VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMATIZACE A INFORMATIKY FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF AUTOMATION AND COMPUTER SCIENCE

POUŽITÍ BEZDRÁTOVÝCH TECHNOLOGIÍ PRO KOMUNIKACI V MOBILNÍ ROBOTICE USING OF WIRELESS TECHNOLOGIES FOR COMMUNICATION IN MOBILE ROBOTICS

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR‘S THESIS

AUTOR PRÁCE

PAVEL NEKULA

AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR

ING. TOMÁŠ MARADA, PH.D.

ÚAI FSI VUT v Brně

Bakalářská práce

Strana

2


Zadání bakalářské práce


Strana

3



Strana

4



Strana

5

Licenční smlouva POSKYTOVANÁ K VÝKONU PRÁVA UŽÍT ŠKOLNÍ DÍLO uzavřená mezi smluvními stranami: 1. Pan/paní Jméno a příjmení: Pavel Nekula Bytem: Dyjákovičky 140, Znojmo 669 02 Narozen/a: 23.07. 1984, Znojmo (dále jen „autor“) a 2. Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství se sídlem Technická 2896/2, 616 69 Brno jejímž jménem jedná na základě písemného pověření děkanem fakulty: Doc. RNDr. Ing. Miloš Šeda, Ph.D., ředitel ÚAI (dále jen „nabyvatel“) Čl. 1 Specifikace školního díla 1. Předmětem této smlouvy je vysokoškolská kvalifikační práce (VŠKP): □ disertační práce □ diplomová práce □ bakalářská práce □ jiná práce, jejíž druh je specifikován jako ....................................................... (dále jen VŠKP nebo dílo) Název VŠKP:

Použití bezdrátových technologií pro komunikaci v mobilní robotice

Vedoucí/školitel VŠKP:

Ing. Tomáš Marada, Ph.D.

Ústav:

Ústav automatizace a informatiky

Datum obhajoby VŠKP: VŠKP odevzdal autor nabyvateli v*: □ tištěné formě

*

–

počet exemplářů : 2

□ elektronické formě –

počet exemplářů : 3

hodící se zaškrtněte



Strana

6

2. Autor prohlašuje, že vytvořil samostatnou vlastní tvůrčí činností dílo shora popsané a specifikované. Autor dále prohlašuje, že při zpracovávání díla se sám nedostal do rozporu s autorským zákonem a předpisy souvisejícími a že je dílo dílem původním. 3. Dílo je chráněno jako dílo dle autorského zákona v platném znění. 4. Autor potvrzuje, že listinná a elektronická verze díla je identická.

Článek 2 Udělení licenčního oprávnění 1. Autor touto smlouvou poskytuje nabyvateli oprávnění (licenci) k výkonu práva uvedené dílo nevýdělečně užít, archivovat a zpřístupnit ke studijním, výukovým a výzkumným účelům včetně pořizovaní výpisů, opisů a rozmnoženin. 2. Licence je poskytována celosvětově, pro celou dobu trvání autorských a majetkových práv k dílu. 3. Autor souhlasí se zveřejněním díla v databázi přístupné v mezinárodní síti □ ihned po uzavření této smlouvy □ 1 rok po uzavření této smlouvy □ 3 roky po uzavření této smlouvy □ 5 let po uzavření této smlouvy □ 10 let po uzavření této smlouvy (z důvodu utajení v něm obsažených informací) 4. Nevýdělečné zveřejňování díla nabyvatelem v souladu s ustanovením § 47b zákona č. 111/ 1998 Sb., v platném znění, nevyžaduje licenci a nabyvatel je k němu povinen a oprávněn ze zákona. Článek 3 Závěrečná ustanovení 1. Smlouva je sepsána ve třech vyhotoveních s platností originálu, přičemž po jednom vyhotovení obdrží autor a nabyvatel, další vyhotovení je vloženo do VŠKP. 2. Vztahy mezi smluvními stranami vzniklé a neupravené touto smlouvou se řídí autorským zákonem, občanským zákoníkem, vysokoškolským zákonem, zákonem o archivnictví, v platném znění a popř. dalšími právními předpisy. 3. Licenční smlouva byla uzavřena na základě svobodné a pravé vůle smluvních stran, s plným porozuměním jejímu textu i důsledkům, nikoliv v tísni a za nápadně nevýhodných podmínek. 4. Licenční smlouva nabývá platnosti a účinnosti dnem jejího podpisu oběma smluvními stranami. V Brně dne: …………………………………….

………………………………………… Nabyvatel

……………………………….. Autor



Strana

7

Abstrakt V této práci je provedena detailní rešerše bezdrátových technologií, které lze aplikovat při přenosu dat mezi mobilními roboty a PC nebo mezi mobilními roboty navzájem. Dalším cílem bylo detailní srovnáni jednotlivých technologií a návrh konkrétní vhodné technologie s ohledem na velikost a další schopnosti a vlastnosti konkrétního robota. Posledním ze stanovených cílu bylo navrhnout skupinu komunikačních modulů pro již jmenovanou skupinu bezdrátových technologií a v závěru porovnat jejich základní parametry.

Abstract In this work are documented detailed solutions of wireless technologies, which are able to be applied in transfers of daters between mobile robots and PC or mobile robots with each other. Intend was detailed comparing of individual technologies and proposal of suitable specific technology bearing in mind the size and other characteristics and nature of particular robot. Last from all given aims was to design a group of communication modules for above referred group of wireless technologies and in the end to compare their basic levels.

Klíčová slova Mobilní robot, bezdrátové technologie, IrDA, Bluetooth, ZigBee, WiFi.

Keywords Mobile robot, wireless technology, IrDA, Bluetooth, ZigBee, WiFi.



Strana

8



Strana

9

Poděkování Na tomto místě bych chtěl poděkovat všem, kteří mi byli nápomocní při zhotovování bakalářské práce. Především děkuji vedoucímu mé bakalářské práce Ing. Tomášovi Maradovi, Ph.D. za cenné rady a připomínky.



Strana

10



Strana

11

Obsah Zadání bakalářské práce.............................................................................................3 Licenční smlouva .......................................................................................................5 Abstrakt......................................................................................................................7 Klíčová slova..............................................................................................................7 Poděkování.................................................................................................................9 Seznam použitých zkratek .......................................................................................15 1 Úvod.................................................................................................................17 2 Irda ...................................................................................................................19 2.1 Úvod.........................................................................................................19 2.2 Historie.....................................................................................................19 2.3 Fyzická vrstva Irda...................................................................................19 2.3.1 Irda 1.0 .................................................................................................19 2.3.2 Irda 1.1 .................................................................................................20 2.4 Linkové vrstvy .........................................................................................21 2.4.1 Vrstva IrLAP........................................................................................21 2.4.2 Vrstva IrLMP .......................................................................................22 2.4.3 Irda Transport Protocols ......................................................................22 2.5 Vysílač a přijímač použitelný v mobilní robotice....................................22 3 VF moduly .......................................................................................................23 3.1 Úvod.........................................................................................................23 3.2 Modulace .................................................................................................23 3.2.1 Amplitudová modulace........................................................................23 3.2.2 Frekvenční modulace...........................................................................23 3.3 Kódování..................................................................................................24 3.3.1 DTFM Modulace .................................................................................24 3.3.2 Zabezpečení cyklickým kódem CRC ..................................................24 3.3.3 Zabezpečení paritou .............................................................................24 3.4 Kódy pro odstranění stejnosměrné složky ...............................................25 3.4.1 Bitové kódování ...................................................................................25 3.4.2 Bytové kódování ..................................................................................25 3.5 VF moduly použitelné v mobilní robotice...............................................25 3.5.1 AC 4868 – 250.....................................................................................25 3.5.2 Integra One 433 MHz ..........................................................................25 3.5.3 Transceiver BiM1 ................................................................................26 3.5.4 Vysílač TX-SAW 433 a přijímač RX-BC-NBK..................................26 4 Bluetooth..........................................................................................................27 4.1 Úvod.........................................................................................................27 4.2 Historie.....................................................................................................27 4.3 Topologie sítě ..........................................................................................27 4.4 Technická řešení ......................................................................................28 4.4.1 Frekvenční pásma ................................................................................28 4.4.2 Základní koncepce komunikační jednotky ..........................................29 4.4.3 Definice kanálu ....................................................................................30 4.4.4 Synchronní a asynchronní přenos ........................................................30 4.5 Komunikační profily a architektura přenosových protokolů...................31 4.5.1 Baseband, link layer kontrol ................................................................31 4.5.2 Link manager protocol.........................................................................31



Strana

12

4.5.3 Host controller interface.......................................................................31 4.5.4 Logical link kontrol and adaptation protocol .......................................32 4.5.5 Radio frequency communications port ................................................32 4.5.6 Service discovery protocol...................................................................32 4.5.7 Telephony – control binary ..................................................................32 4.5.8 Audio....................................................................................................32 4.5.9 Telephony control – AT commands.....................................................32 4.5.10 Point-to-point .....................................................................................33 4.5.11 Protokol TCP/IP .................................................................................33 4.5.12 WAP ...................................................................................................33 4.5.13 Protokol OBEX ..................................................................................33 4.6 Profily v Bluetooth...................................................................................33 4.6.1 Generic access profile ..........................................................................33 4.6.2 Service discovery application profile...................................................33 4.6.3 Serial port profile .................................................................................33 4.6.4 Dial-up networking profile...................................................................34 4.6.5 LAN access profile...............................................................................34 4.6.6 Generic object exchange profile ..........................................................34 4.6.7 File transfer profile...............................................................................34 4.7 Bezpečnost a spolehlivost přenosu ..........................................................34 4.8 Moduly Bluetooth pro mobilní robotiku..................................................35 4.8.1 BT Module F2M03GLA ......................................................................35 4.8.2 LinkMatik 2.0.......................................................................................35 4.8.3 Ezurio TRBLU23 - 00200 – 03............................................................36 4.8.4 C-Com BTM-105.................................................................................36 5 ZigBee..............................................................................................................37 5.1 Úvod.........................................................................................................37 5.2 Historie.....................................................................................................37 5.3 Topologie sítě...........................................................................................37 5.4 Technická řešení ......................................................................................38 5.4.1 Frekvenční pásma ................................................................................38 5.4.2 Referenční model .................................................................................39 5.4.3 Synchronizace zařízení ZigBee............................................................41 5.4.4 Spotřeba zařízení..................................................................................41 5.5 Zabezpečení komunikace.........................................................................42 5.6 Moduly ZigBee pro mobilní robotiku......................................................43 5.6.1 ZigBee RC 230x...................................................................................43 5.6.2 Pixie DS 481 ........................................................................................43 5.6.3 ZigBee Zebra........................................................................................44 5.6.4 ZigBee ZMN-2400..............................................................................44 6 Wifi ..................................................................................................................45 6.1 Úvod.........................................................................................................45 6.2 Historie.....................................................................................................45 6.3 Přehled standardů IEEE 802.11 ...............................................................45 6.4 Topologie sítě...........................................................................................46 6.4.1 Infrastrukturní sítě................................................................................46 6.4.2 Ad – hoc ...............................................................................................47 6.5 Rozdělení kmitočtových pásem ...............................................................47 6.5.1 Bezlicenční pásmo – ISM ....................................................................47



Strana

13

6.5.2 Licenční pásmo – UNII........................................................................48 6.6 Fyzická vrstva standardu 802.11 .............................................................48 6.6.1 Rozprostřené spektrum ........................................................................48 6.7 Spojová vrstva a MAC podvrstva............................................................49 6.7.1 Koordinace přístupu k médiu...............................................................49 6.7.2 Formát MAC rámce .............................................................................50 6.7.3 Struktura Frame Control ......................................................................50 6.8 Zabezpečení .............................................................................................51 6.9 Moduly Wifi pro mobiliní robotiku .........................................................52 6.9.1 Ezurio wireless Lan modul ..................................................................52 6.9.2 EZL – 80c ............................................................................................52 6.9.3 HW 86050............................................................................................53 7 Závěr ................................................................................................................55 Použitá literatura ......................................................................................................59



Strana

14



Seznam použitých zkratek PAN SIG ISM MIMO CSMA/CA DCF RTS CTS PCF DoS WEP MAC IrDA Wifi SIR MIR PPM FIR CRC SCO ACL IEEE AES MIC CAP CFP GTS DSSS AP OFDM FHSS WLAN WECA

Personal Area Network Special Interest Group Industrial Scientific Medical Multiple Input Multiple Output Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance Distributed Coordination Function Request To Send Clear To Send Point Coordination Function Denial of Services Wired Equivalent Privacy Media Access Control Infrared Data Association Wireless Fidelity Serial InfraRed Medium InafraRed Pulse Position Modulation Fast Infrared Cyclic Redundancy Check Synchronous Connection Oriented Asynchronous Connectionless The Institute of Electrical and Electronics Engineers Advanced Encryption Standard Message Integrity Code Contention Access Period Contention Free Period Guaranteed Time Slot Direct Sequence Spread Spektrum Access Points Orthogonal Frequency Division Multiplexing Frequency Hopping Spread Spectrum Wireless Local Area Network Wireless Ethernet Compatibility Alliance

Strana

15



Strana

16


1


Strana

17

Úvod

Bezdrátové komunikace tvoří jednu z nejdynamičtěji se rozvíjejících komunikačních oblastí. V současné době jsou bezdrátové spoje alternativou metalických nebo optických linek. Jejich rozvoj umožňuje realizovat propojení sítí velmi vysokými rychlostmi na čím dál větší vzdálenosti, integrovat hlas a data. Současná popularita bezdrátových přenosů není zdaleka dána jen potřebami mobilních uživatelů. Bezdrátové technologie se dnes uplatňují všude, kde prakticky k žádným pohybům nedochází právě díky své „bez-drátovosti’’, neboli díky absenci hmotných vodičů, resp. drátů. Mnohdy má tento moment rozhodující roli. V historicky chráněných budovách není možné zasahovat do stěn kopáním či natahováním kabelů, tak se zde musí zvolit jiné řešení – bezdrátové. Mnozí z nás se vystavují bezdrátové komunikaci prakticky denně a dovolím si tvrdit, že o tom ani sami neví. Ano je to tak, neboť mám na mysli komunikaci formou mobilních telefonů, popřípadě obsluhu televizorů pomocí dálkového ovladače, který v sobě skrývá IrDA vysílač. V současné době vítězí volba bezdrátového řešení, nad volbou použít vedení metalické. Tak je tomu i v robotice. Do popředí se dostává mobilní robot, který je řízen bezdrátově a můžeme s ním snadněji komunikovat a následně poté i manipulovat. Cílem mé práce je nastínit komunikační bezdrátové standardy, pomocí kterých lze bezdrátově komunikovat mezi mobilním robotem a PC nebo mezi více mobilními roboty navzájem. Po prostudování mnoha různých materiálů o bezdrátových standardech jsem došel k názoru, že pro již zmíněnou komunikaci mezi mobilní robotem a PC bude nejvhodnější následující pětice bezdrátových technologií: IrDA, VF technologii, Bluetooth, ZigBee a WiFi. Technologie bezdrátového přenosu dat jsou níže stručně popsány a jsou u nich rovněž uvedeny moduly, které lze aplikovat na samotného mobilního robota o různých vlastnostech.



Strana

18


2

Irda

2.1

Úvod do problematiky


Strana

19

IrDA je standard vytvořený IrDA konsorciem definující bezdrátový přenos dat díky infračervenému zářeni. IrDA ve svých specifikacích definuje standardy fyzických koncových zařízeni a protokolů, jimiž komunikují IrDA zařízení. Tento standard vznikl pro potřebu mobilně propojit různé zařízení mezi sebou. Hlavní využití IrDA je pro spojení notebooků, PDA a mobilních telefonů, ale hlavně kde je IrDA přenos využívaný je u ovládání televizorů a audio techniky.[16]

2.2

Historie

V roce 1993 vzniklo IrDA konsorcium za přispění 20 různých společností. Hlavním úkolem bylo navrhnout standard pro bezdrátový přenos dat na velmi krátkou vzdálenost pomocí infračervených paprsků. V roce 1994 byla vydána první verze IrDA standardu. Nyní tento standard popisuje fyzickou vrstvu a protokoly potřebné pro komunikaci dvou zařízení. První standard, značený jako IrDA 1.0, popisuje přenos dat rychlostmi maximálně 115200 bit/s, novější verze IrDA 1.1 obsahuje vylepšení na fyzické vrstvě umožňující přenos dat rychlostí až 4 Mbit/s. V současnosti IrDA sdružuje více než 150 společností, mimo jiné například Hewlett-Packard, IBM, Sharp, Apple, Canon a další, které vydaná doporučení aplikují na své výrobky.[16]

2.3

Fyzická vrstva Irda

IrDA zařízení komunikují pomocí infračervených LED diod s vlnovými délkami vyzařovaného světla 875 nm. PIN fotodiody jsou přijímačem pracujícím v generačním režimu, kdy při dopadu světla na přijímač světlo vyšle elektrony, které se odvádí do elektronického filtru, jenž propustí jen ty frekvence, které jsou povoleny pro daný typ IrDA modulace. Přímou úměru nalezneme mezi energií dopadnutého záření a nábojem, který optická část přijímače vygeneruje. IrDA zařízení dle normy IrDA 1.0 a 1.1 pracují do vzdálenosti 1.0 m při bitové chybovosti BER, které se pohybují kolem 10-9 a maximální úrovni okolního osvětlení 10 lux. Dané hodnoty jsou definovány pro nesouosost vysílače a přijímače 15 stupňů, pro jednotlivé optické prvky se měří výkon do 30 stupňů. Pro větší vzdálenosti existují i směrové vysílače, ty však nedodržují přesně definovaný standard.[16]

2.3.1 Irda 1.0 Přenosové rychlosti používané pro IrDA 1.0 jsou od 2400 do 115200 kbit/s. Prvotní komunikace probíhá vždy rychlostí 9600 bit/s, a proto je podpora této rychlosti oproti ostatním povinná. Používá se pulsní modulace, doba vyzařování světelné energie odpovídá 3/16 délky původní doby trvání bitu a pulsy odpovídají bitům s nulovou hodnotou. Tato metoda se také nazývá SIR. [14]



Strana

20

Obr.1: Doba trvání IR impulsu.

Formát dat je stejný jako na sériovém portu, tedy asynchronně vysílané slovo uvozené startovacím prvkem.

Obr.2: Formát vysílaných dat pří sériovém a IR přenosu.

2.3.2 Irda 1.1 IrDA 1.1 definuje navíc rychlosti 0,576 Mbit/s a 1,152 Mbit/s s pulsní modulací 1/4 délky doby trvání původního bitu. Metoda se někdy označuje jako MIR.

Obr.3: Doba trvání IR impulzu.



Strana

21

Při těchto rychlostech je již paket vysílán synchronně a je uvozen startovací sekvencí (2 x 8 bitů). Následuje cílová adresa (8 bitů), data ukončená 16 bity ochranného kódu CRC a koncová sekvence (8 bitů). Startovací a koncová sekvence se nikde jinde v toku dat nemůže vyskytnout. Pro rychlost 4 Mbit/s se používá impulsová polohová modulace PPM, v níž se 2 bity informace zakódují do pulsu v jedné ze čtyř možných časových pozic - nositelem informace je zde tedy pozice pulsu v čase namísto existence pulsu jako u předchozích modulací. Například bity 00 se vyšlou jako sekvence 1000, bity 01 jako 0100. Tato metoda je nazývá FIR. Důvodem použití 4PPM modulace je to, že je zapotřebí 2x méně bliknutí LED diody než v předcházejících modulacích. Lze tedy přenášet data 2x rychleji. Kromě toho se přijímači lépe udržuje úroveň ostatního osvětlení. Při 4PPM modulaci dopadá na přijímač konstantní počet optických pulzů za danou dobu. Vysílač při bitové rychlosti 4Mbps bliká frekvencí 2MHz. Pakety při této modulaci mají ovšem narozdíl od rychlosti 0.576Mbps a 1.152 Mbps použít kontrolní součet CRC-32. [14]

Obr.4: Doba trvání IR impulzu.

2.4

Linkové vrstvy

2.4.1 Vrstva IrLAP Úkolem vrstvy Link Access Protocol je ovládání přístupu k přenosovému médiu. Její součástí jsou různé procedury pro navázání spojení, nastavení parametrů přenosu, výměnu informací a další funkce. Přístup k médiu pro stanice neúčastnící se spojení je řízen tak, že stanice předtím než začne vysílat, musí sledovat přenosový kanál po dobu minimálně 500 ms, aby bylo jisté, že zde neprobíhá jiná komunikace. Stanice, která se spojení účastní, naopak musí v průběhu 500 ms vyslat data. Přístup stanic, které se účastní spojení, je řízen Poll/Final bitem v každém rámci. Hlavním cílem procedury zajišťující navázání spojení mezi stanicemi, je výměna identifikačních čísel ID obou stanic. Iniciátor spojení vyšle několikrát opakovaně broadcast obsahující jeho vlastní ID. Stanice mezi těmito broadcasty sleduje přenosový kanál. Stanice reagující na tento broadcast vyšlou zpět své vlastní ID. Pokud se vyskytne chyba, může se procedura opakovat. Procedura pro nastavení parametrů slouží ke zjištění a nastavení parametrů komunikace, kterým mohou vyhovět obě strany přenosu. Některé z těchto parametrů, jako například přenosová rychlost, musí být identické pro obě strany přenosu. Další parametry, například maximální délka dat, jsou limitující faktory pro jednu stranu a strana druhá je musí respektovat. Předtím, než jsou známy tyto parametry, probíhá komunikace rychlostí 9.6 kbps asynchronně, s maximální délkou dat 64 byte. Poté, co je uskutečněno spojení, je možno přenosovou rychlost zvýšit až na 115,2 kbps (IrDA 1.0), nebo 4 Mbps (IrDA 1.1) a maximální délku dat nastavit až na 2048 byte. Spojení mezi stanicemi může být typu „oneto-one“, nebo „one-to-many“. Jedna ze stanic vždy hraje roli stanice primární, ostatní jsou



Strana

22

pak sekundární. Cílem primární stanice je kromě správné funkce spojení i znovuobnovení spojení při kolizi v průběhu 500 ms. [16]

2.4.2 Vrstva IrLMP Vrstva Link Management Protocol je nejvyšší vrstva IrDA protokolu a je složena ze dvou částí. První, nazvaná LM-IAS, zabezpečuje údržbu informační báze, ze které mohou ostatní IrDA stanice zjistit, jaká služba je nabízena. Tato informace je reprezentována určitým výčtem objektů asociovaných se skupinou atributů. Druhá část IrLMP vrstvy, nazvaná LM-MUX, zajišťuje vícenásobné spojení nad jednoduchým spojením, které je zprostředkované vrstvou IrLAP. [16]

2.4.3 Irda Transport Protocols Vrstva, jež udržuje pomyslný kanál mezi zařízeními a sama opravuje chyby na lince (ztráta paketu apod.), provádí rozčlenění dat do paketu a jejich znovu sestavení. Nejvíce se podobá TCP. [16]

2.5

Vysílač a přijímač použitelný v mobilní robotice

K přenosu informace infračerveným přenosovým kanálem je zapotřebí vysílač a přijímač infračerveného záření převádějící elektrický signál na optické záření a naopak. Pro infračervený přenos se dosud používala výhradně oblast blízkého infračerveného záření s vlnovou délkou v rozmezí 840 – 960 nm. V současné době se však již objevuje nový standart pokrývající pásmo 700 – 1600 nm. Kritickými místy IR přenosového systému jsou právě vysílací a přijímací bloky. Záření je vysíláno v určitém úhlu a vyzářený výkon na jednotku plochy se vzdáleností poměrně rychle klesá. Z toho vyplývají požadavky kladené na vysílací a přijímací diodu. Pro zajištění bezpečného přenosu na větší vzdálenost by vysílací dioda měla mít co největší výkon, tj. intenzita záření Ie by měla být co největší. Tento požadavek však naráží jednak na omezení maximálního proudu protékajícího infra-diodou a jednak na skutečnost, že velká část IR vysílačů jsou mobilní jednotky napájené z baterií či akumulátorů s poměrně malou kapacitou. Na přijímací straně je potřeba, aby přijímací dioda měla co největší citlivost na záření v přijímaném pásmu. Doporučil bych součástky od firmy VISHAY (www.vishay.com), která vyrábí samotné IrDA vysílače, přijímače i transceivery, které slouží pro vysílání, ale i pro příjem dat . Pro rychlosti do 115 kbps (IrDA 1.0) se prodává transceiver TFDU 4100, jenž je snadno použitelný v kombinaci s komunikací po sériové lince. Další ze součástek VISHAY jsou vysílací LED infradiody TFDU6102 a TFDU6301. Jsou to LED diody, které snesou rychlost modulace až 10 Mbitu. V nabídce je více variant, ale mezi součástkami je minimální rozdíl.

Obr.5: Vysílač a přijímač IR signálu.



3

VF moduly

3.1


Strana

23

Rozvoj radiokomunikačních prostředků souvisí s vývojem poznatků z oblasti elektromagnetického pole. Po Hertzových pokusech s vyzařováním elektromagnetického pole bylo v roce 1842 dosaženo Morseho telegrafem spojení na vzdálenost 65 km. Roku 1901 se podařilo uskutečnit radiový přenos přes oceán. Revolučním krokem v rozvoji rádiové komunikace byl Flemingův objev vakuové diody a pozdější Lee De Orestův objev vakuové zesilovací triody. Roku 1912 Armstrog a Colpitts použili triodu ke konstrukci zpětnovazebního oscilátoru a roku 1913 byl objeven první anodový modulátor pro amplitudovou modulaci. Díky těmto objevům bylo v roce 1920 zahájeno v USA první rozhlasové vysílání. V poválečných letech byl vývoj elektroniky ovlivněn realizací tranzistoru, která o několik let později umožnila nástup monolitických integrovaných obvodů. [12]

3.2

Modulace

3.2.1 Amplitudová modulace Méně odolná proti rušení je AM modulace. Zejména impulsní rušení vznikající při spínání spotřebičů nebo v nedokonale odrušené tyristorové regulaci může zapříčinit větší chybovost přenosu. Systém s AM modulací dosahuje nižších přenosových rychlostí typicky do 2400 bit/s. Výhodou je nízká cena modulů. Data lze přenášet kódem, jenž obsahuje stejnosměrnou složku. U modulů pracujících s AM modulací se nejčastěji používá pro přenos digitálních dat On/Off klíčování vysílače. Prakticky se u vysílače zapíná a vypíná nosná vlna logickým signálem. Na přijímací straně se opět kontroluje přítomnost nebo nepřítomnost nosné frekvence a podle toho se nastavuje výstupní logická úroveň. V nabídce jsou však i typy, které lze řídit analogově a tedy spojitě modulovat nosnou vlnu. Tento typ zařízení je určen především pro nenáročný přenos dat malou rychlostí. [7]

Obr.6: Amplitudová modulace.

3.2.2 Frekvenční modulace FM modulace dosahuje vyšší spolehlivosti přenosu. Je prakticky odolná proti impulsnímu rušení. Dosahuje se vyšších přenosových rychlostí kolem 48000 bit/s než u systémů s AM modulací. Ústřední nevýhodou je částečná nemožnost přenášet data kódem, který obsahuje stejnosměrnou složku a také vysoká cena modulů. [7]



Strana

24

Obr.7: Frekvenční modulace.

3.3

Kódování

Pro zvýšení spolehlivosti na úkor snížení rychlosti přenosu lze využít různé metody jako např. zabezpečení dat samo opravnými protokoly, parita a redundance dat.

3.3.1 DTFM Modulace Jako nejjednodušší způsob pro zvýšení spolehlivosti je možnost použití dvoutónové modulace. DTMF modulátor využívá součtu 2 sinusových průběhů o různých frekvencích. Vždy jedné frekvence z dolního pásma (697 až 941 Hz) a jedné z horního pásma (1209 až 1633 Hz). Dohromady je to 16 kombinací, což znamená, že se na vstup modulátoru přivádí 4 bity (paralelně). Následující výhodou proč tento způsob modulace zvolit je, že se DTMF modulátor i demodulátor dodává ve formě integrovaného obvodu s malým odběrem. Pro VF modul, na jehož vstup je možno přivést pouze logický signál, je potřeba předřadit omezovač, který z analogového signálu vytváří logický signál. Z minimální požadované doby vysílání tónů (0,040 s) a z minimální doby prodlevy mezi tóny (0,040 s) můžeme vypočítat max. rychlost přenosu dat tohoto systému:

RYAM = 0,5 ⋅

1 = 6, 25 [bit / s ] ( 0, 040 + 0, 040 )

(1)

kde RYAM je rychlost přenosu dat při amplitudové modulaci VF modulů (dvě 4 bitové slabiky se musí spojit, aby byl vytvořen 1 bajt, proto 0,5 ve vztahu (1)). Uvedený způsob kódování je vhodný pouze v případě, že vyhovuje nízká rychlost přenosu dat. Tento typ kódování je vhodný v aplikacích, kde se měřená hodnota mění pomalu, např. úroveň hladiny v nádržích, měření teploty, pro telemetrický přenos tepové frekvence atd.

3.3.2 Zabezpečení cyklickým kódem CRC Kontrola přenášených dat se provádí pomocí tzv. generujícího polynomu. Z bloku přenášených dat se vypočte zabezpečující kód a ten se připojí za tato data. Po přijetí a provedení zpětného výpočtu lze odhalit, na kterém místě chyba vznikla a můžeme ji opravit. [1]

3.3.3 Zabezpečení paritou Za vysílaný byte se přidává tzv. paritní bit, který sděluje, jestli má vysílaný byte sudý nebo lichý počet jedniček. Jednoduchá a často užívaná metoda kódování. [1]


3.4


Strana

25

Kódy pro odstranění stejnosměrné složky

Jelikož vysílač FM neumožňuje přenos stejnosměrné složky, je nevhodné pro přenos použít sériového signálu, ale je zapotřebí použít některého kódu, který nemá stejnosměrnou složku.

3.4.1 Bitové kódování Doba každého vysílaného bitu je rozdělena na polovinu. V první polovině je vysílána hodnota bitu a ve druhé polovině doplněk bitu. Každý bit má zajištěno vysílání přesně v poměru 1:1. Jedná se o dvoufázové nebo též Manchesterské kódování a z toho vyplývají dobré výsledky, avšak redundance 100% snižuje přenosovou rychlost na polovinu.

3.4.2 Bytové kódování Jestliže k přenosu dat stačí podmnožina ASCII kódu, poté se vysílají tyto požadované ASCII kódy jako osmibitové číslo. Všechny tyto kódy mají poměr jedniček a nul při sériovém vysílání přesně 1 : 1. Z 256 možných 8-bitových čísel jich 70 obsahuje 4 jedničky a 4 nuly. Dohromady 68 Hex ASCII kódů má poměr jedniček a nul přesně 1:1. Lze je přímo vysílat sériovým portem za použití jednoho start bitu a stop bitu. Využití této podmnožiny navíc umožňuje jednoduchý test chyb na straně přijímače, neboť všechny přijaté znaky musí obsahovat právě 4 jedničky a 4 nuly.

3.5

VF moduly použitelné v mobilní robotice

3.5.1 AC 4868 – 250 Jedná se o produkt firmy Aerocomm (www.aerocomm.com), která se zabývá vytvářením zařízení komunikujících přes bezdrátové technologie. Jde především o radiové moduly a ZigBee technologii. Základní parametry: Integrovaná anténa Pracovní frekvence 869,4 - 869,65 MHz Rychlost až 57 600 bit/s Zabezpečení přenosu CRC Vyzářený výkon: 250 mW Spotřeba 50 - 100 mA Napětí 3,3 – 5,5 V Dosah při přímé viditelnosti až 15 km

3.5.2 Integra One 433 MHz Jedná se o produkt rakouské firmy OneRF (www.one-rf.com), která se zabývá vytvářením zařízení komunikujících přes bezdrátové technologie. Jedná se především o VF moduly na frekvenci 868 a 433 MHz a ZigBee technologii.



Strana

26

Základní parametry: Externí anténa různého typu ( šroubovice, smyčka, prut) Pracovní frekvence 433,05 – 434,79 MHz 8 – 10 kanálů Rychlost až 40 Kbps Zabezpečení přenosu CRC Vyzářený výkon: 100 mW Spotřeba 35 - 65 mA (příjem/vysílání) Napětí 3 - 5 V Dosah až 1000 m

3.5.3 Transceiver BiM1 Jedná se o produkt firmy Radiometrix (http://www.radiometrix.com), která se zabývá vytvářením zařízení komunikujících přes bezdrátové technologie. Tuto firmu v ČR zastupuje firma ART Brno (http://www.artbrno.cz). Jde především o VF moduly na frekvenci 868 a 433MHz . Základní parametry: FM modul s integrovanou anténou Pracovní frekvence 151,300 MHz, pro ČR 155,725 MHz Rychlost až 10 Kbit/s Zabezpečení přenosu CRC Vyzářený výkon: 100 mW Spotřeba 8 - 80 mA (příjem/vysílání) Napětí 3,8 - 15 V Dosah až 10 km

3.5.4 Vysílač TX-SAW 433 a přijímač RX-BC-NBK Jedná se o produkty firmy Aurel (http://www.aurel.it), která se zabývá výrobou bezdrátových zařízení použitelných v automatizaci. V některých případech nelze použít univerzální transceiver.V takovém případě je nutno použít přijímač a vysílač. Základní parametry vysílače: AM modul s externí anténou Pracovní frekvence 433,92 MHz Rychlost až 9,6 bps Spotřeba 3,5 - 9,5 mA Napětí 3 - 12 V Dosah až 100 m Základní parametry přijímače: AM modul s integrovanou anténou Pracovní frekvence 433,92 MHz Rychlost až 2,5 bps Spotřeba 3 mA Napětí 4,5 – 5,5 V Dosah až 100 m


4

Bluetooth

4.1



Strana

27

Popis standardu pro zařízení připojených bezdrátově na krátké vzdálenosti označeného jako Bluetooth byl vydán roku 1998. Jeho aplikace jsou využity i v průmyslovém prostředí. Tady je Bluetooth využíván pro propojení senzorů, akčních členů, pro telemetrii a přenos informací v měřicích systémech. Standard Bluetooth byl navržen jako bezdrátový komunikační standard, jenž využívá komunikační frekvenční pásmo ISM. Je volně k použití za předpokladu dodržení závazných podmínek pro vyzářený výkon a technické řešení vysílače a přijímače. Volné použití pásma znamená, že není potřeba žádat o přidělení frekvenčního pásma ani platit poplatky. Komunikace využívá techniku přeskakující rádiové frekvence (frequency hoping). Standard je navržen tak, aby podporoval typy přenosů point-to-point i point-to-multipoint. Dosah standardního komunikačního uzlu je od 10 do 100 m, podle toho jak je daný modul navržen. [2]

4.2

Historie

Standard Bluetooth vznikl jako produkt společného úsilí firem 3Com, Ericsson, IBM, Intel, Lucent, Microsoft, Motorola, Nokia a Toshiba, které na počátku roku 1998 daly vzniknout konsorciu SIG. Bluetooth je první globálně akceptovaná technologie kategorie PAN. Je zahrnuta do řady specifikací PAN IEEE 802.15 pod označením IEEE 802.15.1. Roku 1999 byl ustanoven nový standart Bluetooth 1.0, který definoval základní vlastnosti. V roce 2000 vznikla specifikace 1.1, která odstranila nedostatky a problémy verze 1.0. S verzí 1.2 přišlo lepší zabezpečení komunikace a potlačení hluku a ozvěn. Roku 2005 byla uvedena verze 2.0, která přináší zvýšení přenosové rychlosti, nižší energetickou náročnost a nové profily komunikace. Výhodou verze 2.0 je uvedení technologie EDR. Přináší totiž trojnásobný růst přenosové rychlosti a nižší spotřebu energie. Za pomoci EDR je vylepšená práce ve více profilech. Rozhodující je zpětná kompatibilita, což znamená, že starší výrobky budou moci komunikovat s novými výrobky. [2]

4.3

Topologie sítě

Bluetooth umožňuje dva způsoby spojení. Jednodušší spojuje dvě zařízení mezi sebou a označuje se jako ,,point to point‘‘. Složitější zařízení je ,,point to multipoint‘‘, kde je spojeno s více zařízeními, pak můžeme hovořit o sdílení přenosového kanálu. Sestava dvou nebo více jednotek, které sdílejí stejný přenosový kanál, se nazývá piconet. V rámci piconet je jedno zařízení nadřízené, které nazýváme master. Ostatní jsou podřízená a jsou označená jako slave. Může být až sedm podřízených zařízení. Master řídí provoz ve sdíleném komunikačním kanálu. Piconety lze dále seskupovat do tzv. scatternetů. Dochází k vzájemnému překrývání funkcí a každá jednotka může figurovat ve více pikonetech. Nadřízená jednotka v jednom pikonetu může mít funkci slave v jiném pikonetu. Podřízená jednotka se může podílet na komunikaci ve více piconetech. [20]



Strana

28

Obr.8: Buňka piconet.

Obr.9: Buňka scatternet.

4.4

Technická řešení

4.4.1 Frekvenční pásma Standard Bluetooth specifikuje komunikaci mezi účastníky spojení pomocí rádiového spoje v pásmu ISM. Včetně ČR je to pro většinu zemí světa 2 400 až 2483,5 MHz. Provoz tohoto pásma není vázán povolením nebo registrací ze strany ČTÚ. V pásmu ISM definuje standard 79 frekvenčních pozic se šířkou pásma 1 MHz, jejichž základní frekvence jsou dány vztahem. [2] fk = 2402 + k Kde k je celé číslo, k = 0, 1 ... 78 a fk frekvence (MHz).

(2)



Strana

Výstupní výkon

29

Dosah

Třída Minimální [mW]

Nominální [mW]

Maximální [mW]

[m]

1

1

-

100

100

2

0,25

1

2,5

10-50

3

-

-

1

10

Tab.1:

Rozdělění tříd podle vyzářeného výkonu.

Zařízení dodržující specifikaci normy Bluetooth jsou z hlediska maximálního vyzářeného výkonu rozčleněna do tří skupin, jak ukazuje tabulka 1. V České republice je max. povolený výkon vyzářený zařízením pracujícím v tomto pásmu 100 mW. Standard dále definuje, že výkonová třída 1 nesmí být využita k přenosu paketů mezi stanicemi v případě, že přijímací stanice nepodporuje mechanismus zpětného řízení výkonu vysílací strany. Tím pádem smí vysílací strana odpovídat pouze výkonové třídě 2 a 3. Nemůžeme tvrdit, že třída 1 je lepší než třída 2 nebo třída 3, neboť s rostoucím dosahem roste i energetická náročnost, což je u mobilních zařízení velmi důležité. Obě hodnoty musí být vyrovnané, aby jejich poměr výrobek neznehodnotil. Co se týče dosahu, je zde jeden důležitý aspekt. Jestliže má jedno zařízení dosah 10 m a druhé taktéž 10 m, neznamená to, že mohou spolu komunikovat na vzdálenost 20 m. Signál z vysílacího zařízení se musí dostat do přijímacího zařízení, a to můžeme uskutečnit tak, že se přijímací část dostane na dohled vysílači. Problém s dosahem je v zastavěném prostoru. Zvláště tam, kde jsou využity kovové konstrukční prvky, může být situace zcela jiná a přes některé překážky se signál nemusí nutně dostat. [9]

4.4.2 Základní koncepce komunikační jednotky Na obrázku číslo 10. je zobrazena základní koncepce komunikační jednotky.

Obr.10:Část modulu Bluetooth.


• • •


Strana

30

Rádiový vysílač (2,4 GHz Bluetooth radio) zajištující samotný rádiový přenos, linkový ovladač (link controller) ovládající rádiový vysílač, správce linky a I/O obvodů spoje (link manager & I/O) zajištující komunikace mezi I/O obvody spoje a poskytující uživateli terminálové rozhraní.

4.4.3 Definice kanálu Kanál je reprezentován pseudonáhodnou sekvencí změn vysílací frekvence (přeskakující radiová frekvence) mezi frekvenčními pozicemi 0 až 78 (viz. kapitola 4.1). Všechny buňky piconet sdílejí stejné 80 MHz frekvenční pásmo. Každá buňka piconet ale užívá odlišné sekvence změn pro rozmítání vysílací frekvence do 1 MHz frekvenčních pozic. Každý kanál je rozčleněn do stejně dlouhých časových rámců (doba trvání časového rámce činí 625 µs). Rozlišujeme dva druhy časování kanálů: TDD a multi-slot. TDD časování odpovídá situaci, v níž se střídají ve vysílání řídicí a řízená jednotka postupně. Multi-slot časování odpovídá využití přeskokové sekvence pro přenos tak, aby paket mohl obsadit více než jeden rámec.

4.4.4 Synchronní a asynchronní přenos Standard Bluetooth umožňuje využívat dva typy komunikačních kanálů lišící se diametrálně přenosovými schopnostmi: synchronní (SCO) a asynchronní (ACL). Tyto typy můžeme využít k zajištění přenosů dat dle požadavků jednotlivých jednotek. Jestliže půjde o zajištění komplikovanějších přenosů kombinujících oba typy kanálů, je možné v průběhu spojení měnit typ kanálu. Kanál asynchronního typu užívá časování multi-slot, při kterém můžeme dosáhnout přenosové rychlosti 721 kb/s v jenom směru. V opačném směru (asymetrický kanál) 57,6 kb/s a v obou směrech (symetrický kanál) 433 kb/s. Uvedené přenosové rychlosti jsou platné v případě, že se nevyužívá možnost opravy chyb při přenosu. Kanál synchronního typu umožňuje realizovat přenos dat rychlostí 64 kb/s v synchronním režimu. Také se využívá pro přenos dat, u kterých jsou zvýšené nároky na časový determinismus datového toku. Obecně můžeme říci, že kanál typu ACL je vhodný k přenosu běžných dat a pro přenos dat zajišťujících a řídících komunikaci v rámci buňky. Jeho výhodou je větší přenosová rychlost. Kanál typu SCO je vhodný pro přenos zvuku a obrazu. [9]


4.5


Strana

31

Komunikační profily a architektura přenosových protokolů

Na obrázku číslo 11. je zobrazena architektura komunikačních profilů a přenosových protokolů. [20]

Obr.11:Architektura přenosových protokolů standardu Bluetooth.

4.5.1 Baseband, link layer kontrol Vrstva baseband zajišťuje realizaci fyzického propojení s dalšími jednotkami v rámci buňky piconet. Stará se o základní synchronizaci a řídí komunikaci pomocí algoritmu pseudonáhodné přeskokové sekvence. Spravují oba typy kanálů definovaných ve standardu Bluetooth – SCO a ACL. [2]

4.5.2 Link manager protocol Úkolem vrstvy link manager protocol (LMP) je navázání spojení mezi jednotkami Bluetooth. Zodpovídá za řízení a sestavení komunikace, potažmo dohodnutí délky paketů používaných ke komunikaci. Tato vrstva také zajišťuje řízení napájecích módů a s tím související řízení spotřeby. Další důležitou činností je generování, výměna , řízení kanálu a výměna šifrovacích klíčů pro autentifikaci a šifrování. [2]

4.5.3 Host controller interface Vrstva host controller interface (HCI) poskytuje jednotné rozhraní a jednotnou metodu přístupu k hardwaru Bluetooth. Umožňuje nezávislost na konkrétní implementaci Bluetooth, tedy považovanou univerzálnost této technologie. Její součástí je příkazové rozhraní, správa kanálu, monitor stavu hardwaru, řídící registry a registry událostí. [2]



Strana

32

4.5.4 Logical link kontrol and adaptation protocol Vrstva logical link control and adaptation protocol (L2CAP) zajišťuje služby vyšším vrstvám pro spojované a nespojované přenosy dat. Obecně zastává tyto úlohy:

Multiplexing: podporuje multiplexování několika typů protokolů. Ty jsou definovány vyššími vrstvami architektury protokolů Bluetooth. Jde předeším o protokoly SDP, RFCOMM a TCS Binary, popsané v dalších kapitolách. Segmentation and Reasembly: vrstva zajišťující rozdělení a opětovné složení datových paketů přesahujících maximální přípustnou délku přenášených paketů. Dlouhé pakety musí být před odesláním rozděleny. Přijímací strana musí opět inverzně zrekonstruovat z přenesených paketů celý datový rámec. Quality of Services: úloha zajišťuje předem dohodnuté a definované parametry, jako jsou přenosová rychlost a zpoždění. Groups: další úlohou vrstvy je implementace práv pro mapování skupin jednotek do buňky piconet. [2]

4.5.5 Radio frequency communications port Protokol radio frequency communications port (RFCOMM) slouží jako emulace protokolu sériového portu. Je vhodný pro aplikace, které se používají k přenosu dat klasický sériový port a sériový protokol. Proto je protokol RFCOMM vybaven emulací řízení portu RS-232 a ovládání signálů přes fyzickou vrstvu Bluetooth. Protokol zajišťuje služby vyšším vrstvám, které používají pro přenos dat sériovou linku. [2]

4.5.6 Service discovery protocol Jedná se o protokol service discovery protocol (SDP) definující jakým způsobem klientská jednotka Bluetooth hledá využitelné služby serverů Bluetooth. Existují definice mechanismů, jak může klientská stanice vyhledávat služby serverů bez apriorní znalosti o jejich existenci. Součástí služeb je prozkoumávání nově dostupných služeb v síti a také detekce služeb, jejichž poskytování bylo ukončeno. [2]

4.5.7 Telephony – control binary Protokol telephony control – binary (TCS Binary) je bitově orientovaný protokol, který definuje řízení, sestavení přenosové linky a přenos hlasu a dat mezi jednotkami Bluetooth. [2]

4.5.8 Audio Standard Bluetooth definuje služby pro přenos zvuku mezi jednou nebo více jednotkami Bluetooth. Přenos zvuku nevyužívá služby vrstvy L2CAP, neboť je po otevření a sestavení přenosové linky mezi dvěma jednotkami Bluetooth zajišťován přímo. [2]

4.5.9 Telephony control – AT commands Standard Bluetooth podporuje skupinu servisních příkazů AT, které jsou využívány obvykle pro řízení a konfiguraci sériových telefonních modemů. Příkazy AT jsou textové příkazy, přičemž je plně definována jejich syntaxe. Tato služba využívá vrstvu RFCOMM, emulující služby sériového portu, a umožňuje komunikaci s jednotkou Bluetooth pomocí textových příkazů. [2]



Strana

33

4.5.10 Point-to-point Protokol point-to-point (PPP) je paketově orientovaný protokol, jehož součástí je např. TCP/IP, kde se využívá k přenosu paketů IP přes sériové rozhraní RS-232. Popřípadě pro přenos paketů IP v rámci komutovaných linek přes modem. Protokol využívá vrstvy RFCOMM k zajištění spojení služby. [2]

4.5.11 Protokol TCP/IP Skladba protokolů TCP/IP umožňuje propojení jednotky Bluetooth se zařízeními k internetu. Aplikace využívající k přenosu dat protokol IP je přenášejí přes protokol PPP, který je dále předává vrstvě RFCOMM. V budoucnu se počítá s využitím protokolu OBEX, který je charakterizován dále v textu. [2]

4.5.12 WAP Wireless application protocol (WAP) jedná se o protokol pro bezdrátovou komunikaci, který je určený ke zpřístupnění internetových služeb v rámci různých bezdrátových komunikačních síťových řešení. Protokol WAP je primárně vytvořen pro mobilní zařízení. Bluetooth může být v tomto ohledu bázovou bezdrátovou sítí pro přenos informací od řídicí jednotky WAP ke klientu WAP. V kontextu Bluetooth se počítá s využitím protokolu WAP k předávání lokálních dat do přenosných zařízení v případě přihlášení klientské stanice do zóny spravované řídící jednotkou. [2]

4.5.13 Protokol OBEX Protokol OBject EXchange je volitelný protokol aplikační vrstvy navržený k výměně dat a řídících informací pro jednotky podporující komunikaci prostřednictvím infračerveného paprsku. Využívá architekturu klient-server a je nezávislý na transportním mechanismu a přenosovém programovém rozhraní. Jako hlavní transportní protokol OBEX používá RFCOMM. [2]

4.6

Profily v Bluetooth

Jednotky komunikující prostřednictvím standardu Bluetooth využívají pro definici svých vlastností tzv. komunikační profily. Profily definují služby, které jednotlivá zařízení nabízejí a nebo poskytují svému okolí. [2]

4.6.1 Generic access profile Umožňuje navázání spojení mezi dvěma jednotkami Bluetooth. Zajišťuje vyhledání okolních jednotek, navázání spojení a základní zabezpečení. Tento profil je povinný pro všechna zařízení.

4.6.2 Service discovery application profile Je určen k vyhledání služeb poskytovaných ostatními dostupnými jednotkami Bluetooth a zajišťuje jejich vzájemnou výměnu.

4.6.3 Serial port profile Umožňuje emulovat sériové rozhraní RS-232 až do rychlosti 128 kb/s. Umožňuje jednoduše nahradit sériovou linku bezdrátovým rozhraním.



Strana

34

4.6.4 Dial-up networking profile Umožňuje bezdrátově navázat modemové spojení prostřednictvím veřejné telefonní sítě, což dovolí bezdrátově připojit k internetu např. notebook, PDA nebo jiné obdobné zařízení.

4.6.5 LAN access profile Definuje datové spojení mezi jednotkami Bluetooth a lokální sítí LAN. Tento profil zajišťuje jednotkám se bezdrátově připojit k místní LAN nebo k internetu protokolem PPP.

4.6.6 Generic object exchange profile Definuje protokoly a procedury určené k předávání objektů mezi zařízeními. Je určen např. pro přenos souborů a synchronizaci mezi zařízeními. Aplikace využívající tento profil spoléhají na to, že spojení je navázáno a udržováno pomocí profilu 4.6.1 .

4.6.7 File transfer profile Určen k přenosu souborů mezi jednotkami Bluetooth a založen na protokolu 4.6.1.

4.7

Bezpečnost a spolehlivost přenosu

V každé jednotce Bluetooth je zabezpečení přenosu zajišťováno na několika úrovních. Každá jednotka Bluetooth má unikátní 48 bitovou adresu zařízení. Dále jednotka využívá 128 bitový autentifikační privátní klíč, 8 bitový až 128 bitový šifrovací klíč a 128bitové pseudonáhodné číslo. Pro generování klíčů se ještě využívá PIN v délce do 128 bitů. Na základě využití těchto čísel je možné provozovat zařízení v různých úrovních zabezpečení. Profil GAP definuje úrovně zabezpečení takto: • • •

Zabezpečovací mód 1: žádné zabezpečení, zabezpečovací mód 2: zabezpečení na úrovni služeb (ne všechny služby jsou dostupné pro všechna zařízení), zabezpečovací mód 3: zabezpečení na úrovni linkové vrstvy (přenos probíhá po zašifrovaném kanálu).

Co se týče zařízení jsou z hlediska poskytovatele služeb rozdělena na důvěryhodná (trusted devices) a nedůvěryhodná (untrusted devices). Z hlediska služeb se poskytované služby dělí na služby, u kterých se vyžaduje jak autentifikace (ověření identity zařízení), tak autorizace (oprávnění k využití služby) služby. Vyžaduje se pouze autentifikace a služby, které jsou dostupné všem zařízením. [1]


4.8


Strana

35

Moduly Bluetooth pro mobilní robotiku

4.8.1 BT Module F2M03GLA Jedná se o modul firmy Free2move ( http://www.datasoft.se ). Tato firma se zabývá bezdrátovými zařízeními pro přenos hlasu a dat ze snímačů . Jde především o BT zařízení a o infraportové zařízení. Základní parametry: Kompletní BT systém s integrovanou anténou Bluetooth 2.0 + ERD Integrovaná anténa s vysokým výkonem Dosah až 350 m Planá podpora piconetu (7x Slave) PCM audio profil UART nebo USB 1.1 Minimální napětí 3V Přenosová rychlost až 228 kbit/s Malé rozměry Výkonnostní třída 2

4.8.2 LinkMatik 2.0 Jedná se o produkt firmy Flexipanel (http://www.flexipanel.com), která se zabývá vytvářením zařízení komunikujících přes bezdrátové technologie. Jde především o Bluetooth a ZigBee technologii. Základní parametry: Kompletní BT systém s integrovanou anténou Bluetooth 2.0 Dosah až 100 m PCM audio profil UART Minimální napětí 3,3 V Nízká spotřeba 25 mA (sleep 370 µA ) Přenosová rychlost až 570 kbit/s Malé rozměry Výkonnostní třída 1



Strana

36

4.8.3 Ezurio TRBLU23 - 00200 – 03 Jedná se o produkt firmy Ezurio (http://www.ezurio.com), která se zabývá vytvářením zařízení komunikujících přes bezdrátové technologie. Především půjde o Bluetooth a wifi technologii. Základní parametry: Kompletní BT systém s integrovanou anténou Bluetooth 2.0 Dosah až 300 m UART Minimální napětí 3,3 V Nízká spotřeba 25 mA Přenosová rychlost až 300 kbit/s Malé rozměry Výkonnostní třída 1

4.8.4 C-Com BTM-105 Jedná se o produkt firmy C-Com (http://www.c-com.com.tw ), která se zabývá výrobou modemů, voip a Bluetooth modulů. Skupina Bluetooth modulů poskytuje velký výběr pro různá konstrukční řešení. Základní parametry: Kompletní BT systém s integrovanou anténou Bluetooth 1.1 Dosah až 300 m UART Minimální napětí 3,3 V Nízká spotřeba 25 mA Přenosová rychlost až 723 kbit/s Malé rozměry Výkonnostní třída 1


5

ZigBee

5.1



Strana

37

Komunikační technologie ZigBee je zcela nový standard bezdrátové komunikace, který je zaměřený především na oblasti automatizace a řídicí techniky. Jde o bezdrátovou komunikační technologii schválenou jako mezinárodní standard nadnárodní organizací ZigBee Alliance a standardizační organizací IEEE. Tato perspektivní bezdrátová komunikační technologie nachází uplatnění zejména v takových oborech, jako jsou řízení budov, dálkové ovládání, monitorování a diagnostika zařízení, vzdálené čtení měřených hodnot, počítačové periferie nebo spotřební elektronika. [23]

5.2

Historie

Standard ZigBee byl vyvinut a sestaven institucí IEEE. Je rozvíjen a podporován ZigBee Aliance, která sdružuje přední výrobce elektronických součástek a snaží se dosáhnout návrhu co nejjednodušší jednotky s nízkou spotřebou. Počátky ZigBee Aliance najdeme v září roku 2002. Jde tedy o asociaci společností pracujících společně na vytvoření standardu pro levný obousměrný bezdrátový přenos vyžadující minimum spotřeby elektrické energie. V současné době má ZigBee Aliance 150 členů. Z nejznámější bych jmenoval společnosti Philips, Motorola a Honeywell. Na účasti se pochopitelně nepodílí společnosti Nokia a Ericsson, které stály u zrodu technologie Bluetooth. Z tohoto důvodu se proto nepodílí na vývoji technologie, která by mohla pro Bluetooth znamenat jistou konkurenci. Standard ZigBee je navržen jako jednoduchá bezdrátová komunikační síť a vyznačuje se vlastnostmi, jako jsou jednoduchost, velmi nízká spotřeba energie, schopnost vytvářet statickou síťovou strukturu, spolehlivost a především příznivá cena. Nadále je zahrnut do řady specifikací PAN IEEE 802.15 pod označením IEEE 802.15.4. [23]

5.3

Topologie sítě

Standard ZigBee je založený na fyzické a linkové vrstvě IEEE 802.15.4 a definuje tři typy síťové topologie. Základní je topologie typu hvězda, ve které je vždy definováno jedno zařízení, které je pověřeno funkci koordinátora sítě. Ostatní zařízení působí jako koncová zařízení. V topologii typu strom slouží jedno zařízení jako koordinátor a ostatní jako koncová zařízení. Na rozdíl od topologie hvězda však nemusí všechna zařízení komunikovat přímo s koordinátorem, ale mohou využít jiné koncové zařízení v konfiguraci FFD ve funkci směrovače jako prostředníka. Díky tomu umožňuje uvedená konfigurace zvětšit vzdálenosti mezi koncovým zařízením a koordinátorem. Poslední definovanou topologií je topologie typu síť spojující vlastnosti topologií strom a hvězda. Síťová topologie přináší největší funkčnost, protože umožňuje sestavit síť libovolným způsobem. Uzly sítě jsou buď plně funkční zařízení (FFD), která mohou vykonávat funkce koordinátora, směrovače nebo koncového zařízení, a nebo redukovaná zařízení (RFD), která mohou pracovat pouze jako koncová zařízení. Síť je řízena ZigBee koordinátorem. V topologii typu hvězda komunikují ostatní zařízení, označovaná jako koncová, přímo s koordinátorem. V topologii typu síť a strom koordinátor spouští komunikaci a stanovuje parametry sítě. Síť lze rozšířit použitím ZigBee směrovačů. V síti typu strom se pro přenos dat a řidících zpráv používá hierarchické směrování. Topologie typu síť umožňuje samostatnou komunikaci mezi rovnocennými uzly (peer-to-peer).



Strana

38

Dále můžeme rozlišit další dva typy sítí: beacon-enabled a non-beacon síť. V síti beacon-enabled koordinátor pravidelně vysílá signál, který koncová zařízení využívají k připojení se k síti a vlastní synchronizaci pro následný přenos dat. Pro navázaní spojení se tedy užívají superrámce popsané níže. V non-beacon síti koordinátor také periodicky vysílá signál, který však slouží pouze k jeho vlastní identifikaci a koncovým zařízením k detekci. Koncová zařízení komunikují s koordinátorem pomocí požadavků na vysílání dat a potvrzovacích rámců. Musí být neustále připraveny podporovat komunikaci mezi rovnocennými uzly. [17]

Obr.12:Topologie sítě Zigbee – typu hvězda, síť a strom.

5.4

Technická řešení

5.4.1 Frekvenční pásma Komunikace probíhá v jednom ze tří bezlicenčních radiových pásem ISM • • •

868 až 868,6 MHz (Evropa), 902 až 928 MHz (Severní Amerika, Austrálie), 2400 až 2483,5 MHz (celosvětově).

V těchto pásmech je celkový počet využitelných kanálů 27. V pásmu 868 MHz je možné využít jeden kanál s přenosovou rychlostí 20 kb/s, v pásmu 915 MHz 10 kanálů s přenosovou rychlostí 40 kb/s a zbývajících 16 v pásmu 2,4 GHz s přenosovou rychlostí 250 kb/s. V tabulce 2 jsou uvedeny vztahy pro výpočet středního kmitočtu kanálů pro jednotlivá pásma. [23]



Strana

39

Pásmo Počet kanálů Číslo kanálu (k) Střední kmitočet kanálu [MHz] [-] [-] [MHz] 868

1

0

868,3

915

10

1 až 10

906 + 2(k-1)

2400

16

11 až 26

2405 + 5(k-11)

Tab.2: Přenosová pásma a jejich kmitočty. Maximální doba trvání jednoho rámce je 4,25 ms pro 2,4 GHz, 26,6 ms pro 915 MHz a 53,2 ms pro 868 MHz .

5.4.2 Referenční model Referenční model standardu ZigBee vychází ze sedmivrstvého modelu ISO/OSI. Používá však jen ty vrstvy, které jsou významné k dosažení funkčnosti v uvažované oblasti použití. Standard IEEE 802.15.4 definuje dvě nejnižší vrstvy - fyzickou a podvrstvu MAC spojové vrstvy. Nad těmito vrstvami definuje ZigBee Alliance síťovou a aplikační vrstvu.

Obr.13:Architektura přenosových protokolů sítě ZigBee. Pro definici fyzické vrstvy je použit standard IEEE 802.15.4, neboť má nejnižší bitovou chybovost u zařízení s velkým šumem. Aplikační vrstva je tvořena pomocní aplikační podvrstvy, z objektů ZigBee a z aplikačních objektů definovaných výrobci. Úkolem pomocné aplikační podvrstvy je udržovat vazební tabulky umožňující propojit dvě zařízení na základě jejich služeb a potřeb. Nadále přeposílá zprávy mezi vzájemně vázanými zařízeními. Objekt ZigBee definuje roli zařízení v síti (např. ZigBee koordinátor nebo koncové zařízení), zavádí nebo odpovídá na žádosti spojení a zřizuje zabezpečené spojení mezi zařízeními sítě. Objekt ZigBee také poskytuje hledání zařízení v síti a zjišťuje jimi poskytované služby. Cílem síťové vrstvy je i zabezpečení rámců a jejich směrování k cílovým uzlům. Hledá přímé (one-hop) sousední uzly a ukládá si informace o nich. Síťová vrstva ZigBee koordinátoru



Strana

40

zajišťuje komunikaci a přiděluje adresy novým zařízením. Vyskytuje se jen u plně funkčních zařízení. Vrstva přístupu k médiu MAC provádí synchronizaci, zabezpečuje přístup na radiový kanál, ověřuje platnost rámce, potvrzuje příjem rámce, řídí spojení, generaci a rozpoznání adres. Standart IEEE 802.14.5 dává možnost použít super-rámec, jehož struktura je definována koordinátorem sítě. Super-rámec vysílaný koordinátorem je ohraničený beacon rámci a je rozčleněn na 16 stejných slotů. V prvním je vysílán beacon rámec, jenž je určen pro synchronizaci, identifikaci sítě PAN a k popisu struktury superrámce. Ve zbývajícím čase může kterékoli zařízení na základě přístupové metody CSMA/CA komunikovat. Každý super-rámec může mít aktivní a neaktivní část. Během aktivní části koordinátor komunikuje s příslušnou PAN. V neaktivní části může přejít do režimu spánku. Aktivní část rozlišujeme na oblast CAP a CFP. V době trvání CAP probíhá komunikace na základě CSMA/CA. Část CFP je tvořena několika GTS, které jsou vyhrazeny pro pomalá a prioritní zařízení. Vysílání super-rámce se může opakovat v intervalech 15 ms až 252 s. Příklad super-rámce je uveden na obr. 14. [22]

Obr.14:Struktura super-rámce. Pro vlastní komunikaci jsou definovány čtyři typy rámců, které jsou buď řídící, nebo datové: • • • •

Beacon Frame - slouží pro synchronizaci a v beacon-enabled sítích k probuzení uživatelských zařízení. Data Frame - slouží pro všechny datové přenosy, je možné jej použít pro přenos až 104 byte užitečných dat. Acknowledgment Frame - slouží pro potvrzení úspěšně přijatého rámce. Jsou vysílány okamžitě po příjmu datového rámce v čase mezi rámci. MAC Command Frame - slouží k nastavení a řízení klientských zařízení v síti.

Na obr.15 jsou uvedeny struktury jednotlivých typů rámců používaných ve vrstvě MAC. Maximální délka těchto rámců je 127 byte.



Strana

41

Obr.15:Struktura přenášených rámců.

5.4.3 Synchronizace zařízení ZigBee Synchronizace jednotlivých zařízení v síti ZigBee, potažmo koncových zařízení s koordinátorem sítě, je realizována na základě tzv. rámce beacon. Synchronizační autoritou je zde koordinátor sítě, který v daných okamžicích vysílá synchronizační sekvence, neboli beacon. Sekvence přijímají ostatní zařízení a synchronizují se podle nich s vysílací stranou, tedy s koordinátorem. Tento postup umožňuje koncová zařízení na dlouhou, předem definovanou dobu „uspat“, a značně tak snížit jejich spotřebu. Interval synchronizačních sekvencí může být nastaven v rozmezí 15 ms až přibližně 15 minut. Pro přenos je pak možné využít tzv. super-rámce, které začína právě sekvencí beacon, po nichž následuje interval CFP, kdy zařízení volně soutěží o přístup k médiu. Ten je případně následován intervalem s rezervovanými časovými sloty pro prioritní přenosy GTS. Koordinátor zasílá v sekvenci beacon pro jednotlivá koncová zařízení také informace, jestli jsou pro ně k dispozici data či nikoliv. Pokud ano, koncová zařízení si je vyžádají a přijmou je v rezervovaných slotech. Jestliže síť funguje bez sekvencí beacon, dotazují se jednotlivá zařízení periodicky koordinátora. Komunikace potom probíhá bez vyhrazených slotů. [23]

5.4.4 Spotřeba zařízení Komunikační standard ZigBee je navržen pro aplikace, v nichž zařízení mají potřebu vysílat a přijímat pouze malé objemy dat a kde je vyžadována extrémně nízká spotřeba. Proto jsou protokoly navrženy s ohledem na co nejmenší spotřebu energie koncových zařízení, u kterých se předpokládá napájení z baterií. Koordinátor a směrovače by však neměly být napájeny bateriově, neboť funkčnost sítě je na nich závislá. Při nejjednodušší topologii – hvězdě a využití technologie beacon se koncové zařízení aktivuje po přejmutí sekvence beacon a vyšle svá data. Koordinátor data přijme a uloží do paměti. Při přijetí další sekvence beacon indikuje koordinátor cílovému zařízení, že pro něj má data. Koordinátor data předá ve chvíli, kdy si je koncové zařízení vyžádá. Tento způsob je zárukou nejnižší spotřeby energie pro koncová zařízení, která jsou většinu



Strana

42

doby přepnuta v úsporném režimu. Největší nároky jsou kladeny na koordinátora, který musí být schopen uložit všechna data pro jednotlivá zařízení. [22]

5.5

Zabezpečení komunikace

Během přenosu přes fyzické médium může dojít k chybám. Pro odhalení takto vzniklých chyb je potřeba použít cyklického kódu, kdy každý rámec je doplněn o zbytek po dělení polynomem. Ve standartu ZigBee je použit polynom ve tvaru:

( x) = x + x + x + 1 (3) Pro zvýšení spolehlivosti přenášených dat je vysílání provedeno technologií DSSS. Jednotlivé bity jsou nahrazeny početnější sekvencí bitů, které se pak vysílají. Signál je tak rozprostřen do větší části spektra a je více odolný vůči rušení. Uživatelům neznající mechanismus vytváření pseudonáhodné sekvence se přenášená data jeví jako šum. Přenášená data mezi jednotlivými účastníky lze dále zabezpečit proti zcizení. Standard definuje tři režimy: nezabezpečený přístup, přístup na základě práv a zabezpečený přístup. Je-li použit přístup na základě práv, poté síť odmítá rámce od neznámých zařízení. V zabezpečeném režimu mohou zařízení sítě použít další služby mezi které patří:

G

• • • •

16

12

5

16

Přístup na základě práv, šifrování dat pomocí AES 128 bit, použití MIC, odmítnutí opakujících se rámců (Sequential freshness).

Šifrovací standard AES nahrazuje standard DES. Výhodou tohoto nového způsobu šifrování je, že nehrozí útok hrubou silou (tj. vyzkoušení všech možných klíčů). MIC je kryptografický kontrolní součet, jenž spadá do vysílaného rámce. Na přijímací straně se provádí stejná operace a hodnotu součtu porovnává s přijatou. Pokud se zpráva během přenosu změnila, budou se hodnoty lišit a rámec je odmítne. [23]


5.6


Strana

43

Moduly ZigBee pro mobilní robotiku

5.6.1 ZigBee RC 230x Jedná se o moduly firmy Radiocraft (http://www.radiocrafts.com), které pracují jako převodníky digitálních a analogových signálů na radiový komunikační signál standardu ZigBee. Díky těmto modulům je možné vytvořit rozsáhlou bezdrátovou ZigBee síť, například pro přenos dat od stovek senzorů k řídícímu PC. Jsou vhodné i jako bezdrátová náhrada RS-485/RS-232. Základní parametry: ZigBee 1.0 Integrovaná anténa s vysokým výkonem Dosah až 105 m Paměť 128 kB Flash Rozsah napětí 2 – 3,6 V Nízká spotřeba 25 mA (sleep 1µA ) Přenosová rychlost až 250 kbit/s Malé rozměry UART Frekvenční rozsah 2400 do 2485 MHz 16 kanálů

5.6.2 Pixie DS 481 Jedná se o produkt firmy Flexipanel (http://www.flexipanel.com) zabývající se vytvářením zařízení komunikujících přes bezdrátové technologie. Jde především o Bluetooth a ZigBee technologii. Základní parametry: ZigBee 1.0 Integrovaná anténa s vysokým výkonem Dosah až 120 m Paměť 128 kB Flash Rozsah napětí 2,1 – 3,6 V Nízká spotřeba 25 mA (sleep 2µA ) Přenosová rychlost až 250 kbit/s Malé rozměry UART Frekvenční rozsah 2400 do 2485 MHz 16 kanálů



Strana

44

5.6.3 ZigBee Zebra Jedná se o produkt firmy Sentec-elektronik (http://www.sentec-elektronik.de), která se zabývá vytvářením zařízení komunikujících přes bezdrátové technologie. Jde především o Bluetooth a Wifi technologii. Základní parametry: ZigBee 1.1 Integrovaná anténa s vysokým výkonem Dosah 10 až 500 m Paměť 60 kB Flash Rozsah napětí 2 – 3,4 V Nízká spotřeba 25 mA (sleep 2 µA ) Přenosová rychlost až 250 kbit/s DSSS Malé rozměry UART Frekvenční rozsah 2400 do 2485 MHz 16 kanálů

5.6.4 ZigBee ZMN-2400 Jedná se o produkt firmy Cirronet (http://www.cirronet.com), která se zabývá vytvářením zařízení komunikujících přes bezdrátové technologie. Jde především o ZigBee řešení. Základní parametry: ZigBee 1.1 Integrovaná anténa Dosah 100 m Rozsah napětí 2,7 – 5,5 V Nízká spotřeba 35 mA (sleep 25 µA ) Přenosová rychlost až 250 kbit/s DSSS Malé rozměry UART Frekvenční rozsah 2401 do 2485 MHz 16 kanálů


6

Wifi

6.1



Strana

45

Bezdrátová síť Wifi je určená jako náhrada kabelového ethernetu v bezlicenčním pásmu, které je dostupné prakticky v celém světě. Samotný název WiFi vytvořilo WECA. Jde o bezdrátovou technologii v bezlicenčním nekoordinovaném pásmu 2,4 GHz (ISM), která je založená na protokolu 802.11b. WiFi je pouze komerční název, který je fakticky pouze podmnožinou 802.11b. [3]

6.2

Historie

Pracovní skupina zabývající se specificky problematikou bezdrátových sítí byla založena v roce 1990 jako skupina 802.11. Dostala úkol vypracovat standard bezdrátového řešení, které by bylo bezdrátovou alternativou „drátového’’ Ethernetu a pracovalo v bezlicenčním pásmu 2,4 GHz. Práce na standardu zabrala 7 let. Teprve v roce 1997 spatřil světlo světa první standard IEEE 802.11. Sítě fungující na bázi tohoto standardu však přenášely data rychlostí pouze 2 Mbps, což ve srovnání s „drátovým’’ Ethernetem, začínajícím na 10 Mbps, bylo přeci jen málo. Ta nachází široké uplatnění v místech, kde je ekonomicky, technicky či jinak nevýhodné provozovat počítačové sítě s použitím metalických či optických kabelů. Další výhodou bezdrátových LAN je jistý stupeň mobility, která je uživatelům k dispozici. Původní standard 802.11 pracuje s přenosovou rychlostí 1 nebo 2 Mbit/s. V roce 1999 schválený standard 802.11b navíc přidává přenosové rychlosti 5,5 a 11 Mbit/s. Poslední modifikací je varianta 802.11a s přenosovou rychlostí až 54 Mbit/s přinášející výkon srovnatelný s klasickými počítačovými sítěmi. Standard 802.11 je zaměřen na dvě nejnižší vrstvy modelu OSI, fyzickou a spojovou vrstvu. Jakákoli síťová aplikace, síťový operační systém nebo protokol pracuje na síti kompatibilní s 802.11 stejným způsobem jako při použití Ethernetu. [17]

6.3

Přehled standardů IEEE 802.11

♦ IEEE 802.11 a - Standard definuje fyzickou vrstvu, která pracuje v pásmu 5 GHz, používá metodu modulace OFDM a podporuje přenosové rychlosti od 6 do 54 Mb/s. V Evropě tento standart není povolen. ♦ IEEE 802.11 b - Standard definuje fyzickou vrstvu, která v pásmu 2,4 GHz pracuje s metodami modulace FHSS a DSSS. Podporuje přenosové rychlosti 1 Mb/s, 2 Mb/s, 5,5 Mb/s a 11 Mb/s. ♦ IEEE 802.11 c - Standard definuje vlastnosti a funkce nutné pro správnou funkci bezdrátových mostů (bridge). Tento standard je využíván přístupovými body (access points). ♦ IEEE 802.11 d - Standard se zaměřuje na globální harmonizaci WLAN podle IEEE 802.11, neboť pravidla pro využívání jednotlivých frekvenčních pásem se stát od státu různí. ♦ IEEE 802.11 e - Připravovaný standard upravuje přístupovou vrstvu (MAC) tak, aby bylo možné vnést do WLAN prvky QoS, které zlepší možnosti přenosu zvuku a obrazu.



Strana

46

♦ IEEE 802.11 f - Tento standard poskytuje uživatelům přecházet mezi jednotlivými přístupovými uzly (roaming), podobně jako to umožňuje síť pro mobilní telefony. Původní standard IEEE 802.11 nezajišťuje bezproblémový přechod od jednoho přístupového uzlu k jinému bez ztráty spojení. ♦ IEEE 802.11 g - Standard zavádí do pásma 2,4 GHz modulační metodu OFDM, která svými parametry překonává FHSS i DSSS a umožňuje dosáhnout přenosové rychlosti až 54 Mb/s. Standard 802.11g umožňuje připojit zařízení pracující podle IEEE 802.11b, ale výskyt těchto zařízení v síti značně snižuje její propustnost. Tato zařízení je nutné ovládat signály RTS a CTS, aby v síti nedocházelo k rozporům mezi zařízeními používajícími FHSS nebo DSSS a zařízeními používajícími OFDM. ♦ IEEE 802.11 h – Úkolem tohoto standardu je vyhovět evropským požadavkům tak, aby bylo možné v Evropě používat WLAN i v pásmu 5 GHz. Pásmo 5 GHz je v Evropě využíváno pro spojení se satelity a pro sítě HIPERLAN. Připravovaný standard by měl zabránit možným interferencím dynamickou volbou kanálu a řízením vysílacího výkonu. ♦ IEEE 802.11 i - Rozšíření vrstvy MAC o důkladné zabezpečení. Původní IEEE 802.11 definuje pouze relativně slabé šifrování založené na statických klíčích WEP. IEEE 802.11i by měl výrazně zvýšit bezpečnost dat přenášených prostřednictvím WLAN. ♦ IEEE 802.11 n - Využívá technologie MIMO (Multiple Input Multiple Output). Tato technologie využívá možnost vícenásobného vysílání/přijímání v rámci stejného kanálu. Vše je umožněno díky více anténám, tudíž můžeme poslat více unikátních datových proudů. Je zde také řešeno vysílání v prostředích se značným rušením a na velkou vzdálenost. Minimální rychlost by měla být cca 100Mb/s a hovoří se až o 600Mb/s.

6.4

Topologie sítě

Standard IEEE 802.11 je možné využít nejen k vytvoření bezdrátové sítě WLAN, která je flexibilním ekvivalentem LAN a pokrývá určitou oblast, ale je použitelný i pro bezdrátové propojení dvou LAN ve formě dvoubodového spoje. Podle standardu IEEE 802.11 se definuje struktura sítě s mobilními zařízeními přesunující mezi oblastmi pokrytými jednotlivými přístupovými body. [3]

6.4.1 Infrastrukturní sítě Infrastrukturní sítě se nazývají z toho důvodu, neboť mají přesně vymezenou svoji infrastrukturu. Ústřední roli spojovacího článku zde plní přístupový bod. Je prostředníkem mezi bezdrátovou a drátovou sítí a plní funkci datového mostu. Nadále je schopen komunikovat s několika stanicemi najednou. Zda-li chce bezdrátová stanice komunikovat s druhou bezdrátovou stanicí v infrastrukturní síti, míří data nejprve na přístupový bod a z něj následně na cílovou stanici. V infrastrukturní síti funguje každá stanice, která je schopna komunikovat s přístupovým bodem a je v oblasti jeho pokrytí. Postačí udržovat jedno spojení. Navíc přístupový bod rozezná, jestli stanice přešla do sleep režimu a může pro ni ukládat data a vysílat je, až je z tohoto režimu probuzena. Toto opatření samozřejmě šetří baterie. [3]



Strana

47

Obr.16:Topologie infrastrukturní sítě.

6.4.2 Ad – hoc Jednotlivé stanice spolu komunikují přímo, podle potřeby a tedy nezávisle na nějakém prostředníkovi. Pokud spolu chtějí stanice komunikovat, musí být ve vzájemném radiovém dosahu. V tomto režimu nelze sestavovat složitější spojení stanic, protože ad – hoc komunikace představuje větší nároky na klientskou stanici udržující spojení s každou stanicí, s níž právě komunikuje. Nejčastějším použitím tohoto druhu sítě je na omezený čas výměna dat apod. Z důvodu složité konfigurace ad – hoc sítě nejsou příliš v oblibě. [3]

Obr.17:Ad – hoc topologie.

6.5

Rozdělení kmitočtových pásem

6.5.1 Bezlicenční pásmo – ISM Bezlicenční pásmo je běžně dostupné pro WLAN technologie a nachází se v rozsahu 2,4 - 2,5 GHz. Ústřední výhodou pásma je, že uživatel nemusí získat povolení pro vysílaní v tomto pásmu a ani nemusí platit za jeho využití. Jestliže je něco zadarmo, je vždy něčím vykoupeno. V tomto případě uživatel není chráněn před využitím tohoto



Strana

48

pásma jiným uživatelem. Jediné omezení spočívá v tom, že každý uživatel tohoto pásma musí splnit maximální vyzařovaný výkon. Ten nesmí přesáhnout hodnotu 100 mW. Daná hodnota výkonu je zvolena proto, aby šíření signálu bylo omezeno na malou vzdálenost a nedocházelo k interferenci s jinými zařízeními. Přes všechny tyto opatření se v hustě obydlených oblastech rušení projeví.

6.5.2 Licenční pásmo – UNII Pásmo 5GHz UNII je tvořeno třemi dílčími pásmy. Každé o šířce 100 MHz, označujeme jako nižší, střední a vyšší pásmo. V každém dílčím pásmu jsou definovány čtyři OFDM kanály, aby se vzájemně nepřekrývaly. Kanály jsou od sebe odděleny 5 MHz mezerou.

6.6

Fyzická vrstva standardu 802.11

Fyzická vrstva je rozhraním mezi zařízeními v síti. U standardu 802.11 hovoříme o bezdrátové vrstvě. Standart 802.11 definuje tři fyzické vrstvy : ♦ Fyzická vrstva s frekvenčními proskoky rozprostřeného spektra (FHSS), ♦ fyzická vrstva s přímou sekvencí rozprostřeného spektra (DSSS), ♦ fyzická vrstva s ortogonálním frekvenčním multiplexm (OFDM).

6.6.1 Rozprostřené spektrum Technologii rozprostřeného spektra používáme pro dosažení rychlých datových přenosů v pásmu ISM. Radiové technologie se zaměří na vměstnání co největšího počtu signálů do úzkého pásma. Oproti tomu rozprostřené spektrum používá matematické funkce pro rozptýlení signálu do širokého frekvenčního bloku. Přijímač provede opačnou operaci a složí rozprostřený signál do klasického úzko-pásmového signálu, se kterým se dále pracuje. Někteří výrobci používající rozprostřeného spektra inzerují jeho vyšší formu zabezpečení datového přenosu. Používáním běžného úzko-pásmového přijímače nemůžete zachytit celou komunikaci za pomoci rozprostřeného spektra. Zařízení používající rozprostřeného spektra je dnes již běžně k dostání. [3]

6.6.1.1 Frekvenční proskoky Technika frekvenčních proskoků má vojenský původ. Vysílač skáče v náhodném pořadí po jednotlivých frekvenčních pásmech a na každém vysílá krátký datový proud. Dostupná frekvenční šířka 83,5 MHz je rozčleněna do 79 kanálu o šířce 1 MHz. Zbylých 4,5 MHz slouží jako ochranné pásmo proti interferencím ze sousedního frekvenčního pásma. Radiový signál skáče v náhodném pořadí po těchto kanálech, při tom každých 30 sekund vystřídá alespoň 75 kanálů a na každém vysílá maximálně 400 milisekund. Hlavní výhodou frekvenčních proskoků je větší počet systémů pracujících najednou v pásmu ISM. Teoreticky je to kolem 26, prakticky kolem 15 přístupových bodů. [3] 6.6.1.2 Přímá sekvence Jedná se o systémy používající přímé sekvence rozprostřenou po 22 MHz širokém frekvenčním pásmu vysílanou informaci s využitím matematického kódování. Celkem jsou k dispozici tři taková široká pásma. Přijímač inverzním postupem dekóduje signál. Původní standart 802.11 definuje fyzickou vrstvu DS o rychlosti 2 Mb/s, standart 802.11 b pak přináší přímou sekvenci o rychlosti až 11 Mb/s. [3]



Strana

49

6.6.1.3 Ortogonální frekvenční multiplex Systém rozdělí přenosové pásmo na velké množství úzkých kanálů. Data se ke každému kanálu přenášejí relativně pomalu a signál je tak mnohem silnější. Výsledkem je ale rychlost přenosu dat součtem všech kanálů až 54 Mb/s. OFDM byla přijata jako standart IEEE 802.11 a, tedy pro pásmo 5GHz. Akceptuje se také pro pásmo 2,4 GHz jako IEEE 802.11 g. [3]

6.7

Spojová vrstva a MAC podvrstva

Důležitou vrstvou pro práci bezdrátové sítě 802.11 tvoří podvrstva spojové vrstvy MAC, ovládání přístupu k médiu. MAC podvrstva slouží jako rozhraní mezi fyzickou vrstvou a hostitelským zařízením . Hlavní vlastnosti MAC podvrstvy:

♦ ♦

CRC, tedy cyklický kontrolní součet, fragmentace paketů.

Každý přenášený paket je opatřen kontrolním součtem CRC. Díky tomu lze zjistit, zda nebyl paket během přenosu poškozen nebo změněn. Fragmentace paketů člení pakety do menších částí a přenáší je postupně. Oproti kabelovému Ethernetu je vyšší možnost chyby během přenosu paketu. Opakovaný přenos celého paketu by síť zdržoval – pokud je přenášena jen část, síť ušetří svoji kapacitu. Poškození paketu narůstá s jeho velikostí.

6.7.1 Koordinace přístupu k médiu Aby bezdrátové sítě mohly fungovat, musí se vyřešit koordinace přístupu k přenosovému médiu. Z toho vyplývá, že se musí stanovit, kdy chce stanice přistupovat k přenosovému médiu. Zjednodušeně řečeno, kdo chce vysílat, musí zajistit, aby nedošlo ke střetům s ostatními stanicemi. V jednu chvíli může být totiž přijímán signál pouze z jedné stanice.Standart 802.11 tedy předpokládá dvě funkce pro koordinaci přístupu k médiím:

♦ ♦

Funkce distribuované koordinace DFC, funkce koordinace jedním bodem PCF.

Pro řízení přístupu používají sítě podle IEEE 802.11 variantu metody CSMA/CA DCF. V případě, že stanice, která chce vysílat, detekuje na médiu cizí signál (např. vysílání jiné stanice nebo rušení), čeká, dokud nenastane na přenosovém médiu klid. Stanice dostávají informaci o tom, na jak dlouho hodlá vysílající stanice obsadit přenosové médium. Informace o plánovaném obsazení média je uvedena v hlavičce každého rámce. Než stanice zahájí vlastní vysílání, musí vypršet doba, na kterou si jiná stanice rezervovala médium. Informace o plánovaném obsazení umožňuje zajistit bezproblémový přenos rámců sloužící k dodatečnému řízení vysílání. Příkladem mechanismu k dodatečnému řízení vysílání jsou rámce RTS a CTS, které mají podobný význam jako stejnojmenné signály rozhraní RS-232. Jestliže chce stanice zahájit přenos dat, vyšle rámec RTS. Odpoví-li přístupový bod rámcem CTS, lze přenášet data. Řízení toku dat se používá jako doplňkový mechanismus pro omezení kolizí, neboť u rozlehlejších sítí dochází k situacím, kdy jsou jednotlivé stanice v dosahu přístupového bodu, ale stanice jsou navzájem nedostupné. Protokol DCF nezajišťuje přenos datových rámců v určitém okamžiku nebo s definovaným zpožděním mezi rámci. Proto prodlevy mezi rámci nejsou konstantní. Hlavní



Strana

50

nevýhoda metody CSMA/CA je citlivost na rušení. Přítomnost rušícího signálu může zablokovat WLAN až do doby, než je zdroj rušení odstraněn. Použitý algoritmus DCF rovněž umožňuje na bezdrátovou síť realizovat útok typu DoS, neboť nenákladné rušící zařízení může zablokovat celou síť až do doby, kdy je nalezeno a vypnuto. Metoda PCF umožňuje přenos dat citlivých na časování. Při této metodě se v síti ustanoví koordinátor, který postupně vyzývá jednotlivé stanice k zahájení přenosu dat. Metodu PCF lze nazvat centralizovaný pooling. Poskytuje zařízením možnost vysílat data synchronizovaně a s definovanými prodlevami. Protokol IEEE 802.11 dovoluje v síti současně provozovat jak DCF, tak PCF, přičemž stanice provozující DCF se pravidelně odmlčí a předají řízení sítě koordinátoru PCF. Je zapotřebí zdůraznit, že značná část zařízení podle IEEE 802.11 deterministickou metodu PCF nepodporuje, proto při požadavku na deterministické chování sítě je nutné vybírat zařízení s ohledem na podporu režimu PCF. Doporučuje se pro režim PCF volit všechna zařízení od stejného dodavatele, neboť metoda PCF není ve specifikaci IEEE 802.11 popsána příliš exaktně, a mohly by nastat problémy s interoperabilitou zařízení od různých výrobců. Sdružení Wi-Fi si klade za cíl zajistit interoperabilitu zařízení. Nemá ve svých požadavcích režim PCF vůbec uveden, a tedy jej při udělování loga „Wi-Fi Certified„ netestuje. Ačkoliv čipová sada některých zařízení režim PCF podporuje, tato zařízení nemají uvedený režim aktivován firmwarem. Nemůžeme vybírat zařízení jen podle čipové sady, ale je nutné ujistit se u výrobce zařízení, že právě jeho zařízení režim PCF skutečně podporuje. [9]

6.7.2 Formát MAC rámce Rámec je složen z MAC hlavičky , která se skládá z informací o přenesených datech a těla rámce (frame body) obsahující samotná přenášená data a kontrolní součet CRC. [3] V MAC rámci jsou obsažena tato políčka: ♦ Frame Control (FC) – informace o verzi protokolu a typu rámce (řídící, datový a kontrolní rámec). ♦ Duration /ID (ID) Station ID je identifikátor stanice pro funkci úspory energie. Duration Value – délka trvání rámce používaná pro výpočet rezervace přenosového média. ♦ Address field 1-4 - čtyři adresní pole obsahující adresy zdroje, cíle, přenašeče a přijímače v závislosti na poli Frame Control. ♦ Sequence Control – používá se pro defregmentaci a likvidaci duplicitních rámců.

Tab.3:

Formát MAC rámce.

6.7.3 Struktura Frame Control Struktura políčka Frame Control, ve kterých jsou v šestnácti bitech uloženy informace o přenášeném rámci.



Tab.4:

♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦

6.8

Strana

51

Struktura Frame Control

Protocol Version - indikuje verzi standardu 802.11 Type – indikuje obsah rámce (řídící, ovládací, datový) Subtype – RTS,CTS,ACK To DS – nastaveno na 1, pokud je rámec posílán do distribučního systému From DS – nastaveno na 1, pokud je rámec přijímán do distribučního systému More Fragment – nastaveno na 1, pokud je rámec rozdělen na více částí Retry – oznamuje znovu vysílání již vyslané části rámce, přijímač pozná duplicitu Power Management – režim úspory energie More data – ve vyrovnávací paměti pro tuto stanici uloženo více dat WEP – tělo rámce (data) je kódováno algoritmem WEP Order – rámec je odesílán službou Strict-Ordering, nebude dále zpracováván

Zabezpečení

Jedním z kritických míst bezdrátových technologií je zabezpečení bezdrátových sítí. Jestliže dojde k napadení, hrozí nejen neautorizované využívání připojení k internetu a intranetu, ale zároveň únik informací a neoprávněné zásahy do informačních systémů. Je potřeba, aby byl na zabezpečení bezdrátových komunikací kladen velký důraz. Zabezpečovací standard sítí IEEE 802.11 (WEP). Jde o technologie pracující na úrovni přístupové vrstvy MAC, jejímž úkolem je zaručit alespoň takovou úroveň „soukromí“, jakou nabízejí běžné sítě LAN. Podpora standardu WEP je u zařízení volitelná, avšak většina zařízení na trhu ji podporuje. Jestliže je přenos zabezpečen pomocí WEP, jsou těla rámce a kontrolní součet šifrovány proudovou šifrou RC4, vyvinutou renomovanou firmou RSA Security. Veškerá užitečná data, která jsou přenášena, jsou tak zabezpečena proti jednodušším formám odposlechu. Standardní WEP poskytuje pro šifrování délku klíče 40 nebo 64 bitů. Novější varianta, někdy označovaná jako WEP2, nabízí zabezpečení pomocí klíče o délce 128 bitů. Existují výrobci dodávající zařízení, která umožňují použít klíč o délce až 256 bitů. Hlavní slabinou standardu WEP je skutečnost, že WEP používá statické klíče, jež uživatel zadává při konfiguraci zařízení a zatím zůstává nepřekonána. Přesto že je šifra RC4 považována za poměrně bezpečnou, způsob jakým je WEP navržen znamená, že je vhodný pouze jako základní zabezpečení. [1]


6.9


Strana

52

Moduly Wifi pro mobiliní robotiku

6.9.1 Ezurio wireless Lan modul Jedná se o produkt firmy Ezurio (http://www.ezurio.com), která se zabývá vytvářením zařízení komunikujících přes bezdrátové technologie. Jde především o Bluetooth a wifi technologii. Základní parametry: WiFi 802.11b/g Integrovaná anténa s vysokým výkonem Paměť 60 kB Rom Vstupní napětí 2 – 3,4V Spotřeba 270 mA Přenosová rychlost až 250 kbit/s Infrastructure a Ad hoc WEP 64 a 128 bit Malé rozměry UART TCP/IP, UDP

6.9.2 EZL – 80c Jedná se o produkt firmy Sollae (http://www.sollae.com) zabývající se vytvářením zařízení komunikujících pomocí ethernetu a wifi. EZL-80c je vestavný převodník RS232 na TCP/IP bezdrátově pomocí WiFi. K modulu se připojí PCMCIA karta obsahující rádiovou část. Přes přístupový bod je možné přistupovat přes IP adresu na sériový port. Jako u modulů pro kabelový Ethernet. TCP/IP modul lze připojit přímo na sériové rozhranní mikrokontrolérů či inteligentních senzorů a přenášet tak data na vzdálenost stovek metrů. Základní parametry: WiFi 802.11b Integrovaná anténa s vysokým výkonem Paměť 60 kB Rom Vstupní napětí 3,3 V Spotřeba 250 mA Přenosová rychlost až 250 kbit/s Infrastructure a Ad hoc WEP 64 a 128 bit Malé rozměry UART TCP/IP, UDP, ARP, DHCP, Multicast, TELNET



Strana

53

6.9.3 HW 86050 Jedná se o produkt firmy Heft & Wessel (http://www.hoeft-wessel.com). Tato firma se zaměřuje na výrobu produktů pro měření, snímání a další získávání hodnot. Základní parametry: WiFi 802.11b Integrovaná anténa s vysokým výkonem Paměť 60 kB Rom Vstupní napětí 3,1 – 5,5 V Spotřeba 200 mA Přenosová rychlost až 250 kbit/s Infrastructure a Peer – to – Peer mode WEP 64 a 128 bit, WPA Malé rozměry UART TCP/IP, UDP



Strana

54


7


Strana

55

Závěr

V následují tabulce je provedeno detailní porovnání parametrů bezdrátových technologií. Při výběru bezdrátové technologie je třeba brát ohled na konkrétní schopnosti a vlastnosti daného robotu a vybrat pro něj odpovídající modul. Tím mám na mysli, že na mobilní robot menších rozměrů se nemůže vměstnat modul, který svými rozměry a hmotností neodpovídá volnému prostoru příslušného robotu. Dále je zbytečné použít modul, který poskytuje vyšší přenosovou rychlost a který má zároveň vyšší spotřebu, protože u některých mobilních robotů nemusí být kladeny tak vysoké nároky na přenesená data.

Porovnávací IRDA parametry technologie

VF technologie

Bluetooth technologie

ZigBee tchnologie

Wifi technologie

Kmitočet

850 nm

100 – 868 MHz

2,4 GHz

2,4 GHz 868/915 MHZ

2,4 – 2,485 Ghz

Přenosová kapacita

4 Mbit/s

10 kbit/s

1 Mbit/s

20/40/250 kbit/s

11 Mbit/s

Dosah

10 m

250 m

100 m

300 m

100 m

Přístupová metoda

Požadavek

Požadavek

Požadavek

Superrámec

CSMA/CA

Mechanismus přenosu

Optické paprsky

Rádiový signál

FHSS

DSSS s BPSS nebo QPSK

DSSS

Vysílací výkon

100 mW

20 mW

100 mW

25 mW

250 mW

Spotřeba energie

30 mA

25 mA

100 mA

25 mA

250 mA

Počet účastníků v síti

2

2

7

65 536

32

Velikost modulů

Malý

Malý

Střední

Střední

Velký

Cena

100 – 200 Kč Tab.5:

100 – 500 500 - 1000 200 – 800 Kč Kč Kč Porovnání bezdrátových technologií.

1000 – 2000 Kč



Strana

56

Při výběru bezdrátové technologie bez ohledu na vlastnosti konkrétního modulu bych doporučil řídit se tímto návodem, kde se budu snažit vyjmenovat všechny možné výhody, které by mohly ulehčit rozhodování při výběru technologie, ale také nevýhody, které by mohly na druhou stranu od výběru dané technologie odradit. V technologii IrDA převažují nevýhody nad výhodami. Z výhod bych vyzvedl poměrně malou spotřebu modulů, nízkou cenu a dostupnost kmitočtového spektra. Bohužel, jak jsem již naznačil, tak nevýhod je o poznání více. Hlavní nevýhodu vidím v nutnosti přímé viditelnosti mezi IrDA zařízeními. Dále to je velmi krátký dosah a v neposlední řadě i nemožnost propojení více než dvou zařízení mezi sebou a tedy i dosažení klasického zasíťování. Za jistých podmínek to může být i rušení různými změnami světelných podmínek, tím mám na mysli přechod ze světlého do tmavého prostředí. Rušení může být způsobeno i prašným prostředím. U VF modulů je zjevná výhoda v široké součástkové základně a s tím spojená nízká cena. Při použití této technologie očekávejte snadné řešení a téměř žádné komplikace při návrhu samotného řídícího a ovládaného modulu. Jako nevýhoda se do značné míry projevuje přenosová rychlost a fakt, že pomocí této technologie lze komunikovat jen mezi dvěma zařízeními. Nejde zde tedy uplatnit klasické zasíťování jako tomu je třeba u technologie Bluetooth nebo ZigBee. Technologie Bluetooth je v oblasti automatizace poměrně rozšířená. Veškerá komunikace, která v automatizaci probíhá, se uplatňuje pomocí profilu pro sériovou komunikaci. Mezi nevýhody patří možnost problémů s přenosem v zástavbě, kde jsou problémy s železnými konstrukčními prvky, tudíž dochází ke snížení dosahu a rychlosti komunikace. Dále jsou kladeny velké nároky na spotřebovanou energii. Naopak k velkým výhodám patří poměrně velká přenosová rychlost a univerzálnost tohoto standardu. Technologie ZigBee se v oblasti automatizace teprve zabydluje. Podle jejich vlastností je velkým konkurentem pro technologie Wifi a Bluetooth, i když výrobci uvádí, že se nejedná o konkurenta Bluetooth, ale pouze o její doplněk. Především bych zmínil nízké nároky na spotřebu energie, což je u mobilních technologií jedno z nejdůležitějších kritérií. Velká úspora energie spočívá v tom, že když zařízení delší dobu nekomunikuje, tak automaticky přechází do režimu spánku a přitom spotřebuje energii v řádu µA. Dále je potřeba uvést nízkou cenu modulů i přes ještě malé rozšíření. Tato technologie se vyznačuje velkým dosahem v zástavbě z důvodu komunikace nižší rychlosti. Značnou výhodou může být i počet účastníku v síti. Další výhoda spočívá ve snadném řešení při návrhu a samotné realizaci bezdrátového modulu. Jako nevýhoda se jeví nízká přenosová rychlost. Technologie WiFi je použita prakticky všude a zasáhla i oblast automatizace. Hlavní výhoda spočívá ve vysoké přenosové rychlosti, velkém dosahu a dobré dostupnosti vysílaného signálu. Další výhodu bych viděl v tom, že lze připojit více zařízení k jednomu přístupovému bodu. Zatím se jeví jako jedna z nevýhod malá součástková základna a s tím spojená vyšší cena, ale s rostoucím počtem výrobců bude klesat i cena. Zásadní nevýhodou je vyšší spotřeba, se kterou je spojeno zahřívání příslušného modulu a tím může docházet k chybám v komunikaci. Mezi další nevýhody patří možnost problémů s přenosem v zástavbě, kde jsou problémy s železnými konstrukčními prvky a tudíž dochází ke snížení dosahu a rychlosti komunikace. Podle již zmíněných vlastností bezdrátových technologií je nutno brát ohled na to, v jakém prostředí budeme s mobilním robotem komunikovat. Při použití v zastavěném prostoru nebo v budově s železnými konstrukčními prvky může mít problém Bluetooth, ZigBee nebo WiFi. Nejde o úplné omezení dosahu, ale pouze o částečné omezení. Naopak venkovní prostředí se jeví jako ideální pro Bluetooth a ZigBee, které by měli mít za těchto



Strana

57

podmínek maximální dosah. U WiFi je to tak na půl, zaleží jestli se budeme naházet v blízkosti nějaké budovy, která bude zdrojem dalšího WiFi signálu. S VF moduly by neměl být problém v budově i mimo ni, protože nepodléhá žádnému rušení. Při výběru modulu bych doporučil, řídit se podle katalogových listů, které jsou rozděleny do jednotlivých kategorií a přiloženy na CD-ROM společně s touto prací. V katalogových listech jsou detailně popsány velikosti modulů, jejich zapojení, spotřeba a další potřebné věci pro jejich spárování s řídícím modulem mobilního robotu.



Strana

58



Strana

59

Použitá literatura [1]

PUŽMANOVÁ, Rita. Bezpečnost bezdrátové komunikace. 1. vyd. Computer Press , 2005. 179 s. ISBN 80-251-0791-4.

[2]

TKÁČ, Josef. Jak na Bluetooth v rekordním čase. 1. vyd. Grada Publishing , 2005. 84 s. ISBN 80-247-1081-1.

[3]

ZANDL, Patrick. Bezdrátové sítě WIFI – praktický průvodce. 1. vyd. Computer Press , 2003. 84 s. ISBN 80-7226-632-2.

[4]

DLOUHÝ, Martin. Robotika.cz [online]. Dostupné z < http://robotika.cz >

[5]

LÚČNY,Andrej. Robotika.cz [online]. Dostupné z < http://robotika.sk >

[6]

ROBOZOR. Robozor [online]. Dostupné z < http://www.robozor.cz >

[7]

PETERKA Jiří,Modulace.[2004].[cit.8.3.2007].Dostupný z < http://earchiv.cz >

[8]

IEEE. Standard 802.11. [cit. 17.1.2007].Dostupný z

[9]

BRADÁČ Zdeněk Ing., FIDLER Petr Ing. Bezdrátové komunikace v automatizační praxi I – VI. díl. [2004]. [cit. 17.3.2007]. ]. Dostupný z

[10]

PUŽMANOVÁ Rita. Alternativní bezdrátové lokální sítě. [2003]. [cit. 1.3.2007]. Dostupný z

[11]

PETERKA Jiří, Počítačové sítě . [cit. 17.3.2007].Dostupný z

[12]

GOOGLE, Různé dotazy. Dostupný z

[13]

JYXO, Různé dotazy. Dostupné z

[14]

ŠÁRA Zdeněk. Normy pro IR datový přenos [online].4.3. 1999[cit. 5.1. 2007] Dostupný z < http://www.hw.cz/Teorie-a-praxe/Dokumentace/ART753-Normypro-IR-datovy-prenos.html>

[15]

ŘEHÁK Jan. Co je to WiFi - úvod do technologie[cit. 6.1. 2007] Dostupný z < www.hw.cz/Produkty/Ethernet/ART915-Co-je-to-WiFi---uvod-do-technologie >

[16]

MYSLÍK Vladimír.IrDA - Kompletní popis.13.10. 1999[cit. 6.1. 2007] Dostupný z < www.hw.cz/Teorie-a-praxe/Dokumentace/ART784-IrDa-Kompletni-popis >

[17]

WIKIPEDIA. Různé dotazy. Dostupný z

[18]

SEZNAM. Různé dotazy. Dostupný z < http://www.seznam.cz >

< http://ieee.org >



Strana

60

[19]

BENEŠ, Petr RnDr.Různé články.Sdělovací technika [online]. 2007, c. 3 [cit. 200101-03]. Dostupný z

[20]

BLUETOOTH, Standard Bluetooth. [cit. 2.1.2007]. Dostupný z < http:// www.bluetooth.com >

[21]

IRDA. Standard IrDA. [cit. 27.1.2007].Dostupný z

[22]

ZIGBEE. Standard ZigBee. [cit. 27.1.2007].Dostupný z

[23]

BRADÁČ Zdeněk. Bezdrátový komunikační standard ZigBee.2005 [cit. 4.2. 2007] Dostupný z < http://www.automatizace.cz/article.php?a=638 >

[24]

ŠINTÁK Pavel. Bluetooth a jeho možní konkurenti.[cit. 4.3. 2007] Dostupný z < www.kiv.zcu.cz/~simekm/vyuka/pd/zapocty-2004/bluetooth-sintak >

[24]

MICHALICOVÁ Jana. Personal Area Network.[cit. 5.3. 2007] Dostupný z < www.kiv.zcu.cz/~simekm/vyuka/pd/zapocty-2004/pan-michalicova >

[25]

PELIKÁN Jaroslav. Počítačové sítě – přednášky .[cit. 10.3. 2007] Dostupný z < http://www.fi.muni.cz/usr/pelikan/Vyuka/Vyuk2.html >

[26]

BRANDEJS Michal. Služby počítačových sítí.[cit. 12.3. 2007] Dostupný z < http://www.fi.muni.cz/usr/brandejs >

[27]

STAUDEK Jan. Soudobé počítačové sítě .[cit. 12.3. 2007] Dostupný z < http://www.fi.muni.cz/usr/staudek/vyuka/PA151/PA151.xhtml >

[28]

WIFI. Standard WiFi. [cit. 27.1.2007].Dostupný z

[29]

VOJÁČEK Antonín. ZigBee - novinka na poli bezdrátové komunikace [cit. 12.3. 2007] Dostupný z < http://www.hw.cz/Rozhrani/ART1299-ZigBee--novinka-na-poli-bezdratove-komunikace >

[30]

VOJÁČEK Antonín. ZigBee - novinka na poli bezdrátové komunikace [cit. 12.3. 2007] Dostupný z < http://www.hw.cz/Rozhrani/ART1299-ZigBee--novinka-na-poli-bezdratove-komunikace >

< http://irda.org > < http://zigbee.org >

< www.wi-fi.com >

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Recommend Documents