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội 0904 665 965 www lumi vn Tiêu chuẩn IEEE 1 IEEE IEEE là tổ chức danh giá của cộng đồng khoa học kỹ thuật hàng đ.
CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội 0904 665 965 www.lumi.vn Tiêu chuẩn IEEE IEEE IEEE tổ chức danh giá cộng đồng khoa học kỹ thuật hàng đầu giới Là tổ chức khoa học nghề nghiệp xây dựng nhằm mục đích hỗ trợ hoạt động nghiên cứu khoa họ, thúc đẩy phát triển khoa học công nghệ lĩnh vực điện tử, viễn thông, công nghệ thông tin, khoa học máy tính,… IEEE có nhiều đóng góp cho cộng đồng khoa học giới, phổ biến việc phát triển tiêu chuẩn IEEE 802 cho công nghệ kết nối khơng dây Ví dụ Wi-Fi phát triển 802.11, 802.15 xây dựng cho hệ thống mạng lưới cá nhân không dây WPAN IEEE 802.15 phát triển thành dạng khác là: High Rate – WPAN mạng cá nhân không dây tốc độ cao 802.15.3, Medium Rate – WPAN mạng cá nhân khơng dây tốc độ trung bình 802.15.1, Low Rate – WPAN mạng cá nhân không dây tốc độ thấp 802.15.4 phiên Zigbee sử dụng để phát triển CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội 0904 665 965 www.lumi.vn Tần số dụng phụ thuộc vào băng tần rỗi quốc gia, chuẩn xây dựng ba băng tần, có tất 27 kênh: ● 868.0 – 868.6Mhz: Châu âu – kênh, sử dụng kênh số ● 902.0 – 928.0Mhz: Mỹ - 10 kênh – từ kênh – 10 ● 2.40 – 2.48Ghz: Toàn giới – 16 kênh – từ 11 – 26 Nhìn vào thơng số này, bạn thấy quen thuộc chứ, xác Zigbee sử dụng thông số tiêu chuẩn IEEE 802.15.4 Vì vậy, hoạt động dải tần 2.4GHz, Zigbee sử dụng 16 kênh tần từ 11 – 26 để sử dụng CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội 0904 665 965 www.lumi.vn Thành phần vai trò thiết bị ● Full – Function Devices: Có đầy đủ tính năng, thực giao tiếp chung kết nối với thiết bị khác mạng Ngồi cịn có chức chuyển tiếp tin từ nút nguồn đến nút đích (Nút mạng màu xanh cây) ● Reduce-Function Devices: Chỉ giao tiếp với thiết bị FFD khả chuyển tiếp tin (Nút mạng màu xanh nước biển) CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội 0904 665 965 www.lumi.vn Trong mạng IEEE 802.15.4, thiết bị FFD thực làm vai trị, là: ● Coordinator, PAN Coordinator, device Trong đó, Coordinator loại thiết bị thực chức chuyển tiếp tin mạng Nếu Coordinator cài đặt đóng vai trị thiết bị trung tâm quản lý mạng, có tên PAN Coordinator Cịn Device thiết bị khơng cần tới chức chuyển tiếp tin – FFD RFD Tìm hiểu tầng MAC PHYSICAL ● Tầng điều khiển truy cập MAC ● Sử dụng cấu trúc siêu khung Định dạng siêu khung PAN Coordinator quy định ● Siêu khung bắt đầu Beacon (mốc báo hiệu) ● Siêu khung chia làm 16 khe thời gian ● Khe siêu khung sử dụng để phát Beacon CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội 0904 665 965 www.lumi.vn Mục đích Beacon: Đồng thiết bị tham gia vào mạng, xác nhận PAN mơ tả cấu trúc siêu khung Các khe cịn lại sử dụng thiết bị để trao đổi thông tin giai đoạn tranh chấp truy cập Siêu khung chia thành: ● Active period: 16 khe thời gian chứa Beacon, CAP CFP ● Inactive period Có giai đoạn tranh chấp là: CAP CFP Sử dụng giao thức CSMA/CA để phân khe thời gian tranh chấp truy cập với thiết bị khác Để đáp ứng độ trễ băng thông ứng dụng PAN đưa nhóm khe tích cực (Guaranteed Time SlotsGTS) Các thiết bị khơng có liệu để trao đổi với PAN chuyển đổi sang chế độ ngủ để tiết kiệm lượng CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội 0904 665 965 www.lumi.vn ● Thuật toán CSMA/CA CSMA-CA thuật toán tránh xung đột truy cập sử dụng cảm biến sóng mang Nó cho phép thiết bị sử dụng chung kênh tần số phương tiện truyền thơng Nhìn vào mơ hình mạng ví dụ trên, bạn tưởng tượng rằng, tất thiết bị có liệu cần gửi mà thực luôn, không cần quan tâm đến thiết bị khác mạng, nhiễu loạn Tình trạng diễn bị xung đột tin lẫn nhau, gây tình trạng tắc nghẽn mạng Cũng giống xe máy vậy, muốn trước, không nhường ai, không tuân thủ theo làn, theo luật tình trạng xảy tắc đường, khơng lưu thơng CƠNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội 0904 665 965 www.lumi.vn Trong CSMA-CA, thiết bị muốn bắt đầu trình truyền nhận tin, cần phải thực trình CCA để chắn kênh truyền khơng sử dụng từ thiết bị khác, sau bắt đầu q trình truyền – nhận tin Tuy nhiên, có trường hợp đặc biệt mà thiết bị gửi tin mà khơng cần thơng qua phương thức CSMA-CA, là: ● Đang giai đoạn tranh chấp tự sử dụng Beacon ● Khi thiết bị gửi tin ACK, ACK tin giống dạng xác nhận, giới thiệu cho bạn slide Giờ bạn cần nắm trường hợp đặc biệt, thiết bị luôn gửi tin cần xác nhận mà khơng cần quan tâm tới CSMA-CA Có dạng CSMA-CA, Slotted Unslotted Trong đó, Slotted CSMA-CA thực thuật toán CSMA loại mạng sử dụng cấu trúc super frame, beacon Cịn Unslotted sử dụng loại mạng không sử dụng cấu trúc superframe, nonbeacon Về loại thuật tốn CSMA-CA Slotted hay Unslotted có dạng giống nhau, có điều khác Slotted sử dụng khe thời gian superframe để phân chia khoảng thời gian cụ thể Để dễ dàng việc tưởng tượng, theo dõi sơ đồ thuật toán chung CSMA-CA CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội 0904 665 965 www.lumi.vn VD: Khi thiết bị dự định truyền tín hiệu Đầu tiên chuyển sang chế độ nhận liệu để phát ước tính mức lượng cho kênh nhiệm vụ gọi (Energy Detection- ED) Nhiệm vụ ED: cần ước tính mức lượng tín hiệu cần đo Nhược điểm ED: Bất kỳ tín hiệu xuất băng tần cần quan tâm cho kênh bận khơng phải tín hiệu IEEE 802.15.4 Carrier Sense (CS): Loại tín hiệu chiếm dụng xác định rõ dàng tín hiệu IEEE 802.15.4 kết luận kênh bận Nếu kênh bận thiết bị chờ khoảng thời gian ngẫu nhiên thử lại Việc lặp thử lại ngẫu nhiên kênh trở nên rõ dàng hay đạt đến số lần thử lại tối đa người lập trình quy định CƠNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội 0904 665 965 www.lumi.vn ● Nhược điểm CSMA/CA Trong mơ hình mạng mesh, tất nút mạng kết nối trực tiếp với Thì thuật tốn CSMA/CA để lộ nhược điểm tơi trình bày sau Tôi muốn cung cấp cho bạn nhược điểm để sau, loại mạng sử dụng CSMA/CA, gặp phải trường hợp xảy lỗi, bạn có kiến thức để xử lý, khắc phục Nhược điểm thứ nhất, Hidden Node – dịch sang tiếng việt tạm hiểu nút ẩn Vậy Hidden node sao, nhìn vào mơ hình sau Giữa nút mạng với nhau, khoảng cách xa lượng tín hiệu thấp Nhìn vào mơ hình, ta đơn giản thấy nút A nút C nằm cách xa nhau, khiến cho chúng khơng bắt lượng tín hiệu lẫn Tuy nhiên, nút A C kết nối giao tiếp đến nút B Khi C thực trình giao tiếp, lượng tín hiệu đo nút A thấp, A coi khơng có tín hiệu truyền CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội 0904 665 965 www.lumi.vn Tương tự nút C, nút A truyền tín hiệu, mức lượng đo nút C thấp C coi khơng có tín hiệu truyền Và bây giờ, bạn hiểu vấn đề đấy, trường hợp gây lỗi nút A C đồng thời truyền tín hiệu đến cho nút B, thực CSMA/CA, khơng phát có tín hiệu truyền tới B, từ gây xung đột gói tin nút B Phương pháp khắc phục đưa đổi vị trí hoạt động nút A nút C, ko đổi được, tăng cơng suất phát nút A C, để đảm bảo A C đo tín hiệu lẫn thực CSMA/CA Nhược điểm thứ Exposed Node – dịch sang tiếng việt tạm hiểu nút ảnh hưởng Tại lại ảnh hưởng, nhìn tiếp vào mơ hình thứ Ở mơ hình này, trường hợp đặt nút E có ý định truyền liệu tới nút D nút F truyền liệu tới nút G Tuy nhiên, nút D lại nằm vùng phủ sóng nút F nên nút E nút F truyền đồng thời mà khơng lo co cố va chạm Nhưng thuật toán CSMA/CA thực việc chặn nút E khỏi việc truyền liệu nút E nằm vùng phủ sóng nút F, thực trình CCA, phát có tín hiệu truyền từ nút F dừng lại Việc chặn thực chất không gây ảnh hưởng lớn cho hệ thống mạng, khơng cần thiết nên coi nhược điểm chế CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội 0904 665 965 www.lumi.vn Việc khắc phục giống nhược điểm 1, thay đổi vị trí nút giảm công suất phát nút với để không gây ảnh hưởng lẫn ● Mơ hình truyền liệu Beacon: Ví dụ: PAN => Thiết bị Nếu loại mạng hỗ trợ Beacon Ban đầu thiết bị chờ tín hiệu beacon mạng Khi nhận Beacon sử dụng tín hiệu để đồng siêu khung đồng thời phát liệu sử dụng phương pháp CSMA-CA gán khe thời gian kết thúc trình truyền tin tin Acknowledgment hay gọi Ack CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội 0904 665 965 www.lumi.vn Non-Beacon Mạng không hỗ trợ beacon Khi thiết bị muốn truyền liệu truyền khung liệu tới thiết bị điều phối cách sử dụng thuật tốn CSMA-CA khơng có khe thời gian thiết bị PAN Coordinator trả lời tin Ack Acknowledgment coi phương thức để đảm bảo tin gửi đến đích Thực chất, tin sử dụng cho việc xác nhận tin chuyển đến thành công chưa Trong học trước, bạn nhìn qua cách thức hoạt động ACK qua sơ đồ tin, chưa hiểu rõ cách thức hoạt động cụ thể Thì ACK có hình thức hoạt động end-to-end: Khi tin gửi thành công từ thiết bị gửi đến thiết bị nhận thiết bị nhạn gửi trả lại tin ACK đến cho thiết bị nguồn để thông báo tin gửi thành công Next hop: Khi tin truyền qua node để đến địa đích, node (next hop) đường truyền gửi tin ACK cho nút trước để thơng báo nhận tin truyền CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội 0904 665 965 www.lumi.vn Trên thực tế mạng Zigbee, mặc định sử dụng hình thức Next hop để phục vụ cho hoạt động mạng Hình thức end-to-end phương thức tùy chọn cho nhà phát triển lập trình -ACK sinh để khắc phục tình trạng bị miss tin, hình thức trên, thiết bị gửi khơng nhận ACK khoảng thời gian cho phép, coi tin gửi bị missing tiến hành gửi lại nhận tin ACK đạt đến giới hạn số lần gửi lại ● Tầng vật lý (PHY) Tính năng: ● Kích hoạt giảm kích hoạt phận nhận sóng ● Phát lượng ● Chọn kênh ● Chỉ số đường truyền ● Giải phóng kênh truyền ● Thu phát liệu qua môi trường truyền Nhiệm vụ chuyển đổi liệu từ dạng nhị phân sang tín hiệu để truyền radio nên tính thiết kế Điều chế tín hiệu CƠNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội 0904 665 965 www.lumi.vn Điều chế bit từ liệu nhị phân thành dạng tín hiệu dải tần số 2.4GHz miêu tả sơ đồ Gồm bước: Bộ chuyển bit thành ký tự Bộ chuyển ký tự thành chip Điều chế O-QPSK: điều chế 2-bit nhị phân thành kí tự ED- Energy Detection- Phát mức lượng: không cần xác định loại tín hiệu mà cần ước tính mức lượng CS- Carrier Sense – Cảm biến sóng mang: kiểm tra kênh tần số có khả sử dụng hay khơng CƠNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội 0904 665 965 www.lumi.vn LQI-Link Quality Index: Báo chất lượng tin nhận ● Received Signal Strength – RSS: thước đo cho tổng lượng nhận ● Signal To Noise – SNR: Tổng lượng nhiễu SNR cao để giảm nguy lỗi gói tin Do tin có SNR cao tin có chất lượng tốt LQI thực cho gói truyền nhận phải có level giá trị truyền nên tầng MAC CCA- Clear Channel Assessment – Chỉ số đánh giá kênh truyền dỗi hay bận ED CS sử dụng để xác định xem kênh khả dụng hay bận CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội 0904 665 965 www.lumi.vn Có kiểu chế độ CCA: ● CCA Mode 1: sử dụng kết ED Nếu mức lượng lớn ED quy định kênh xem Bận Ngưỡng ED cài đặt người sản xuất ● CCA Mode 2: sử dụng kết CS Kênh xem bận tín hiệu xâm chiếm tuân thủ đặc tả tầng vật lý chuẩn IEEE 802.15.4 thiết bị thực CCA ● CCA Mode 3: sử dụng kết hợp logic mode1, mode2 Để xác định kênh bận Mode 3: ● Mức phát vượt quang ngưỡng sóng mang tương thích cảm nhận ● Mức phát vượt quang ngưỡng sóng mang tương thích cảm nhận ... 965 www.lumi.vn Trong mạng IEEE 802.15.4, thiết bị FFD thực làm vai trị, là: ● Coordinator, PAN Coordinator, device Trong đó, Coordinator loại thiết bị thực chức chuyển tiếp tin mạng Nếu Coordinator... điểm CSMA/CA Trong mơ hình mạng mesh, tất nút mạng kết nối trực tiếp với Thì thuật tốn CSMA/CA để lộ nhược điểm tơi trình bày sau Tơi muốn cung cấp cho bạn nhược điểm để sau, loại mạng sử dụng... kênh – từ 11 – 26 Nhìn vào thơng số này, bạn thấy quen thuộc chứ, xác Zigbee sử dụng thông số tiêu chuẩn IEEE 802.15.4 Vì vậy, hoạt động dải tần 2.4GHz, Zigbee sử dụng 16 kênh tần từ 11 – 26 để sử