NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MẠNG HÌNH LƯỚI VÔ TUYẾN WIRELESS MESH NETWORK

Đề tài: “NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MẠNG HÌNH LƯỚI VÔ TUYẾN WIRELESS MESH NETWORK” Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm có: Chương 1.Nghiên cứu tổng quan mạng Mesh vô tuyến. Chương 1 giới thiệu tổng quan về mạng lưới vô tuyến, thành phần, cấu trúc và những ứng dụng của mạng lưới vô tuyến. Chương 2.Một số công nghệ vô tuyến sử dụng trong mạng Mesh vô tuyến. Chương 2 tìm hiểu hai công nghệ đó là Zigbee và SimpliciTI nhưng tập trung chủ yếu vào công nghệ Zigbee. Chương 3.Nghiên cứu mô hình hệ thống thông tin quản lý môi trường sử dụng công nghệ Mesh vô tuyến. Chương 3 tìm hiểu mô hình thực tế của hệ thống quản lý môi trường và các vấn đề cần chú ý khi thiết kế mạng. Đây là mô hình ứng dụng thực tiễn và đã được triển khai phổ biến ở các nước phát triển.

MỤC LỤC

Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG

Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

A

Protocol Data Unit

Đơn vị dữ liệu tầng con hỗ trợ ứng dụng

APS Application Support Sublayer Tầng con hỗ trợ ứng dụng

Data Entity

Thực thể dữ liệu tầng con hỗ trợ ứng dụng

APSDE-SAP APSDE-Service Access Point Điểm truy nhập dịch vụ APSDE B

BPSK Binary Phase-Shift Keying Khóa dịch pha hai trạng thái

C

CAP Contention Access Period Thời gian truy nhập xung đột

with Collision Avoidance

Đa truy nhập cảm ứng sóng mang tránh xung đột

D

DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phỗ chuỗi trực tiếp

E

ISM Indutrial, Scientific, Medical Công nghiệp, Khoa học, Y tế L

Network

Mạng cá nhân tốc độ thấp M

MLME MAC Layer Management Entity Thực thể quản lý lớp MAC

MLME-SAP MAC Layer Management Entity Điểu truy nhập MLME

Service Access Point

N

Service Access Point

Điểm truy nhập NLDE

Entity

Thực thể quản lý lớp mạng

Entity Service Access Point

Điểm truy nhập dịch vụ NLME

NPDU Network Layer Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức lớp mạng NSDU Network Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ lớp mạng O

Keying

Khóa dịch pha bốn trạng thái có trễ

P

PD-SAP PHY Data Service Access Point Điểm truy nhập dịch vụ dữ liệu

lớp vật lý

Entity

Thực thể quản lý lớp vật lý

Entity Service Access Point

Điểm truy nhập dịch vụ PLME R

S

Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt

tự tổ chức, tự hàn gắn, dễ dàng bảo trì, giá thấp, dịch vụ tin cậy, khả năng mở rộng dễ dàng…Điểmhạn chế của công nghệ mạng lưới vô tuyến đó là phạm vi vùng phủ nhỏ, và băng thông hạn chế.Công nghệ mạng lưới vô tuyến được ứng dụng rộng rãi nhất và được hỗ trợ bởi nhiều nhà sản xuấtphần cứng nhất đó là Zigbee Zigbee đã ứng dụng phổ biến trong mạng cảm biến, nhà thông minh…

Vì vậy việc tìm hiểu về mạng lưới vô tuyến – công nghệ vô tuyến đang phát triển rất nhanh

là cần thiết và em đã chọn đề tài ” Nghiên cứu công nghệ mạng hình lưới vô tuyến” là đề tài đồ

án tốt nghiệp của em

Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm có:

• Chương 1.Nghiên cứu tổng quan mạng Mesh vô tuyến Chương 1 giới thiệu tổng quan về

mạng lưới vô tuyến, thành phần, cấu trúc và những ứng dụng của mạng lưới vô tuyến

• Chương 2.Một số công nghệ vô tuyến sử dụng trong mạng Mesh vô tuyến Chương 2 tìm

hiểu hai công nghệ đó là Zigbee và SimpliciTI nhưng tập trung chủ yếu vào công nghệZigbee

• Chương 3.Nghiên cứu mô hình hệ thống thông tin quản lý môi trường sử dụng công nghệ Mesh vô tuyến Chương 3 tìm hiểu mô hình thực tế của hệ thống quản lý môi trường và các

vấn đề cần chú ý khi thiết kế mạng Đây là mô hình ứng dụng thực tiễn và đã được triển khaiphổ biến ở các nước phát triển

Mặc dù có nhiều cố gắng nhưng vì khả năng còn hạn chế nên đồ án còn rất nhiều thiết sót

Em mong nhận được sự góp ý của các thầy để đồ án được chính xác và hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn TS Vũ Trường Thành, người đã hướng dẫn, định hướng, giúp

đỡ em rất nhiều trong quá trình thực hiện đề tài Em xin chần thành cảm ơn thầy

Sinh viên thực hiệnĐào Trọng Tuấn

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1 Nghiên cứu tổng quan công nghệ mạng Mesh vô tuyến

Các công nghệ mạng không dây đang phát triển sang thế hệ tiếp nhằm cung cấp các dịch vụtốt hơn, công nghệ mạng lưới vô tuyến (Wireless Mesh Networks-WMNs) đang được ứng dụngrộng khắp nhằm cung cấp các topo mạng một cách linh hoạt, tin cậy với hàng ngàn thiết bị

Mạng lưới vô tuyến – WMNs là mạng truyền thông tạo bởi các nút vô tuyến tổ chức theodạng lưới WMNs là mạng nhiều hop trong đó mỗi node có thể nhận và gửi bản tin, các node nàyđóng vai trò là một router và chuyển tiếp bản tin tới hàng xóm Theo quá trình này, mỗi gói tin sẽ đitới đích qua các node trung gian với các liên kết tin cậy

Trong WMNs, node bao gồm mesh router và mesh client Một WMN có đặc điểm tự tổchức, tự cấu hình động (self-oranized, self-configured), mỗi node trong mạng tự động thiết lập vàduy trì kết nối lưới giữa chúng Đặc điểm này mang lại nhiều lợi ích cho WMNs như là chi phí banđầu thấp, bảo trì dễ dàng, bảo vệ các dịch vụ tin cậy

Các node thông thường (desktops, laptops, PDA, PocketPC, phones…) được trang bị với cáccard không dây (Network Interface Card –NIC) có thể kết nối trực tiếp tới mesh router Người dùngkhông có NIC có thể truy nhập WMN bằng cách kết nối tới mesh router qua chẳng hạn Ehernet Do

đó, WMN sẽ giúp người dùng người luôn luôn nối mạng mọi lúc mọi nơi Tuy nhiên, chức nănggateway/bridge trong mesh router cho phép tích hợp vào WMN với mạng không dây hiện có khácnhau như mạng cảm biến không dây, Wi-fi (Wireless-fidelity), Wimax (Worldwide inter-operabilityfor microwave access), mạng thông tin di động Theo đó, thông qua một WMN được tích hợp ngườidùng của mạng hiện có có thể được cung cấp với dịch vụ mà mạng này không thể cung cấp

WMN là một công nghệ không dây đầy hứa hẹn cho rất nhiều ứng dụng như mạng gia đìnhtốc độ cao (broadband home networking), mạng doanh nghiệp, tòa nhà tự động…Nó đang dànhđược sự quan tâm của các nhà cung cấp dịch vụ Internet (Internet service provider – ISP) trong việctung ra dịch vụ băng rộng không dây mà chỉ cần chi phí đầu tư ban đầu nhỏ Với khả năng tự tổchức và tự cấu hình, WMN có thể được triển khai mỗi node một thời gian, khi cần Khi nhiều nodeđược cài đặt, sự tin cậy và liên kết đối với người dùng tăng theo

Triển khai một WMN không quá khó bởi vì tất cả thành phần yêu cầu đều có sẵn trong địnhdạng của giao thức định tuyến của mạng ad hoc, giao thức MAC IEEE 802.11…Một vài công ty vừamới nhận ra tiềm năng của công nghệ này và đưa ra các sản phầm của mạng lưới không dây Mộtvài phòng thí nghiệm được thành lập ở một số trường đại học Tuy nhiên, việc tạo ra hết khả năngcủa mạng WMN, việc nghiên cứu vẫn cần tiếp tục chẳng hạn như MAC và giao thức định tuyếnhiện có được sử dụng cho WMN không có đủ sự mở rộng, throughput bị bỏ đáng kể khi mà sốlượng các node hay hop trong mạng WMN tăng Theo đó, tất cả các giao thức hiện có từ lớp ứngdụng tới giao vận, lớp MAC và lớp vật lý cần được tăng cường để phù hợp với WMN

WMN bao gồm hai loại node: mesh router và mesh client Một mesh router bao gồm chứcnăng định tuyến, chức năng cửa ngõ/trạm lặp (gateway/repeater) Để nâng cao sự linh hoạt của

mạng lưới, một mesh router thường được trang bị với nhiều giao diện không dây được xây dựng trênhoặc công nghệ truy nhập không dây giống hay khác nhau So sánh với router wirless thông thường,một mesh router có thể có cùng diện bao phủ nhưng với công suất phát thấp hơn nhiều thông quaviệc truyền thông nhiều hop Giao thức MAC (Medium access control) trong mesh router được tăngcường với sự mở rộng tốt hơn trong điều kiện lưới nhiều hop.

Mặc dù có nhiều sự khác nhau nhưng mesh router và wirless router thông thường được xâydựng dựa trên cùng một nền tảng phần cứng Mesh router có thể được xây dựng dựa trên hệ thốngmáy tính riêng (ví dụ như hệ thống nhúng) Chúng cũng có thể được xây dựng dựa trên hệ thốngmáy tính như laptop, desktop PC… Mesh client cũng có chức năng cần thiết cho mạng lưới và do đócũng làm việc như là một router Tuy nhiên, chức năng cửa ngõ (gateway) hay cầu (bridge) khôngtồn tại trong những nút này Thêm vào đó, mesh client thường xuyên chỉ có một giao diện khôngdây Nền tảng phần cứng và phần mềm cho mesh client có thể đơn giản hơn nhiều so với meshrouter Mesh client có nhiều thiết bị khác nhau hơn nhiều so với mesh router Chúng có thể làlaptop/desktop PC, pocket PC, PDA, IP phone và nhiều loại thiết bị khác

Hình 1-1 Ví dụ mesh router dựa trên hệ thống nhúng khác nhau: (a) PowerPC; (b) AdvancHình 1-2ed Risc Machines (ARM).

Hình 1- 3 Ví dụ mesh client: Laptop, tablet

Kiến trúc của WMN có thể được phân thành ba nhóm chính dựa trên chức năng của các node

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1 Nghiên cứu tổng quan công nghệ mạng Mesh vô tuyến

Infrastructure/backbone WMN là loại được dùng phổ biến nhất Cho ví dụ, mạng khu vực vàcông cộng (community, neighborhood) có thể được xây dựng dùng infrastructure meshing Meshrouter được đặt ở trên nóc các ngôi nhà trong một khu vực, phục vụ như là một accesspoint chongười dùng bên trong nhà và dọc theo con đường Hai loại vô tuyến được dùng đó là cho truyềnthông backbone và cho người sử dụng Mạng lưới backbone có thể được thiết lập dùng kĩ thuậttruyền thông phạm vi rộng bao gồm các anten vô hướng

• Client WMNs: client meshing cung cấp mạng peer-to-peer giữa các thiết bị client Trong loạikiến trúc này, các node client tạo thành mạng thực sự để tiến hành định tuyến và cấu hình chứcnăng như cúng cấp ứng dụng tới người dùng Do đó, một mesh router không được yêu cầu choloại mạng này Kiến trúc client WMNs được chỉ ra ở hình 1.4 Trong mạng client WMNs, mộtgói có địa chỉ đích là một node trong mạng nhảy thông qua nhiều node để vương twosi đích.Client WMNs thường xuyên được định dạng dùng một loại vô tuyến Tuy nhiên, yêu cầu trên

thiết bị người dùng tăng khi so sánh với infrastructure meshing, vì vậy, trong client WMNsngười dùng phải tiến hành thêm các chức năng như là định tuyến và tự cấu hình.

Hình 1-5 Client WMN

• Hybrid WMNs Đầy là kiến trúc được kết hợp của infrastructure và client meshing (hình 1.5).Mesh client có thể truy nhập mạng thông qua mesh router như là với các client khác Trong khiinfrastructure cung cấp kết nối tới mạng như là Internet, Wi-fi, Wimax, mạng cảm biến, mạngthông tin di động, khả năng định tuyến của client cung cấp kết nối và bảo vệ bên trong WMN

Hình 1-6 Hybrid WMN

• Mạng không dây nhiều hop Mục đích phát triển WMN là mở rộng vùng phủ của mạng khôngdây hiện tại mà không làm suy giảm dung lượng kênh truyền và cung cấp các kết nối non-line-of-sight (NLOS) giữa những người sử dụng mà không có được liên kết line-of-sight (LOS) Đểđáp ứng yêu cầu này, mạng lưới nhiều hop là cần thiết, nó dành được throughput cao hơn màkhông làm suy giảm phạm vi vô tuyến hiệu quả thông qua khoảng cách liên kết ngắn hơn, ítnhiễu hơn giữa các node và sử dụng tần số hiệu quả hơn

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1 Nghiên cứu tổng quan công nghệ mạng Mesh vô tuyến

• Hỗ trợ mạng adhoc và khả năng tự định dạng, tự hàn gắn và tự tổ chức của kiến trúc mạng linhhoạt, dễ dàng triển khai và cấu hình, khả năng chịu lỗi và kết nối lưới… truyền thông đa điểm-đađiểm (multipoint-multipoint) WMN không cần yêu cầu cấu hình thủ công, định vị thiết bị hiện

có đơn giản như là cắm vào (plugin) và bật nó lên Mạng khám phá ra node mới và tự động điềukhiển nó sang hệ thống đang tồn tại Nếu một thiết bị hay liên kết trong mạng lưới bị lỗi, bản tin

sẽ được gửi ra xung quanh thông tới các thiết bị khác Việc mất một hay nhiều node không tácđộng cần thiết tới hoạt động của mạng Một mạng lưới là tự hàn gắn bời vì không cần sự canthiệp từ bên ngoài vào cho việc định tuyến lại bản tin

• Di động phụ thuộc loại node mesh Mesh router thường xuyên ít di động trong khi mesh client

có thể là 1 trạm hay node di động

• Nhiều loại mạng truy nhập Trong WMN, cả truy nhập backhaul tới Internet và truyền thôngpeer-to-peer đều được hỗ trợ Thêm vào đó, việc tích hợp WMN với các mạng không dây khác

và cung cấp dịch vụ tới người dùng của những mạng này có thể thông qua WMN

• Phụ thuộc của sự tiêu thụ công suất vào loại node trong WMN Mesh router thường xuyênkhông có sự ràng buộc giới hạn vào sự tiêu thụ công suất Tuy nhiên, mesh client có thể yêu cầucác giao thức hiệu quả đối với công suất Cho ví dụ, một mạng cảm biến lưới yêu cầu giao thứctruyền thông của nó phải sử dụng hiệu quả công suất Do đó, MAC hay giao thức định tuyến tối

ưu cho mesh router có thể không thích hợp cho mesh client như là cảm biến bởi vì sự hiệu quảcông suất là quan trọng nhất liên quan tới mạng cảm biến không dây

• Tương thích và khả năng tương tác với mạng không dây hiện có Ví dụ, WMN được xây dựngdựa trên công nghệ IEEE 802.11 phải tương thích với các chuẩn IEEE 802.11 trong việc hỗ trợ

cả khả năng mesh và Wi-fi tiêu chuẩn WMN cũng cần tương tác với những mạng không dâyhiện có như Wimax, Zig-bee và mạng thông tin di động

Dựa trên những đặc điểm của WMN, WMN được xem như là một loại của mạng ad hoc

• Mạng gia đình băng rộng Mạng gia đình băng rộng hiện tại thường sử dụng công nghệ IEEE802.11 WLAN Một vấn đề dễ nhận thấy là việc định vị các access point Một ngôi nhà (thậmchí là một ngôi nhà nhỏ) thường xuyên có nhiều vùng chết (dead zone) mà không được bao phủ.Giải pháp dự trên khảo sát vị trí là rất đắt và không thực tế cho mạng gia đình, trong khi việc càiđặt nhiều access point cũng đắt đỏ và không thuận tiện bởi vì dây Ethernet từ access point tớimạng backhaul modem truy nhập Tuy nhiên, truyền thông giữa các node ở hai access point phải

đi tới modem hoặc hub truy nhập Điều này dễ thấy không phải là một giải pháp hiệu quả, đặcbiệt trong mạng băng rộng Mesh Network được chỉ ra trên hình 1.6 có thể giải quyết tất cả vấn

đề trên trong mạng gia đình Access point được thay thế bằng wirless mesh router với liên kếtlưới được thiết lập giữa chúng Do đó, truyền thông giữa những node này trờ thành linh hoạthơn Vùng chết có thể được loại trừ bằng cộng thêm mesh router, thay đổi vị trí của mesh routerhay tự động điều chỉnh công suất của mesh router Truyền thông trong mạng gia đình có thểđược nhận ra thông qua mạng lưới mà không cần trở lại modem hay hub truy nhập Do đó việctắc nghẽn mạng vì việc trở lại backhaul có thể tránh được Trong ứng dụng này, mesh routerkhông ràng buộc về tiêu thụ công suất và di động Do đó, giao thức đưa ra cho mạng ad hoc vàmạng cảm biến không dây cũng phù hợp và đáp ứng hiệu năng trong ứng dụng này Ở khía cạnh

khác, Wi-fi không thể hỗ trợ mạng ad hoc nhiều hop Do đó, WMN thích hợp cho mạng gia đìnhbăng rộng.

• Mạng công cộng và lân cận Mạng công cộng thường được dựa trên DSL kết nối tới Internet vàcuối cùng là kết nối một router wireless tới một modem DSL Loại mạng này có nhiều điểm hạnchế đó là:

- Ngay cả khi thông tin phải được chia sẻ trong một vùng, tất cả lưu lượng phải đi thông quaInternet Điều này giảm đáng kể việc sử dụng tài nguyên mạng

- Tỉ lệ phần trăm lớn của vùng giữa các ngôi nhà không được bao phủ bởi dịch vụ không dây

- Chi phí đắt nhưng băng thông cửa ngõ giữa những ngôi nhà và vùng không được chia sẻ vàdịch vụ không dây phải được thiết lập riêng

- Chỉ có một đường có thể có giá trị cho một nhà để truy nhập Internet hay truyền thông vớihàng xóm

WMN làm suy giảm sự không có ích trên thông qua kết nối mạng lưới linh hoạt giữa các tòanhà (hình 1.7) WMN cũng có thể cho phép nhiều ứng dụng như là phân phối tài liệu lưu trữ, truynhập file, luồng video (video streaming)

Hình 1-7 WMN cho mạng gia đình băng rộng.

• Mạng doanh nghiệp Đây có thể là một mạng nhỏ trong một văn phòng hay mạng trung bình chotất cả văn phòng trong toàn bộ một tòa nhà hay mạng phạm vi lớn giữa những văn phòng trongnhiều tòa nhà Hiện tại, chuẩn IEEE 802.11 được sử dụng rộng rãi, tuy nhiên việc kết nối nhữngmạng này được thực hiện thông qua kết nối có dây Ethernet, đây là lý do chính cho chi phí caocủa mạng doanh nghiệp Thêm vào đó, việc cộng thêm modem truy nhập chỉ tăng băng thôngkhu vực, không tăng việc đảm bảo tránh liên kết lỗi, nghẽn mạng và những vấn đề khác cho toàn

bộ mạng doanh nghiệp Nếu access point được thay thế bằng mesh router (hình 1.8), dâyEthernet có thê được loại trừ Nhiều modem truy nhập có thể chia sẻ bởi các node trong toàn bộmạng và do đó, tăng cường việc sử dụng tài nguyên của mạng doanh nghiệp WMN có thể pháttriển dễ dàng khi cỡ mạng của doanh nghiệp mở rộng WMN cho mạng doanh nghiệp phức tạphơn nhiều so với hộ gia đình bởi vì nhiều node và cấu hình mạng phức tạp hơn Dịch vụ của chết

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1 Nghiên cứu tổng quan công nghệ mạng Mesh vô tuyến

độ mạng doanh nghiệp có thể được ứng dụng tới nhiều dịch vụ công cộng và thương mại khácnhư sân bay, khách sạn, trung tâm hội nghị, trung tâm thể thao…

Hình 1-8 WMN cho mạng công cộng.

Hình 1-9 WMN cho mạng doanh nghiệp.

• Mạng đô thị (Metropolitan area network) WMN trong khu vực đô thị có nhiều lợi ích Tốc

độ phát ở lớp vật lý cao hơn nhiều tốc độ trong mạng thông tin di động Cho ví dụ, một nútnút IEEE 802.11g có thể có được tốc độ tối đa là 54Mbps Tuy nhiên, truyền thông giữa cácnút trong WMN không tin cậy bằng mạng có dây So sánh với mạng có dây như DSL, mạngquang, mạng lưới WAN là một thay thế kinh tế cho mạng băng rộng, đặc biệt ở những quốcgia chưa phát triển Mạng lưới MAN bao phủ một khu vực lớn hơn nhiều so với hộ gia đình,doanh nghiệp, tòa nhà hay mạng công cộng Do đó, mạng lưới WAN đáp ứng được yêu cầu

về việc mở rộng mạng bằng mạng lưới

Hình 1-10 WMN cho mạng đô thị MAN (metropolitan area network)

• Hệ thống chuyên trở (Transportation system) Thay vì giới hạn truy nhập IEEE 802.11 hay802.16 tới trạm, công nghệ mạng lưới có thể mở rộng truy nhập tới xe bus, tàu hỏa… Do đó,dịch vụ thông tin hành khách thuận tiện, việc giám sát từ xa trong các phương tiện đi lại cóthể được hỗ trợ Để có thể cho phép mạng lưới ứng dụng tới hệ thống chuyên trở, hai côngnghệ khóa cần được đáp ứng: mạng backhaul di động tốc độ cao từ một phương tiện đi lại(car, bus, train) tới Internet; mạng lưới di động bên trong các phương tiện đi lại (hình 1.10)

• Tòa nhà thông minh Trong một tòa nhà, các thiết bị điện khác nhau như đèn điện, điều hòanhiệt độ, thang máy cần được điều khiển và giám sát Hiện tại, việc này được thực hiệnthông qua mạng có dây với chi phí rất đắt vì sự phức tạp trong triển khai và bảo trì mạng códây Gần đây, mạng Wi-fi đã được ứng dụng để giảm giá việc triển khai mạng này Tuynhiên, việc này không đạt được hiệu năng thỏa mãn bởi vì triển khai mạng Wi-fi cho ứngdụng này vẫn đắt đỏ vì cần tới mạng Ethernet có dây Nếu một tòa nhà thông mình được xâydựng dựa trên công nghệ mạng lưới (hình 1.11), các access point được thay thế bằng cácmesh router, chi phí triển khai sẽ giảm đi đáng kể Tiến trình triển khai cũng đơn giản hơnnhiều bởi vì kết nối lưới giữa những mesh router

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1 Nghiên cứu tổng quan công nghệ mạng Mesh vô tuyến

• Hệ thống sức khỏe và y tế Trong bệnh viện hay trung tâm y tế, việc giám sát và phát hiện dữliệu cần được xử lý và phát từ một phòng sang phòng khác với mục đích khác nhau Việcphát dữ liệu thường xuyên dùng băng rộng, các thông tin giám sát định kì và ảnh y tế độphân giải cao có thể dễ dàng tạo ra một lượng dữ liệu lớn và không đổi Mạng có dây truyềnthống chỉ có thể cung cấp truy nhập mạng giới hạn tới thiết bị y tế cố định Mạng dựa trênWi-fi liên quan tới kết nối mạng Ethernet hiện có, cái mà gây ra giá hệ thống cao và phức tạp

mà không có khả năng loại trừ vùng chết Tuy nhiên vấn đề này không tồn tại trong mạngWMN

Hình 1-11 WMN cho hệ thống chuyên trở.

Hình 1-12 WMN cho tòa nhà thông minh.

• Hệ thống giám sát an ninh Hệ thống giám sát an ninh là rất cần thiết cho tòa nhà doanh nghiệp,trung tâm mua sắm … Để triển khai hệ thống này ở vị trí khi cần, WMN là giải pháp khả thi hơnnhiều so với mạng có dây kết nối tới tất cả các thiết bị Vì hình ảnh và video đòi hỏi lưu lượnglớn trong mạng, ứng dụng này yêu cầu khả năng mạng cao hơn nhiều những ứng dụng khác

• Hệ thống thông tin quản lý môi trường ở các nước đang phát triên, các khu công nghiệp thườngkhông có thiết bị giám sát môi trường Khi cần thông tin về môi trường ở các khu công nghiệpnày, các thao tác thực hiện khá phức tạp vì phải mang thiết bị tới hiện trường, tiến hành đo đạc,

thu thập kết quả và tính toán thủ công Việc giám sát này không tức thời, khó quy trách nhiệmcho các đơn vị gây ô nhiễm, việc quản lý không mang tính hệ thống Để giải quyết vấn đề này,công nghệ mạng lưới không dây là công nghệ được sử dụng và ứng dụng rộng khắp Theo đó,các cảm biến sẽ được định vị để giám sát thành phần môi trường ở các khu công nghiệp (CO2,O2…), thông tin sau đó sẽ được chuyển tới một server để xử lý và ứng dụng trên server sẽ phântích thông tin và tính toán mức ôi nhiễm Server cũng có thể ghi lại và hiển thị bảng biểu củamức độ ôi nhiễm cho tất cả các nhân tố gây ôi nhiễm, server cũng có thể đưa ra những vấn đềsức khỏe liên quan tới những ôi nhiễm đó Việc giám sát này cho phép biết được vị trí của nơi ôinhiễm vì cảm biến được gán với thông tin vị trí xác định Các cảnh báo được đưa ra khi mộttrong các thành phần vượt quá mức cho phép để các nhà quản lý có thể đưa ra các biện pháp xử

lý tức thời

Hình 1-13 Kiến trúc tổng quan mạng cảm biến lưới vô tuyến

Chương 1 đã giới thiệu tổng quát về mạng lưới vô tuyến Mạng lưới vô tuyến đang phát triển

và là một trong những công nghệ khóa để cung cấp những dịch vụ tốt hơn Mạng lưới vô tuyến –WMN bao gồm 2 loại node đó là mesh router và mesh client Mesh router định dạng ra kiến trúcmạng WMN, mesh router thường có nhiều card giao diện và có chức năng gateway/bridge trong khi

đó mesh client chỉ có một card giao diện và không có chức năng gateway/bridge Nhờ có chức nănggateway/bridge mà WMN có thể tích hợp các mạng hiện có như mạng Wi-fi, Wimax, mạng thôngtin di động… Nhờ vậy, WMN đáp ứng được nhu cầu luôn luôn on-line của người dùng Kiến trúcmạng WMN chia làm ba nhóm đó là infrastructure/backbone WMN, client WMN và hybrid WMN.Trong đó kiến trúc infrastructure/backbone WMN được sử dụng rộng rãi nhất với việc tương tác vớicác mạng hiện có Mạng WMN có nhiều đặc điểm mà quan trọng nhất đó là tự định dạng, tự hàngắn và tự tổ chức Việc nghiên cứu WMN được tiến hành ở nhiều viện nghiên cứu trên toàn thế giới

và một số nhà sản xuất đã đưa ra thị trường những sản phẩm WMN và hứa hẹn đây sẽ là thị trường

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1 Nghiên cứu tổng quan công nghệ mạng Mesh vô tuyến

sôi động Một số ứng dụng của WMN như mạng gia đình băng rộng, mạng doanh nghiệp, mạngcông cộng và lân cận, tòa nhà thông minh và đặc biệt là mạng giám sát,cảnh báo mà được triển khaithực tế và mang lại hiệu quả cao đó là mạng cảm biến giám sát môi trường WMN đã khắc phụcđược những nhược điểm của mạng có dây hay công nghệ không dây phổ biến hiện tại là Wi-fi.Trong tương lai, WMN sẽ phát triển hoàn thiện hơn để đem lại dịch vụ tốt nhất cho người dùng

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Các công nghệ vô tuyến sử dụng trong mạng Mesh vô tuyến

2 CHƯƠNG 2 CÁC CÔNG NGHỆ VÔ TUYẾN SỬ DỤNG TRONG MẠNG MESH VÔ TUYẾN

Công nghệ Zigbee là chồng giao thức truyền thông cho mạng vô tuyến phạm vi ngắn với tốc

độ dữ liệu thấp, tiêu tốn ít năng lượng

Zigbee hướng tới những ứng dụng dành cho các thiết bị được cấp nguồn pin với yêu cầu tốc

độ dữ liệu thấp, giá thấp, tuổi đời pin dài.Trong ứng dụng Zigbee, phần lớn thời gian thiết bị ở trạngthái tiết kiệm năng lượng (trạng thái ngủ) Vùng phủ của Zigbee từ 10-75m phụ thuộc vào môitrường RF và công suất đầu ra được yêu cầu bởi ứng dụng và bằng tần RF không được đăng kí trênthế giới(2.4GHz đối với toàn cầu, 915MHz ở Mỹ hay 868MHz ở Châu Âu) Tốc độ dữ liệu củaZigbee là 250kbps ở 2.5GHz, 40kbps ở 915MHz và 20kbps ở 868MHz

Chuẩn Zigbee được phát triển bởi Zigbee Alliance Chuẩn Zigbee thực thi IEEE 802.15.4như là tầng vật lý (Physical Layer – PHY) và tầng điểu khiển truy nhập (Medium Access Control –MAC)

Trong chồng giao thức Zigbee, IEEE 802.15.4 định nghĩa lớp vật lý và lớp MAC còn ZigBeeAlliance định nghĩa các lớp trên từ lớp mạng, lớp ứng dụng và lớp bảo mật IEEE 802.15.4 đượcphát triển độc lập với Zigbee và nó có thể xây dựng mạng vô tuyến phạm vi ngắn dựa trên IEEE802.15.4 và không thực thi các lớp do Zigbee Alliance định nghĩa Trong trường hợp này, ngườidùng phát triển mạng/ứng dụng của chính họ trên IEEE 802.15.4 PHY và MAC, hai lớp này đơngiản hơn lớp giao thức Zigbee và hướng tới những ứng dụng cụ thể và việc thực thi toàn bộ giaothức tùy chọn này yêu cầu thiết bị đơn giản và chi phí thấp hơn so với chồng giao thức Zigbee đầy

đủ Tuy nhiên việc thực thi toàn bộ chồng giao thức Zigbee đảm bảo cho sự tương tác giữa nhữngnhà sản xuất thiết bị phần cứng và nâng cao sự tin cậy vì khả năng hỗ trợ mạng lưới trong Zigbee

Trong một mạng IEEE 802.15.4 , một FFD có thể thực hiện ba vai trò khác nhau: một bộ

điều phối (Coordinator), một bộ điều phối PAN (Personal Area Network) PAN Coordinator và một thiết bị (device) Một bộ điều phối là một một thiết bị FFD có khả năng chuyển tiếp các bản tin Nếu

một bộ điều phối cũng là một bộ điều khiến chính của một mạng PAN, nó sẽ được gọi là bộ điềuphối PAN Nếu một thiết bị mà không đảm nhiệm chức năng điều phối, nó đơn giản được gọi làthiết bị đầu cuối(thường gọi tắt là thiết bị)

Chuẩn Zigbee sử dụng các thuật ngữ khác hơn một chút Một bộ điều phối Zigbee coordinator là một bộ điều phối PAN IEEE 802.15.4 Một bộ định tuyến Zigbee router là một thiết

bị có khả năng hoạt động như một bộ điều phối IEEE 802.15.4 Cuối cùng, một thiết bị đầu cuối

Zigbee end device sẽ là thiết bị không thuộc một trong hai thiết bị: bộ điều phối và bộ định tuyến.

Các thiết bị đầu cuối Zigbee có kích thước bộ nhớ nhỏ nhất và khả năng xử lý và ít đặc điểm nhất

Trong cấu hình điểm-điểm như hình 2.2, mỗi thiết bị có thể giao tiếp trực tiếp với bất cứ mộtthiết bị nào khác nằm gần nó để thiết lập một liên kết trực tiếp Bất cứ FFD nào trong mạng điểm-điểm có thể đóng vai trò làm bộ điều phối PAN Một giải pháp để chọn thiết bị nào sẽ là bộ điềuphối PAN đó là chọn thiết bị FFD đầu tiên mà bắt đầu truyền thông như là PAN coordinator Trongmột mạng điểm-điểm, tất cả các thiết bị mà tham gia vào chuyển tiếp bản tin là các FFD bởi vì RFDkhông có khả năng chuyển tiếp Tuy nhiên một RFD có thể là một phần của mạng nhưng nó chỉ cóthể giao tiếp với duy nhất một thiết bị đặc thù (một Coordinator hay một router)

Một mạng điểm-điểm có thể có các hình dạng khác nhau tùy vào các ràng buộc trong việcgiao tiếp giữa các thiết bị Nếu không có các yêu cầu ràng buộc, một mạng điểm-điểm được gọi là

có cấu hình lưới – mesh topology Một dạng khác của mạng điểm-điểm mà Zigbee hỗ trợ đó là cấu

hình hình cây hay còn gọi là cấu hình phân cấp như hình 2.3 Trong trường hợp này, một bộ điềuphối Zigbee (bộ điều phối PAN) thiết lập mạng ban đầu của nó Các Zigbee router tạo lên các nhánh

và chuyển tiếp các bản tin Các thiết bị đầu cuối Zigbee không tham gia vào chuyển tiếp gói tin CácZigbee router có thể phát triển mạng vượt quá mạng được khởi tạo ban đầu bởi bộ Zigbeecoordinator

Hình 2-14 Một mạng hình sao

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Các công nghệ vô tuyến sử dụng trong mạng Mesh vô tuyến

Hình 2-15 Một mạng mắt lưới phát triển từ mạng điểm-điểm

Hình 2.3 mô tả một ví dụ minh họa phương thức chuyển tiếp một bản tin có khả năng mởrộng phạm vi của mạng, thậm chí vượt qua các rào cản gây ảnh hưởng đến truyền sóng vô tuyến Ví

dụ, thiết bị A cần gửi một bản tin đến thiết bị B nhưng có một rào chắn giữa chúng khiến cho tínhiệu khó có thể truyền giữa A và B Cấu hình hình cây giúp giải quyết vấn đề này bằng việc chuyểntiếp bản tin vòng qua rào chắn và tới đến thiết bị B Cách thức này được gọi là nhảy đa bước –

multihopping – bởi vì bản tin sẽ phải đi qua nhiều nút cho đến khi nó đến nguồn

Một mạng IEEE 802.15.4 với bất cứ một cấu hình nào đều được khởi tạo bởi một PANcoordinator PAN coordinator điều khiển mạng và thực hiện các chức năng cơ bản sau:

- Cấp phát một địa chỉ duy nhất cho mỗi thiết bị trong mạng(16-bit hoặc 64-bit)

- Khởi tạo, kết thúc, định tuyến bản tin trên mạng

- Chọn lựa một PAN ID duy nhất trên mạng PAN ID này cho phép các thiết bị trong cùngmột mạng sử dụng phương thức đánh địa chỉ ngắn 16-bit mà vẫn có thể giao tiếp với cácthiết bị khác qua các mạng độc lập

Chỉ có duy nhất một PAN coordinator trong toàn bộ mạng Một PAN coordinator có thể cần

có thời gian hoạt động dài, nó thường được kết nối tới nguồn chính hơn là pin

Hình 2-16 cấu hình hình cây.

2.1.3 Mô hình chồng giao thức Zigbee

Chồng giao thức Zigbee được chỉ trong hình 2.4 , nó dựa trên mô hình tham chiếu OSI Cóbẩy lớp trong mô hình OSI nhưng Zigbee chỉ thực thi các lớp mà cần thiết cho công suất thấp, tốc độ

dữ liệu thấp Hai lớp dưới cùng là PHY và MAC được định nghĩa bởi IEEE 802.15.4 Lớp mạng

Các RFD không có khả năng chuyển tiếp gói tin

Rào chắn

NWK và lớp ứng dụng APL được định nghĩa bởi chuẩn Zigbee Đặc điểm bảo mật được định nghĩabởi cả hai Một mạng thực thi tất cả các lớp như trong hình 2.4 được xem như là một mạng vô tuyếnZigbee.

Mỗi lớp giao tiếp với các lớp kế cận qua các điểm truy nhập dịch vụ SAP (Service AccessPoint) Một SAP là một vị trí mang tính trừu tượng ở đó một lớp giao thức yêu cầu các dịch vụ củacác lớp khác Ví dụ trong hình 2.4, điểm truy nhập dịch vụ dữ liệu PHY PD-SAP là nơi mà lớpMAC yêu cầu các dịch vụ dữ liệu từ lớp PHY

IEEE 802.15.4 được phát triển độc lập với chuẩn Zigbee vì vậy có thể xây dựng mạng khôngdây khoảng cách ngắn dựa trên IEEE 802.15.4 và không cần thực thi các lớp được chuẩn hóa bởiZigbee Trong trường hợp này, người sử dụng sẽ phát triển các lớp là lớp mạng và lớp ứng dụngriêng cho mình dựa trên lớp PHY và MAC của IEEE 802.15.4 như hình dưới Những lớp do ngườidùng tự định nghĩa này sẽ thường đơn giản hơn Zigbee và hướng đến các ứng dụng chuyên dụng

Ưu điểm của phương pháp này là sẽ kích thước bộ nhớ được yêu cầu để xây dựng chồnggiao thức sẽ nhỏ hơn, dẫn đến giảm giá thành Tuy nhiên, việc thực thi giao chồng giao thức Zigbeeđầy đủ sẽ đảm bảo việc đồng hoạt động giữa các giải pháp không dây của những nhà cung cấp khác

và đảm bảo độ tin cậy hoạt động với khả năng xây dựng mạng mắt lưới được hỗ trợ trong Zigbee

Hình 2-17 Mô hình chồng giao thức Zigbee/IEEE 802.15.4

2.1.4 Các primitive dịch vụ

IEEE 802.15.4 và Zigbee sử dụng khái niệm primitive để mô tả những dịch vụ mà một lớp

cung cấp cho những dịch vụ ở lớp cao hơn kế tiếp Truyền thông giữa các lớp giao thức liền kề được

quản lý bằng việc gọi các hàm hoặc truyền các bản tin được gọi là các primitive giữa các lớp.

Mặc dù mỗi lớp có các vai trò khác nhau trong toàn bộ hệ thống, xong cách mỗi lớp hoạtđộng có những điểm tương đồng với các lớp khác Ví dụ, lớp vật lý PHY, lớp điều khiển truy cập

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Các công nghệ vô tuyến sử dụng trong mạng Mesh vô tuyến

phương tiện MAC và mạng NWK cung cấp dịch vụ dữ liệu đến lớp cao hơn chúng Trong cả balớp , kĩ thuật để yêu cầu truyền một đơn vị dữ liệu là tương tự: lớp cao hơn sử dụng điểm truy cậpdịch vụ dữ liệu Data-SAP(Data-Service Access Point) của lớp bên dưới để yêu cầu dữ liệu đượcphát Nếu truyền dữ liệu thành công, lớp bên dưới gửi một xác nhận(confirmation) tới lớp cao hơn

về trạng thái của quá trình truyền

Bởi sự giống nhau này, dịch vụ primitive rất hữu dụng trong mô tả khả năng năng của mỗi lớp giao thức chuẩn Mỗi primitive xác định các hoạt động được thực hiện hoặc cung cấp kết quả của các hoạt động được yêu cầu trước đó Một primitive có thể chứa nhiều tham số cần thiết để thực

hiện hoạt động của nó

Hình 2.5 mô tả một cách chung để mô tả các dịch vụ một lớp cung cấp cho lớp cao hơn

Như mô tả trong hình, có 4 loại dịch vụ tổng quát: yêu cầu (request), chỉ thị (indication), đáp ứng

(response) và xác nhận (confirm) Nói cách khác, tất cả các dịch vụ mà chuẩn IEEE 802.15.4 vàZigbee cung cấp ở mỗi lớp đều nằm trong một trong 4 nhóm dịch vụ trên Các primitive dịch vụđược mô tả theo các dạng sau:

<primitive>.request

<primitive>.indication

<primitive>.response

<primitive>.confirm

Primitive Request được tạo bởi lớp N+1 gửi tới lớp N để yêu cầu khởi tạo một dịch vụ.

Ví dụ, trong dịch vụ dữ liệu của lớp PHY, primitive yêu cầu dữ liệu PHY (PD-Data.request) đượctạo bởi lớp MAC tới lớp PHY để yêu cầu khởi tạo truyền một đơn vị dữ liệu của lớp MAC (MPDU)

Primitive Confirm được sử dụng bởi lớp N để xác nhận thực hiện thành công dịch vụ mà lớp N+1 yêu cầu bằng primitive Request trước đó Primitive PD-Data.confirm được tạo bởi PHY và được gửi tới MAC để đáp ứng tới một primitive PD-Data.request Trong xác nhận, PHY thông tin

cho MAC rằng quá trình truyền có thành công hay không

Primitive Indication được tạo bởi lớp N gửi tới thành phần yêu cầu dịch vụ ở lớp cao hơn kế

cận để chỉ rằng có một sự kiện quan trọng đối với lớp N+1 Ví dụ khi PHY nhận được dữ liệu từ

một thiết bị khác trong mạng nó cần gửi dữ liệu đến lớp MAC, PHY sẽ sử dụng primitive Data.indication để thông tin dữ liệu tới lớp MAC.

PD-Nếu Primitive Indication yêu cầu một đáp ứng, primitive Reponse sẽ được gửi từ lớp N+1 xuống lớp N Các lớp PHY và NWK không có primitive Response Lớp MAC và lớp ứng dụng APL chứa các primitive Response.

Lớp N – cung cấp dịch vụ

Hình 2-18 Khái niệm primitive dịch vụ.

2.1.5 Lớp vật lý – PHY

IEEE 802.15.4 không chỉ xác định chức năng giao thức PHY và tương tác với lớp MAC mà

nó còn định nghĩa yêu cầu phần cứng tối thiểu như là độ nhạy thu và công suất phát

Là lớp thấp nhất trong chồng giao thức, lớp PHY có chức năng thu nhận tín hiệu vô tuyến,chọn kênh tần số và đảm bảo kênh này hiện không được sử dụng bởi bất cứ thiết bị nào trong mạng

Chức năng của PHY:

- Kích hoạt và vô hiệu hóa hoạt động của khối thu phát vô tuyến

- Giám sát năng lượng ED(Enery Dectection) của kênh

- Chỉ thị chất lượng liên kết LQI(Link Quality Indication)

Điều chế

Tốc độ bit (kb/s)

Tốc độ

ký tự (ksymbol /s)

Tần số kênh trung tâm

(MHz)

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Các công nghệ vô tuyến sử dụng trong mạng Mesh vô tuyến

Có tất cả 27 kênh, đánh số từ 0 đến 26 và phân bổ trên 3 dải tần số Có 16 kênh ở dải tần2.4GHz, 10 kênh ở dải tần 915MHz, và 1 kênh ở dải tần 868MHz Tần số trung tâm của các kênhnhư sau:

Fck = 868.3MHz , với k=0 (Công thức 2.1)

Fck = 906+2(k-1) MHz , với k=1, 2, …, 10

Fck = 2405+5(k-11) MHz , với k=11, 12, …, 26

Hình 2-19 Phân bố kênh trên các băng tần.

2.1.5.2 Đánh giá mức năng lượng ED(Enery Detection)

Khi một thiết bị muốn truyền tín hiệu, nó phải đi vào chế độ thu để dò và đánh giá mứcnăng lượng tín hiệu trong mong muốn Hoạt động này được gọi là đánh giá mức năng lượng – ED.Năng lượng tín hiệu trong băng tần được lấy trung bình trong khoảng thời gian bằng độ dài 8 kíhiệu Trong ED, bộ thu sẽ không cố gắng phát hiện loại tín hiệu: chỉ có mức năng lượng tín hiệuđược tính toán Nếu một tín hiệu đang chiếm băng tần mong muốn, việc tiến hành một ED khôngđưa ra liệu tín hiệu này là tín hiệu tuân theo chuẩn IEEE 802.15.4 hay không

Tiến trình ED không thể xác định tín hiệu yếu với mức năng lượng gần với độ nhạy bộ thu

Độ nhạy bộ thu là mức công suất năng lượng tín hiệu thấp nhất mà bộ thu có thể phát hiện thànhcông và giải điều chế IEEE 802.15 cho phép sai khác 10dB giữa độ nhạy thu và mức năng lượngkhi tiến hành ED Do đó, bộ thu tiến hành một ED phải có khả năng phát hiện và đo năng lượng tínhiệu thấp như là trên 10dB mức tín hiệu được yêu cầu của nó

Khi MAC yêu cầu PHY thực hiện ED, PHY sẽ trả về một số nguyên 8-bit chỉ mức nănglượng của kênh tần số cần thực hiện ED Độ chính xác của mức năng lượng phải là ±6dB hoặc tốthơn

2.1.5.3 Cảm nhận sóng mang CS (Carrier Sense)

Tương tự với ED, CS là một cách để xác định một kênh tần số có rỗi hay không Trong CS,khi một thiết bị muốn truyền một bản tin, đầu tiên nó sẽ đi vào chế độ thu để phát hiện loại tín hiệu

có thể mà đang chiếm kênh Trái với ED, trong CS tín hiệu sẽ được giải điều chế để xác định liệuđặc điểm điều chế và trải phổ có tuân theo đặc điểm của PHY mà hiện tại được dùng trong thiết bịhay không Ngay cả khi tín hiệu đang chiếm kênh tuân theo chuẩn PHY IEEE 802.15.4, thiết bị sẽ

có thể xem như kênh đang bận không liên quan tới mức năng lượng tín hiệu

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Các công nghệ vô tuyến sử dụng trong mạng Mesh vô tuyến

2.1.5.4 Chỉ thị chất lượng đường truyền LQI (Link Quality Indication)

LQI là một dạng chỉ thị chất lượng của gói dữ liệu nhận được bởi bộ thu Cường độ tín hiệunhận được RSS (Received Signal Strength) được sử dụng để tín toán chất lượng tín hiệu RSSđược tính bằng tổng năng lượng của tín hiệu nhận được Tỉ lệ của năng lượng tín hiệu trên tổngnăng lượng nhiễu (Signal to noise ratio – SNR) cũng là một cách để đánh giá chất lượng tín hiệu.Chất lượng liên kết cũng có thể được đánh giá dựa vào cả năng lượng tín hiệu lẫn tỉ số SNR.Việc tính toán LQI được thực hiện trên mỗi gói tin nhận được LQI sẽ phải có ít nhất 8 mức.LQI báo cáo cho lớp MAC và được dùng cho NWK và lớp APL Ví dụ, NWK có thể sử dụng cácmức LQI trong các thiết bị của mạng để quyết định đường nào được sử dụng để định tuyến một góitin Tổng quát, đường có LQI cao nhất được ưu tiên trong việc chuyển gói tin tới đích LQI chỉ làmột nhân tố quyết định việc chọn đường để định tuyến bản tin Những nhân tố khác, như là việcxem xét hiệu quả năng lượng định có thể tác động tới việc chọn tuyến Ví dụ, thiết bị cấp nguồn pin

có thể có một vị trí tuyệt vời trong chất lượng liên kết, nhưng việc định tuyến bản tin thường xuyênthông qua thiết bị này sẽ làm tiêu tốn năng lượng pin nhiều hơn nhiều so với các thiết bị khác trongcùng một mạng

2.1.5.5 Đánh giá kênh rỗi CCA(Clear Channel Assessment)

Trong bước đầu tiên của phương thức đa truy nhập CSMA-CA, MAC yêu cầu PHY thựchiện CCA để đảm bảo rằng kênh hiện tại chưa được sử dụng bởi các thiết bị khác CCA là mộtphần của dịch vụ quản lý PHY Trong một CCA, kết quả của ED hoặc CS được sử dụng làm tiêuchí để đánh giá kênh tần số đó đang rỗi hay bận Độ dài của CCA phải bằng độ dài của 8 ký hiệu

Có 3 mode hoạt động của CCA trong IEEE 802.15.4 :

o CCA mode 1: trong chế độ này, chỉ kết quả ED được đưa vào tính toán Nếu mức nănglượng vượt ngưỡng, kênh được xem như bận Ngưỡng được thiết lập bởi nhà sản xuất

o CCA mode 2: sử dụng CS để đánh giá, và kênh được xem như bận nếu tín hiệu chiếm kênh

là tương thích với PHY của thiết bị mà thực hiện CCA

o CCA mode 3: Mode này là kết hợp giữa mode 1 và mode 2 PHY sẽ sử dụng một trongnhững điều kiện sau để chỉ thị rằng một kênh đang bận:

o Mức năng lượng được phát hiện vượt ngưỡng và sóng mang kèm theo được cảm ứng

o Mức năng lượng dò được vượt ngưỡng hoặc sóng mang kèm theo được cảm ứng.PHY cung cấp 2 loại dịch vụ: dịch vụ dữ liệu PHY và dịch vụ quản lý PHY Dịch vụ dữ liệuPHY cho phép truyền và nhận các đơn vị dữ liệu giao thức lớp PHY PPDU (PHY Protocol DataUnit) qua một kênh vô tuyến PHY bao gồm một thực thể quản lý được gọi là Thực thể quản lý lớpvật lý PLME (Physical Layer Management Entity) như trong hình 2.7 Các chức năng quản lý PHYđược gọi từ PLME Dịch vụ dữ liệu PHY được truy cập qua cổng truy cập dịch vụ dịch vụ dữ liệuPHY PD-SAP(PHY Data-Service Access Point) Dịch vụ quản lý dữ liệu PHY được truy cập quacổng truy cập dịch vụ thực thể quản lý lớp PHY PLME-SAP PLME cũng duy trì cơ sở thông tinPAN của PHY là PHY-PIB(PHY-PAN Information Base)

Hình 2-20 Mô hình tham chiếu PHY IEEE 802.15.4 giao diện với lớp MAC.

2.1.5.6 Định dạng khung tin PHY – PPDU

Mỗi khung tin PPDU bao gồm các trường thông tin

- SHR(synchronization header) : đồng bộ thiết bị thu và chốt chuỗi bit

- PHR(PHY header) : chứa thông tin độ dài khung

- Tải PHY(PHY payload) : chứa khung tin của lớp MAC

Lớp MAC cung cấp giao diện giữa lớp PHY và lớp NWK Trong mạng Zigbee, lớp cao hơn

kế cận MAC là lớp NWK, tuy nhiên IEEE 802.15.4 không được phát triển cho riêng Zigbee mà nó

có thể sử dụng với bất cứ lớp giao thức mạng nào khác

Hình 2.7 mô tả mô hình tham chiếu của lớp MAC Cũng như PHY, MAC có một thực thể quản lýgọi là thực thể quản lý lớp MAC MLME(MAC Layer Management Entity) chịu trách nhiệm cungcấp các dịch vụ quản lý MAC MLME tương tác với thành phần có chức năng tương tự nó trong lớpmạng là thực thể quản lý lớp mạng NLME (NWK Layer Management Entity) MAC cũng có cơ sở

dữ liệu của riêng nó, cơ sở thông tin PAN MAC hay gọi tắt là MAC-PIB (MAC-PAN Information

Base) Tất cả các hằng số của MAC cũng có tiền tố chung là a Các thuộc tính của MAC có tiền tố chung là mac Kích thước của MAC-PIB lớn hơn PHY-PIB.

Cụ thể, các chức năng của MAC là

- Tạo các khung cột mốc

Phần cứng vô tuyến

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Các công nghệ vô tuyến sử dụng trong mạng Mesh vô tuyến

- Đồng bộ thiết bị với khung cột mốc trong mạng sử dụng cột mốc

- Thực hiện phương thức truy cập kênh CSMA-CA

- Quản lý truy cập các khe thời gian được đảm bảo GTS(Guaranteed Time Slot)

- Cung cấp một liên kết tin cậy giữa 2 thực thể MAC của 2 thiết bị khác nhau thông qua phươngthức xác nhận ACK

- Cung cấp các dịch vụ kết hợp và phân tách trong PAN

- Cung cấp các hỗ trợ về bảo mật

2.1.6.1 Hoạt động sử dụng hoa tiêu (becacon-enabled) và không sử dụng hoa tiêu (non

beacon enabled) và cấu trúc siêu khung

Một điểm lợi của mạng sử dụng hoa tiêu (Beacon enabled) là có khoảng thời gian bảo vệ(guaranteed time slots – GTS) Khung beacon là khung MAC bao gồm thông tin beacon như làkhoảng thời gian giữa những beacon và số lượng GTS Định dạng khung beacon được cho tronghình 2.9

Trong truy cập kênh dựa trên cạnh tranh, tất cả các thiết bị muốn truyền trên cùng một kênhvật lý sử dụng phương thức CSMA-CA và thiết bị nào đầu tiên mà tìm được kênh rỗi sẽ chiếm đượcquyền sử dụng kênh Trong phương thức không cạnh tranh, bộ điều phối PAN sẽ chỉ định một khethời gian riêng cho một thiết bị cụ thể Thời gian này được gọi là GTS Vì vậy, một thiết bị với mộtGTS được cấp phát có thể truyền trong GTS đó mà không sử dụng CSMA-CA

Để cung cấp 1 GTS, PAN coordinator cần đảm bảo rằng tất cả các thiết bị trong mạng đượcđồng bộ và việc này được thực hiện thông qua beacon

Trong một mạng beacon-enabled, bất cứ một coordinator nào có thể tùy chọn phát beacon vàtạo định dạng khung của chính nó Nhược điểm của phương thức này là các thiết bị trong mạng sẽ

phải kích hoạt theo chu kì, nghe beacon, đồng bộ đồng hồ và đi vào trạng thái ngủ – sleep mode.

Như vậy có khả năng các thiết bị kích hoạt chỉ để đồng bộ mà không thực hiện bất kì một tác vụnào khác Vì vậy thời lượng sử dụng pin của các thiết bị trong mạng beacon-enabled thường ngắnhơn trong mạng non-beacon enabled

Một mạng mà PAN coordinator chỉ phát beacon khi nó nhận được lệnh yêu cầu beacon từ

một thiết bị trong mạng của nó, mạng này được gọi là non-beacon network Một mạng như vậy

không có các GTS và vì vậy không có các chu kỳ không cạnh tranh bởi vì các thiết bị không đượcđồng bộ với nhau

Trong hoạt động sử dụng beacon, mạng sử dụng một cấu trúc siêu khung Một siêu khungnhư trong hình 2.9 được giới hạn bởi 2 khung cột mốc Việc sử dụng cấu trúc siêu khung là tùy chọntrong chuẩn 802.15.4 Có 3 loại khoảng thời gian trong siêu khung: khoảng thời gian xung đột CAP(Contention Access Period) , khoảng thời gian rảnh rỗi CFP(Contention-Free Period), và khoảngkhông kích hoạt (inactive period)

Hình 2-22 Cấu trúc siêu khung.

Trong CAP, tất cả các thiết bị muốn phát cần sử dụng phương thức CSMA-CA để giànhquyền kênh tần số Kênh tần số là sẵn dùng cho tất cả các thiết bị trong cùng mạng Thiết bị giànhđược quyền sử dụng kênh sẽ chiếm nó cho đến khi quá trình truyền hiện thời của nó hoàn thành.Nếu thiết bị thấy rằng kênh đang bận, nó sẽ ngừng một khoảng thời gian ngẫu nhiên, sau đó thử lại.Đây là kĩ thuật truy cập kênh thích hợp nhất đối với một phần lớn các thiết bị trong một mạng lớn.Các khung lệnh của MAC phải được truyền trong CAP

Trong CFP, các GTS đặc biệt được dành cho một số thiết bị đặc biệt và vì vậy những thiết bịnày không cần sử dụng CSMA-CA để truy cập kênh Đây là một tùy chọn lớn cho những ứng dụngyêu cầu trễ thấp mà thiết bị không muốn đợi một khoảng thời gian ngẫu nhiên và có thể dài cho đếnkhi kênh rỗi Trong CFP không cho phép sử dụng CSMA-CA

Kết hợp CAP và CFP được gọi là khoảng hoạt động(active period) Khoảng này gồm 16 khethời gian bằng nhau Khung cột mốc luôn bắt đầu ở khe đầu tiên Có thể có lên tới 7 GTS trongCFP Mỗi GTS có thể chiếm nhiều khe thời gian

Trong một siêu khung có thể tùy chọn khoảng không kích hoạt Kkhoảng này cho phép thiết

bị đi vào chế độ tiết kiệm năng lượng, coordinator có thể ngắt khối thu phát để tiết kiệm năng lượng

Cấu trúc của một siêu khung được định nghĩa bởi coordinator và được cấu hình bởi lớp mạng

sử dụng primitive MLME-Start.request Khoảng thời gian giữa 2 cột mốc liên tiếp BI(Beacon Interval) được xác định bởi 2 giá trị : thuộc tính macBeaconOrder(BO) và hằng số aBaseSuperframeDuration sử dụng phương trình:

(Công thức 2.2)

Ví dụ, với aBaseSuperframeDuration bằng 960 ký hiệu và macBeaconOrder là 2, thì khoảng BI sẽ

là 3840 kí hiệu macBeaconOrder có giá trị từ 0 - 14 trong mạng sử dụng cột mốc, nếu giá trị của nó

là 15 thì mạng được xem như là không sử dụng cột mốc, và vì vậy không có siêu khung được sửdụng

Tương tự, độ dài của khoảng tích cực trong siêu khung , kí hiệu là SD (Superframe Duaration) đượctính toán theo công thức:

(Công thức 2.3)

Với SO là viết tắt của thuộc tính macSuperframeOrder Giá trị của SO luôn nhỏ hơn hoặc

bằng BO

Khung cột mốc

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Các công nghệ vô tuyến sử dụng trong mạng Mesh vô tuyến

Nếu một thiết bị không sử dụng GTS của nó trong một khoảng thời gian kéo dài, GTS của nó

sẽ hết hạn và bộ điều phối có thể gán GTS đó cho một thiết bị khác, khoảng thời gian không sửdụng GTS bằng một số nguyên lần của 2 lần độ dài siêu khung Giá trị của số nguyên lần (n) này

phụ thuộc vào macBeaconOrder:

(Công thức 2.4)

Ví dụ nếu một thiết bị với macBeaconOrder = 7 mà không sử dụng GTS của nó trong 4 siêu

khung liên tiếp, GTS của nó sẽ hết hạn

2.1.6.2 Không gian liên khung (interframe spacing)

Khi truyền dữ liệu từ một thiết bị này đến một thiết bị khác, thiết bị truyền phải đợi mộtkhoảng giữa các khung được truyền thành công để cho phép phía thu xử lý một khung đã nhận trướckhi khung tiếp theo đến – đây được gọi là không gian liên khung IFS(InterFrame Spacing) Độ dàicủa IFS phụ thuộc vào kích thước gói tin được truyền MPDU với kích thước nhỏ hơn hoặc bằng

hằng số aMaxSIFSFramesSize được xem như là khung ngắn Khung dài có MPDU kích thước vượt qua aMaxSIFSFramesSize

Khoảng thời gian đợi sau một khung ngắn được gọi là IFS ngắn hay SIFS (short IFS) Giá trị

của SIFS là macMinSIFSPeriod Tương tự khung dài sẽ có thời gian đợi sau đó là IFS dài hay LIFS(long IFS) với độ dài nhỏ nhất là macMinLIFSPeriod

Hình 2.10 mô tả IFS trong hai kịch bản khác nhau Trong kịch bản a, bản tin được xác nhận (ack) vàthời gian đợi giữa khung xác nhận và khung tiếp theo là LIFS hoặc SIFS phụ thuộc vào độ dàikhung

Hình 2-23 IFS trong 2 kịch bản.

Đã truyền

2.1.6.3 Dịch vụ MAC

MAC cung cấp 2 dịch vụ tới lớp mạng NWK : dịch vụ dữ liệu và dịch vụ quản lý

Dịch vụ dữ liệu cho phép truyền dữ liệu của lớp cao Dữ liệu cần được truyền sẽ được cungcấp dưới dạng các NPDU (Network Protocol Data Unit) NPDU được đặt trong phần tải MAC –MSDU NWK tạo các yêu cầu truyền dữ liệu qua MCPS-SAP và cung cấp NPDU

Dịch vụ quản lý MAC được truy cập qua MLME-SAP Các yêu cầu quản lý MAC thườngbao gồm các tham số như các trường địa chỉ, bảo mật, và báo cáo kết quả của một yêu cầu ở dạngmột trạng thái cho lớp cao hơn Trạng thái có thể là SUCCESS hoặc INVALID

Hình 2-24 Mô hình tham chiếu lớp MAC.

2.1.6.4 Phương thức truy nhập CSMA-CA

IEEE 802.15.4 sử dụng một kĩ thuật truy nhập kênh đơn giản là CSMA-CA (Carrier SenseMultiple Access with Collision Avoidance) Trong CSMA-CA, mỗi khi một thiết bị muốn truyền dữliệu, thì trước hết nó phải thực hiện việc đánh giá kênh CCA để đảm bảo rằng kênh không được sửdụng

Có hai loại CSMA-CA đó là slotted và unslotted Slotted CSMA-CA được tiến hành khi sửdụng cấu trúc siêu khung Unslotted CSMA-CA được sử dụng khi không có cấu trúc siêu khung.Một mạng nobeacon-enabled luôn luôn sử dụng CSMA-CA unslotted cho việc truy nhập kênh

Nếu CCA cho biết kênh bận, thiết bị sẽ back off (tạm dừng) truyền trong một chu kì ngẫunhiên và sau đó thử lại Chu kì back off ngẫu nhiên này trong cả kĩ thuật slotted và unslottedCSMA-CA là một số nguyên lần thời gian đơn vị back off (aUnitBackoffPeriod – một hằng số củaMAC)

Trong mạng beacon-enabled, có những thời điểm một thiết bị truy cập kênh mà không sửdụng CSMA-CA:

- Truy cập kênh trong các khe thời gian bảo vệ GTS (Guaranteed Time Slot) trong CFP

- Truyền ngay tức thì sau khi xác nhận một yêu cầu dữ liệu Nếu một thiết bị yêu cầu dữ liệu từcoordinator, coordinator truyền xác nhận theo sau đó ngay tức với dữ liệu mà không cần sửdụng CSMA-CA giữa 2 lần truyền, ngay cả trong CAP

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Các công nghệ vô tuyến sử dụng trong mạng Mesh vô tuyến

2.1.6.5 Định dạng khung MAC

IEEE 802.15.4 định nghĩa bốn cấu trúc khung MAC:

- Khung beacon: là một định dạng khung đặc biệt của khung MAC tổng quát, sử dụng để đồng

bộ bộ các thiết bị, thông tin về siêu khung, thông tin về có dữ liệu chờ gửi đến thiết bị, thôngtin về các GTS…

- Khung dữ liệu: chứa dữ liệu của các lớp phía trên

- Khung ack (xác nhận): được sử dụng để phía thu xác nhận nhận việc truyền dữ liệu thànhcông tới phía gửi

- Khung lệnh: truyền các bản tin điều khiển mạng lớp MAC

Cấu trúc chung của khung MAC được mô tả trong hình 2.15a, nó gồm 3 phần : MHR (MAC

header), tải MAC (MAC Payload) và MFR (MAC footer) Kích thước của các trường được tính theo

đơn vị octet (8 bit)

Trường đầu tiên là trường điều khiển khung Frame Control (như hình 2.15b) định nghĩa

loại khung (beacon, data, ack, lệnh MAC) chiếm 2 octet đầu của MHR Frame Control gồm cáctrường con như sau:

- Frame Type(kiểu khung) : xác định kiểu khung là khung cột mốc, dữ liệu, xác nhận hay

khung điều khiển

- Secutiry Enabled(cho phép bảo mật): Nếu trường con này được thiết lập với giá trị là 1 thì khung sẽ có bảo vệ bảo mật và sẽ có thêm một trường Auxiliary Security HDR (chứa thông

tin như là mức độ bảo mật và loại khóa bảo mật) trong MHR Ngược lại, kích thước của

Auxiliary Security HDR là 0

- Frame Pending : được sử dụng trong phương thức truyền dữ liệu gián tiếp, nếu nó bằng 1, có

nghĩa rằng đang có dữ liệu chờ ở thiết bị truyền cho thiết bị nhận

- Ack Request (yêu cầu xác nhận) : nếu trường này bằng 1, phía nhận phải gửi một khung xác

nhận quay trở lại khi nhận thành công khung

- PAN ID Compression: Khi truyền tin trong cùng PAN, PAN ID của cả thiết bị truyền và nhận

đều giống nhau vì vậy không cần thiết lặp lại PAN ID của đích và nguồn trong khung Trườngnày giúp tránh lặp lại PAN ID Nếu trường này có giá trị bằng 1, trong MHR chỉ cần chứa PAN

ID của đích (chứa trong trường Destination PAN Identifier) và PAN ID của nguồn (chứa trong trường Source PAN Identifier) được giả sử là giống đích.

Hình 2-25 (a)Định dạng của khung MAC và (b) cấu trúc trường Frame Control.

- Reserved : 2 bit được dành cho dự trữ.

- Destination Addressing Mode (chế độ địa chỉ đích) và Source Addressing Mode(chế độ địa

chỉ nguồn) : hai trường con này xác định chế độ địa chỉ của thiết bị đích và nguồn (kiểu địa chỉ

ngắn 16bit hay địa chỉ mở rộng 64bit) Độ dài của trường Destination Address và Source Addresss trong MHR sẽ phụ thuộc vào 2 trường con này.

- Frame Version (Phiên bản khung) : chuẩn IEEE 802.15.4 có thể sẽ được cập nhật theo thời

gian nên trường con này được sử dụng để xác định phiên bản IEEE 802.15.4 được sử dụng đểcấu trúc lên khung

Trường tiếp theo trong khung cũng thuộc MHR là trường Sequence Number số trình tự

chứa hoặc là số trình tự beacon BSN (Beacon Sequence Number) hoặc số trình tự dữ liệu DSN(Data Sequence Number) giúp phân biệt giữa các chuỗi khác nhau Ví dụ nếu 2 khung được nhận

có cùng giá trị trường này thì có nghĩa rằng chúng là cùng một khung được phát Nếu khung đầu

tiên được thu thành công, thì khung tiếp theo với cùng Sequence Number sẽ bị bỏ qua.

Giá trị của BSN và DSN được lưu trong các thuộc tính thuộc MAC-PIB là macBSN và macDSN BSN chỉ được sử dụng trong khung beacon DSN được sử dụng trong bất cứ khung khác Một thiết bị khởi tạo giá trị macDSN/macBSN là một giá trị ngẫu nhiên và sẽ tăng nó sau mỗi lần

truyền

Phần MFR chỉ chứa một trường là FCS (Frame Check Sequence) là chuỗi kiểm tra khung

cho phép phát hiện các lỗi có thể trong gói dữ liệu, nó dựa trên CRC của ITUT

2.1.7 Lớp mạng NWK

Lớp NWK (xem hình 2.13) cung cấp 2 loại dịch vụ : dữ liệu và quản lý

Thực thể dữ liệu lớp mạng NLDE (NWK Layer Data Entity) đáp ứng cho việc truyền dữliệu Dịch vụ dữ liệu được truy cập thông qua NLDE-SAP Còn thực thể quản lý lớp mạng NLME(NWK Layer Management Entity) có chức năng quản lý NWK Các lớp cao hơn có thể sử dụng cácdịch vụ quản lý NWK thông qua NLME-SAP Lớp NWK cũng có các hằng số và thuộc tính của nó,

các hằng số có tiền tố là nwkc, còn các thuộc tính có tiền tố là nwk Các thuộc tính được lưu trong cơ

sở dữ liệu thông tin mạng NIB(Network Information Base) Lớp APL có thể đọc và thay đổi giá trị

các thuộc tính NWK sử dụng các primitive tương ứng là NLME-GET và NLME-SET.

Hình 2-26 Giao diện giữa NWK với lớp MAC và APL.

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Các công nghệ vô tuyến sử dụng trong mạng Mesh vô tuyến

Lớp NWK của Zigbee coordinator gán các địa chỉ mạng 16-bit cho mỗi thiết bị trong mạng.Zigbee coordinator cũng tương ứng là PAN coordinator sẽ gán địa chỉ MAC IEEE 802.15.4 nếu mộtthiết bị mới muốn tham gia vào mạng của nó cần một địa chỉ MAC

Lớp NWK giới hạn khoảng cách một khung được cho phép di chuyển trên mạng Tham số

radius được thêm vào mỗi khung NWK để xác định số hop lớn nhất mà khung có thể di chuyển trên mạng Ví dụ, nếu một khung có giá trị radius = 3 thì nó sẽ không thể được chuyển tiếp nhiều hơn 3 lần nữa Giá trị của radius sẽ giảm mỗi khi bản tin được chuyển tiếp và khi nó bằng 0, khung sẽ

không được chuyển tiếp nữa

- Định tuyến các gói tin tới nguồn

- Tìm và duy trì các tuyến giữa các thiết bị

- Tìm các hàng xóm lân cận

- Lưu trữ thông tin các hàng xóm lân cận

- Gán địa chỉ mạng cho các thiết bị gia nhập mạng

2.1.7.1 Các phương thức truyền tin

Có 3 nhóm phương thức truyền tin: broadcast, multicast và unicast

Phương thức broadcast truyền các gói tin broadcast cho tất cả các thiết bị trong mạng.

Phương thức mutilcast dùng để truyền cho riêng một nhóm thiết bị nào đó trong mạng, còn phương

thức unicast dùng để truyền các bản tin dành cho riêng một thiết bị trong mạng Các bản tin unicast

chứa địa chỉ xác định của thiết bị mà nó muốn gửi Phương thức unicast là chế độ truyền tin mặc

định trong mạng Broadcast và multicast được mô tả dưới đây

Hình 2-27 Các kiểu phương thức truyền tin (a) Broadcast, (b) Multicast , và (c) Unicast.

2.1.7.1.1 Broadcast

Trong broadcast, bản tin sẽ được gửi tới tất cả các thiết bị đang lắng nghe một kênh tần số cụthể, không liên qua tới địa chỉ và PAN identifier của các thiết bị Mỗi khi một thiết bị nhận đượcmột gói tin, nó sẽ kiểm tra địa chỉ đích trong gói để xác định thiết bị có thuộc đối tượng nhận góihay không Broadcast trong mạng IEEE 802.15.4 sử dụng chế độ địa chỉ ngắn và địa chỉ đích sẽđược thiết lập với giá trị là 0xffff Địa chỉ này sẽ được mọi thiết bị nhận được gói coi như là địa chỉcủa nó PAN ID cũng có thể thiết lập bằng 0xffff Các thiết bị nhận gói cũng sẽ coi như 0xffff là một

PAN ID có giá trị Địa chỉ MAC 0xffff được gọi là broadcast address Địa chỉ PAN ID 0xffff được gọi là broadcast PAN ID.

Mặc dù IEEE 802.15.4 hỗ trợ sử dụng một broadcast PAN ID (ví dụ 0xffff) để broadcast

một gói tin qua nhiều mạng, nhưng chuẩn Zigbee không cho phép broadcast gói tin qua nhiều mạng,nên PAN ID luôn được thiết lập tới PAN ID của mạng Zigbee thay vì bằng 0xffff Lớp con ứngdụng APL của bất cứ thiết bị nào trong mạng có thể khởi tạo broadcast sử dụng dịch vụ dữ liệu lớpNWK

Trong một mạng lớn, thật khó và không cần thiết để mong muốn tất cả các thiết bị mà nhậnbản tin broadcast gửi một ack trở lại cho nguồn tạo bản tin do đó khi một bản tin được broadcastthiết bị đầu cuối sẽ không được phép xác nhận đã nhận gói tin thành công Thay vì vậy, Zigbeecoordinator và router Zigbee sẽ xác nhận liệu các thiết bị hàng xóm có chuyển tiếp thành công gói

tin broadcast hay không Điều này được gọi là passive acknowledgment (xác nhận thụ động) Trong

phương thức xác nhận thụ động, sau khi thiết bị broadcast một bản tin, nó sẽ đi vào chế độ nhận vàđợi cho tới khi cùng khung đó được broadcast lại bởi các hàng xóm của nó Một bản tin đượcbroadcast lại là một chỉ thị mà một thiết bị hàng xóm nhận và chuyển tiếp bản tin thành công

Zigbee coordinator và các Zigbee router duy trì các bản ghi cuar tất cả các bản tin nó đã

broadcast trong một bảng gọi là bảng giao dịch quảng bá BTT (Broadcast Transaction Table) Các

bản ghi trong BTT được gọi là các BTR (Broadcast Transaction Record) và số trình tự Sequence

Number và địa chỉ nguồn Source Address của các khung broadcast Mỗi Zigbee được yêu cầu

phải có khả năng lưu đệm ít nhất 1 khung ở lớp NWK Khả năng lưu đệm giúp truyền lại các bản tin

broadcast Mỗi BTR có giá trị chỉ trong một khoảng thời gian giới hạn, và nó sẽ hết hạn sau

nwkNetworkBroadcastDeliveryTime giây sau khi được tạo ra Mỗi BTR hết hạn sẽ bị ghi đè nếu một

BTR mới được tạo và BTT đã đầy

Nếu một thiết bị đầu cuối Zigbee không duy trì chế độ thu của nó ở chế độ ON trong khi

thiết bị ở chế độ idle (với macRxOnWhenIdle = FALSE), thiết bị sẽ không chuyển tiếp gói tin broadcast cũng như không duy trì một BTT Nếu một Zigbee router với macRxOnWhenIdle = FALSE nhận được một bản tin broadcast, nó sẽ không sử dụng kĩ thuật broadcast Thay vì vậy, nó

sẽ sử dụng unicast để chuyển tiếp gói tin tới từng hàng xóm của nó Trường địa chỉ sẽ chứa địa chỉ

của thiết bị nó muốn gửi chứ không chứa địa chỉ broadcast.

Trong quá trình broadcast, bản tin được chuyển tiếp bởi nhiều thiết bị và có thể có xung đột

do vấn đề nút ẩn – khi hai thiết bị muốn cùng truyền một lúc cho 2 thiết bị khác, song hai thiết bịmuốn truyền này nằm trong phạm vi truyền trực tiếp của nhau khiến cho các thủ tục đánh giá kênhrỗi báo trạng thái kênh bận Để giảm thiểu xung đột này, NWK yêu cầu trước mỗi lần truyền lại các

bản tin broadcast, thiết bị sẽ phải đợi trong một thời gian ngẫu nhiên – broadcast jitter Độ dài của broadcast jitter sẽ nhỏ hơn giá trị của nwkcMaxBroadcastJitter theo đơn vị mili giây.