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Sistemas Difusión Radio y CableSistemas Difusión Radio y Cable

OTROS SISTEMAS DE ACCESO INALÁMBRICOINALÁMBRICO

Alejandro Martínez AbiétarDEPARTAMENTO DE COMUNICACIONES DEPARTAMENTO DE COMUNICACIONES UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE VALENCIAe-mail: [email protected]@ p

Sistemas de Acceso Radio

ÍNDICEÍNDICEOtros sistemas de acceso inalámbrico

– IEEE 802.15– Bluetooth– Ultrawideband (UWB)– Zigbee

IEEE 802 15IEEE 802.15Otros sistemas de acceso inalámbrico


IEEE 802.15

IEEE 802.15 es un grupo de trabajo dentro de IEEE 802 especializado en redes inalámbricas de área personal especializado en redes inalámbricas de área personal (WPAN, Wireless Personal Area Networks). Se divide en cinco subgrupos, del 1 al 5.

Task group 1 (WPAN/Bluetooth)Task group 2 (Coexistencia)Task group 3 (WPAN de alta velocidad)Task group 3 (WPAN de alta velocidad)

3a (PHY alternativa para WPAN de alta velocidad)3b (Revisión MAC)3c (PHY alternativa de onda milimétrica)3c (PHY alternativa de onda milimétrica)

Task group 4 (WPAN de baja velocidad)4a (PHY alternativa)4b (Revisiones y mejoras)( y j )

Task group 5 (Redes en malla)


Task group 1 (WPAN/Bluetooth)

IEEE 802.15.1-2002 desarrolla un estándar basado en la especificación 1.1 de Bluetooth. Incluye nivel físico (PHY) y control de acceso al medio (MAC). Versión actualizada, IEEE 802.15.1-2005.802.15.1 2005.

Task group 2 (Coexistencia)

IEEE 802.15.2-2003 estudia los posibles problemas derivados de la coexistencia de WPAN's con otros dispositivos inalámbricos que utilicen las bandas de frecuencia no inalámbricos que utilicen las bandas de frecuencia no reguladas, tales como redes inalámbricas de área local (WiFibasada en 802.11)


Task Group 3 (WPAN de alta velocidad)

IEEE 802.15.3-2003 define los niveles PHY y MAC para WPAN's de alta velocidad (11 55 Mbps)WPAN's de alta velocidad (11-55 Mbps).

3a (PHY alternativa para WPAN de alta velocidad) intentó realizar mejoras al nivel físico de Ultra-WideBand para su uso en aplicaciones que trabajen con elementos multimedia. En punto muerto.3b (Revisión MAC) trabaja en el desarrollo de mejoras a 802.15.3 para refinar la implementación e interoperabilidad de MAC. 3c (PHY alternativa de onda milimétrica) trabaja en el ( ) jdesarrollo de una PHY alternativa basada en ondas milimétricas (57-64 GHz, banda no regulada). Permitirá una coexistencia muy alta con todos los sistemas de microondas en la familia 802.15, con velocidades > 3 Gbps


IEEE 802.15.4 Define las capas PHY y MAC de WPANs con tasas bajas de transmisión de datos (low-rate WPAN, LR-WPAN). El IEEE 802 15 4-2003 es la base sobre la que se define la El IEEE 802.15.4 2003 es la base sobre la que se define la especificación de ZigBee, cuyo propósito es ofrecer una solución completa para este tipo de redes construyendo los niveles superiores de la pila de protocolos que el estándar no cubre.de la pila de protocolos que el estándar no cubre.4a (PHY alternativa) El principal interés de este grupo es permitir comunicaciones y facilidades de localización de alta precisión (de un metro y mejor) alta productividad agregada y necesidades (de un metro y mejor), alta productividad agregada y necesidades energéticas extremadamente reducidas. 4b (Revisiones y mejoras)

b l ó d b d d d ó d l d dObjetivos: resolución de ambigüedades y reducción de complejidad innecesaria, el incremento de la flexibilidad en el uso de claves de seguridad, las consideraciones para el uso de nuevos rangos de f i di ibl t t IEEE 802 15 4b bó frecuencias disponibles y otros aspectos. IEEE 802.15.4b se aprobó en junio de 2006 y se publicó en septiembre del mismo año como IEEE 802.15.4-2006.


Task group 5 (Redes en malla) IEEE 802.15.5 proporciona la arquitectura que permite quedi iti WPAN d f d i lá b i dispositivos WPAN puedan formar una red inalámbrica en malla. Dos partes: malla LR-WPAN (construida sobe la capa MAC de p ( pIEEE 802.15.4-2006, Zigbee) y malla HR-WPAN (basada en IEEE 802.15.3/3b MAC)

Hay más versiones del estándar y la mayoría de TG continúan en activomayoría de TG continúan en activo.Diversas tecnologías de amplio uso en la actualidad están basadas en la familia de actualidad están basadas en la familia de estándares 802.15

BLUETOOTHBLUETOOTHOtros sistemas de acceso inalámbrico

Bluetooth: especificación industrial para Redes Inalámbricas deÁÁrea Personal (WPAN) que posibilita la transmisión de voz ydatos entre diferentes dispositivos mediante un enlace porradiofrecuencia en la banda ISM de los 2,4 GHz.

OBJETIVOS:

•Facilitar las comunicaciones entre equipos móviles y fijos.

•Eliminar cables y conectores entre éstos.

•Ofrecer la posibilidad de crear pequeñas redes inalámbricas yfacilitar la sincronización de datos entre equipos personales.facilitar la sincronización de datos entre equipos personales.


HISTORIA

– 1996: ERICSSON propone crear un sustituto inalámbrico del RS-232.

– 1998: cinco compañías, Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba e Intel, formanun Grupo de Interés Especial (SIG), y adoptan el nombre de Bluetooth.La meta era establecer la creación de una especificación global paraconectividad sin hilos de corto alcanceconectividad sin hilos de corto alcance.

– Actualmente las empresas pertenecientes al SIG han adoptado estatecnología para desarrollarla con sus propios productos, que empezarona sali al me cado a finales del año 2000 A fecha de septiemb e dea salir al mercado a finales del año 2000. A fecha de septiembre de2007, el SIG estaba formado por más de 9000 compañías detelecomunicaciones, informática, automovilismo, música, textil,automatización industrial y tecnologías de red.y g– Cualquier compañía que incorpora la tecnología inalámbrica Bluetoothen productos, utilizando la tecnología para ofrecer bienes y serviciosdebe convertirse en un miembro de Bluetooth SIG,http://www.bluetooth.com/Pages/Bluetooth-Home.aspx


VERSIONESVERSIONES– Bluetooth v.1.1: primera versión con despliegue comercial,

Ratificado como estándar IEEE 802.15.1-2002.

l h d f d l l ó– Bluetooth v.1.2: a diferencia de la 1.1, provee una solucióninalámbrica complementaria para co-existir Bluetooth y Wi-Fi en elespectro de los 2.4 GHz, sin interferencia entre ellos. Usa la técnica"Adaptive Frequency Hopping (AFH)", que ejecuta una transmisiónmás eficiente y un cifrado más seguro. Ratificado como IEEE Standard802.15.1-2005

– Bluetooth v.2.0: incorpora la técnica "Enhanced Data Rate" (EDR)que le permite mejorar las velocidades de transmisión hasta 3Mbps.

– Bluetooth v.2.1: simplifica los pasos para crear la conexión entredispositivos, además el consumo de potencia es 5 veces menor.

– Bluetooth v.3.0 (mediados 2009): aumenta considerablemente lavelocidad de transferencia (se le denomina HS, High Speed).

– Bluetooth v4.0 (abril 2011): integra las anteriores, menor consumo( ) g ,de potencia


l h á d d d bBluetooth está orientado a para dispositivos de bajo consumo, conuna cobertura baja y basados en transceptores de bajo costo.

El original usa frequency-hopping spread spectrum (FHSS), con 79El original usa frequency hopping spread spectrum (FHSS), con 79bandas de 1 MHz entre 2402 y 2480 MHz.

Originalmente, empleaba modulación Gaussian frequency-shiftk i (GFSK) ti d Bl t th 2 0+EDR tkeying (GFSK) pero a partir de Bluetooth 2.0+EDR, otrasmodulaciones como π/4-DQPSK y 8DPSK pueden usarse entredispositivos compatibles. GFSK: 1 Mbps; π/4-DPSK: 2 Mbit/s;8DPSK: 3 Mbit/s8DPSK: 3 Mbit/s .

Usa un protocolo basado en paquetes con una estructura maestro-esclavo. Un maestro puede comunicarse con 7 esclavos en una pico-celda.

Alcance: Las conexiones son punto a punto con un rango máximo de10 metros aunque utilizando amplificadores se puede llegar hasta10 metros, aunque utilizando amplificadores se puede llegar hastalos 100 metros, a costa de introducir alguna distorsión (Clase 3).


Cl f ó d d l h ú l dClasificación de dispositivos Bluetooth según la potencia transmitida

Cl ifi ió d di iti Bl t th ú l h d b dClasificación de dispositivos Bluetooth según el ancho de banda


C ió Bl t th WiFi ( i bá i )Comparación Bluetooth-WiFi (versiones básicas)

ULTRAWIDEBAND (UWB)ULTRAWIDEBAND (UWB)

El é i Ul id b d (UWB) h


• El término Ultrawideband (UWB) se usa para hacer referencia a cualquier tecnología de radio que usa un ancho de banda mayor de 500 MHz o del 25% de la frecuencia central, de acuerdo con la FCC (Federal Communications Commission).

• UWB es una tecnología en el rango de las PAN • UWB es una tecnología en el rango de las PAN • Permite paquetes de información muy grandes (480

Mbits/s) conseguidos en distancias cortas, de unos pocos t metros.

• Los dispositivos USB inalámbricos actuales se implementan con UWB. p

• UWB usa un gran ancho de banda del espectro de RF para transmitir información, mucho más que WiFi y Bluetooth, y permite mayor velocidad de transmisión que eéstas y permite mayor velocidad de transmisión que eéstas.

ULTRAWIDEBAND (UWB)ULTRAWIDEBAND (UWB)

d f d d


• UWB puede usar frecuencias que van desde 3.1 GHz hasta 10.6 GHz pero emitiendo una potencia < -41.3 dBm/MHz. Cada canal de radio tiene una 41.3 dBm/MHz. Cada canal de radio tiene una anchura de más de 500 MHz, dependiendo de su frecuencia central

• Ventajas: bajo consumo, bajo coste (se puede usar tecnología CMOS para implementar un dispositivo UWB radio) y alta productividad futuro de las UWB radio) y alta productividad futuro de las WPAN.

• Se intenta estandarizar como capa PHY de IEEE 802.15.4a (en proceso)

• Bluetooth podría usar en el futuro una capa física basada en UWBbasada en UWB

ULTRAWIDEBAND (UWB)ULTRAWIDEBAND (UWB)Sistemas de Acceso Radio

OFDM‐UWB IR‐UWB

WiMediaWiMedia Specification 1.2 (ECMASpecification 1.2 (ECMA‐‐368)368)• 53.3,80,106.7,160,200,320,400 and 480480Mbps

•14 bands and 6 band groups

• No channelization in force

• Pulse‐based modulation (PPM, Phase, etc.)

14 bands and 6 band groups

• Each band has 528 MHz

• Hopping (3 bands) and non‐hopping channel codes

• SignallingSignalling128 tones OFDMTone spacing: 4.125 MHzTone modulation: QPSK/DCM (for higher data rates)Time and frequency spreading (TFI and FFI modes)Time and frequency spreading (TFI and FFI modes)

ULTRAWIDEBAND (UWB)ULTRAWIDEBAND (UWB)Sistemas de Acceso Radio

ZIG BEEZIG-BEE

ZigBee es el nombre de la especificación de un conjunto de Sistemas de Acceso Radio

protocolos de alto nivel de comunicación inalámbrica para su utilización con radiodifusión digital de bajo consumo, basada en el estándar IEEE 802.15.4

Objetivo aplicaciones que requieren comunicaciones seguras con baja tasa de envío de datos y maximización de la vida útil de sus bateríasde la vida útil de sus baterías.

En principio, el ámbito donde se prevé que esta tecnología cobre más fuerza es en domótica

Características:• Su bajo consumo.

S t l í d d ll• Su topología de red en malla.• Su fácil integración (se pueden fabricar nodos con muy

poca electrónica).p )

ZIG BEEZIG-BEESistemas de Acceso Radio

La relación entre IEEE 802.15.4-2003 y ZigBee es parecida a la existente entre IEEE 802.11 y Wi-Fi Alliance. De hecho, existe la Zigbee Alliance: http://www.zigbee.org/e ste a gbee a ce ttp // gbee o g/

La especificación 1.0 de ZigBee se aprobó en diciembre de 2004 y está disponible a miembros del grupo de desarrollo (ZigBee Alliance).

Un primer nivel de suscripción, denominado adopter, permite la creación de productos para su comercialización permite la creación de productos para su comercialización adoptando la especificación por 3500 dólares anuales.


ZigBee utiliza la banda ISM para usos industriales, científicos y médicos; en concreto, 868 MHz en Europa, 915 en Estados Unidos y 2,4 GHz en todo el mundo. (Las stados U dos y , G e todo e u do ( asempresas han optado por 2,4 GHz, por ser libre en todo el mundo)

El desarrollo de la tecnología se centra en la sencillez y el El desarrollo de la tecnología se centra en la sencillez y el bajo costo más que otras redes inalámbricas semejantes de la familia WPAN, como por ejemplo Bluetooth.

El nodo ZigBee más completo requiere en teoría cerca del 10% del hardware de un nodo Bluetooth o Wi-Fi típico; esta cifra baja al 2% para los nodos más sencillos. j p

En 2006 el precio de mercado de un transceptor compatible con ZigBee era de 1 dólar y el precio de un conjunto de radio procesador y memoria era de tres dólaresradio, procesador y memoria era de tres dólares.


Zi B Bl hZigBee vs. Bluetooth• Una red ZigBee puede constar de un máximo de 65535

nodos distribuidos en subredes de 255 nodos, frente a los 8 odos d s bu dos e sub edes de 55 odos, e e a os 8máximos de una subred (Piconet) Bluetooth.

• Menor consumo eléctrico que el de Bluetooth. En términos exactos ZigBee tiene un consumo de 30mA transmitiendo exactos, ZigBee tiene un consumo de 30mA transmitiendo y de 3uA en reposo, frente a los 40mA transmitiendo y 0.2mA en reposo que tiene el Bluetooth. Este menor

d b l i t Zi B d l consumo se debe a que el sistema ZigBee se queda la mayor parte del tiempo dormido, mientras que en Bluetooth siempre se está transmitiendo y/o recibiendo.

• Tiene una velocidad de hasta 250 kbps, mientras que en Bluetooth es de hasta 3 Mbps.


Zi B Bl hZigBee vs. Bluetooth• Debido a las velocidades de cada uno, uno es más

apropiado que el otro para ciertas cosas. Por ejemplo, ap op ado que e o o pa a c e as cosas o eje p o,mientras que el Bluetooth se usa para aplicaciones como los teléfonos móviles y la informática casera, la velocidad del ZigBee se hace insuficiente para estas tareas del ZigBee se hace insuficiente para estas tareas, desviándolo a usos tales como la Domótica, los productos dependientes de la batería, los sensores médicos, y en artículos de juguetería en los cuales la transferencia de artículos de juguetería, en los cuales la transferencia de datos es menor.

• Existe una versión que integra el sistema de radiofrecuencias característico de Bluetooth junto a una interfaz de transmisión de datos vía infrarrojos desarrollado por IBM.p

COMPARATIVAS WPAN vs WiFiCOMPARATIVAS WPAN vs. WiFiSistemas de Acceso Radio

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