Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
1.5. Chuẩn truyền thông IEEE 802.15.4 cho mạng cảm biến không dây
1.5.2. Lớp vật lý theo chuẩn IEEE 802.15.4
Lớp vật lý xác định tần số vô tuyến vật lý, kỹ thuật điều chế và mã hóa tín hiệu. Chuẩn IEEE 802.15.4 hoạt động trên 3 băng tần số vô tuyến được cấp phép miễn phí. Bởi những quy định khác nhau về tần số vô tuyến, nên tần
số được cấp phép ở các nước trên thế giới cũng khác nhau. Tại Hoa Kỳ, chuẩn IEEE 802.15.4 sử dụng băng tần 902-982MHz. Tại châu Âu, chuẩn IEEE 802.15.4 sử dụng băng tần 868-868.8MHz. Các nước còn lại thế giới, chuẩn IEEE 802.15.4 sử dụng băng tần 2400-2483.5MHz.
Chuẩn IEEE 802.15.4 định nghĩa 26 kênh hoạt động khác nhau. Trong mỗi băng tần có quy định một số kênh như được chỉ ra trong hình 1.8. Channel 0 được quy định chỉ ở châu Âu và nằm trên băng tần 868MHz. Các kênh từ 1-10 được quy định chỉ ở Hoa Kỳ trên băng tần 902-982MHz. Khoảng cách giữa các kênh là 2MHz. Các kênh từ 11-26 được quy định trên băng tần 2,4 GHz. Khoảng cách giữa các kênh là 5MHz.
Hình 1.8: Chuẩn IEEE 802.15.4 quy định 26 kênh vô tuyến vật lý.
Chuẩn IEEE 802.15.4 sử dụng hai loại điều chế vô tuyến tùy thuộc vào tần số kênh. Các kênh từ 0-10 sử dụng khoá dịch pha nhị phân (BPSK), trong khi đó các kênh từ 11-26 sử dụng khoá dịch pha vuông góc (QPSK). Trên tất cả các kênh, chuẩn IEEE 802.15.4 sử dụng điều chế trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS).
sGiống như kỹ thuật điều chế, tốc độ bit là phụ thuộc vào kênh vô tuyến. Tốc độ bit của kênh 0 là 20.000 bit/s. Đối với các kênh từ 1-10, tốc độ bit là 40.000 bit/s và cho các kênh 11-26 tốc độ bit là 250.000 bit/s.
Hình 1.9: Các kênh 11-24 IEEE 802.15.4 chồng chéo lên các kênh 802.11. Kênh 25 và 26 không được bao bọc bởi các kênh 802.11. Khi các kênh 1, 6 và
11 của 802.11 được sử dụng, hai kênh 15 và 20 của 802.15.4 không bị ảnh hưởng bởi 802.11.
Các kênh vô tuyến IEEE 802.15.4 trong băng tần 2.4GHz chia sẻ tần số vô tuyến của chúng với chuẩn IEEE 802.11 (WiFi) và có một sự chồng lấn với các kênh 802.11. Bởi vì chuẩn IEEE 802.11 có một công suất đầu ra cao hơn nên lưu lượng theo chuẩn 802.11 làm nhiễu lưu lượng theo chuẩn 802.15.4. Hình 1.9 cho thấy sự chồng lấn giữa chuẩn 802.15.4 và chuẩn 802.11. Tất cả kênh theo chuẩn 802.15.4 ngoại trừ kênh 25 và 26 được bao bọc bởi các kênh theo chuẩn 802.11. Khi các kênh 1, 6 và 11 của chuẩn 802.11 được sử dụng thì có 2 kênh của chuẩn 802.15.4 (là kênh 15 và 20) không thấy sự can nhiễu từ lưu lượng của chuẩn 802.11.
Lớp vật lý cũng cung cấp các cơ chế để đo công suất vô tuyến của một kênh cho trước. Kết quả của phép đo này được sử dụng để lớp MAC biết một nút nào đó có thể đang truyền dữ liệu trên một kênh cụ thể và để điều phối viên quét các kênh có sẵn trong mạng.
Cơ chế phát hiện công suất vô tuyến cũng được sử dụng để hỗ trợ cơ chế đánh giá kênh trống CCA (Clear Channel Assessment). Trong đó, lớp vật lý có thể đánh giá để biết được một nút nào đó hiện đang truyền dẫn qua kênh
vô tuyến. Điều này được thực hiện bằng một trong ba cách sau: Thứ nhất là đo công suất vô tuyến và so sánh nó với một mức công suất ngưỡng được xác định trước. Thứ hai là thực hiện giải điều chế tín hiệu vô tuyến đến để xem nó có phải là một tín hiệu hợp lệ theo chuẩn 802.15.4. Thứ ba là sự kết hợp của phương pháp phát hiện công suất vô tuyến và phương pháp điều chế tín hiệu. Cơ chế CCA được sử dụng bởi lớp MAC để kiểm soát sự truy nhập kênh truyền vô tuyến.