6. Những đóng góp của luận văn
1.5. Chuẩn truyền thông IEEE 802.15.4 cho mạng cảm biến không dây
Chuẩn IEEE 802.15.4 là một chuẩn truyền thông không dây cho các ứng dụng công suất thấp và tốc độ dữ liệu thấp. Tiêu chuẩn này đã được phát triển cho mạng cá nhân (PAN) bởi nhóm làm việc trong Viện kỹ thuật điện và điện tử (IEEE). Chuẩn IEEE 802.15.4 có tốc độ dữ liệu tối đa là 250.000 bit/s và công suất đầu ra tối đa 1mW. Các thiết bị IEEE 802.15.4 có một phạm vi phủ sóng hẹp trong vài chục mét. Điểm chính trong các đặc điểm kỹ thuật của chuẩn IEEE 802.15.4 là cho phép các bộ thu phát chi phí thấp và ít phức tạp, điều này đã làm cho chuẩn IEEE 802.15.4 phổ biến với mạng cảm biến không dây. Nhiều công ty sản xuất các thiết bị tuân thủ theo chuẩn IEEE 802.15.4.
Bởi sự có mặt khắp nơi của chuẩn IEEE 802.15.4 và sự sẵn có của các bộ thu phát vô tuyến tương thích với IEEE 802.15.4, nên gần đây rất nhiều ngăn xếp vô tuyến công suất thấp đã được xây dựng trên chuẩn IEEE 802.15.4 như là: WirelessHART, ISA100a, IPv6 và ZigBee.
Tiêu chuẩn IEEE 802.15.4 xác định 2 lớp:
Lớp vật lý: Chỉ rõ các bản tin được gửi và được nhận trên các kênh
truyền vô tuyến vật lý như thế nào.
Lớp điều khiển truy nhập kênh truyền (MAC): Chỉ rõ các bản tin
đến từ các lớp vật lý sẽ được xử lý như thế nào.
Mặc dù chuẩn IEEE 802.15.4 đã xác định rõ một vài cơ chế ở lớp vật lý và lớp MAC nhưng không phải tất cả mọi chỉ dẫn đều được sử dụng rộng rãi. Ví dụ chuẩn WirelessHART sử dụng các chỉ dẫn lớp vật lý và định dạng tiêu đề gói tin ở lớp MAC nhưng không phải tất cả các quy định ở lớp MAC được sử dụng.
Kích thước tối đa gói tin trong chuẩn IEEE 802.15.4 là 127 byte. Các gói tin có kích thước nhỏ bởi vì chuẩn IEEE 802.15.4 được sử dụng cho các thiết bị với tốc độ dữ liệu thấp. Do lớp MAC thêm vào phần tiêu đề cho các gói tin nên lượng dữ liệu dành sẵn cho giao thức lớp trên hoặc lớp ứng dụng vào khoảng từ 86 đến 116 byte. Do vậy, các giao thức ở lớp trên thường thêm vào các cơ chế phân mảnh các phần dữ liệu lớn hơn thành nhiều khung theo chuẩn 802.15.4.
Các mạng IEEE 802.15.4 được chia thành các mạng PAN như hình 1.6. Mỗi mạng PAN có một điều phối viên PAN và một tập các thành viên mạng PAN. Các gói tin được truyền qua mạng PAN mang 16 bit nhận dạng cho mạng PAN để xác định mạng PAN nào mà gói được gửi đến. Một thiết bị có thể tham gia vào một mạng PAN như là một điều phối viên PAN và cũng đồng thời tham gia là thành viên mạng PAN trong một mạng PAN khác.
Chuẩn IEEE 802.15.4 xác định hai loại thiết bị là: Thiết bị có chức năng đầy đủ (FFDs) và thiết bị có chức năng hạn chế (RFDs). Các FFDs có nhiều khả năng hơn RFDs và có thể đóng vai trò như một điều phối viên PAN. RFDs là các thiết bị đơn giản hơn được xác định dễ dàng hơn trong việc chế tạo với giá thành rẻ hơn. RFDs chỉ có thể truyền thông với FFDs. Các FFDs có thể truyền thông được với cả RFDs và FFDs.
Hình 1.6: Một mạng IEEE 802.15.4 với các nút FFDs thể hiện như các chấm đen và các nút RFDs thể hiện bởi các chấm trắng. Hai FFDs là điều phối viên PAN trong hai mạng PAN được biểu diễn bởi những vòng tròn đen. Mạng PAN bên phải bao gồm hai FFDs nhưng chỉ một FFD là điều phối viên PAN.
Mặc dù chuẩn IEEE 802.15.4 định nghĩa ba loại cấu trúc mạng được hỗ trợ là hình sao, mạng mắt lưới và hình cây nhưng hầu hết các giao thức hoạt động ở lớp trên không sử dụng các cấu hình mạng của 802.15.4. Thay vào đó, chúng xây dựng những cấu trúc liên kết mạng của riêng nó ở phía trên lớp MAC 802.15.4. Vì lý do đó, chúng ta không đi vào chi tiết các cấu trúc liên kết mạng được định nghĩa bởi chuẩn IEEE 802.15.4.