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TEMA
IEEE 802.15.4 - ZigBee
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Arquitectura General
Estándar tecnológico creado para Control y Redes para Sensores
IEEE 802.15.4 es una solución de red inalámbrica de área personal de baja tasa de datos.
Diseñado para dispositivos de baja potencia con dispositivos ligeros.
Su diseño se enfoca en las aplicaciones y necesidades de los clientes.
La arquitectura Zig Bee se desarrolla sobre el modelo de referencia IEEE 802.15.4
Zig Bee provee servicios de seguridad y rastreo
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Arquitectura Zigbee
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– “the software”
– Capas de Red,
Seguridad y Aplicación
– Gestión
IEEE 802.15.4
– “the hardware”
– Capas Física, Acceso al
Medio y Control
IEEE 802.15.4 & ZigBee
PHY 868MHz / 915MHz / 2.4GHz
MAC
Red Star / Mesh / Cluster-Tree
Seguridad 32- / 64- / 128-bit encryption
Aplicación
API
ZigBee Alliance
IEEE 802.15.4
Cliente
Silicon Stack App
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Alliance Zigbee
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Tasas de datos y características disponibles en la versión inicial
Tasas de datos de 20 a 250 Kbps en la banda ISM 2.4 GHz
Maneja diferentes topologías como estrella y malla.
Direccionamiento basado en 16 bits o MAC (64 bits).
Soporte de simple acceso asignación de slots con garantías
Detección de energía.
Indicación de calidad del enlace (LQI).
Seguridad multinivel.
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Bandas de Frecuencia más comunes del mundo
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Canales en IEEE 802.15.4
• Hay 16 canales definidos en la banda ISM: 10 canales en la banda 915 MHz, y 1 canal en la banda 868 MHz
• 868 MHz, Banda Europea a 20 Kbps
• 915 MHz, Banda Norteamericana a 40 Kbps
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The 802 Wireless Space
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Aplicaciones Potenciales
Sensores militares, ambientales, industriales, comerciales y residenciales
Controles inalámbricos
Opera en Redes de Area Personal y Redes dispositivo a dispositivo
Control de luces, conmutadores, termostatos, etc…
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Luces y Switches
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Luz en espacios comerciales o residenciales
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Ambiente Industrial
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ZigBee DISPOSITIVOS DE RADIO
DE BAJA VELOCIDAD
AUTOMATIZACIÓ
N RESIDENCIAL
CLIENTES
ELECTRÓNICOS
TV
VCR
DVD/CD
remoto
SEGURIDAD
HVAC
lighting
closures
PC &
PERIFÉRICOS
JUEGOS DE
ENTRETENIMIENTO
CONSOLAS
PORTÁTILES
DE
EDUCACIÓN
CUIDADO
PERSONAL
INDUSTRIAL &
COMMERCIAL
CONTROL
AUTOMATIZADO
POR
MONITORES Y
SENSORES
Sectores de aplicaciones
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Cómo trabaja Zigbee? • Topologías
• Estrella
• Peer to Peer
• Malla
• Coordinador de Redes, Routers y Dispositivos Terminales
• Estados de operación • Activo
• Stand by
• Capacidades de dispositivos • Función completa del dispositivo (FFD)
• Función reducida del dispositivo (RFD)
• M odos de operación • Beacon
• No-Beacon
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Slide Courtesy of
ZigBee Mesh Networking
Source: http://www.zigbee.org/en/resources/#SlidePresentations
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ZigBee Mesh Networking
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ZigBee Mesh Networking
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ZigBee Mesh Networking
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Estrella Zigbee
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Capa Física
BANDA COBERTURA TASA DE DATOS CANALES
2.4 GHz ISM Worldwide 250 kbps 16
915 MHz ISM Americas 40 kbps 10
868 MHz Europe 20 kbps 1
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Capa Física 2450 MHz
• Genera 250 kbps
• Técnica de modulación O-QPSK
• El dato es asignado en símbolos de 4 en 4 bits. Después los símbolos son asignados a chips de 32 bits de longitud y después se modulan.
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Capa Física 868/915 MHz
•Tasa de datos de 20 kbps ó 40 kbps dependiendo de las frecuencias.
•Usa modulación de chip DSSS y BPSK
•DSSS provee buen rendimiento
•O-QPSK y BPSK minimizan el consumo de potencia y reduce la complejidad.
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Tipos de Redes PAN
•Red de area personal sin guía (Non-Beacon Enabled)
CSMA/CA sin slots
•PAN con guía establecida (Beacon Enabled)
CSMA/CA habilitada
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Estructuras de supertrama • Una supertrama se forma por el coordinador de red PAN para el
sincronismo de transmisión y recepción
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Mecanismo I de comunicación
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Mecanismo II de comunicación
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Pila Zig Bee
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PHY/MAC
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Capa de Red
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Trama Guía (Beacon)
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Trama de Datos
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Trama de acuse de recibos (Acknowledgement)
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Trama MAC
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Primitivas de la Capa PHY
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Tipos de tramas que se transmiten en la capa física
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Modos de seguridad y sus valores en las tramas Zig Bee
Sistemas de Encriptación principal
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Información del campo de control de una trama
• Tipo de trama (1 de los 4 tipos)
• Campo de seguridad
• Segmentación que indica el campo pendiente de la trama
• Petición principal ACK
• Intra-PAN
• Modo de direccionamiento
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Tipo de trama
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Estructura de la trama de datos
La trama de datos provee la alimentación del receptor al remitente
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Alianza Zig Bee
•Es una marca como Wi-Fi y WiMAX
•Provee la capa de red (NWK)
•Puede diferenciar entre un nodo usual, un coordinador y un router
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Objeto de dispositivo Zig Bee
Direcciona 3 detalles principales:
1. Descubrimiento de servicios
2. Seguridad
3. Vinculación
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Zig Bee complementa la seguridad de IEEE 802.15.4
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Configuración de Red Zigbee
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Futuro de ZigBee
La alianza Zig Bee-IEEE 802.15.4 es una interface de baja tasa de datos comparada con otras técnicas, motivo por el cual se tiene un conjunto de tecnologías cubriendo una gran área de aplicaciones