IEEE 802.15.4

1. IEEE 802.15.4 Davor Živko

2. Uvod • WPAN (wireless personal area network) • Široko područje • Različite namjene, karakteristike i tipovi mreža • Definirane IEEE 802.15 standardima • IEEE 802.15.1...Bluetooth • IEEE 802.15.2...Koegzistencija WLAN i WPAN mreža • IEEE 802.15.3...HR (high rate) WPAN • IEEE 802.15.4...ZigBee

3. IEEE 802.15.4 • IEEE 802.15.4 standard definira • Fizički sloj (PHY) • Media access sloj (MAC) • Optimiziran za primjenu u mrežama sa • Mala brzina prijenosa podataka • Mala količina podataka • Jednostavna mreža • Niska cijena • Veoma niska potrošnja energije

4. IEEE 802.15.4 • Primjena u aplikacijama kao što su • Bežično mjerenje i nadgledanje • Upravljanje osvjetljenjima • Alarmni sustavi • Detektori pokreta • Termostati • Detektori dima • Daljinski monitoring pacijenata • Industrijska automatizirana postrojenja

5. Fizički (PHY) sloj • Glavni zadatak PHY sloja je • Kontrola radio odašiljača i prijamnika • Mjerenje kvalitete veze (LQI) • Provjera oslobođenosti kanala za odašiljanje • PHY sloj radi u tri frekvencijska pojasa • 868 do 868.6 MHz, 20Kbps, 1 kanal • 902 do 928 MHz, 40KBps, 10 kanala • 2.400 do 2483.5 MHz, 250Kbps, 16 kanala • 868 MHz i 2.4GHz su ISM pojasevi

6. Fizički (PHY) sloj • Struktura paketa PHY sloja je • Sinhronizacijsko zaglavlje SHR • Signalizacija početka okvira SFD • PHY zaglavlje (sadrži duljinu sadržaja) • Sadržaj (payload) sadrži paket MAC sloja

7. MAC sloj • Zadatci MAC sloja su • Generiranje i sinhronizacija na ‘mrežnu zraku’ (network becon) • Ostvarivanje pouzdane veze između dva uređaja • U njemu su ugrađeni određeni sigurnosni mehanizmi • Održava GTS mehanizam • Vrste podržanih mržnih topologija su • Zvjezdasta (star) • Od točke do točke (peer to peer)

8. MAC sloj • Vrste podržanih uređaja u mreži • Uređaji sa punom funkcionalnošću (FFD) • Uređaji sa reduciranom funkcionalnošću (RFD)

9. MAC sloj • FFD uređaji • Mogu biti mrežni koordinatori • Implementiraju cijeli protokolni slog • RFD uređaji • Implementiraju minimalni dio protokolnog sloga • Koriste se kao vanjski čvorovi mreže (senzori) • Ne mogu biti mrežni koordinatori i upravljati tokom podataka

10. MAC sloj • MAC sloj definira 4 tipa okvira (frame) • Okvir zrake (becon frame) • Podatkovni okvir (data frame) • Okvir za potvrdu prijema (acknowledgement frame) • MAC naredbeni okvir (command frame) • Okvir zrake (becon frame) • Periodički odašiljani od strane mrežnog koordinatora • Služe za identificiranje mreže i sinhronizaciju uređaja na mrežu

11. MAC sloj • Podatkovni okvir (data frame) • Prijenos podataka • U ‘sadržaju’ (payload) ovog okvira nalaze se paketi viših slojeva • Okvir za potvrdu prijema • Potvrda uspješnog prijema okvira • Njegovo korištenje je opcionalno

12. MAC sloj • MAC naredbeni okvir (command frame) • Koristi se za komunikaciju i pregovaranje između MAC entiteta na raznim uređajima • Sadrži polje za identifikaciju naredbenog okvira i naredbene podatke • MAC sučelje prema višim slojevima • Nije direktno ponuđeno programeru • Niz rudimentarnih pravila koja objašnjavaju kada, kako i kakvi podatci mogu se izmjenjivati između MAC i viših slojeva

13. Priključivanje uređaja • Prije priključenja uređaj obavlja • Reset MAC sloja • Pretraživanje radio kanala • U slučaju uspješnog pretraživanja šalje zahtjev mrežnom koordinatoru • Ako je priključivanje moguće, uređaj dobiva adresu od koordinatora za identifikaciju na mreži • Isključivanje se obalja uklanjanjem svih podataka o mreži(u uređaju) i uređaju(u koordinatoru)

14. Prijenos podataka • Postoje 3 scenarija • Prijenos podataka od uređaja, koordinatoru • Prijenos podataka od koordinatora, uređaju • Prijenos podataka između uređaja • Prijenos podataka od uređaja, koordinatoru • Moguća sinhronizacija (becon broadcast) • Mogućnost slanja bez sinhronizacije • Kao opcija, može se slati potvrda prijema podataka

15. Prijenos podataka • Prijenos podataka od koordinatora, uređaju • Signalizacija uređaju o postojećim podatcima za njega (becon broadcast) • Periodičko slanje zahtjeva za podatcima koordinatoru (non-becon) • Opcija potvrda prijema • Prijenos podataka između dva uređaja • Između bilo koja dva uređaja u mreži • Topologija od ‘od točke do točke’

16. Sigurnost • Postoji nekoliko razina osiguranja sigurnog prijenosa podataka • Kontrola pristupa • Kodiranje podataka • Cjelovitost okvira (frame integrity) • Osvježavanje sekvence • Nesigurni način

17. Sigurnost • Kontrola pristupa • Uređaj održava ACL (access control list) • Ukoliko neki uređaj želi komunicirati, ali se ne nalazi na ACL listi, ignorira ga se • Kodiranje podataka • Mehanizam kodiranja koristi simetričnu šifru • Podatke može čitati samo onaj uređaj koji ima isti enkripcijski ključ

18. Sigurnost • Cjelovitost okvira (frame integrity) • Uvodi se MIC (message integrity code) • Osiguranje od neovlaštenog mijenjanja poruke • Osiguranje prijema poruke od strane uređaja sa istim enkripcijskim ključem • Osvježavanje sekvence • Čuvanje zadnjeg korištenog broja sekvence (frehness value) • Odbacivanje okvira koji se ponavljaju ili imaju stariji broj sekvence

19. IEEE 802.15.4 & ZigBee • ZigBee Alliance • Neprofitno udruženje kompanija iz područja elekronike • Razvoj protokola (ZigBee protocol) na temelju IEEE 802.15.4 standarda • Razvoj viših slojeva protokola i cijelog protokolnog sloga (ZigBee stack) • Razvoj profila, specifikacija i proširenja, baziranih na IEEE standardu za pojedine aplikacije

20. Hvala na pažnji Kraj