Distribuované systémy a počítačové sítě
• Bezdrátové systémy • WiFi • WiMax • BlueTooth, ZigBee • RFID
Bezdrátové systémy n
Využívají rádiový komunikační kanál – jeho základní vlastnosti jsou uvedeny ve 2. přednášce
n
Výhodou je vysoká flexibilita – žádná nezbytná infrastruktura • kromě napájení – jednoduché změny topologie • přemístění uzlů, rozšiřování
n
Nevýhodou je potřeba frekvenčního pásma – v SPD aplikacích nejčastěji využívána pásma ISM • při dodržení podmínek není třeba povolení • je třeba počítat s případnou koexistencí s dalšími uživateli
možnost dočasné (trvalé) nedostupnosti uzlů – vzhledem k rušení nebo omezenému výkonu vysílání (S/N ratio)
Bezdrátové systémy n
Sítě IEEE802.x a RFID systémy – uživatel a vlastní jsou obvykle táž osoba – často pracují v ISM pásmech
n
Radiomodemové sítě – využívají infrastrukturu vlastníka sítě – mají obvykle licencované vlastní frekvence a také sítě na báze GSM (GPRS) – specielní případ radiomodemové sítě • oproti běžným radiomodemovým sítím omezená funkčnost – omezená podpora protokolů vyšších vrstev – omezená možnost přímé komunikace
• mobilita terminálu
IEEE 802.x n
Tento standard již byl zmíněn v předchozí přednášce – definuje např. varianty CSMA/CD sítí
n
Jeho další části definují technologie pro bezdrátové sítě
Přehled IEEE802.11 n
802.11 – původní specifikace – ISM pásmo 2.4 GHz, 1 (2) Mbit/s – komunikace v rozprostřeném spektru • FHSS – 75 kanálů s šířkou 1 MHz • DSSS – 14 (překrývajících se) kanálů s šířkou 22 MHz
– přístupová metoda CSMA/CA – dosah 30/90 m (uvnitř budov/volné prostranství) n
802.11a – pásmo 5 GHz, maximálně 54 Mbit/s • výhodou je nižší využití pásma (nižší úroveň rušení)
– OFDM modulace, 52 nosných, BPSK, QPSK, 16(64)QAM • se zhoršující se kvalitou kanálu se volí robustnější modulace
– 12 (někde 24) kanálů po 20 MHz – v Evropě nejsou (nebyly) k dispozici frekvence – nesplňuje zcela požadavky evropských regulátorů
Přehled IEEE802.11 n
802.11b – první inovace původního standardu – ISM pásmo 2.4 GHz, maximálně 11 Mbit/s – pouze DSSS (FHSS je kvůli zpětné kompatibilitě) – s anténami s vyšším ziskem lze komunikovat až na několik km
n
802.11g – druhá inovace původního standardu – ISM pásmo 2.4 GHz, maximálně 54 Mbit/s – výhradně OFDM, DSSS pouze kvůli zpětné kompatibilitě • opět 16/64QAM, pro nižší rychlosti BPSK a QPSK (při nižší kvalitě kanálu)
– zařízení jsou obvykle kompatibilní i s variantou b (značí se b/g) n
802.11h – varianta 802.11a pro Evropu – pásmo 5GHz – zahrnuje dynamický výběr kanálu a řízení výkonu • robustnější • odolnější vůči rušení
Přehled IEEE802.11 n
802.11n – poslední aktualizace – ISM pásma 2.4 GHz nebo 5 GHz, 40 MHz kanály – využívá prostorové multiplexování • MIMO (Multiple In/Multiple Out) technologie – více vysílacích/ přijímacích antén
• konfigurace TxR:S – např. 3x3:2 – 3 vysílací antény – 3 přijímací antény – 2 současné datové toky
– dostupné fyzické rychlosti jsou až 600 Mbit/s pro 4 datové toky – obvyklé je využití 2 datových toků – 2x2:2
Přehled IEEE802.11 n
Pásmo 2.4 GHz je dnes využito následovně – 14 částečně se překrývajících kanálů (odstup 5 MHz) • 11 USA, 13 Evropa, 14 Japonsko
– povolen EIRP 100 mW (20 dBm) – při použití směrových antén je třeba snížit výkon!! n
Poslední verze standardu 802.11-2007 zahrnuje většinu dodatečných specifikací
Struktura sítě IEEE802.11 n
Ad-hoc sítě – přímá komunikace mezi uzly bez síťové infrastruktury – označovány jako IBSS (Individual Basic Service Set)
n
Stacionární sítě – infrastruktura (DS, Distribution System) využívající (obvykle) stacionární přístupové body (AP, Access Point) • součástí AP může být i most do pevné sítě (typicky Ethernet)
– každý AP obsluhuje oblast označovanou jako BSA (Basic Service Area) • skupina uzlů řízených jedním AP se označuje BSS (Basic Service Set)
– oblast pokrytá více AP propojenými DS se nazývá ESA (Extended Service Area) • kompletní bezdrátová síť (bez DS) pak ESS (Extended Service Set)
– síť je identifikována prostřednictvím SSID (Service Set ID v Beacon rámci)
Struktura sítě IEEE802.11 n
Stacionární síť
Příklad stacionární sítě IEEE802.11
Řízení přístupu k médiu - MAC
n
Struktura podvrstvy MAC – povinné pouze DCF • •
využívá CSMA/CA i pro IBSS sítě
Přístupová metoda CSMA/CA n
CSMA/CA (…/Collision Avoidance) – ne všechny uzly sdílející fyzický kanál se slyší navzájem • nejsou schopny detekovat kolize
– před vysláním rámce uzel čeká po dobu mezirámcové mezery a teprve pokud je kanál stále volný: • zvolí náhodný časový interval (back-off) • pokud po je celou tuto dobu kanál volný, vysílá
Přístupová metoda CSMA/CA n
v případě obsazeného kanálu se čekání prodlužuje o dobu, po níž je kanál obsazen + IFS – dosáhne-li back-off nuly a kanál je stále volný, lze vysílat – kromě odposlechu na fyzické vrstvě se využívá i tzv. virtuální odposlech kanálu
Virtuální odposlech kanálu (CS) n
předpoklad: všechny uzly slyší AP – uzel nejprve vyšle žádost o přidělení kanálu (RTS – Request To Send) - neplést se signálem EIA/TIA 232 ! – s využitím CSMA/CA – AP odpoví přidělením vysílacího času (CTS – Clear To Send) • ostatní slyší a pokládají kanál za obsazený, i když nedetekují obsazený kanál • aktualizují svůj NAV (Network Allocation Vector)
– výrazně se snižuje pravděpodobnost vzniku kolize • teoreticky by neměla vzniknout vůbec – pokud všechny uzly slyší rámec CTS
Virtuální odposlech kanálu (CS) n
Pouze pro rámce delší než předdefinovaný limit – případně lze RTS/CTS zcela vypnout – jen pro unicast
Potvrzovací mechanismus - ACK n
Pouze pro unicast rámce – vysílá se s krátkou IFS – vyšší priorita – případně lze zcela vypnout • má význam u přenosu na vyšší vzdálenost
Fragmentace MSDU n
Jsou-li data delší než maximální délka datového pole MAC rámce – při vysílání fragmentů se využívá kratší IFS • „vyšší priorita“
Virtuální odposlech při fragmentaci n
Jednotlivé rámce obsahují informaci o době trvání přenosu dalšího fragmentu – jak datový rámec, tak ACK
Funkce PCF n
Point Coordination Function – nadřazená metoda poskytující bezkolizní (CF – Contention Free) přístup – řídí přístup k médiu během tzv. CFP – Contention Free Period • začíná rámcem BEACON (s DTIM bitem) – obsahuje i opakovací interval CFP
Funkce PCF n
Point Coordination Function – implementováno v AP (volitelně) – obsahuje seznam dotazovaných stanic – využívá datové rámce s CF-Poll, CF-Ack podtypy • ne všechny musí podporovat
Funkce HCF n
Hybrid Coordination Function – implementováno v AP (volitelně) – podpora QoS – varianta EDCA (Enhanced Distributed Channel Access) • analogie DCF • podpora tzv. AC – Access Classes (4), do nichž jsou mapovány rámce s různou prioritou, různé IFS • interní back-off pro jednotlivé fronty
– varianta HCCA (HCF Coordinated Channel Access) • obdoba PCF • může se střídat s EDCA přístupem • používá kratší IFS – dokáže převzít volný kanál
• podpora pro QoS
Formát MAC rámce
Formát MAC rámce n
Frame Control Field – – – – – – – – –
Protocol Version - verze protokolu, jen 00 Type – správa (management, 00), řídicí (control, 01), datový (data, 10) Subtype – funkce rámce podle typu To DS – cíl rámce je v DS From DS – zdroj rámce je v DS More fragments – další fragmenty následují Retry – opakované vysílání Power management – režim stanice po dokončení přenosu (1 – PS) More data – AP má další data pro stanici indikující PS, stanice má další data v CFP – W (Protected Frame) – indikace zabezpečení – Order – vyžadováno zachování pořadí rámců
Formát MAC rámce n
D/I – Duration/Connection ID – doba přidělení kanálu/identifikace spojení (Association ID)
n
Address – adresy, SA, DA, TA, RA • pozice podle typu rámce, ne vždy všechny
n
SC – Sequence Control – číslování rámců – 4 bity Fragment, 12 bitů Sequence.
n
Frame Body – data nebo fragment dat
n
CRC – 32 bitová kontrolní informace
Řídicí a datové rámce n
Řídicí rámce – Power save poll (PS-poll)
– – – – – n
Request to send (RTS) Clear to Send (CTS) Acknowledgement (ACK) Contention – free end (CF end) CF end + CF Ack
Datové rámce (existují i tytéž bez dat) – Data (Null – bez dat) – – – –
Data + CF-Ack (CF-Ack – bez dat) Data + CF-Poll (CF-Poll – bez dat) Data + CF-Ack + CF-Poll (CF-Ack + CF-Poll – bez dat) další pro QoS služby …
Rámce správy n n n n n n n n n n n
Association request Association response Re-association request Re-association response Disassociation Probe request Probe response Beacon Announcement traffic indication message – ad hoc sítě Authentication De-authentication
Zabezpečení n
WEP (Wired Equivalent Privacy) – součást původního standardu 802.11 – proudová šifra RC4 se 40 bitovým klíčem • spolu s 24 bitovým inicializačním vektorem 64 bitů – inicializační vektor se mění pro každý rámec
• po odstranění vládních (USA) restrikcí 104 bitů (celkem 128)
– cílem bylo zajistit stejnou úroveň bezpečnosti jako po metalickém vedení • lze prolomit v řádu minut (i delší klíče) n
WPA (WiFi Protected Access) – – – –
podle pracovní verze (draft 3) IEEE802.11i stejná šifra (RC4), ale delší inicializační vektor (48 b) a klíč (128 b) dynamická změna klíče autentikace rámců • detekce podvržených rámců
Zabezpečení n
IEEE802.11i (WPA2) – využívá blokovou šifru AES (Advanced Encryption Standard) – umožňuje zajistit integritu, utajení a autentikaci
n
Základní zabezpečení – vypnout vysílání Beacon rámců (síť se sama aktivně „nepropaguje“) • a změnit standardní SSID • lze odposlechnout
– omezit přístup podle MAC • lze odposlechnout
– využívat WEP, WPA – pro WiFi vyhradit zvláštní VLAN • omezení škod při průniku
– použít šifrování (autentikaci …) ve vyšších vrstvách • VPN (Virtual Private Network)
Přehled IEEE802.16 (WiMAX) n n
Určen jako bezdrátová alternativa přístupových sítí (např. ADSL, kabelových apod.) nebo pro připojení lokálních WiFi sítí Na rozdíl od WiFi má zabudované mechanismy QoS – TDMA s proměnnou délkou časového slotu – nově i proměnná šířka kanálu, prostorový multiplex
n
IEEE 802.16 – původní standard – určen pro provoz mezi 10 – 66 GHz (ne v celém pásmu najednou !!) – využívá OFDM modulaci (256 nosných)
n
IEEE 802.16a – update i pro 2 – 11 GHz – nevyžaduje přímou viditelnost
n
IEEE 802.16d (správně 802.16-2004) – také nazýván „fixed“ WiMAX – podle této verze pracuje velká většina současných implementací
Přehled IEEE802.16 (WiMAX) n
IEEE 802.16e (správně 802.16e-2005) – také nazýván „mobile“ WiMAX – SOFDMA (Scalable OFDMA) • mění počet OFDM nosných při změně šířky kanálu (konstantní rozestup)
– využití MIMO technologie – využití adaptivních anténních systémů • směrování vysílání bez natočení antén
– výkonné FEC • Turbo kódy, LDPC kódy
– přidána QoS podpora pro VoIP – přidána podpora pro mobilitu síťového terminálu
Přehled IEEE802.16 (WiMAX)
Přehled IEEE802.16 (WiMAX) n
Základnová stanice a koncové zařízení – architektura point - multipoint – dosah až 50 km (8000 km2) – přenosová rychlost až 100 Mbit/s
Porovnání WiFi - WiMAX n
n
n
Kanály o šířce 20 MHz se vzájemně překrývají AP je schopen efektivně obsluhovat několik málo desítek uživatelů Nedeterministické řízení
n
n n
– QoS – podpora pro audio a video – možnost separátního řízení QoS pro jednotlivé uživatele
– pouze prioritní přístup – negarantuje maximální zpoždění pro audio a video n
Deklarovaný dosah do 100 m – komunikace se vzdálenými uživateli brzdí i ty blízké
Nepřekrývající se kanály s šířkou pásma od 1.5 do 20 MHz Základnová stanice může obsluhovat tisíce uživatelů Deterministické řízení
n
Deklarovaný dosah do 50 km – nezáleží na rozdílu vzdáleností uživatelů
Porovnání WiFi - WiMAX n n
n n
n
n
Toleruje vícecestné šíření s rozdílem do 0.8 s Podpora pro inteligentní antény až v připravovaném 802.11n Zpočátku problémy se zabezpečením Osvědčená technologie, dlouholeté provozní zkušenosti Velmi levné řešení Pouze bezlicenční pásma – mohou být problémy s rušením
n n n
n
Toleruje vícecestné šíření s rozdílem do 10 s Podporuje i „mesh“ struktury a moderní „inteligentní“ antény Od počátku kvalitní zabezpečení komunikace Nová technologie – mnoho implementací nedosahuje maxima možností – nyní dostupná jen 802.16d
n n
Zatím dražší Licencovaná i bezlicenční pásma
Přehled IEEE802.15 n n n n
WPAN (Wireless Personal Networks) 802.15.1 – Bluetooth 802.15.2 – koexistence s dalšími službami v bezlicenčních pásmech 802.15.3 – vysokorychlostní WPAN – 3a - neúspěšný boj mezi dvěma soupeřícími technologiemi – 3b - update základního standardu (až 50 Mbit/s) – 3c - UWB v pásmu 57 až 64 GHz, x Gbit/s
n
802.15.4 – nízkorychlostní WPAN – na něm postaven např. protokol ZigBee – existuje i řada proprietárních nadstaveb – 4a - C-UWB a CSS (Chirp Spread Spectrum) alternativy
IEEE802.15.1 - Bluetooth n n
n n
Pracuje v ISM pásmu 2.4 GHz Jedná se o komplexní protokolový zásobník až na úroveň aplikační vrstvy Různé komunikační rychlosti, vysílací výkony a dosah zařízení Typická aplikace je ad-hoc formovaná pikosíť zařízení s dočasnou funkcí – existuje i podpora routování mezi pikosítěmi – scatternets
n
Dobře vyřešena bezpečnost – před započetím komunikace je nutné párování – podpora šifrování komunikace
n
Specifická podpora pro různé typy přenosů – soubory, video, audio …
Bluetooth – pikonet a scatternet Piconet Scatternet
IEEE802.15.1 - Bluetooth Architektura
vMessage
vNote
vCal
OBEX
Dial-up Networking
Telephony Control Protocol
vCard
Group Call
Cordless
Headset
Intercom
User Interface
Voice
n
Fax
Service Discovery Protocol
HOST
RFCOMM (Serial Port)
L2CAP Host Control Interface
Link Manager
Link Controller Baseband RF Silicon
Bluetooth Stack
Applications
MODULE
IEEE802.15.1 - Bluetooth n
RF vrstva – ISM pásmo 2.4 GHz – komunikační rychlost až 720 kbit/s (1 Mbit/s) • verze 2.0 nabízí EDR (Enhanced Data Rate) až 2.1 Mbit/s (3 Mbit/s) – FHSS, 79 kanálů po 1 MHz • 1600 skoků za sekundu • nově adaptivní FHSS – vynechává rušené kanály • sekvenci určuje master pikosítě • GFSK modulace (BR), π/4-DPSK resp. 8DPSK (EDR) – vysílací výkon rádiové části definuje třídu zařízení • class 1 – do 100 mW, dosah až 100 m • class 2 – do 2.4 mW, dosah do 10 m • class 3 – do 1 mW, dosah do 1 m
IEEE802.15.1 - Bluetooth n
„Baseband“ vrstva – definuje fyzické subkanály mezi masterem pikosítě a jednotlivými účastníky • Master – Slave struktura • vysílání řízeno prostřednictvím TDMA
– Master může současně komunikovat s až 7 aktivními zařízeními v jedné pikosíti • další mohou být neaktivní
– Master přiděluje zařízením jednotlivé časové sloty • slot má délku 1/1600 s • rámec může obsadit několik po sobě jdoucích slotů (1, 3, 5)
– volitelný ARQ mechanismus • široké možnosti parametrizace
IEEE802.15.1 - Bluetooth n
„Link Manager“ vrstva – správa logických spojení • Link Management Protocol (LMP) • standardní vyhrazené ACL spojení pro management (L2CAP)
– multiplexování jednotlivých spojení do fyzického subkanálu – synchronní přenos (Synchronous Connection Oriented – SCO) • synchronní přenosy nebo isochronní přenosy s konstantní bitovou rychlostí
– asynchronní (Asynchronous Connection Oriented - ACL) • nepravidelný přenos nebo isochronní přenos s proměnným bitovým tokem
– poskytuje rozhraní pro data obsahující interně rozdělení do rámců nebo pro čisté datové streamy
IEEE802.15.1 - Bluetooth n
„L2CAP“ vrstva – Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP) – vytváří logické kanály pro jednotlivé aplikace a služby – zajišťuje segmentaci a zpětné spojování dat • doplňuje členění dat na pakety
– zajišťuje multiplexování více kanálů do logického spojení – jednotlivé kanály mohou zajišťovat lepší zabezpečení obsahu • potřebné především pro přenosy delších rámců
a potvrzování více rámců (okno jako u TCP) apod. – obvykle už implementována v SW hostitele
IEEE802.15.1 - Bluetooth n
Nejdůležitější protokoly vyšších vrstev – zajišťují interoperabilitu na vyšší úrovni – RFCOMM • emulace sériové linky • využit např. profilem SPP
– OBEX (Object Exchange) • výměna objektů mezi zařízeními • využit např. profilem GOEP (a tedy i FTP) – AVCTP (Audio/Video Control Transport Protocol) • ovládání funkcí A/V zařízení • využit např. profilem AVRCP
– AVDTP (Audio/Video Distribution Transport Protocol) • distribuce A/V
– BNEP (Bluetooth Network Encapsulation Protocol) • využívá např. PAN profil
IEEE802.15.1 - Bluetooth n
Nejdůležitější profily aplikací a služeb – zajišťují interoperabilitu na nejvyšší úrovni – GAP (Generic Access Profile) • povinně ve všech zařízeních • umožňuje vytvořit spojení mezi Bt zařízeními
– GOEP (Generic Object Exchange Profile) • výměna objektů (např. souborů, vizitek …)
– GAVDP (General A/V Distribution Profile) • distribuce audia/videa
– A2DP (Advanced Audio Distribution Profile) • jednosměrný přenos audia
– AVRCP (Audio/Video Remote Control Profile) • ovládání přehrávače
– BPP (Basic Printing Profile) • tisk z/na BT zařízení
IEEE802.15.1 - Bluetooth n
Nejdůležitější profily aplikací a služeb – BIP (Basic Image Profile) • přenosy obrázků
– DUN (Dial-up Networking Profile) • podpora přístupu k Internetu
– FTP (File Transfer Profile) • přenos souborů mezi Bt zařízeními
– HFP (Hands-Free Profile) – HID (Human Interface Device Profile) • klávesnice, myš
– – – –
HSP (Headset Profile) SDAP (Service Discovery Application Profile) SPP (Serial Port Profile) SAP (SIM Access Profile)
IEEE802.15.1 - Bluetooth n
Shrnutí – komunikace především na krátkou vzdálenost • bezdrátová náhrada USB nebo sériové linky
– – – –
omezená podpora směrování relativně dobrá úroveň zabezpečení poměrně dlouhá doba na vytvoření pikosítě poměrně vysoká spotřeba • nelze dlouhodobě (měsíce, roky) napájet z baterií
– protokol definován až na aplikační úroveň (profily) • dnes velmi dobrá interoperabilita
– pro průmyslové aplikace jsou vhodnější buď WiFi (802.11) nebo sítě podle 802.15.4 (např. ZigBee). Bt je parametry někde „mezi“
IEEE802.15.4 a ZigBee Aplikace
definuje systémový integrátor
ZigBee
definuje ZigBee Aliance
IEEE 802.15.4 MAC
IEEE 802.15.4 868/915 MHz PHY
IEEE 802.15.4 2400 MHz PHY
definuje IEEE802.15.4
IEEE802.15.4 n n
Definuje fyzickou a linkovou (MAC) vrstvu Komunikace v bezlicenčních pásmech, DSSS – ISM 2.4 GHz • 16 kanálů, QPSK modulace • max. 250 kbit/s – ISM 915 MHz, pouze USA • 10 kanálů, BPSK • max. 40 kbit/s – 868 MHz, pouze Evropa • 1 kanál, BPSK • max. 20 kbit/s
n n n
Hvězdicová nebo peer-to peer struktura Nízký vysílací výkon (1 mW), krátký dosah (10 – 30 m uvnitř) Velmi nízká spotřeba
IEEE802.15.4 n
Rámec fyzické vrstvy – – – –
Preamble – 32 bitů, slouží k synchronizaci přijímačů Start of Packet Delimiter – 8 bitů, začátek rámce PHY hlavička – 8 bitů, délka rámce PSDU – data rámce
Preamble
Start of Packet Delimiter
6 Octets
PHY Header
PHY Service Data Unit (PSDU)
0-127 Octets
IEEE802.15.4 n
MAC vrstva – 3 typy zařízení – Koordinátor • udržuje informace o celé síti – FFD (Full Function Device) • může komunikovat s jakýmkoliv zařízením v síti a převzít úlohu koordinátora • mohou vytvářet libovolnou topologii – RFD (Reduced Function Device) • omezená (jednodušší) implementace • může komunikovat pouze s FFD – pouze hvězdicová topologie
• nemůže být koordinátorem sítě • typické pro koncová zařízení
IEEE802.15.4 n
MAC vrstva – příklad struktury sítě
Full Function Device Reduced Function Device
IEEE802.15.4 n
MAC vrstva – struktura MAC rámce
PHY Layer
MAC Layer
Payload
n
Synch. Header (SHR)
PHY Header (PHR)
MAC Header (MHR)
MAC Service Data Unit (MSDU)
MAC Protocol Data Unit (MPDU) PHY Service Data Unit (PSDU)
4 typy rámců – – – –
datový (DATA) synchronizační (BEACON) potvrzovací (Acknowledge) příkazový (MAC Command)
MAC Footer (MFR)
IEEE802.15.4 n n
MAC vrstva – přístupová metoda 2 varianty – s BEACON rámcem a bez něj – bez BEACON rámce – klasická CSMA/CA – s BEACON rámcem • CSMA/CA s časovými sloty (slotted CSMA/CA) • implementována struktura superrámce (super-frame) – BEACON je vysílán koordinátorem sítě v pravidelných intervalech (15 ms – 252 s) » zařízení mohou být mezitím v režimu spánku – mezi BEACON rámci je definováno 16 časových slotů – umožňuje časovou synchronizaci a rezervaci kanálů pro jednotlivá zařízení
• CSMA/CA metoda využita jen pro žádosti o rezervaci pásma
IEEE802.15.4 n
MAC vrstva – typy přenosů dat – periodický
• sběr dat ze senzorů – aperiodický (řízený událostmi)
• vyvolaný např. stiskem spínače – opakovaný s nízkým zpožděním n
• např. řídicí smyčka MAC vrstva – zabezpečení dat – kontrola přístupu (Access Control)
• seznam zařízení, s nimiž je povolená komunikace – šifrování dat
• AES-128 standard • klíč sdílen buď po dvojicích nebo skupinách
ZigBee n n
Nadstavba nad IEEE 802.15.4 Umožňuje vytvářet libovolné topologie sítí – star, mesh, cluster tree
n
Dosah mezi 10 a 30 metry uvnitř budov – vysílací výkon je 1 mW
n
Umožňuje bateriové napájení některých uzlů sítě – vysoký poměr mezi dobou „spánku“ a aktivity – až 2 roky z AA baterií
n
Definuje obecný framework a aplikační profily – nízké nároky na zdroje • 32 kB ROM (4 kB pro jednoduchá zařízení) • 8 kB RAM (1 kB i méně pro jednoduchá zařízení)
ZigBee n
Model ZigBee sítě
ZigBee n
Architektura
ZigBee n
Síťová vrstva – směrování využívá algoritmus AODV (Ad Hoc On Demand Distance Vector) – definován v RFC3561 – cesta se hledá při vzniku požadavku • vysílají se specielní rámce (discovery pakety) pro nalezení cesty k cíli • uzel, který již zná cestu k cíli, posílá odezvu
– není výpočetně náročný – při větším počtu záznamů ve směrovací tabulce paměťově náročný
ZigBee n
Aplikační vrstva – podvrstva APS – ZigBee device objekt • obsahuje informace popisující zařízení a jeho roli v síti
– aplikační objekty – adresace jednotlivých objektů prostřednictvím koncových bodů (endpoint) • Endpoint 0 – ZigBee Device Object
– komunikace je postavena na profilech • standardně se využívá sériový profil
Porovnání bezdrátových technologií GRAPHICS INTERNET
HI-FI AUDIO
STREAMING VIDEO
DIGITAL VIDEO
MULTI-CHANNEL VIDEO
>
LONG
TEXT
SHORT
< RANGE
802.11b
LAN
802.11a/HL2 & 802.11g Bluetooth 2
ZigBee
PAN
Bluetooth1
LOW
< DATA RATE
>
HIGH
Radio Frequency Identification (RFID) n
n n
Bezdrátová náhrada čárových kódů, magnetických pásků, kontaktních identifikátorů apod. RFID systém = RFID prvek (Tag) + čtečka Velikost RFID prvků – podle provedení a aplikace od < 1 mm do rozměrů stránky knihy
n
Typy funkcí RFID prvků – pouze ID – typicky 8 - 16 bajtů jedinečné identifikace – vybavené pamětí (ROM, RW) – obsahující senzory (tlak, teplota)
n
Nejen pouhá identifikace – lékařské záznamy – bankovní záznamy
Aplikace RFID n
První aplikace už ve 2. světové válce – Britové využívali k identifikaci letadel (friend or foe)
n n n
Značení nebezpečných materiálů Přístupové systémy – pasy Dopravní systémy – identifikace zásilek – sklady, kontejnery – i lokalizace !!! – výběr mýtného
n
Prodejny – ochrana vůči odcizení – automatické pokladny
n
Výrobní technologie – identifikace komponent a výrobků
n
Identifikace zvířat – velkochovy, domácí zvířata
Radio Frequency Identification (RFID) n
Zabezpečení komunikace – žádné – nejčastější případ – autentikace heslem – šifrovaná komunikace
n
Ukončení činnosti senzoru (Kill feature) – např. u pokladny supermarketu
n
Napájení RFID prvků – aktivní • vlastní baterie, vyšší dosah a spolehlivost, omezená životnost – pasivní • energie získána absorbcí VF pole čtečky • nízký dosah, nižší spolehlivost – semi-aktivní – baterie jen pro napájení „paměti“ • nízký dosah, spolehlivost jako u aktivního napájení
Radio Frequency Identification (RFID) n
V případě více RFID v jednom místě dochází k interferenci ve vysílání – řešením je protokol pro selektivní výběr jednoho prvku
n
Lze realizovat duplexní přenos – příjem (a napájení) na jedné a vysílání na jiné frekvenci
n
Největším problémem je anténa a její rozměry – u LF se využívá induktivní vazby (až několik set závitů) – u HF stačí několik závitů planární technologií – u UHF se využívají modifikované antény
n
Nejčastěji jsou využívána bezlicenční pásma – u nízkých frekvencí (LF, 125 kHz, 134 kHz) komunikace v blízkém poli – u vyšších frekvencí (HF, 13.56 MHz) ve vzdáleném – v Evropě i 868 MHz, v USA 915 MHz (UHF)
Radio Frequency Identification (RFID)
Radio Frequency Identification (RFID) n
Pro aplikaci je třeba zvolit vhodný frekvenční rozsah a typ RFID
Radio Frequency Identification (RFID) n
Electronic Product Code − − −
základní identifikační prvek tagu unikátní číslo pro každý jednotlivý tag 96 resp. 64 bitů, možno rozšířit na 128 bitů Hlavička 8 bitů
ID výrobce 28 bitů
Určeno EPCglobal
n n
Typ výrobku 24 bitů
Sériové číslo výrobku 36 bitů
Určeno výrobcem
Hlavička - typ údaje v EPC, verze, generace Nešifrovaný přenos
Radio Frequency Identification (RFID) Anténa
Paměťový čip
Kondenzátor Podložka
Radio Frequency Identification (RFID)
Radio Frequency Identification (RFID) n n n n n
n
Stále dražší v porovnání s čárovými kódy Nevhodné do všech prostředí Vzájemné rušení čteček Snadný odposlech, možnost podvrhu ID – otevřená komunikace Jednoduchá možnost odstínění Otázky ochrany soukromí
