IEEE 802.15.4

1
IEEE 802.15.4

• Davor Živko

2
Uvod

• WPAN (wireless personal area network)
• Široko podrucje
• Razlicite 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
• Fizicki sloj (PHY)
• Media access sloj (MAC)
• Optimiziran za primjenu u mrežama sa
• Mala brzina prijenosa podataka
• Mala kolicina podataka
• Jednostavna mreža
• Niska cijena
• Veoma niska potrošnja energije

4
IEEE 802.15.4

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

5
Fizicki (PHY) sloj

• Glavni zadatak PHY sloja je
• Kontrola radio odašiljaca i prijamnika
• Mjerenje kvalitete veze (LQI)
• Provjera oslobodenosti 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
Fizicki (PHY) sloj

• Struktura paketa PHY sloja je
• Sinhronizacijsko zaglavlje SHR
• Signalizacija pocetka 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 izmedu dva uredaja
• U njemu su ugradeni odredeni sigurnosni mehanizmi
• Održava GTS mehanizam
• Vrste podržanih mržnih topologija su
• Zvjezdasta (star)
• Od tocke do tocke (peer to peer)

8
MAC sloj

• Vrste podržanih uredaja u mreži
• Uredaji sa punom funkcionalnošcu (FFD)
• Uredaji sa reduciranom funkcionalnošcu (RFD)

9
MAC sloj

• FFD uredaji
• Mogu biti mrežni koordinatori
• Implementiraju cijeli protokolni slog
• RFD uredaji
• Implementiraju minimalni dio protokolnog sloga
• Koriste se kao vanjski cvorovi 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)
• Periodicki odašiljani od strane mrežnog
  koordinatora
• Služe za identificiranje mreže i sinhronizaciju
  uredaja 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 izmedu
  MAC entiteta na raznim uredajima
• Sadrži polje za identifikaciju naredbenog okvira
  i naredbene podatke
• MAC sucelje prema višim slojevima
• Nije direktno ponudeno programeru
• Niz rudimentarnih pravila koja objašnjavaju kada,
  kako i kakvi podatci mogu se izmjenjivati izmedu
  MAC i viših slojeva

13
Prikljucivanje uredaja

• Prije prikljucenja uredaj obavlja
• Reset MAC sloja
• Pretraživanje radio kanala
• U slucaju uspješnog pretraživanja šalje zahtjev
  mrežnom koordinatoru
• Ako je prikljucivanje moguce, uredaj dobiva
  adresu od koordinatora za identifikaciju na mreži
• Iskljucivanje se obalja uklanjanjem svih podataka
  o mreži(u uredaju) i uredaju(u koordinatoru)

14
Prijenos podataka

• Postoje 3 scenarija
• Prijenos podataka od uredaja, koordinatoru
• Prijenos podataka od koordinatora, uredaju
• Prijenos podataka izmedu uredaja
• Prijenos podataka od uredaja, koordinatoru
• Moguca sinhronizacija (becon broadcast)
• Mogucnost slanja bez sinhronizacije
• Kao opcija, može se slati potvrda prijema
  podataka

15
Prijenos podataka

• Prijenos podataka od koordinatora, uredaju
• Signalizacija uredaju o postojecim podatcima za
  njega (becon broadcast)
• Periodicko slanje zahtjeva za podatcima
  koordinatoru (non-becon)
• Opcija potvrda prijema
• Prijenos podataka izmedu dva uredaja
• Izmedu bilo koja dva uredaja u mreži
• Topologija od od tocke do tocke

16
Sigurnost

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

17
Sigurnost

• Kontrola pristupa
• Uredaj održava ACL (access control list)
• Ukoliko neki uredaj želi komunicirati, ali se ne
  nalazi na ACL listi, ignorira ga se
• Kodiranje podataka
• Mehanizam kodiranja koristi simetricnu šifru
• Podatke može citati samo onaj uredaj koji ima
  isti enkripcijski kljuc

18
Sigurnost

• Cjelovitost okvira (frame integrity)
• Uvodi se MIC (message integrity code)
• Osiguranje od neovlaštenog mijenjanja poruke
• Osiguranje prijema poruke od strane uredaja sa
  istim enkripcijskim kljucem
• Osvježavanje sekvence
• Cuvanje 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 podrucja
  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