Mạng không dây siêu băng rộng UWB (Ultra Wideband) là công nghệ mạng không dây hướng đến việc truyền tải tốc độ lớn (từ 11-480Mbps) trong phạm vi hẹp. Mạng dựa vào kiến trúc tầng vật lý và tầng MAC của chuẩn IEEE 802.15.3.
Hình 2. 4: Kiến trúc mạng dữ liệu UWB
Piconet :
Piconet trong mạng UWB bao gồm nhiều thành phần riêng, thành phần cơ sở nhất là thiết bị dữ liệu độc lập IDD (Independent Data Device) -DEV, còn gọi là trạm làm việc, chính là các thiêt bị trực tiếp trao đổi dữ liệu với nhau, và một thiết bị sẽ đảm nhận vai trò điều phối được gọi là Piconet Coordinator (PNC), hay còn gọi là trạm điều khiển. PNC cung cấp thời gian cơ sở cho các thiết bị khác bằng việc sử dụng gói tin Beacon, ngoài ra còn quản lí các yêu cầu đảm bảo chất lượng dịch vụ, đảm bảo các kiểu tiết kiệm năng lượng và điều khiển truy cập Piconet.
Hình 2. 5: Mô hình Piconet của mạng UWB (IEEE 802.15.3)
Một Piconet bắt đầu hình thành khi có một thiết bị được chọn làm PNC. Có các kiểu Piconet như sau :
- Piconet cha: là Piconet có một hoặc nhiều Piconet phụ thuộc
- Piconet độc lập: là Piconet không phụ thuộc vào các Piconet khác và không có các Piconet cha.
- Piconet phụ thuộc: là Piconet yêu cầu xác định thời gian ở Piconet khác (Piconet cha) và được đồng bộhóa với thời gian của Piconet cha. Có 2 loại Piconet phụ thuộc:
Piconet cha.
Beacon:
Trong một Piconet, trạm điều khiển PNC quản lí Piconet của mình bằng các gói tin đặc biệt có tên gọi là “Beacon”, gói này chứa các thông tin về thời gian, chất lượng dịch vụ, độ tiêu hao năng lượng và điều khiển truy nhập. Các trạm làm việc trong Piconet lắng nghe gói Beacon từ trạm điều khiển PNC và PNC cũng phân loại các gói Beacon theo các mức độ ưu tiên khác nhau. Sự khác nhau giữa PNC và DEV là PNC tuần tự gửi gói Beacon theo chu kì để thiết lập các thông số trong Piconet.
Các trạm trong Piconet sử dụng chung một kênh truyền vật lí, nên chúng phải được đồng bộ hóa theo một đồng hồ chung (thường lấy theo đồng hồ của trạm điều khiển PNC và địa chỉ vật lí của PNC). Trong mô hình Piconet cha – con, nhiều Piconet con sẽ kết nối đến cha và đồng bộ với cha thông qua một PNC cầu nối. Một PNC sẵn sàng chuyển giao vị trí của mình cho một DEV nếu tìm thấy một DEV có khả năng (dung lượng kênh, công suất kênh, khả năng bộ nhớ, tốc độ xử lí …) nhanh hơn mình.
Cấu trúc Siêu khung và cách thức truy nhập:
Việc đồng bộ thời gian và truyền dữ liệu trong mạng UWB (802.15.3) được dựa trên cấu trúc siêu khung và được điểu khiển bởi các PNC. Một siêu khung bao gồm ba thành phần:
- Beacon: được gửi bởi PNC, thiết lập sự phân bố thời gian và truyền các thông tin quản lí.
- Contention Access Period (CAP): khoảng thời gian truy nhập đường truyền có tranh chấp, mạng UWB điều khiển truy nhập dựa vào giao thức CSMA/CA.
- Channel Time Allocation Period (CTAP): giai đoạn phân bổ thời gian sử dụng kênh, được chia thành hai loại là Management CTA (MCTA) và CTA. Mạng UWB sử dụng kĩ thuật TDMA trong truy nhập kênh truyền.
Hình 2. 6: Cấu trúc siêu khung trong mạng UWB (IEEE 802.15.3) [9, tr 8]
Hình 2. 7: Mô hình tổng quan kiên trúc của UWB (IEEE 802.15.3) [9, tr10]