WTF é ... 802.15.4e?

5 maneiras de preparar sua infra-estrutura de publicidade para o desastre

Entre as causas dos incêndios florestais graves que ainda estão queimando perto de Sydney, na Austrália, era um galho de árvore cair sobre a rede elétrica.

Alguns Internet of Things (IoT) boosters sugerem esse tipo de coisa poderia ser evitada, colocando sensores conectados quase todos os lugares, para que a notícia de uma única falha pode provocar rapidamente uma ação útil, neste caso, desligar o fio vivo antes que ela se contorce em uma pilha de folhas secas e inflama-los.

A IoT poderia entregar esse resultado e, como explicamos no presente artigo alguns dos problemas de roteamento ter sido resolvido.

Mas antes que você pode ter a diversão Layer 3 que o artigo descreve, há muito o que fazer mais para baixo na pilha.

"Nós temos baldes de padrões de dados de rádio", você pode dizer. "Por que não usar Wi-Fi ou Bluetooth ou algo assim?"

A resposta é a eletricidade. O sensor ideal é aquela que pode ser implantado dentro do campo e operar durante anos, em vez de semanas. E, claro, no sensor que acabo de descrever, quer o fornecimento de energia para ser completamente isolada da rede de electricidade que é monitorização.

É por isso que 802.15.4e está emergindo como um padrão fundamental para a Internet das Coisas. Então, aqui, o cadastro é dar uma olhada em alguns dos pontos altos da 802.15.4e.

Uma resposta aos requisitos de baixa potência é simplesmente dar sensores individuais uma taxa de transferência de energia do que temos vindo a esperar em dispositivos de consumo. Estamos acostumados a ver throughputs canal de centenas de megabits por segundo em dispositivos 802.11n. Quando os navios 802.11ac que vai subir ainda mais. Se você estiver disposto a se contentar com uma taxa inferior do canal, você pode reduzir a potência do transmissor.

Isso, é claro, não é novo, e nem é 802.15.4e. Os padrões básicos 802,15 foram emitidos para trás na década anterior, mas estavam sujeitos, no momento de uma certa quantidade de push-pull e disputa dentro do IEEE. Isso deixou aberta a porta para o Bluetooth muito mais familiar - também sob o guarda-chuva 802,15 - para tornar-se rede de área pessoal favorito do mundo.

No entanto, sem fios de alta velocidade não é adequado para o mundo das redes de sensores. Classe de menor poder de Bluetooth funciona a 1 mW (0 dBm). No mundo das redes de sensores, obtendo o perfil de energia menor do que é um objectivo importante.

Camada física

Assim, em vez dos megabits ou centenas de megabits por segundo que estamos acostumados a discutir no mundo do WiFi, as comunicações de baixa taxa de redes de sensores funcionam entre 20 Kbps e 400 Kbps (com a opção de executar as coisas em um impressionante 1 Mbps ).

O protocolo é plenamente reconhecida, porque com menor poder, há uma maior chance de erro. O protocolo inclui também provisão para desligar os transmissores de rádio para baixo, novamente para preservar o poder.

Há uma série de canais de rádio suportados, deixando o slot de redes de sensores em onde não passa a ser o espaço livre em diferentes países: 868-868,6 MHz, 902-928 MHz, 2400-2.483,5 MHz, três bandas na China (314-316 MHz , 430-434 MHz e 779-787 MHz) e 950-956 MHz no Japão.

Baixa camada MAC poder

No entanto, tratando da camada PHY com transmissões mais lento e menor consumo de energia é apenas uma parte da imagem. É preciso mais: o padrão também precisa lidar com o MAC (Media Access Control) da camada de comportamentos que, intocado, levam ao desperdício de energia.

Vamos olhar, por exemplo, a forma como a camada familiarizado 802.11 MAC funciona. Segue-se um esquema chamado CSMA / CA - sentido operadora, acesso múltiplo / anti-colisão - eo padrão básico de uma estação de querer transmitir é:

• Escolha um canal para transmitir, e ouvir para ver se esse canal é silenciosa


• Enviar pacote se o canal está ocioso


• Se o canal estiver ocupado, aguarde até que o canal está em silêncio, e depois esperar mais um período de contenção aleatória


• Se o canal é silenciosa, no final do período de contenção, transmitir o pacote.

O receptor ACK cada pacote recebido com sucesso, e se não há nenhum ACK, o remetente irá retransmitir.

Nós todos sabemos que isso funciona: não haveria muitos leitores Reg que não usaram WiFi em algum ponto. Mas, no contexto de redes de sensores, é falante, alto, e always-on - nenhum dos quais é adequado para a rede de sensores. Assim camada MAC da rede de sensores deve preservar a bateria, e deve manter o comportamento durante toda a vida do dispositivo.

Há mais um objectivo da prorrogação 802.15.4e - é uma boa idéia para evitar a necessidade de controle central da rede. Se a rede é construída de aparelhos de rádio sub-mW, e que abrange uma grande área, haverá um monte de dispositivos individuais que não podem se comunicar com um controlador centralizado. Mesmo se o controlador de rede é potência e alto o suficiente para que todos possam ouvir, os nós distantes não pode se comunicar de volta.

Coordenado amostrados Ouvir

Isso é tratado pela substituição da camada de "tradicional" wireless MAC com um sistema chamado Coordenado Listening amostrados, que basicamente permite que o sensor de ir dormir até que ele chegue a rádio equivalente de "Wake on LAN" - um frame "Chirp".

Essa é uma importante economia de energia, uma vez que alguns dos chips de rádio têm sono atual em menos de dois micro-ampères, mas ainda pode acordar.

Uma vez que estamos supondo que haverá muitos sensores na rede, o quadro Chirp tem que ser endereçável. Um receptor vai começar a acordar, se vê um Chirp, mas vai voltar a dormir assim que percebe que "não é a minha chamada de atenção".

O quadro Chirp diz que mais de "wake-up": também define um tempo de encontro para a transferência de dados. O receptor, então, voltar a dormir até a hora de encontro. Esta programação permite que o canal a ser mantida limpa de tráfego no momento certo, em vez de exigir o sensor de passar pelo procedimento de evitar colisões.

Função completa e dispositivos de função reduzida

A norma também prevê dois tipos diferentes de dispositivos da camada MAC: O dispositivo de função completa, eo dispositivo de redução de função. Isso permite que uma topologia a ser construído em que os dispositivos de menor potência pode ter seu corte de funcionalidade, para economizar energia - e com folga, as topologias disponível sob 802.15.4e refletir as topologias descrevemos quando se discute o roteamento para redes de energia mais baixos. Estes são mostrados na imagem abaixo, cortesia do Cisco.

Imagem: Cisco

Como observa o padrão: "Um RFD (reduzida dispositivo de função) destina-se a aplicações que são extremamente simples, como um interruptor de luz ou um sensor infravermelho passivo, que não tem a necessidade de enviar grandes quantidades de dados e apenas associados com um único FFD (dispositivo de função completa) de cada vez. Por conseguinte, o RFD pode ser implementado usando o mínimo de recursos e capacidade de memória ".

Todas as redes, no entanto, precisa de um dispositivo de função completa para atuar como coordenador. ®

Bootnote: The Register aprecia a ajuda de Cisco distinto engenheiro Jeff Apcar para fornecer um briefing fundo em 802.15.4e.