Nghiên cứu đánh giá hiệu suất hoạt động của mạng không dây theo tiêu chuẩn IEEE 802.15 bằng phương pháp mô phỏng máy tính

1.1 Các ứng dụng của mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 Mạng không dây chính là kết quả của cuộc sống hiện đại, ngày nay chúng ta luôn phải di chuyển từ nơi này đến nới khác và đặc b

TẠ HỮU TRUNG

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT HOẠT ĐỘNG CỦA MẠNG KHÔNG DÂY THEO TIÊU CHUẨN IEEE 802.15 BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG MÁY TÍNH

Người hướng dẫn khoa học:

PGS TS NGUYỄN VĂN TAM

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

MỞ ĐẦU 12

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY THEO CHUẨN IEEE 802.15 14

1 Tổng quan về mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 14

1.1 Các ứng dụng của mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 14

1.1.1 Ứng dụng trong gia đình và công sở 15

1.1.2 Ứng dụng trong các ngành công nghiệp 16

1.1.3 Ứng dụng trong các buổi hội thảo 18

1.1.4 Ứng dụng trong Y khoa 1 8 1.2 Tiêu chuẩn mạng không dây IEEE 802.15 So sánh, đánh giá định tính giữa các chuẩn 19

1.3 Kết luận 23

Chương 2 ĐẶC ĐIỂM VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CHUẨN IEEE 802.15.3 24

2.1 Tổng quan hệ thống mạng không dây IEEE 802.15.3 24

2.2 Tầng vật lý 24

2.3 Tầng điều khiển truy nhập MAC 28

2.3.1 Điều khiển truy nhập 30

2.3.1.1 Tổ chức kênh 31

2.3.1.2 Phương thức lựa chọn trạm điều khiển Piconet 33

2.4 Kết luận 38

Chương 3 ĐẶC ĐIỂM VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CHUẨN IEEE 802.15.4 40

3 Tổng quan về mạng không dây IEEE 802.15.4 40

3.1 Phương thức kết nối 41

3.2 Kiến trúc của chuẩn IEEE 802.15.4 44

3.2.1 Tầng vật lý 44

3.2.2 Tầng điều khiển truy nhập 49

3.3 Điều khiển truy nhập mạng 53

3.3.1 khuôn dạng khung 53

3.3.1.1 Khuôn dạng khung “Beacon” 54

3.3.1.2 Khuôn dạng khung dữ liệu 54

3.3.1.3 Khuôn dạng khung xác nhận 55

3.3.1.4 Khuôn dạng khung lệnh MAC 56

3.3.2 Khuôn dạng của siêu khung 57

3.3.3 Truyền dữ liệu 58

3.3.4 Cơ chế và các kiểu xác thực 60

3.3.4.1 Cơ chế thực hiện CSMA – CA 60

3.3.4.2 Xác nhận khung 63

3.3.4.3 Xác định dữ liệu 64

3.4 Tiêu thụ năng lượng 64

3.5 An ninh trong mạng 64

3.6 Kết luận 65

Chương 4 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT HOẠT ĐỘNG CỦA CHUẨN IEEE 802.15.4 66

4.1 Hệ mô phỏng NS2 66

4.1.1 Kiến trúc của NS2 67

4.1.2 Môi trường mô phỏng 68

4.1.3 Ngữ cảnh mô phỏng 69

4.1.4 Mẫu lưu lượng 70

4.1.5 File trace 70

4.2.1 Mục đích mô phỏng 71

4.2.2 Mô hình và các thông số mô phỏng 71

4.2.2.1 Mô hình 71

4.2.2.2 Các thông số mô phỏng 72

4.2.3 Phương pháp định tuyến Zigbee 73

4.2.4 Thiết lập mô phỏng 75

4.2.5 Kết quả mô phỏng 76

4.2.6 Kết luận 85

KẾT LUẬN 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

ACL Access control list

AES Advanced encryption standard

ASN.1 Abstract Syntax Notation Number 1

AWGN Additive White Gaussian Noise

BPSK Binary Phase Shift Key

BBST Beacon Period Start Time

CAP Contention Access Period

CCA Clear Channel Assessment

CID Cluster Identifier

CSMA-CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance

CTA Channel Time Allocation

CTAP Channel Time Allocation Period

DRD Dual Role Device

DRR Distance Report Request

DSSS Direct Sequence Spread Spectrum

EIRP Effective Isotropic Radiated Power

EMC Electromagnetic Compatibility

ERP Effective Radiated Power

EVM Error Vector Magnitude

FCC Federal Communication Commission

FFD Full-Function Device

FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum

IFS Inter-frame Space or Spacing

ISM Industrial, Scientific and Medical

LDS Least Distance Square

LIFS Long Inter-frame Spacing

LLC Logical Link Control

LQI Link Quality Indication

LPDU LLC Protocol Data Unit

LR-WPAN Low Rate-Wireless Personal Area Network

LSB Least Significant Bit

MCPS-SAP MCPS-Sublayer Access Point

MHR Mac Header

MIC Message Integrity Code

MLME MAC Sublayer Management Entity

MLME-SAP MLME-Sublayer Access Point

MSB Most Significant Bit

MS-CTA Micro Schedule – CTA

MPDU MAC Protocol Data Unit

MSDU MAC Service Data Unit

MSTA Micro Schedule Slot Time Allocation

NB Number of Backoff (Periods)

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

O-QPSK Offset Quadrature Phase Shift Keying

OSI Open System Interconnection

Otcl Object Tool Command Language

PAL Programming Application Layer

PANPC Personal Area Network Computer

PCA Prioritized Contention Access

PD-SAP PHY Data Service Access Point

PICS Protocol Implementation Conformance Statement

PLME Physical Layer Management Entity

PLME-SAP PLME-Service Access Point

POS Personal Operating Space

PPDU PHY Protocol Data Unit

PRF Pulse Repetition Frequency

PSD Power Spectral Density

PSDU PHY Service Data Unit

PSR PNC selection request

RFD Reduced Function Device

RSSI Received Signal Strength Indication

SAP Service Access Point

SDL Specification and Description Language

SNR Signal to Noise Ratio

SFD Start of Frame Delimiter

SHR Synchronization Header

SIFS Short Interframe Spacing

SPDU SSCS Protocol Data Unit

SSCS Service Specific Convergence Sublayer

TDMA Time Division Multi Access

TX Transmit or Transmitter

USB Universal Serial Bus

WLAN Wireless Local Area Network

WPAN Wireless Personal Area Network

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình vẽ 1.1 – Các kết nối trong gia đình và công sở 13

Hình vẽ 1.2: Ứng dụng mạng không dây trong gia đình 16

Hình 1.3: Ứng dụng của mạng không dây sử dụng chuẩn IEEE 802.15 trong các ngành công nghiệp, và các dịch vụ an toàn 17

Hình 1.4: Ứng dụng của chuẩn IEEE 802.15 trong các quá trình xử lý trong bệnh viện 18

Hình 1.5: Tổ chức của chuẩn IEEE 802.15 19

Hình 1.6: Tốc độ dữ liệu và không gian sử dụng 20

Hình 1.7: Mô hình bẩy lớp ISO-OSI và mô hình của chuẩn IEEE 802.15 21

Hình 1.8: Một mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 gồm 7 nút Hình tròn biểu diễn phạm vi hoạt động của nút Các nút nằm trong phạm vi hoạt động của nhau có thể truyền thông trực tiếp được cho nhau 22

Hình 2.1: Phương thức kết nối 24

Hình 2.2: Kiến trúc của chuẩn IEEE 802.15.3 25

Hình 2.3: FCC mask for indoor and outdoor communications 27

Hình 2.4: Mỗi ký hiệu là tập các xung 25

Hình 2.5: Thứ tự của các xung: 12 xung bằng 1 ký hiệu 28

Hình 2.6: Dải phổ của lớp vật lý theo đề xuất của MB-OFDM 28

Hình 2.7: Trao đổi dữ liệu và bản tin giữa trạm điều khiển và trạm làm việc 30

Hình 2.8: Truyền thông giữa 2 Piconet 30

Hình 2.9: Kiến trúc của siêu khung 31

Hình 2.10: Thủ tục truyền 32

Hình 2.11: Không gian Piconet trong IEEE 802.15.3 33

Hình 2.12: Thủ tục lựa chọn PNC 37

Hình 3.1: Phương thức kết nối theo kiểu hình sao và ngang hàng 37

Hình 3.2: Kết hợp phương thức kết nối hình sao và ngang hàng 41

Hình 3.3: Mạng có kiến trúc hình cây 42

Hình 3.5: Các thành phần và kết nối của chuẩn IEEE 802.15.4 45

Hình 3.6: Chức năng trải phổ chuỗi trực tiếp 47

Hình 3.7: Các thành phần và giao diện của phân lớp MAC 49

Hình 3.8: Trình tự các bản tin 50

Hình 3.9: Quá trình liên kết với PAN 51

Hình 3.10: Quá trình phân tách khỏi PAN 52

Hình 3.11: Cấu trúc khung “Beacon” 53

Hình 3.12: Cấu trúc khung dữ liệu 55

Hình 3.13: Cấu trúc khung lệnh MAC 56

Hình 3.14: Cấu trúc khung xác nhận 56

Hình 3.15: Cấu trúc siêu khung 57

Hình 3.16: Truyền dữ liệu tới trạm điều khiển trong mạng sử dụng “Beacon” 59

Hình 3.17: Truyền dữ liệu tới trạm điều khiển trong mạng không sử dụng “Beacon” 60 Hình 3.18: Truyền dữ liệu từ trạm điều khiển tới trạm làm việc sử dụng “Beacon” 60

Hình 3.19: Truyền dữ liệu từ tràm điều khiển tới trạm làm việc không có “Beacon” 60 Hình 3.20: Thuật toán CSMA – CA 63

Hình 4.1: Kết quả thực hiện trên NAM 66

Hình 4.2: NS dưới góc nhìn của người dụng 68

Hình 4.3: Các Modul chức năng của IEEE 802.15.4 72

Hình 4.4: Kiến trúc các lớp của ZigBee 73

Hình 4.5: Trình tự quá trình liên kết mạng đơn liên cung 74

Hình 4.6: Trình tự quá trình liên kết mạng đa liên cung 74

Hình 4.7: AODV trên chuẩn IEEE 802.15.4 …77

Hình 4.8: Kết nối hình sao có sử dụng khung “Beacon” 77

Hình 4.9: Kết nối ngang hàng có cấu trúc hình cây và sử dụng khung “Beacon” 78

Hình 4.10: Phân bố các trạm 79

Hình 4.11: So sánh IEEE 802.15.4 và IEEE 802.11 – Packet delivery ratio 80

Hình 4.13: So sánh IEEE 802.15.4 và IEEE 802.11 về bước trễ 82

Bảng 3.1: Thông số của tiền tố PLME – ED.confirm 46

Bảng 3.2: Tần số kênh 47

Bảng 3.3: Bảng ánh xạ Bit – to – chip 48

Bảng 4.1 Successful Association Rate, Beaconing Cooperator Ratio 83

MỞ ĐẦU

Mạng không dây di động là một hệ thống gồm các nút mạng không dây, di động có thể tự tổ chức và cấu hình mạng một cách động và tự do, tạo thành một mạng tùy ý và tạm thời, cho phép con người và các thiết bị kết nối với nhau một cách “liền mạch” trong một vùng nào đó mà không cần có sẵn cơ sở hạ tầng về truyền thông

Mặc dù ý tưởng nghiên cứu về mạng ad-hoc có từ những năm 70 khi nghiên cứu về công nghệ Mobile Packet Radio Nhưng hiện tại vẫn còn rất nhiều vấn đề

về mạng không dây dành được sự quan tâm của cộng đồng nghiên cứu:

trở thành một chức năng quan trọng trong tương lai Mạng cá nhân không dây mới dựa trên băng thông cực rộng được mong đợi là đáp ứng đầy đủ các đặc tính như: tốc độ dữ liệu cao, đáp ứng được nhu cầu Multimedia, về hình ảnh số, tiêu thụ năng lượng thấp, đơn giản hoá quá trình truyền, nhận và khả năng an toàn QoS cao

Để đáp ứng được nhu cầu đó, chuẩn IEEE 802.15 đã được hình thành và ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong thực tế Do đó, mục đích của luận văn này là nghiên cứu đặc tả công nghệ của chuẩn IEEE 802.15 Đồng thời đánh giá hiệu suất hoạt động của IEEE 802.15 (IEEE 802.15.4) Trên cơ sở đó có thể lựa chọn các giải pháp kỹ thuật sao cho phù hợp với các tiêu chí của các ứng dụng trong thực tế

Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung của luận văn này được bố cục như sau:

Chương 1: Tổng quan về mạng không dây theo chuẩn IEEE802.15 và

những vấn đề đang được quan tâm trong lĩnh vực này

Chương 2: Đặc điểm và nguyên tắc hoạt động của chuẩn IEEE 802.15.3 Chương 3: Đặc điểm và nguyên tắc hoạt động của chuẩn IEEE 802.15.4 Chương 4: Giới thiệu về phần mềm mô phỏng NS2 chạy trên nền Linux

và đánh giá hiệu suất thuật toán truy nhập mạng theo tiêu chuẩn IEEE 802.15.4

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY THEO

CHUẨN IEEE 802.15

1 Tổng quan về mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15

Trong những năm gần đây, truyền thông không dây đã có những quá trình phát triển vượt bậc do các nhu cầu về mặt kết nối Mạng không dây di động cũng được phát triển theo xu hướng tương tự bởi vì các quá trình trao đổi dữ liệu gia tăng trong các lĩnh vực như: Internet, e-mail, truyền file dữ liệu, các ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, vận tải, cư trú, cảm biến y khoa Tuy nhiên, những ứng dụng này yêu cầu việc tiêu thụ năng lượng thấp hơn

so với các ứng dụng đang thực hiện theo các chuẩn đang tồn tại Ví dụ các thiết

bị được cấp nguồn bởi các pin dùng cho các loại ứng dụng cố định của ngành công nghiệp, cảm biến y khoa … Yêu cầu về thời gian tồn tại của thiết bị cần thiết được kéo dài từ vài tháng cho đến vài năm Hơn thế nữa, yêu cầu về giá thành cho các sản phẩm này lại phải thấp Cho đến nay, các thiết bị được sử dụng hoặc là các công nghệ không dây mang tính độc quyền hoặc là quá đắt để thực hiện Do đó sự phát triển của các giải pháp được chuẩn hoá mang tính cộng đồng là rất cần thiết Gần đây, vào khoảng năm 1999, chuẩn IEEE 802.15 được tạo ra với mục đích là phát triển các chuẩn dành cho truyền thông không dây có

khoảng cách ngắn Mạng cá nhân sử dụng công nghệ không dây “wireless

personal area networks (WPANs)”

1.1 Các ứng dụng của mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15

Mạng không dây chính là kết quả của cuộc sống hiện đại, ngày nay chúng

ta luôn phải di chuyển từ nơi này đến nới khác và đặc biệt trong những điều kiện khó có thể triển khai hoặc việc triển khai là không khả thi vì những lý do về mặt thực hành (địa hình, vị trí, mỹ quan …) hoặc những lý do về mặt kinh tế (chi phí

nhiều thuận lợi đối với truyền thông không dây, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ trong các lĩnh vực như điện thoại di động, máy tính xách tay và công nghệ PDA, các công nghệ không dây có thể cung cấp và tạo ra những thuận lợi,

mà những thuận lợi này sẽ không thể có được bởi công nghệ có dây Phần dưới đây sẽ giới thiệu các ứng dụng của công nghệ mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15, chuẩn đang và sẽ được ứng dụng và sử dụng rộng rãi trong cuộc sống

1.1.1 Ứng dụng trong cuộc sống gia đình và công sở

Xu hướng ngày nay là hướng tới các nhân tố có hình thức nhỏ hơn, tiện lợi hơn, dễ dàng vận chuyển, lưu động Điều này đã được thể hiện rõ đối với các sản phẩm điện tử tiêu dùng Nó tạo ra một thế hệ sản phẩm mới đa chức năng, có khả năng Mutimedia, và yêu cầu kết nối với các thiết bị AV khác để hiển thị, chỉnh sửa, lắng nghe, chia sẻ, và tải dữ liệu

Hình 1.1 - Kết nối các thiết bị trong gia đình và công sở

Trước đây, các ứng dụng này đều được thực hiện qua các công nghệ sử dụng dây vừa chi phí cao, vừa không linh động, khó khăn về mặt không gian lại

các thiết bị đã được kết nối không dây tạo ra một bước nhảy vọt trong lĩnh vực này, Công nghệ này có thể đáp ứng được tất cả các nhu cầu của con người trong các gia đình, trong công sở như đã được thể hiện qua hình 1.1 và hình 1.2

Hình 1.2 – Các ứng dụng trong gia đình

1.1.2 Ứng dụng trong các ngành công nghiệp

Như ta đã biết, Cảm biến là các thiết bị nhỏ, phân tán, giá thành thấp, tiết kiệm năng lượng, có khả năng truyền thông không dây và xử lý cục bộ Mạng cảm biến là mạng gồm các nút cảm biến (sensor) – các nút này hợp tác với nhau

để cùng thực hiện một nhiệm vụ cụ thể Ví dụ: Giám sát môi trường (không khí, đất, nước), theo dõi môi trường sống, hành vi, dân số của các loài động, thực vật,

dò tìm chấn động, theo dõi tài nguyên, trong những ngành và lĩnh vực nguy hiểm đến tính mạng, sức khoẻ của con người, thực hiện trinh thám trong quân đội [4] Trước đây mạng cảm biến thường bao gồm một lượng nhỏ các nút cảm biến được kết nối bằng cáp tới một trạm xử lý tập trung Ngày nay, các nút mạng cảm biến thường là không dây, phân tán để vượt qua các trở ngại vật lý của môi

trường, tiết kiệm năng lượng và do trong nhiều trường hợp không thể có được một hạ tầng có sẵn về năng lượng và truyền thông

Công nghệ không dây, đặc biệt là các ứng dụng của chuẩn IEEE 802.15 rất phù hợp và thường được áp dụng để triển khai mạng cảm biến do [2, 4]:

- Tốc độ trao đổi dữ liệu phù hợp với tốc độ thu thập và phát dữ liệu của các sensor (20kb/s);

- Yêu cầu về mức tiêu thụ năng lượng thấp;

- Độ an toàn cao và dễ dàng triển khai;

- Các nút cảm biến được phân tán trong vùng không có sẵn cơ sở hạ tầng về truyền thông và năng lượng, các nút phải tự hình thành kết nối;

- Các nút phải tự cấu hình, tự hoạt động trong bất cứ trường hợp nào;

- Cấu hình mạng luôn có thể thay đổi (các nút cảm biến bị hỏng, các nút mới được thêm vào,…), mạng cảm biến phải tự thích nghi với những thay đổi này;

Hình 1.3 – Ứng dụng của mạng không dây sử dụng chuẩn IEEE 802.15 trong các ngành công nghiệp, và các dịch vụ an toàn

1.1.3 Hội thảo

Trong một cuộc hội thảo, mỗi người tham dự có một thiết bị cầm tay riêng của họ hoặc một laptop có card mạng không dây Bình thường, nếu những người tham dự này muốn chia sẻ file hoặc tài liệu cho nhau, họ phải truy cập vào mạng nhà (home) của họ, sau đó đính kèm các file/tài liệu này vào thư vào gửi tới người nhận Một cách khác là copy file/tài liệu vào đĩa mềm và trao đổi các đĩa này cho nhau

Cả hai cách làm trên đều không hiệu quả Tất cả những người tham dự hội thảo đều có thể sử dụng thiết bị di động để tạo thành một mạng ad-hoc trong suốt thời gian đó Các thiết bị có thể trao đổi dữ liệu với nhau, truyền/nhận các tài liệu được sử dụng trong hội thảo Khi hội thảo kết thúc, các thiết bị được tắt nguồn, mạng tự bị hủy bỏ

1.1.4 Ứng dụng trong ngành y khoa

Hình 1.4 - Ứng dụng của chuẩn IEEE 802.15 trong các quá trình xử lý trong bệnh viện

1.2 Chuẩn không dây IEEE 802.15, so sánh, đánh giá định tính giữa các chuẩn

IEEE 802.15 là nhóm làm việc 15 của IEEE 802, nhóm xác định các

chuẩn của mạng cá nhân sử dụng công nghệ không dây “Wireless PAN” Hình 1.5 là sơ đồ tổ chức của IEEE 802.15 [19]:

Hình 1.5 - Tổ chức của chuẩn IEEE 802.15

WPANs xuất hiện do nhu cầu của cuộc sống hiện đại và để khắc phục những yếu điểm của mạng cục bộ không dây (WLANs) ở một số lĩnh vực, mức tiêu thụ năng lượng, dung lượng truyền và tốc độ dữ liệu … Nhóm làm việc IEEE 802.15 đã định nghĩa ba phân lớp tương ứng với ba chuẩn của WPANs,

các chuẩn này khác nhau về mặt tốc độ, công suất tiêu thụ, và chất lượng dịch

vụ (QoS) [3]

- WPAN có tốc độ truyền dữ liệu cao: IEEE 802.15.3 (HR_WPAN) cụ thể

là công nghệ USB không dây Công nghệ này thích hợp cho các ứng dụng Multimedia có yêu cầu cao về QoS

- WPAN có tốc độ dữ truyền dữ liệu trung bình: IEEE 802.15.1

(MR-WPAN) cụ thể là công nghệ Bluetooth Công nghệ này tương thích với mục đích điều khiển sự thay đổi của các nhiệm vụ trong các truyền thông

từ điện thoại cho tới các PDA và có mức QoS phù hợp cho các ứng dụng liên quan đến giọng nói

- Và lớp cuối cùng của WPAN có tốc độ truyền dữ liệu thấp: IEEE

802.15.4 (LR-WPAN) Công nghệ này tương thích với các mục đích trong các ngành công nghiệp, trong lĩnh vực nhà ở, chung cư, và các ứng dụng y khoa, với mức năng lượng tiêu thụ thấp, giá thành thấp, và đáp ứng được các nhu cầu về tốc độ dữ liệu và QoS

Hình 1.6 mô tả tốc độ dữ liệu trong không gian hoạt động:

Hình 1.6 - Tốc độ dữ liệu và không gian sử dụng

Điều quan trọng hơn nữa đó là tính cộng đồng của chuẩn IEEE 802.15 Bởi vì chuẩn này được xây dựng trên cơ sở của tổ chức quốc tế về chuẩn liên kết các hệ thống mở OSI

Chuẩn IEEE 802.15 chỉ tập chung xây dựng và phát triển ở các tầng thấp

Cụ thể là hai tầng “Data link” và tầng “Physical” giống như hình vẽ 1.7 [6]:

ISO - OSI Model IEEE 802.15 Model

(PHY) – IEEE 802.15

Hình 1.7 – Mô hình bẩy tầng ISO-OSI và mô hình của chuẩn IEEE 802.15

Ta có thể hiểu mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 như là một đồ thị, trong đó các nút được biểu diễn bởi các đỉnh của đồ thị Nếu hai nút có thể liên kết trực tiếp với nhau thì liên kết đó được biểu diễn bởi đường nối giữa hai nút,

đồ thị biểu diễn này là một đồ thị tuỳ ý, có thể thay đổi hình dạng tại bất kỳ thời điểm nào

Hình 1.8 - Một mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 gồm 7 nút Hình tròn biểu diễn phạm vi hoạt động của nút Các nút nằm trong phạm vi hoạt động của nhau có thể truyền thông trực tiếp được cho nhau

Sự kết nối giữa các nút được kiểm soát bởi khoảng cách giữa các nút và tính sẵn sàng hợp tác để tạo thành một mạng dính liền, mặc dù là tạm thời

(1) Khoảng cách giữa các nút: Trong mạng không dây theo chuẩn IEEE

802.15, ngoài các nút mạng, không cần thiết phải có thêm bất cứ một cơ

sở hạ tầng mạng nào cả Khoảng cách giữa các nút hoặc trạng thái ở gần nhau của chúng định nghĩa ranh giới mạng Chỉ cần hai hoặc nhiều nút chuyển động trong một bán kính nhất định là tạo thành một mạng không dây

(2) Tính sẵn sàng hợp tác: (1) chỉ là điều kiện cần, chưa phải là điều kiện đủ

để thành lập mạng không dây Các nút ở trong khoảng cách đủ gần phải sẵn sàng hợp tác để tạo thành mạng Nói cách khác, tự bản thân nút quyết định “online” hay “offline”

(3) Mạng ngang hàng tạm thời: Tại bất cứ một thời điểm nào, mạng không

dây được xác định bởi các nút đang “online” và ở trong một khoảng cách nhất định Một nút luôn có xu hướng tham gia hay biến mất khỏi mạng

Do đó, mạng được coi là tạm thời Hơn nữa, do không có một cơ sở hạ tầng mạng cho trước, các nút trong mạng phải truyền thông theo kiểu ngang hàng (peer-to-peer)

1.3 Kết luận

Có thể nói rằng mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 là mạng được tạo thành, hủy bỏ, và thay đổi mà không hề có sự can thiệp của người dùng Một đặc điểm riêng biệt nhất của mạng không dây là khả năng đa chặng của nó: các nút chuyển tiếp các gói tin thay mặt lẫn nhau để tạo thành một mạng không dây có phạm vi trải rộng trên một vùng, vượt xa phạm vi của các công nghệ không dây

cơ bản dựa trên các topo hình sao hoặc ngang hàng

Lợi ích của mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 thể hiện rõ nhất trong các ngữ cảnh mà mạng truyền thống không khả thi do những lý do về kinh tế hoặc những lý do triển khai trong thực tế Có thể kể tên các ngữ cảnh này như: Trong cuộc sống hàng ngày và trong công sở, trong các ngành công nghiệp, thảm họa, hội thảo, mạng cảm biến, và trong lĩnh vực y khoa

Chương 2: ĐẶC ĐIỂM VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA

CHUẨN IEEE 802.15.3

Giống như các công nghệ chủ đạo khác, chuẩn IEEE 802.15.3 tập chung vào người sử dụng trong gia đình Người sử dụng có thể kết nối mạng không dây các thiết bị trong gia đình với giá thành rẻ, tiết kiệm năng lượng, băng thông lớn, tốc

độ cao (có thể lên tới 480 Mbps trong phạm vi 3 m) và nhanh chóng hơn rất nhiều so với những công nghệ không dây IrDA và Bluetooth (theo

www.vnexpress.net ngày 26/05/2005 và www.quantrimang.com.vn ngày 26/12/2005)

Chương này trình bày tổng quan hệ thống mạng IEEE 802.15.3 Đồng thời nghiên cứu và trình bày chi tiết nguyên tắc hoạt động của tầng vật lý và tầng điều khiển truy nhập mạng

2.1 Tổng quan hệ thống mạng không dây IEEE 802.15.3

Hệ thống chuẩn IEEE 802.15.3 bao gồm 3 phần cơ bản: Trạm điều khiển, trạm làm việc và liên kết giữa trạm điều khiển và trạm làm việc Một trạm điều khiển có thể hỗ trợ lên tới 128 trạm làm việc trong khoảng cách 10m (Hình vẽ 2.1) [1]

Hình 2.1: Phương thức kết nối

Hình 2.2 là kiến trúc của chuẩn IEEE 802.15.3 [18]:

Hình 2.2 - Kiến trúc của IEEE 802.15.3

Để lý giải tại sao chuẩn IEEE 802.15.3 là chuẩn đầy triển vọng trong tương lai, luận văn sẽ trình bày tầng vật lý và tầng điều khiển truy cập MAC của chuẩn này:

2.2 Tầng vật lý

Chuẩn IEEE 802.15.3 được xây dựng theo chuẩn WPAN, có tầng vật lý sử dụng công nghệ UWB WPAN là một chuẩn rất quan trọng đối với rất nhiều nền công nghiệp Hãy so sánh WPAN với các mạng không dây khác, ví dụ như WLAN và mạng tế bào không dây, thì WPAN được hoạt động trong khoảng không gian gia đình nhỏ hơn, khoảng cách của nó là nhỏ hơn 10m, có tốc độ truyền dữ liệu cao, nó có thể đạt được tốc độ lên tới 500 Mbps trong khoảng cách là 3m Mức năng lượng tiêu thụ thấp và tương thích với các thiết bị được thiết kế theo chuẩn CMOS Điều này cho phép các thiết bị sử dụng theo chuẩn này có giá thành thấp [7, 21, 23]

Sau khi thiết lập kế hoạch dải phổ mang tính chiến lược và các qui định tương ứng cho truyền thông có băng thông cực rộng bởi Uỷ ban phân cấp tần số của Mỹ (FCC) năm 2002, UWB được mong đợi giống như một công nghệ đầy triển vọng đối với các ứng dụng truyền thông có khoảng cách ngắn trong mạng

cá nhân không dây WPAN

Uỷ ban phân cấp tần số của Mỹ (FCC) định nghĩa UWB có hệ số băng thông

là lớn hơn 0.2 hoặc là băng thông lớn hơn 500Mhz Hệ số băng thông này là kết quả của phân số được so sánh giữa truyền thông có băng thông cực rộng (UWB)

và truyền thông có băng thông hẹp thông thường Phân số này được định nghĩa

là (fH – fL)/fC, trong đó fH là tần số cao, fL là tần số thấp tại điểm 10 dB và fC là tần số trung tâm của dải phổ

Biểu thức Shannon về khả năng (dung lượng) của kênh là một biểu thức

cơ bản trong truyền thông, nó được biểu diễn như sau [23]:

Hz N

Đồng thời, tổ chức FCC cũng chứng minh được băng thông dùng cho UWB nằm trong dải từ (3.1  10.6) GHz, mặt nạ phổ dùng cho hệ thống “indoor” và

“outdoor” của UWB được chỉ ra ở hình 2.3

Hình 2.3 – FCC mask for indoor and outdoor communications

Hiện nay có hai công nghệ UWB khác nhau: thứ nhất là DS-UWB do diễn đàn UWB đề xuất và thứ hai multiband OFDM do MBOA (Multiband OFDM Alliance) đề xuất Trong đó DS-UWB sử dụng toàn bộ dải phổ mà FCC đề xuất

Có hai dải băng thông [9, 14, 17]:

 Băng thấp: 1.75 GHz = (3.1  4.85) GHz (dải được đề xuất)

 Băng cao: 3.5 GHz = (6.2  9.7) GHz (dải tuỳ chọn)

Mỗi ký hiệu là một tập các xung, tốc độ dữ liệu được xác định bởi các mã được phân bố có độ dài khác nhau từ (1  24) xung

Hình 2.4 - Mỗi ký hiệu là tập các xung

Hình 2.5 - Thứ tự của các xung: 12 xung bằng 1 ký hiệu

Không giống như DS-UWB, multiband OFDM chia dải phổ (3.1 – 10.6)

GHz thành nhiều dải khác nhau, mỗi dải có độ rộng băng thông là 528 MHz

Hình 2.6 - Dải phổ của lớp vật lý theo đề xuất của MB-OFDM

3432

MHz 3960MHz 4488MHz 5016MHz 5544MHz 6072MHz 6600MHz 7128MHz 7656MHz 8184MHz 8712MHz 9240MHz 9768MHz

Band

#1 Band#2 Band#3 Band#4 Band#5 Band#6 Band#7 Band#8 Band#9 Band#10 Band#11 Band#12 Band#13

Band Group 1 Band Group 2 Band Group 3 Band Group 4

Band

#14

Band Group 5

10298 MHz

Mandatory Optional Optional Optional Optional

Mandatory Optional Optional Optional Optional

Link Margin Ref (0 dB) -02.7 dB -04.9 dB -06.5 dB

Link Margin Ref (0 dB) -02.7 dB -04.9 dB -06.5 dB

Channel Number

2 3 2 3

2 3 3 2

3 2 1 1

3 2 2 3

1 1 3 2

1 1 1 1

Band Group 1 Length 6 TFC

4 3 2 1

Channel Number

2 3 2 3

2 3 3 2

3 2 1 1

3 2 2 3

1 1 3 2

1 1 1 1

Band Group 1 Length 6 TFC

MBOA PHY Specification 1.0

Global Solution: Flexible band plan and use of OFDM

subcarriers allows for “spectrum shaping” which can be used to meet worldwide regulatory requirements

4 3 2 1

Channel Number

2 3 2 3

2 3 3 2

3 2 1 1

3 2 2 3

1 1 3 2

1 1 1 1

Band Group 1 Length 6 TFC

4 3 2 1

Channel Number

2 3 2 3

2 3 3 2

3 2 1 1

3 2 2 3

1 1 3 2

1 1 1 1

Band Group 1 Length 6 TFC

MBOA PHY Specification 1.0

Global Solution: Flexible band plan and use of OFDM

subcarriers allows for “spectrum shaping” which can be used to meet worldwide regulatory requirements

G H

z

G H

z

time volt

s

Dưới đây là các thông số của Multi band – OFDM:

Bảng 2.1 – Thông số của MB – OFDM

2.3 Tầng điều khiển truy nhập MAC

Giao thức của phân lớp điều khiển truy nhập MAC được phát hành tháng 11 năm 2003 Giao thức này phù hợp với tốc độ truyền dữ liệu cao WPAN, tiết kiệm năng lượng, quản lý điều khiển công suất, hỗ trợ QoS và an ninh trong tầng vật lý của IEEE 802.15.3 Công suất truyền của các thiết bị WPAN phải được điều khiển làm sao để không vượt qua các giới hạn được xác định trong các qui tắc của FCC Tuy nhiên, cũng giống như các hệ thống mạng không dây di động khác, năng lượng tiêu thụ vẫn là một chìa khoá chính và Piconet vẫn là một ý

tưởng cơ bản trong giao thức truy nhập của chuẩn IEEE 802.15.3 Một Piconet

là một hệ thống truyền thông dữ liệu ad hoc không dây, nó cho phép số lượng các thiết bị có dữ liệu độc lập truyền thông với các thiết bị khác

Một điều quan trọng đối với chuẩn IEEE 802.15.3 đó là hệ thống hoạt động được và tương thích với các mạng không dây hiện tại, ví dụ như IEEE 802.11 WLAN, và các mạng WPANs khác

2.3.1 Điều khiển truy nhập

Theo [7, 16, 21, 23] Piconet trong IEEE 802.15.3 là một hệ thống dữ liệu truyền thông ad hoc, nó hoạt động trong vùng nhỏ Hầu hết các thiết bị truyền thông là sử dụng pin Piconet bao gồm các trạm làm việc và một trạm điều khiển (PNC – Piconet Coordinator) Trạm điều khiển là trung tâm điều khiển toàn bộ Piconet Trạm điều khiển quản lý Piconet bởi một gói đặc biệt gọi là “beacon”,

gói này chứa các thông tin về thời gian, chất lượng dịch vụ, tiêu thụ năng lượng

và điều khiển truy nhập Các trạm trong Piconet (Hình 2.7) cùng sử dụng một

kênh truyền vật lý, có nghĩa là chúng phải được đồng bộ hoá theo một đồng hồ chung và cùng chuỗi nhảy tần được lấy theo đồng hồ của trạm điều khiển và địa chỉ vật lý của trạm điều khiển Có thể tồn tại nhiều Piconet trong một không gian lớn và có thể kết nối các Piconet với nhau thông qua một trạm đóng vai trò làm cầu nối Trạm này phải là thành viên của cả hai Piconet (Hình 2.8)

Hình 2.7: Trao đổi dữ liệu và bản tin giữa trạm điều khiển và trạm làm viêc

Hình 2.8 – Truyền thông giữa 2 Piconet

Các trạm có thể là trạm làm việc của nhiều Piconet Nhưng chỉ có thể làm trạm điều khiển của một Piconet Các trạm làm việc trong Piconet lắng nghe gói beacon được gửi đi từ trạm điều khiển, dữ liệu và thông tin điều khiển có thể được truyền giữa các trạm làm việc và trạm điều khiển

Trạm điều khiển cũng phân loại các gói nhận, các gói này được truyền từ các trạm làm việc khác nhau và có các mức ưu tiên khác nhau về thứ tự truyền

Ví dụ, một vài gói chứa dữ liệu có các mức ưu tiên cao hơn để xử lý media

Sự khác biệt giữa trạm điều khiển và trạm làm việc là trạm điều khiển gửi gói Beacon theo chu kỳ Nếu trạm điều khiển tìm thấy các trạm làm việc khác có khả năng (dung lượng kênh, công suất kênh, khả năng bộ nhớ, tốc độ xử lý …) cao hơn bản thân nó, nó sẽ chuyển giao điều khiển Piconet cho trạm làm việc này Điều này chứng tỏ Piconet trong IEEE 802.15.3 có các thành viên động Vì vậy, nó dễ dàng thích nghi với các kiểu kết nối và môi trường thay đổi

2.3.1.1 Tổ chức kênh

Tổ chức kênh trong chuẩn IEEE 802.15.3 được chia thành các siêu khung như được mô tả trong hình 2.9:

Hinh 2.9 - Kiến trúc của siêu khung IEEE 802.15.3

Các siêu khung có 3 phần: Beacon (chứa các thông tin điều khiển), CAP (khoảng truy nhập kết nối) và CTAP (Khoảng xác định thời gian kênh) CAP và

Gói Beacon được gửi từ trạm điều khiển để điều khiển tất cả các hoạt động của các trạm làm việc và thiết lập các thông số Piconet Thông tin xác định CAP và CTAP được chỉ định trong gói Beacon Trong khoảng thời gian CAP các trạm có thể gửi các câu lệnh hoặc gói dữ liệu riêng biệt để đảm bảo dữ liệu trên đường truyền Các trạm truy nhập kênh sử dụng phương pháp đa truy nhập cảm nhận sóng mang với cơ chế tránh xung đột (CSMA/CA) Để tối thiểu hoá các xung đột, các trạm làm việc sẽ đợi một khoảng ngẫu nhiên tại thời điểm đầu tiên và sau đó bắt đầu truyền Khi trạm làm việc không thể nhận được một bản tin xác nhận sau khi nó truyền một gói, thì trạm làm việc sẽ truyền lại gói này nhiều nhất 3 lần (Hình 2.10)

Hình 2.10: Thủ tục truyền (trạm điều khiển truyền dữ liệu tới trạm làm việc)

Truy nhập kênh trong CTAP được dựa trên cơ chế đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) CTAP được chia thành nhiều khe thời gian khác nhau (CTA) Mỗi khe có thời điểm bắt đầu và khoảng thời gian cố định Mỗi CTA này được chỉ định cho một trạm làm việc hoặc một nhóm trạm nào đó Trạm làm việc này có thể truy nhập vào CTA dành cho nó Vị trí và thời gian của mỗi CTA được xác định bởi gói Beacon được gửi từ trạm điều khiển

Data request Beacon

DATA ACK

Time

2.3.1.2 Phương thức lựa chọn trạm điều khiển trong Piconet

Trong thực tế, dải phổ của tầng vật lý WPAN có thể đã trùng lặp với các mạng không dây khác khi áp dụng công nghệ UWB vào tầng vật lý Để tối thiểu hoá sự đan xen đó là một trong những vấn đề quan trọng đối với WPAN đồng thời đảm bảo đáp ứng đầy đủ các qui tắc của FCC và bảo đảm tín hiệu có chất lượng tốt thì công suất truyền của các trạm trong WPAN là một yếu tố rất quan trọng để lựa chọn trạm điều khiển

Mặt khác, chúng ta cũng biết rõ rằng việc giảm công suất truyền cũng là một yếu tố quan trọng để tiết kiệm năng lượng trong mạng không dây sử dụng pin Bởi vì công suất truyền được liên kết chặt chẽ với khoảng cách truyền Do

đó giảm khoảng cách truyền có thể sẽ giảm công suất truyền

Ký hiệu Pr(di,j), Pt(di,j) là mức công suất nhận và truyền giữa hai thiết bị i

và j Khi đó mối quan hệ giữa công suất truyền và công suất nhận có thể được

mô tả bởi biểu thức sau:

d P d

n

j i j

i t j i

r

, ,

,

4)()

Trong đó di,j là khoảng cách giữa bộ truyền i và bộ nhận j, Gt và Gr là hệ

số khuếch đại ăng ten của bộ truyền và bộ nhận, L là nhân tố tổn hao trong hệ thống, n là số suy hao trên đường truyền với giá trị điển hình nằm giữa 2 và 4

Về mặt chuẩn, hầu hết các trạm làm việc đều có khả năng được lựa chọn giống như là trạm điều khiển trong WPAN Ký hiệu Ci là hàm khả năng của trạm thứ i Hàm khả năng này phụ thuộc vào các yếu tố như: tốc độ truyền, dung lượng bộ nhớ, tốc độ CPU, năng lượng suy hao, hoặc là các đặc tính khác Để giảm sự chồng chéo các kết nối và tiết kiệm năng lượng tiêu thụ trong một Piconet thì khoảng cách giữa trạm điều khiển và các trạm làm việc phải được xem xét vào hàm khả năng (Ci) trong phương thức lựa chọn trạm điều khiển

Ví dụ trong hình 2.11, hình vuông định nghĩa vùng Piconet trong WPAN Giả thiết rằng, trạm làm việc 1 được lựa chọn làm trạm điều khiển Trong trường hợp này, để phủ tất cả các trạm làm việc, trạm điều khiển phải tăng công suất truyền để đáp ứng được bán kính phát ra d1 Nếu chọn trạm làm việc 3 là trạm điều khiển thì rõ ràng rằng vùng đan xen bị giảm và mức tiêu thụ năng lượng sẽ nhỏ hơn so với trạm 1 Như vậy, trạm làm việc có thể được lựa chọn là trạm điều

khiển nếu có bình phương khoảng cách nhỏ nhất

Tuy nhiên, từ quan điểm cải tiến toàn bộ vùng Piconet trong WPAN, việc lựa chọn tần số trạm điều khiển với mức năng lượng thấp sẽ dễ dàng dẫn tới sự

suy giảm năng lượng trong trạm điều khiển này Do đó, năng lượng thặng dư

cũng được xem xét trong việc lựa chọn trạm điều khiển

 Chi tiết của việc lựa chọn LDS-PNC (Least Distance Square - PNC)

Bộ đếm lựa chọn trạm điều khiển (PSC – PNC selection counter) điều khiển tần số của hoạt động lựa chọn trạm điều khiển Bộ đếm này có giá trị khởi đầu là T khi trạm điều khiển được lựa chọn Trạm điều khiển sẽ giảm giá trị bộ

đếm của nó cho tới khi có giá trị 0 Thủ tục lựa chọn trạm điều khiển được bắt đầu bởi một trạm điều khiển khi:

1, Khi bộ đếm PSC có giá trị 0

2, Năng lượng thặng dư của trạm điều khiển nhỏ hơn EL

3, Hoặc khi trạm điều khiển cần thiết thoát khỏi Piconet

Để khởi động tiến trình lựa chọn trạm điều khiển, Trạm điều khiển đính kèm yêu cầu lựa chọn (PSR – PNC seclection request) vào khung beacon và gửi yêu cầu này tới tất cả các trạm làm việc tại thời điểm bắt đầu của siêu khung Khi trạm làm việc nhận được PSR, các trạm sẽ cố gắng gửi gói xác nhận PSR-ACK quay lại trạm điều khiển để thông báo là chấp nhận Mỗi trạm điều khiển

sẽ đính kèm giá trị năng lượng đang có trong pin, Ei, và các đặc tính khác, ví dụ như dung lượng bộ nhớ, và tốc độ CPU vào gói xác nhận PSR-ACK Đồng thời

sử dụng mức công suất cao nhất, Pmax, để gửi các gói trong suốt khoảng truy nhập nội dung CAP Bởi vì gói xác nhận PSR-ACK là một gói nhỏ cho nên nó

có thể truyền thành công bởi hầu hết các trạm làm việc bên trong khoảng truy nhập nội dung CAP Vì lý do này nếu một trạm làm việc nào đó không truyền thành công gói xác nhận PSR-ACK bên trong CAP, thì nó sẽ không gửi gói xác nhận PSR-ACK trong một CAPs khác, điều này có nghĩa là trạm làm việc này sẽ

bị bỏ qua trong việc lựa chọn trạm điều khiển

Tất cả các trạm làm việc và trạm điều khiển bên trong Piconet đều lắng nghe gói xác nhận PSR-ACK này Vì vậy thuật toán của chúng ta chỉ cần một giá trị tạm của khoảng cách giữa hai trạm, cường độ tín hiệu nhận được của gói xác nhận PSR-ACK được đo để xác định khoảng cách Khi trạm làm việc i nhận gói xác nhận PSR-ACK của trạm làm việc j, nó sẽ sử dụng biểu thức (2), trong

đó n = 2 để tính toán khoảng cách giữa các trạm i và j

,

max ,

L P

G G P d

i r

r t

Trong đó Pr, i là mức công suất nhận của trạm i Giả thiết rằng có N+1 trạm trong Piconet Thiết bị thứ i sẽ ghi lại một bộ các khoảng cách giữa các trạm khác và bản thân nó có thể được miêu tả là:

Di = {di,j }; j = 0, 1, …, N-1, N j ≠ i (4) Sau đó bình phương khoảng cách trung bình của thiết bị i, khi đó Di có thể được tính toán theo biểu thức:

j

N D E

,

2 , 1 , 0

2 ,

(5)

Nói chung, trạm điều khiển tiêu thụ năng lượng nhiều hơn các trạm làm việc thông thường Để trở thành trạm điều khiển thì trạm làm việc phải có năng lượng đủ lớn để có thể hoạt động giống như trạm điều khiển Vì vậy, sau khi nhận tất cả các gói xác nhận PSR-ACK, trạm điều khiển sẽ cố gắng tìm ra một

bộ trạm làm việc, R*, trong đó năng lượng còn lại của trạm đó phải lớn hơn EL

R* có thể được định nghĩa:

e(DEVi) ≥ EL ( DEVi  R*) (6)

Ký hiệu DEVi là một trạm làm việc thứ i trong bộ R* và e(DEVi) là phần năng lượng còn lại của nó Trong một vài trường hợp, các tiêu chí khác như QoS dung lượng bộ nhớ, tốc độ CPU, có thể được xem xét trong việc lựa chọn làm trạm điều khiển Khi đó hàm khả năng, C(DEVi) bao gồm các đặc điểm này và

có thể được định nghĩa để tìm ra một bộ khác các trạm làm việc, R**, là:

C(DEVi) ≥ CL ( DEVi  R** R*) (7) Nơi mà CL là biên thấp của khả năng

Nếu R* =  hoặc R** = , một cảnh báo sẽ được gửi đến lớp ứng dụng để tạo ra

), Trạm điều khiển sẽ tìm ra một trạm làm việc tối ưu để thay thế bản thân nó Nếu ma trận lựa chọn trạm điều khiển có bình phương khoảng cách nhỏ nhất PNC (LDS-PNC) được cung cấp thì trạm tối

ưu DEVopt có thể được xác định bởi:

Sau đó Trạm điều khiển hiện thời sẽ bắt đầu một thủ tục để bàn giao điều khiển của Piconet cho thiết bị tối ưu đã được lựa chọn Khi thiết bị này trở thành trạm điều khiển, nó sẽ khởi động lại bộ đếm PSC đối với bộ thời gian lựa chọn trạm điều khiển tiếp theo Trạm điều khiển mới sẽ truyền các khung beacon và các gói điều khiển khác với một mức công suất truyền được được tính toán thông qua biểu thức (2), với n = 2:

 

r t r

j t

G G

L d

P d

P

2 max

* ,

Một thủ tục lựa chọn trạm điều khiển được thể hiện trong hình 2.12 Khi

bộ đếm PSC có giá trị 0, trạm điều khiển truyền một thông báo với thông tin bộ đếm PSR được đính kèm Trong suốt khoảng CAP sau, tất cả các trạm làm việc

sẽ đính kèm những đặc điểm của chúng vào các gói xác nhận PSR-ACK và gửi các gói này tới trạm điều khiển Khoảng thời gian còn lại của siêu khung mth là

đủ cho một trạm điều khiển và các trạm làm việc để tính toán bộ R**

, và bình phương khoảng cách Trong cửa sổ thông báo tiếp theo, trạm điều khiển sẽ gửi thông tin DRR tới các trạm làm việc phụ thuộc vào bộ R** thông qua quá trình truyền khung Beacon Sau đó các trạm (DEV-≠1 và DEV-≠2) trong bộ R** gửi DRR-ACK tới trạm điều khiển Cuối cùng trạm điều khiển sử dụng thông tin khoảng cách được đính kèm trong các gói DRR-ACK để lựa chọn trạm tối ưu giống như trạm điều khiển tiếp theo

2.4 Kết luận:

Chuẩn IEEE 802.15.3 (HR-WPAN) là một chuẩn mới cho mạng cá nhân không dây có tốc độ truyền dữ liệu cao, tiêu thụ năng lượng thấp, dễ dàng cấu

hình, dễ dàng sử dụng … Những điều này đã được minh chứng trong thực tế, tiêu biểu là công nghệ USB không dây Đây là một chuẩn đuợc kế thừa những

ưu việt của chuẩn USB có dây Chuẩn này đã được hiệp hội truyền thông quốc tế chứng nhận vào tháng 5 năm 2005 đáp ứng được các nhu cầu về Multimedia, về hình ảnh số, kết nối các thiết bị AV để hiển thị, tải dữ liệu …

Chương 3: ĐẶC ĐIỂM VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA

3 Tổng quan về mạng không dây IEEE 802.15.4

IEEE 802.15.4 là một chuẩn về truyền thông có tốc độ truyền dữ liệu thấp (LR-WPAN) nhằm đáp ứng các nhu cầu giá thành thấp, độ phức tạp thấp, tiêu thụ năng lượng thấp, dễ dàng di chuyển [3, 10]

Một vài đặc tính của IEEE 802.15.4 (LR-WPAN):

- Tốc độ truyền dữ liệu: 250 kbps, 40 kbps, và 20 kbps

- Phương thức kết nối hình sao hoặc ngang hàng

- Địa chỉ ngắn là 16 bit và địa chỉ mở rộng là 64 bit

- Phân phối các khe thời gian được bảo đảm (GTSs)

- Đa truy cập phát hiện sóng mang với cơ chế tránh xung đột (CSMA-CA)

- Giao thức được xác nhận đầy đủ để bảo đảm độ tin cậy của quá trình truyền

- Tiêu thụ năng lượng thấp

- Dò tìm năng lượng (ED)

- Chỉ thị chất lượng kết nối (LQI)

- 16 kênh trong băng thông 2450 MHz, 10 Kênh trong băng thông 915 MHz, và 1 kênh trong băng thông 868 MHz

Hệ thống IEEE 802.15.4 (LR-WPAN) bao gồm rất nhiều các thành phần Nhưng thành phần cơ bản nhất là các trạm Trong đó trạm có thể là RFD (Trạm

có chức năng hạn chế) hay là FFD (Trạm có chức năng đầy đủ) FFD có thể hoạt