Estandar IEEE 802.15.4

Estandar IEEE 802.15.4
El estándar 802.15.4 está limitado a la capa física y capa MAC del modelo OSI. El estándar 802.15.4 tiene
las siguientes metas y objetivos:
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Taza de transferencia de datos en el aire de 250kbps
Operación punto a punto o en topología estrella
Ranuras de tiempos garantizadas (GTSs) para la comunicación
Acceso al canal por medio de CSMA-CA (Carrier Sense Multiple Access, Collision Avoidance)
Confirmación de mensajes para transferencias de datos confiables
Bajo uso de energía
Operación de corto alcance
Vida razonable de batería
Protocolo simple y flexible
Fig1a. Modelo OSI de comunicaciones
Fig1b. Modelo OSI de comunicaciones adaptado
al estándar 802.15.4
El estándar 802.15.4 muestra las capas superiores del modelo OSI reducidas a solo dos como se muestra
en la figura anterior. La capa de red usualmente provee de configuración de la red, manipulación y ruteo
de mensajes. La capa de aplicación provee las funciones de los dispositivos que se montan sobre la red
del estándar 802.15.4. La capa de red y la de aplicación no están específicamente definidas en el
estándar IEEE 802.15.4, por lo que quedan en manos del usuario.
Servicios del estándar 802.15.4
La capa física del estándar 802.15.4, ofrece do servicios para las capas superiores las cuales son:
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Servicio de datos de la capa física
Servicio de administración de la capa física
Servicios de Capa Física
Las características de la capa física incluyen activación/desactivación del transceiver de radio,
selección de canal de radio, detección de nivel de energía (ED, Energy Detection) y calidad de la
señal recibida (LQI, Level of Signal Quality), evaluación de canal libre (CCA, clear cannel assessment),
y transmisión y recepción de paquetes a través de la banda de frecuencia ISM 2.4Ghz.
Servicios de Capa MAC
La capa MAC, provee servicio de datos MAC y servicio de gestión (administración) MAC. El servicio
de datos MAC habilita la transmisión de unidades de datos del protocolo MAC (MPDU, MAC
Protocol Data Units) a través del servicio de datos de la capa física.
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Las características de la subcapa MAC (MAC subleyer en la figura anterior) incluye:
o Administración del “señales” (beacon management)
o Acceso al canal
o Administración de Ranuras de tiempos Garantizadas
o Validación de marcos (frames)
o Reconocimiento de entrega de tramas (frame)
o Asociación y des asociación
La subcapa LLC se encuentra arriba de la MAC (ver figura anterior) y provee de:
o Multiplexado de los protocolos transmitidos por la MAC
o Control de flujo opcional
o Detección de peticiones de retransmisión de paquetes perdidos
Sin embargo, el estándar IEEE 802.15.4 ha sido modificado y definie la capa 2 para:
Permitir que un LLC de IEEE 802.2 accese a la subcapa MAC del 802.15.4 atravez de una subcapa de
convergencia de servicios específicos (SSCS, Service Specific Convergence Sublayer), como se define
en el anexo A de el estándar 802.15.4. El uso de el LLC y el SSCS es un camino definido aunque no es
muy utilizado por aplicaciones.
Plataformas de desarrollo del PAN802154
El mote PAN802154HAR funciona con cualquiera de los siguientes 3 tipos de plataforma de desarrollo. El
tipo de software a utilizar depende de la complejidad de la aplicación a desarrollar. Cada plataforma
requiere distintas capacidades de el dispositivo, y de esos requerimientos surge su complejidad y
variedad de servicios que ofrece. Ver Fig 2.
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SMAC (Simple MAC), para aplicaciones simples, no requiere capacidades considerables del
dispositivo.
802.15.4, para aplicaciones regulares compatibles con el estándar 802.15.4, requiere
capacidades del dispositivo.
ZigBee Protocol Stack, para aplicaciones complejas y cumple con el estándar de ZigBee, requiere
muchas más capacidades del dispositivo.
Fig2. Niveles de complejidad entre las distintas plataformas de desarrollo
Es posible desarrollar aplicaciones 802.15.4 utilizando el ZigBee Protocol Stack, permitiendo crear
aplicaciones complejas, aunque no serian compatibles con el estándar ZigBee
Software de Programación
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Bootloader: Permite descargar aplicaciones al PAN802154.
Metrowerks CodeWarrior Development Studio for HC(s) 08 64K Compiler: Compilador, software
propietario, se vende, www.freescale.com,Parte: CWS-H08-C64K-CX. La actualización a 64k es
necesaria para compilar completamente el ZigBee Stack.
Freescale ZigBee Development Tool: Herramienta de programacion para ZigBee Stack
DBM Multilink Flash Programming Tool: Programador, Dispositivo para programar el modulo del
PAN802154, http://www.pemicro.com.
Modos de uso/ configuración del PAN802154
El mote puede ser configurado para funcionar en cualquiera de los siguientes 3 tipos de roles, estos
roles dependen de la localización y función en la red. Ver Fig 3.
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Como dispositivo final o Nodo (End Device) con funciones reducidas (RFD, Reduced Function
Device)
Como dispositivo ruteador (Router Device) con todas las funciones (FFD, Full Function Device)
Como dispositivo coordinador (Coordinator Device) con todas las funciones (FFD, Full Function
Device)
Coordinador
Router
Nodo
Fig 3. Roles de un sensor
Nota: Los dispositivos finales o RFD solo se pueden comunicar con los dispositivos ruteadores o con los
coordinadores, pero no con otros dispositivos finales.