Đồ án chuyên ngành điện tử viễn thông ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ WIRELESS

Đồ án được nghiên cứu, khảo sát và thực hiện với mục đích áp dụng những kiến thức đã được học để thiết kế, tạo ra một hệ thống” Mạng điều khiển thiết bị từ xa ở băng tần ISM”. Hệ thống gồm có: 3 module ( 1 phát 2 thu) • Module phát: Dùng vi điều khiển pic 16f887 để xử lý và sử dụng module nRF24l01 để truyền và nhận dữ liệu. • Module thu: Dùng vi điều khiển pic 16f887 để xử lý và sử dụng module nRF24l01 để truyền và nhận dữ liệu. Rờ le: điều khiển thiết bị bật tắt.

BỘ CÔNG THUƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ WIRELESS

GVHD:Th.s NGUYỄN THẾ HOÀNG

TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2013

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, các lĩnh vực điện tử được ứng dụng rộng rãi trong đời sống Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, nhiều sản phẩm được tạo ra nhằm giảm bớt công việc cho con người, giúp cho chất lượng cuộc sống của con người được nâng cao hơn như các trò chơi giải trí cho trẻ em, các thiết bị

tự động giúp việc cho những người nội trợ trong gia đình…

Cùng với sự phát triển của công nghệ là sự ra đời các vi mạch tích hợp

có tốc độ xử lý nhanh, chính xác, ứng dụng trong các thiết bị chuyên dùng củacon người Với xu hướng hiện đại hóa, sự phát triển vượt bậc trong lĩnh vực viễn thông, dường như nhu cầu sử dụng các thiết bị điều khiển tự động ngày càng được tăng cao như việc ứng dụng các thiết bị điều khiển từ xa vào trong việc điều khiển các thiết bị trong gia đình

Xuất phát từ thực tiễn, nắm bắt được các nhu cầu cuộc sống của con người, chúng em lựa chọn đề tài: ” Điều khiển thiết bị wireless sử dụng băng tần ISM” Đây là một ứng dụng thực tiễn vào cuộc sống của chúng ta Tiện lợicho việc điều khiển các thiết bị trong gia đình hay công ty … tiết kiệm điện, nhân lực và có thể mở rộng diện tích điều khiển không bó hẹp trong phạm vi vài mét như thông thường

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn tất cả thầy cô Trường ĐH Công Nghiệp TP.Hồ Chí Minh, đặc biệt là các thầy cô Khoa Công Nghệ Điện Tử đã truyền đạt những kiến thức về lĩnh vực chúng em yêu thích “Điện tử” trong suốt thời gian học tậpvừa qua

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thế Hoàng đã tận tình hướng dẫn chúng em trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp

Do kiến thức còn hạn hẹp nên trong quá trình thực hiện Đồ Án của chúng em không thể tránh khỏi sai sót, mong quý thầy cô trong hội đồng khảo thi bỏ qua và có hướng giúp đỡ để chúng em có thể hoàn chỉnh đồ án của mình được hoàn chỉnh hơn.Chúng em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Đặt vấn đề

Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹ thuật, công nghệ kỹthuật điện tử mà trong đó là kỹ thuật tự động điều khiển đóng vai trò quan trọng trongmọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp, cung cấp thông tin Do đó là mộtsinh viên chuyên ngành Điện tử - Viễn thông chúng ta phải biết nắm bắt và vận dụng nómột cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nóichung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng Bên cạnh đó còn là sự thúc đẩy sựphát triển của nền kinh tế nước nhà

Hiện nay trong viễn thông các có rất nhiều hệ thống mạng được xây dựng để phục vụ chonhu cầu ngày càng cao của con người, như: LAN, WAN,WIRELESS,… Các hệ thốngmạng có thể sử dụng với nhiều mục đích khác nhau: gọi điện, trao đổi dữ liệu, hình ảnh,vận hành một hệ thống…

Tuy nhiên đó là những mạng phục vụ với mục đích lớn và chi phí vận hành không hề rẻ,

vì vậy trong đề tài này nhóm chúng em quyết định đưa ứng dụng của mình và một trongnhững hệ thống mạng quy mô vừa và nhỏ bằng cách dựa trên những tiêu chuẩn của cácmạng Các tiêu chuẩn mạng mà nhóm em muốn nhắc đến ở đây là: Zigbee, MiWi,Simplicity…Với các mạng này chúng ta có thể ứng dụng vào các ngôi nhà thông minh,

- Rờ le: điều khiển thiết bị bật tắt.

1.3 Ý tưởng thiết kế

Module phát điều khiển việc bật tắt thiết bị, khi cần điều khiển ta nhấn nút trên modulephát, tín hiệu sẽ được vi điều khiển xử lý và phát ra thông qua module nRF24l01, bênmodule thu sẽ nhận tín hiệu này bằng module nRF24l01 và đưa về cho vi điều khiển xử

lý và xuất tín hiệu điều khiển ra rờ le để điều khiển thiết bị

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Dựa trên một số tài liệu datasheet của nRF24l01, pic 16f887, sự giúp đỡ của giáo viênhướng dẫn và một số nguồn tài liệu tìm kiếm trên Internet

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU BĂNG TẦN ISM

2.1 giới thiệu băng tần ism

ISM (industrial, scientific and medical) band là băng tần (hay phổ tần) miễn phí

(license free) cho các ứng dụng không dây Các thiết bị, ứng dụng triển khai trong băngtần này phải tuân thủ một số điều kiện kỹ thuật của ITU cho ISM band

định cho các wireless LAN sử dụng.Đó là: băng tần 900 MHz, 2.4 GHz và 5.8 GHz

Băng tần ISM 900 MHz

Băng tần ISM 900 MHz được FCC định nghĩa là một dãy tần số từ 902 MHz đến 928MHz băng tần này còn có thể được định nghĩa dưới dạng dãy tần số 915 MHz± 13 MHz.Tuy băng tần ISM 900 MHz đã được sử dụng và triển khai cho wireless LAN nhưng dầndần nó đã bị “từ bỏ” bởi sự lựa chọn những tần số khác có bang thông và thông lượngtruyền dẫn cao hơn Ngày nay, vẫn còn một số thiết bịwireless sử dụng băng tần ISM 900MHz như là: hệ thống wireless camera, điệnthoại trong nhà sử dụng wireless.Các tổ chức

sử dụng băng tần ISM 900 MHz trong việc triển khai wireless LAN nhận thấy rằng họphải tốn rất nhiều tiền để thay thế những thiết bị wireless sử dụng băng tần ISM 900 MHz

cũ hay là bị trục trặc về kỹ thuật Một card radio sử dụng băng tần ISM 900 MHz có giálên đến hơn $800 mà chỉ có thể truyền dữ liệuvới tốc độ tối đa được khoảng 1Mbps.Trong khi đó, nếu đem so sánh 1 cardwireless sử dụng chuẩn 802.11b có thể hỗ trợ tốc độtruyền dữ liệu lên tới 11Mbpschỉ có giá khoảng trên dưới $100 Ngoài ra, việc tìm kiếmnhững phụ kiện thay thế tương thích cho các thiết bị sử dụng băng tần ISM 900MHzcũng rất khó khăn

Băng tần ISM 2.4 GHz

Băng tần này được sử dụng bởi tất cả các thiết bị wireless dựa theo chuẩn 802.11,802.11b

và 802.11g và được xem là băng tần được sử dụng khá phổ biến FCC định nghĩa ra băngtần ISM 2.4 GHz là dãy tần số từ 2.4000GHz đến 2.5000GHz (hay2.4500 GHz ± 50MHz) Các thiết bị wireless LAN thực sự chỉ sử dụng dãy tần sốtừ 2.4000 GHz đến2.4835 GHz Lý do chính cho sự giới hạn này là do FCC chỉ định nghĩa ra công suất chophép các thiết bị wireless hoạt động trong dãy trên trong băng tần ISM 2.4GHz mà thôi

Băng tần ISM 5.8 GHz

Băng tần này còn được gọi là băng tần ISM 5 GHz Băng tần ISM 5.8 GHz có dãy tần số

từ 5.725 GHz đến 5.875 GHz và tạo ra băng thông 150 MHz Băng tần ISM 5.8 GHzkhông được chỉ định để sử dụng cho các thiết bị wireless LAN Nó chồng chập lên mộttần số “license-free” khác đó là tần số Upper UNII 5GHz được sử dụng cho wirelessLAN

2.2 Ứng dụng của băng tần ism

Trong cuộc sống hằng ngày, chúng ta thường thấy các thiết bị ism tồn tại trong nhà, mà

cụ thể là các thiết bị trong ngôi nhà thông minh Như các thiết bị điều khiển từ xa của cácvật dụng điện tử trong nhà Ngoài ra ta còn bắt gặp Ism trong y tế, giáo dục

CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VỀ MẠNG WPAN.

3.1 Khái niệm mạng WPAN (Wireless Personal Area Network)

Mạng cá nhân không dây được sử dụng để phục vụ truyền thông tin trong những khoảngcách tương đối ngắn Không giống như mạng WLAN(mạng cục bộ không dây), mạngWPAN có thể liên lạc hiệu quả mà không đòi hỏi nhiều về cơ sở hạ tầng Tính năng nàycho phép có thêm các hướng giải quyết rẻ tiền, nhỏ gọn mà vẫn đem lại hiệu suất caotrong liên lạc nhất là trong một băng tần eo hẹp

3.2 Sự phát triển của mạng WPAN

Trong suốt giữa thế kỷ 20 mạng điện thoại có dây đã được dử dụng rộng rãi và là mộtnhu cầu tất yếu cho cuộc sống Tuy nhiên một thực tế đặt ra là khi xã hội ngày càng pháttriển, các nhu cầu dịch vụ cũng vì thế mà tăng theo, trong thông tin liên lạc chi phí chonhững phát sinh của mạng điện thoại có dây cũng tăng cộng them nhu cầu về tính cơđộng trong thông tin liên lạc,…Và mạng điện thoại tế bào ra đời chính là xu phát triển,

mở rộng tất yếu của mạng điện thoại có dây Mạng điện thoại tế bào và biện pháp sửdụng lại tần số là phượng pháp duy nhất để giải quyết vấn đề nhiều người dùng độc lậptrên một dải tần vô tuyến hạn chế(Ví dụnhưcác chuẩn GSM, IS-136, IS-95) Trong thờigian giữa những năm198x, chuẩn IEEE 802.11 ra đời phục vụ cho mạng WLAN(wireless local area network) nhằm thỏa mãn nhu cầu của các vùng tế bào nhỏ hơn nhưnglại có lưu lượng dữ liệu và mật độ người dùng cao Trong khi mà IEEE 802.11 đề cập đếnnhững thứ như là tốc độ truyền tin trong Ethernet, chuyển tiếp tin, lưu lượng dữliệu trongkhoảng cách tương đối xa (khoảng 100m), thì WPAN lại tập trung giải quyết vấn đề vềđiều khiển dữ liệu trong những khoảng không gian nhỏ hơn (bán kính 30m) Tính năngcủa chuẩn mạng WPAN là suy hao năng lượng nhỏ, tiêu tốn ít năng lượng, vận hànhtrong vùng không gian nhỏ, kích thước bé Chính vì thế mà nó tận dụng được tốt nhất ưuđiểm của kỹ thuật sử dụng lại kênh tần số, đó là giải quyết được vấn đềhạn chếvềbăng tầnnhưhiện nay Nhómchuẩn IEEE 802.15 ra đời để phục vụ cho chuẩn WPAN

3.3 Phân loại các chuẩn mạng WPAN

IEEE 802.15 có thể phân ra làm 3 loại mạng WPAN, chúng được phân biệt thông qua tốc

độ truyền, mức độ tiêu hao năng lựơng và chất lượng dịch vụ(QoS: quality of

service)

• WPAN tốc độ cao (chuẩn IEEE 802.15.3) phù hợp với các ứng dụng đa phương tiệnyêu cầu chất lượng dịch vụ cao

• WPAN tốc độtrung bình (chuẩn IEEE 802.15.1 / Bluetooth) được ứng dụng trong cácmạng điện thoại tế bào đến máy tính cá nhân bỏ túi PDA và có QoS

phù hợp cho thông tin thoại

• WPAN tốc độ thấp (IEEE 802.15.4 / LR-WPAN) dùng trong các sản phẩm côngnghiệp dùng có thời hạn, các ứng dụng y học chỉ đòi hỏi mức tiêu hao năng lượng thấp,không yêu cầu cao vềtốc độtruyền tin và QoS Chính tốc độtruyền dữ liệu thấp cho phépLR-WPAN tiêu hao ít năng lượng Trong chuẩn này thì công nghệZigBee/IEEE802.15.4chính là một ví dụ điển hình

3.4 Khái quát về zigbee / ieee 802.15.04

3.4.2 Đặc điểm

Đặc điểm của zigbee là tốc độ truyền tin thấp, tiêu hao ít năng lượng chi phí thấp, và làgiao thức mạng không dây hướng tới các ứng dụng điều khiển từ xa và tự động hóa Tổchức IEEE 802.15.4 bắt đầu làm việc với chuẩn tốc độ thấp được một thời gian ngắn thìtiểu ban về ZigBee và tổ chức IEEE quyết định sát nhập và lấy tên ZigBee đặt cho côngnghệ mới này Mục tiêu của công nghệ ZigBee là nhắm tới việc truyền tin với mức tiêuhao năng lượng nhỏ và công suất thấp cho những thiết bị chỉ có thời gian sống từ vàitháng đến vài năm mà không yêu cầu cao về tốc độ truyền tin như Bluetooth Một điềunổi bật là ZigBee có thể dùng được trong các mạng mắt

lưới (mesh network) rộng hơn là sử dụng công nghệ Bluetooth Các thiết bị không dây sửdụng công nghệ ZigBee có thể dễ dàng truyền tin trong khoảng cách 10-75m tùy thuộc vàmôi trường truyền và mức công suất phát được yêu cầu với mỗi ứng dụng, Tốc độ dữ liệu

là 250kbps ở dải tần 2.4GHz (toàn cầu), 40kbps ởdải tần 915MHz (Mỹ+Nhật) và 20kbps

ở dải tần 868MHz(Châu Âu)

Các nhóm nghiên cứu Zigbee và tổ chức IEEE đã làm việc cùng nhau để chỉ rõ toàn bộcác khối giao thức của công nghệ này IEEE 802.15.4 tập trung nghiên cứu vào 2 tầngthấp của giao thức (tầng vật lý và tầng liên kết dữ liệu) Zigbee còn thiết lập cơ sở chonhững tầng cao hơn trong giao thức (từ tầng mạng đến tầng ứng dụng) về bảo mật, dữliệu, chuẩn phát triển để đảm bảo chắc chắn rằng các khách hàng dù mua sản phẩm từ cáchãng sản xuất khác nhau nhưng vẫn theo một chuẩn riêng để làm việc cùng nhau được

mà không tương tác lẫn nhau Hiện nay thì IEEE 802.15.4 tập trung vào các chi tiếtkỹthuật của tầng vật lý PHY và tầng điều khiển truy cập MAC ứng với mỗi loại mạngkhác nhau (mạng hình sao, mạng hình cây, mạng mắt lưới) Các phương pháp định tuyếnđược thiết kế sao cho năng lượng được bảo toàn và độ trễ trong truyền tin là ở mức thấpnhất có thể bằng cách dùng các khe thời gian bảo đảm (GTSs_guaranteed time slots).Tính năng nổi bật chỉ có ởtầng mạng Zigbee là giảm thiểu được sự hỏng hóc dẫn đến giánđoạn kết nối tại một nút mạng trong mạng mesh

Nhiệm vụ đặc trưng của tầng PHY gồm có phát hiện chất lượng của đường truyền (LQI)

và năng lượng truyền (ED), đánh giá kênh truyền (CCA), giúp nâng cao khảnăng chungsống với các loại mạng không dây khác

3.4.3 Ưu điểm và nhược điểm của Zigbee.

Để thấy được ưu điểm và nhược điểm của giao thức Zigbee có thể theo dõi bảng dướiđây:

* Giá thành thấp

* Tiêu thụ công suất nhỏ

* Kiến trúc mạng linh hoạt

* Được hỗ trợ bởi nhiều công ty

* Số lượng các nút lớn (65k)

* Lỗi ở một điểm chính có thểgây lỗi hệ thống

Có thể thấy rằng với những ứng dụng cho nhiều phần tử, yêu cầu độ linh hoạt cao, giáthành thấp, tiêu thụ công suất nhỏ thì dùng chuẩn Zigbee là rất phù hợp.

3.4.4 Mô hình giao thức của Zigbee/IEEE802.15

Đây là công nghệ xây dựng và phát triển các lớp ứng dụng và lớp mạng

trên nền tảng là 2 tầng PHY và MAC theo chuẩn IEEE 802.15.4 Nó thừa

hưởng được tính tin cậy, đơn giản, tiêu hao ít năng lượng và khả năng

thích ứng cao với môi trường mạng.

HÌNH 3.1: MÔ HÌNH GIAO THỨC CỦA ZIGBEE/IEEE802.15

3.4.4.1 Tầng vật lý

Cung cấp hai dịch vụ chính là dữ liệu và dịch vụ quản lý

- Dịch vụ dữ liệu điều khiển việc thi phát khối dữ liệu PPDU thông qua việc thuphát qua kênh sóng vô tuyến vật lý

- Các tính năng của tầng vật lý là: Sự kích hoạt hoặc giảm kích hoạt hoặc giảm của

bộ phận nhận sóng , phát hiện năng lượng , chọn kênh , chỉ số đường truyền , giảiphóng kênh truyền, thu và phát các gói dữ liệu qua môi trường truyền

Chuẩn IEEE 802.15.4 định nghĩa 3 dải tần số khác nhau

Có tất cả 27 kênh truyền trên các giải tần số khác nhau theo bảng mô tả sau:

Các thông số kỹ thuật trong tầng vật lý của IEEE 802.15.4:

a Chỉ số ED (energy detection):

Chỉ số ED được đo đạc bởi bộ thu ED Chỉ số này sẽ được tầng mạng sử dụng như là 1bước trong thuật toán chọn kênh Nó là kết quả của sự ước lượng công suất năng lượngcủa tín hiệu nhận được Nó không có vai trò trong việc giải mã hay nhận dạng tín hiệutruyền trong kênh này Thời gian phát hiện và xử lý tương đương 8 symbol Giá trị nhỏ

nhất của ED (=0) khi mà công suất nhận được ít hơn mức +10 db so với lý thuyết Độ lớncủa khoảng công suất nhận được để hiển thị chỉ số ED tối thiểu là 40db ± 6db.

b Chỉ số lưu lượng đường truyền (LQI):

Chỉ số này đặc trưng cho chất lượng gói tin nhận được cùng với chỉ số ED, nó đánh giá

tỷ số tín trên tạp SNR Giá trị của nó được giao cho tầng mạng và tầng ứng dụng xử lý.c.Chỉ số đánh giá kênh truyền :sử dụng để xem kênh truyền rỗi hay bận Có 3 phươngpháp: CCA1: “Năng lượng vượt ngưỡng”, CCA sẽ thông báo kênh truyền bận CCA2:

“Cảm biến sóng mang”, CCA sẽ thông báo kênh truyền bận khi nhận ra tín hiệu có đặctính trải phổ và điều chế của IEEE 802.15.4 CCA3: “Cảm biến sóng mang kết hợp vớinăng lượng vượt ngưỡng”, CCA sẽ thông báo kênh truyền bận khi dò ra tín hiệu có đặctính trải phổ và điều chế của IEEE 802.15.4 với năng lượng vượt ngưỡng ED

d Khung tin PPDU:

Mỗi khung tin PPDU bao gồm các trường thông tin:

SHR : đồng bộ thiết bị thu và chốt chuỗi bit

PHR : chứa thông tin độ dài khung

PHY payload: chứa khung tin của tầng MAC

3.4.5 Tầng điều khiển dữ liệu Zigbee/IEEE 802.15.4 MAC

Cung cấp 2 dịch vụ là dịch vụ dữ liệu MAC và quản lý MAC Dịch vụ dữ liệu MAC cónhiệm vụ quản lý việc thu phát của khối MPDU (giao thức dữ liệu MAC) thông qua dịch

vụ dữ liệu PHY

Nhiệm vụ của tầng MAC là quản lý việc phát thông tin báo hiệu beacon, định dạng khungtin để truyền đi trong mạng, điều khiển truy nhập kênh, quản lý khe thời gian GTS, điềukhiển kết nối và giải phóng kết nối, phát khung Ack

3.4.5.1 Cấu trúc siêu khung

LR-WPAN cho phép sử dụng cấu trúc siêu khung Mỗi siêu khung được giới hạn bởitừng mạng và được chia thành 16 khe như nhau Cột mốc báo hiệu dò đường beaconđược gửi đi trong khe đầu tiên của mỗi siêu khung, nếu 1 PAN coordinator không muốn

sử dụng siêu khung thì nó phải dừng việc phát mốc beacon Mốc này có nhiệm vụ đồng

bộ các thiết bị đính kèm, nhận dạng PAN và chứa nội dung mô tả cấu trúc siêu khung

Bất kỳ 1 thiết bị nào muốn liên lạc trong thời gian CAP đều phải cạnh tranh với các thiết

bị khác bằng cách sử dụng kỹ thuật CSMA-CA Ngược lại, CFD gồm có các GTSs, cáckhe thời gian GTS này thường xuất hiện ở cuối siêu khung tích cực mà siêu khung nàyđược bắt đầu ở khe sát ngay sau CAP PAN coordinator có thể định vị được 7 trong sốcác GTSs, và mỗi 1 GTS chiếm nhiều hơn 1 khe thời gian

Khung CAP:

 Khung CAP:

CAP được phát ngay sau mốc beacon và kết thúc trước khi phát CFP Nếu độ dài củaphần CFP=0 thì CAP sẽ kết thúc tại cuối của siêu khung Tất cả các khung tin ngoại trừkhung Ack và các khung dữ liệu phát ngay sau khung Ack trong lệnh yêu cầu mà chúngđược phát trong CAP sẽ được sử dụng thuật toán CSMA-CA để truy cập kênh Khungchứa lệnh điều khiển MAC sẽ được phát trong phần CAP

Khung CFP:

 Khung CAP:

Phần CFP sẽ được phát ngay sau CAP và kết thúc trước khi phát beacon của xung kế tiếp.Kích thước của CFP do tổng độ dài các khe GTSs được cấp phát bởi bộ điều phối mạngPAN quyết định.CFP không sử dụng thuật toán CSMA-CA để truy cập kênh Khoảngcách giữa 2 khung(IFS) Là khoảng thời gian cần thiết để tầng PHY xử lý 1 gói tin nhậnđược Độ dài của nó phụ thuộc vào kích thước của khung vừa được truyền đi

3.4.5.2 Thuật toán tránh xung đột đa truy cập sử dụng cảm biến sóng mang CA

CSMA-Đây là phương pháp tránh xung đột đa truy cập nhờ vào cảm biến sóng Các node mạng

sẽ lắng nghe tín hiệu thông báo trước khi truyền Nó tránh xung đột bằng cách mỗi node

sẽ phát tín hiệu về yêu cầu truyền trước rồi mới truyền thật sự

HÌNH 3.2 THUẬT TOÁN TRÁNH XUNG ĐỘT ĐA TRUY CẬP SỬ DỤNG CẢM

BIẾN SÓNG MANG CSMA-CA

Có 3 mô hình : Từ thiết bị điều phối mạng PAN coordinator tới thiết bị thường, ngượclại, và giữa các thiết bị cùng loại

3.4.5.2.1 Định dạng khung tin MAC

Cuối khung MFR(MAC footer) chứa chuỗi kiểm tra khung FCS

3.4.5.3 Tầng mạng của Zigbee /IEEE 802.15.4

Dịch vụ mạng:

Tầng vật lý trong mô hình giao thức Zigbee được xây dựng dựa trên tầng điều khiển dữliệu Một mạng có thể họat động cùng các mạng khác hoặc riêng biệt Tầng vật lý phảiđảm nhận các chức năng là:

- Bảo mật: gán các thông tin bảo mật vào gói tin và gửi xuống tầng dưới

- Định tuyến, giúp gói tin có thể đến được đúng tin mong muốn Có thể nói rằng thuậttoán Zigbee là thuật toán định tuyến phân cấp sử dụng bảng định tuyến phân cấp tối ưuđược áp dụng từng trường hợp thích hợp

3.4.5.4 Tầng ứng dụng của Zigbee/IEEE 802.15.4

Chức năng của tầng ứng dụng application Framework của Zigbee là:

- Dò tìm ra xem có nốt hoặc thiết bị nào khác đang hoạt động trong vùng phủ sóng củathiết bị đang hoạt động hay không

- Duy trì kết nối, chuyển tiếp thông tin giữa các nốt mạng

- Xác định vai trò của các thiết bị trong mạng.

- Thiết lập hoặc trả lời yêu cầu kết nối

- Thành lập các mối quan hệ giữa các thiết bị trong mạng

3.4.6 Phân loại thiết bị

Có ba loại thiết bị trong mạng zigbee

3.4.6.1 Zigbee Coordinator (ZC): Thiết bị này hình thành và duy trì kiến trúc mạng

tổng thể, đồng thời nó điều khiển và giám sát mạng, lưu trữ các thông tin về mạng Vìvậy nó yêu cầu bộ nhớ và sức mạnh tính toán lớn nhất Nó là thiết bị FFD

3.4.6.2 Zigbee Router (ZR): Một thiết bị thông minh có khả năng mở rộng tầm bao phủ

của mạng bằng cách định tuyến và cung cấp tuyến dự phòng hoặc phục hồi những tuyến

bị nghẽn, hoạt động như một router trung gian, truyền dữ liệu giữa các thiết bị khác nhau

Nó có thể kết nối với ZC, ZR và cả ZED Nó cũng là thiết bị FFD

3.4.6.3 Zigbee End Device (ZED): Đó là các nút cảm biến có các thông tin từ môi

trường Nó có thể nhận tin nhưng không thể chuyển tiếp tin, kết nối được với ZC và ZRnhưng không thể kết nối với nhau Nó có thể là FFD hoặc RFD

HÌNH 3.3 ZIGBEE COORDINATOR VÀ ZIGBEE ENDDEVICE

3.4.7 Các kiểu hình mạng zigbee

Các node mạng trong một m ạng Zigbee có thể liên kết với nhau theo cấu trúc mạng hìnhsao (Star), lưới (Mesh), cấu trúc bó cụm hình cây (Tree) Sự đa dạng về cấu trúc mạngnày cho phép công nghệ Zigbee được ứng dụng một cách rộng rãi

HÌNH 3.4 CÁC KIỂU HÌNH MẠNG ZIGBEE

3.4.7.1 Cấu trúc mạng lưới (mesh topology) còn được gọi là peer-to-peer (multi-hop)

Kiểu cấu trúc mạng này cũng có một bộ điều phối mạng PAN Thực chất đây là kết hợpcủa hai kiểu cấu trúc mạng hình sao và mạng ngang hàng, ở cấu trúc mạng này thì mộtthiết bị A có thể tạo kết nối với bất kỳ thiết bị nào khác miễn là thiết bị đó nằm trongphạm vi phủ sóng của thiết bị A Mạng mắt lưới không tập trung cao độ như mạng hìnhsao, thay vào đó là các kết nối điểm - điểm nằm trong tầm phủ sóng của các điểm mạng.Mạng hoạt động theo chế độ ad-hoc cho phép chuyển tiếp nhiều chặng qua trung gian làcác ZR, điều này đồng nghĩa với việc phải có thuật toán định tuyến để tìm ra các đườngdẫn tối ưu nhất Mạng này có thể hoạt động trong tầm rất rộng lớn, tuy nhiên rất khó khăn

để giảm thiểu phức tạp trong việc liên kết bất cứ điểm - điểm nào trong mạng do đó khó

có thể đảm bảo thời gian truyền tối thiểu được Các ứng dụng của cấu trúc này có thể ứngdụng trong đo lường và điều khiển, mạng cảm biến không dây, theo dõi cảnh báo và kiểm

kê (cảnh báo cháy rừng) ZR hoạt động như một điều phối viên trong khu vực hoạt độngcủa nó để mở rộng giao tiếp ở cấp độ mạng Trong mạng ngang hàng, mỗi thiết bị có thểgiao tiếp với thiết bị khác nếu các thiết bị được đặt đủ gần để tạo thành công đường dẫnliên kết Bất kỳ FFD nào trong mạng ngang hàng có thể đóng vai trò là một điều phốimạng PAN Một cách để quyết định thiết bị nào sẽ là điều phối mạng PAN là lựa ra thiết

bị FFD đầu tiên bắt đầu việc giao tiếp như là m ột điều phối mạng PAN Một RFD có thể

là m ột phần của mạng và chỉ giao tiếp với một thiết bị đặc biệt trong mạng (ZC hoặcZR)

HÌNH 3.5 CẤU TRÚC MẠNG LƯỚI (MESH TOPOLOGY) CÒN ĐƯỢC GỌI LÀ

PEER-TO-PEER (MULTI-HOP)

3.4.7.2 Cấu trúc mạng hình cây (Cluster Tree topology)

Cấu trúc này là một dạng đặc biệt của cấu trúc mắt lưới trong đó đa số thiết bị là FFD vàmột RFD có thể kết nối vào hình cây như một node rời rạc ở điểm cuối của nhánh cây.Bất kỳ một FFD nào cũng có thể hoạt động như là một coordinator và cung cấp tín hiệuđồng bộ cho các thiết bị và các coordinator khác vì thế mà cấu trúc mạng kiểu này có quy

mô phủ sóng và tầm mở rộng cao Trong loại cấu hình này mặc dù có thể có nhiềucoordinator nhưng chỉ có duy nhất một bộ điều phối mạng PAN Các ZR định hình cácnhánh và tiếp nhận tin Các ZED hoạt động như những chiếc lá và không tham gia vàoviệc định tuyến Bộ điều phối mạng PAN tạo ra nhóm đầu tiên bằng cách tự bầu ra ngườilãnh đạo cho nhóm của mình và gán cho người lãnh đạo đó một chỉ số nhận dạng cá nhânđặc biệt gọi là CID-0 (cluster identifier) bằng cách tự thành lập CLH (cluster head) bằngCID-0 Nó chọn một PAN identifier rỗi và phát khung tin quảng bá nhận dạng tới cácthiết bị lân cận Thiết bị nào nhận được khung tin này có thể yêu cầu kết nối vào mạng

CLH Nếu bộ điều phối viên mạng PAN đồng ý cho thiết bị đó kết nối thì nó sẽ ghi tênthiết bị đó vào danh sách Cứ thế thiết bị mới kết nối này lại trở thành CLH của nhánhcây mới và bắt đầu phát quảng bá định kỳ để các thiết bị khác có thể kết nối vào mạng.

Từ đó hình thành được các CLH1, CLH2 Mạng hình cây hứa hẹn sẽ đem về ưu điểmcủa hai mạng trên: mạng hình sao (khả năng đồng bộ, đường truyền tin cậy nhờ vào chế

độ GTS) và mạng mắt lưới (co giãn về khoảng cách địa lý, tầm hoạt động rất rộng)

HÌNH CÂY (CLUSTER TREE TOPOLOGY)

3.4.7.3 Cấu trúc mạng hình sao (star topology ): còn được gọi là point to point

Đối với loại mạng này một kết nối được thành lập bởi các thiết bị với một thiết bị đượclập trình để điều khiển trung tâm điều khiển được gọi là bộ điều phối mạng PAN Sau khiFFD được kích hoạt lần đầu tiên nó có thể tạo nên một mạng độc lập và trở thành một bộđiều phối mạng PAN Mỗi mạng hình sao đều phải có một chỉ số nhận dạng cá nhân đượcgọi là PAN ID (PAN identifier), chỉ số này là duy nhất mà không được sử dụng bởi bất

kỳ mạng khác trong phạm vi ảnh hưởng của nó – khu vực xung quanh thiết bị mà sóngradio của nó có thể giao tiếp thành công với các thiết bị phát radio khác Nói cách khác

nó đảm bảo rằng PAN ID mà nó chọn không được sử dụng bởi bất kỳ mạng nào gần đấy,cho phép mạng này có thể hoạt động một cách độc lập Khi đó cả FFD và RFD đều có thểkết nối với bộ điều phối m ạng PAN Các node trong mạng PAN chỉ có thể kết nối với bộđiều phối mạng PAN vì thế mạng này là mạng tập trung, mọi node m ạng đều phải thôngqua ZC nên ZC sẽ tiêu tốn nhiều năng lượng hơn các node mạng khác và mạng có tầmphủ sóng nhỏ (trong vòng bán kính 100m) Nên sử dụng cấu trúc hình sao này cho các

ứng dụng có tầm nhỏ như tự động hóa nhà, thiết bị ngoại vi cho máy tính, đồ chơi vàgames.

HÌNH 3.7 CẤU TRÚC MẠNG HÌNH SAO (STAR TOPOLOGY ): CÒN ĐƯỢC GỌI

LÀ POINT TO POINT

3.4.8 Ứng dụng của zigbee

Năng lượng thông minh: là tiêu chuẩn hàng đầu thế giới cho các sản phẩm tương thích

mà theo dõi, kiểm soát, thông báo và tự động hóa việc cung cấp và sử dụng năng lượngnước Nó giúp tạo ra ngôi nhà xanh hơn bằng cách cho người tiêu dùng những thông tin

và tự động hóa cần thiết để

giảm mức tiêu thụ của họ một cách dễ dàng và tiết kiệm tiền Tiêu chuẩn này hỗ trợ cácnhu cầu đa dạng của hệ sinh thái toàn cầu, các nhà sản xuất sản phẩm và những dự án củachính phủ để đáp ứng nhu cầu năng lượng và nước trong tương lai

HÌNH 3.8 ỨNG DỤNG CỦA ZIGBEE - NĂNG LƯỢNG THÔNG MINH

Zigbee điều khiển từ xa: cung cấp một tiêu chuẩn toàn cầu tiên tiến và dễ sử dụng điều

khiển từ xa RF hoạt động non-line-of-sight, hai chiều, còn phạm vi sử dụng và tuổi thọpin mở rộng Nó được thiết kế cho một loạt các thiết bị rạp hát tại nhà, các hộp set-top,thiết bị âm thanh khác Điều khiển từ xa ZigBee giải phóng người tiêu dùng từ chỉ điềukhiển từ xa ở các thiết bị Nó cung cấp cho người tiêu dùng linh hoạt hơn, cho phép kiểmsoát các thiết bị từ phòng gần đó và vị trí của các thiết bị hầu như bất cứ nơi nào - baogồm cả phía sau gỗ, tường, trang trí nội thất hoặc thủy tinh

Zigbee nhà thông minh: ZigBee nhà thông minh cung cấp một tiêu chuẩn toàn cầu cho

các sản phẩm tương thích cho phép nhà thông minh có thể kiểm soát thiết bị, chiếu sáng,quản lý môi trường năng lượng, và an ninh, cũng như mở rộng để kết nối với các mạngZigBee Nhà thông minh cho phép người tiêu dùng tiết kiệm tiền, cảm thấy an toàn hơn

và tận hưởng một loạt các tiện nghi dễ dàng và ít tốn kém để duy trì Zigbee nhà thôngminh hỗ trợ một hệ sinh thái đa dạng của các nhà cung cấp dịch vụ và các nhà sản xuấtsản phẩm khi họ phát minh ra sản phẩm

cần thiết để tạo ra ngôi nhà thông minh Những sản phẩm này là lý tưởng để xây dựngmới thêm các thị trường, và rất dễ sử dụng, duy trì và cài đặt Tất cả sản phẩm Zigbee nhàthông minh được chứng nhận để thực hiện Nhiều công ty đổi mới đã đóng góp chuyênmôn của họ vào tiêu chuẩn này, bao gồm Phillips, Control4 và Texas Instruments

Zigbee chăm sóc sức khỏe: là theo dõi bệnh nhân tại nhà Ví dụ, huyết áp và nhịp tim

của một bệnh nhân được đo bởi các thiết bị đeo trên người Bệnh nhân mang một thiết bịZigbee tập hợp các thông tin liên quan đến sức khỏe như huyết áp và nhịp tim Sau đó dữliệu được truyền không dây đến một máy chủ địa phương, có thể là một máy tính cá nhân

đặt trong nhà bệnh nhân, nơi mà việc phân tích ban đầu được thực hiện Cuối cùng, thôngtin quan trọng được chuyển tới y tá của bệnh nhân hay nhân viên vật lý trị liệu thông quaInternet để phân tích sâu hơn Chăm sóc sức khỏe hàng đầu và công ty đang hỗ trợ côngnghệ cho sự phát triển của ZigBee Chăm sóc sức khỏe, bao gồm Motorola, Phillips,Freescale Semiconductor, Awarepoint và công nghệ RF.

Zigbee xây dựng tự động:

ĐIỀU KHIỂN:

* Tích hợp và tập trung quản lý chiếu sáng, sưởi ấm, làm mát, an ninh

* Tự động kiểm soát nhiều hệ thống để cải thiện tính linh hoạt và an

ninh

BẢO TỒN

* Giảm chi phí năng lượng thông qua quản lý tối ưu hóa HVAC

* Phân bổ chi phí tiện ích một cách công bằng dựa trên tiêu thụ thực tế

LINH HOẠT

* Cấu hình lại hệ thống chiếu sáng một cách nhanh chóng để tạo ra

không gian làm việc thích nghi

* Mở rộng và nâng cấp xây dựng cơ sở hạ tầng

AN TOÀN

* Mạng và tích hợp dữ liệu từ các điểm kiểm soát truy cập nhiều chiều

* Triển khai mạng lưới giám sát không dây để tăng cường bảo vệ vòng

ngoài

Zigbee dịch vụ viễn thông: ZigBee Dịch vụ viễn thông cung cấp một tiêu chuẩn toàn

cầu cho các sản phẩm tương thích cho phép một loạt các dịch vụ giá trị gia tăng, bao gồmgiao thông, chơi game di động, dịch vụ dựa trên địa điểm, thanh toán di động an toàn,quảng cáo di động, thanh toán khu vực, tiếp cận văn phòng di động kiểm soát, thanh toán,

và peer-to-peer dịch vụ chia sẻ dữ liệu Điều này tiêu chuẩn duy nhất cung cấp một cáchhợp lý và dễ dàng để giới thiệu dịch vụ sáng tạo mới mà tất cả mọi người liên lạc hầu như

sử dụng điện thoại di động và thiết bị cầm tay điện tử khác Nó cung cấp nhiều dịch vụ

giá trị gia tăng cho các nhà khai thác mạng điện thoại di động, nhà bán lẻ, các doanhnghiệp, và chính phủ Người tiêu dùng có thể sử dụng điện thoại di động của họ để trảcho các sản phẩm và dịch vụ, tạo ra game riêng của họ và mạng lưới truyền thông, nhậnđược giảm giá hoặc phiếu giảm giá từ các nhà bán lẻ, và có được hướng dẫn hoặc thôngtin về không gian công cộng với GPS ZigBee Dịch vụ viễn thông hỗ trợ các nhà sản xuấtsản phẩm, các nhà khai thác điện thoại m ạng di động, các doanh nghiệp và chính phủ khi

họ tìm cách mới để tương tác với công chúng Tất cả các sản phẩm ZigBee Dịch vụ viễnthông được chứng nhận để thực hiện Các công ty viễn thông hàng đầu, các nhà sản xuấtsản phẩm và công ty công nghệ dẫn sự phát triển của tiêu chuẩn này, bao gồm cả Phillips,Telecom Italia, Telefonica, OKI, Huawei, Motorola và Texas Instruments

3.5 Giới thiệu mạng miwi

3.5.1 Khái niệm

MiWi giao thức mạng không dây là một trong những thành phần chính của MiWi Môitrường phát triển (MiWi DE) MiWi DE tích hợp hỗ trợ cho tất cả các RF thu phát vimạch và độc quyền giao thức truyền thông không dây vào một môi trường phát triển duynhất để đáp ứng nhu cầu khác nhau của khách hàng

3.5.2 Cấu trúc Miwi

HÌNH 3.9 CẤU TRÚC MIWIMiWi DE hệ thống bao gồm ba lớp từ dưới lên trên:

• Microchip không dây Application Programming Interface (MiApp): Đây là giao diệngiữa các ứng dụng người dùng và giao thức truyền thông không dây Microchip.

3.5.3 Giao thức mạng Miwi

MiWi giao thức mạng không dây được thiết kế để mở rộng vùng phủ sóng bằng cáchcung cấp khả năng định tuyến cho một mạng lưới nhỏ Nó hỗ trợ lên đến 8 điều phối cácnút có khả năng, bao gồm cả điều phối PAN bắt đầu mạng Nó cũng hỗ trợ định tuyến lênđến 4 bước nhảy từ thiết bị đầu cuối để kết thúc thiết bị, hoặc 2 bước nhảy từ điều phốiPAN với bất kỳ thiết bị đầu cuối

Để đơn giản hóa cơ chế định tuyến, một điều phối chỉ có thể tham gia điều phối PAN.Tuy nhiên, một điều phối không thể tham gia điều phối khác Khi một thiết bị có khảnăng điều phối không thể đạt được điều phối PAN, hoặc đã có 8 điều phối viên trongmạng, các thiết bị có khả năng điều phối có thể tự động giáng cấp bản thân và gia nhậpmạng như thiết bị đầu cuối Giới hạn rõ ràng cho MiWi là nó chỉ hỗ trợ các mạng nhỏ,lên đến 4 bước nhảy từ thiết bị đầu cuối để kết thúc thiết bị

HÌNH 3.10

3.5.3.1 Giới thiệu giao thức

Các giao thức P2P MiWi đổi Media Control lớp Truy cập 802.15.4 đặc điểm kỹ thuật củaIEEE (MAC) bằng cách thêm lệnh đơn giản hóa quá trình bắt tay Nó đơn giản hoá liênkết ngắt kết nối và kênh nhảy bằng cách cung cấp các lệnh MAC bổ sung.

Tuy nhiên, quyết định ứng dụng cụ thể, chẳng hạn như khi thực hiện một năng lượng pháthiện quét hoặc khi nhảy kênh, không được định nghĩa trong giao thức Những vấn đề nàyđược để lại cho các nhà phát triển ứng dụng

_ Các tính năng giao thức

Các MiWi giao thức không dây có tính năng sau:

• Hoạt động trên Microchip PIC18, PIC24, dsPIC33

và PIC32 nền tảng

• Hỗ trợ Microchip C18, C30 và C32 biên dịch

• Chức năng như một máy trạng thái (không phụ thuộc vào RTOS)

• Hỗ trợ thiết bị ngủ vào cuối của thông tin liên lạc

• Cho phép dò tìm năng lượng (ED) quét để hoạt động trên các kênh ít nhất là ồn ào

• Cung cấp quét hoạt động để phát hiện các kết nối hiện tại

• Cho phép sự nhanh nhẹn tần số (kênh nhảy)

Trong một non-beacon network, thiết bị có thể truyền dữ liệu bất cứ lúc nào khi mức độnăng lượng (tiếng ồn) là dưới mức được xác định trước

Beacon network giảm điện năng tiêu thụ tất cả các thiết bị "bởi vì tất cả các thiết bị tắtradio của nó theo định kỳ

Non-beacon network tăng tiêu thụ điện năng của các thiết bị FFD bởi vì họ phải có radiocủa họ trên tất cả các thời gian Các mạng giảm tiêu thụ điện năng của các thiết bị RFD,tuy nhiên, bởi vì rfds không cần phải thực hiện đồng bộ thường xuyên.

3.5.3.3 Mạng Địa chỉ

Các đặc điểm kỹ thuật IEEE 802.15.4 định nghĩa hai loại cơ chế giải quyết:

• Về mặt tổ chức Extended định danh duy nhất (EUI) hoặc địa chỉ dài: Một địa chỉ támbyte mà là duy nhất cho mỗi thiết bị trên toàn thế giới Phía trên ba byte được mua từIEEE bởi các công ty phát hành sản phẩm Năm byte thấp được chỉ định bởi nhà sản xuấtthiết bị miễn là EUI mỗi thiết bị là duy nhất

• Địa chỉ ngắn: Một địa chỉ hai byte được gán cho các thiết bị chủ của mình khi tham giamạng

Địa chỉ ngắn phải là duy nhất trong hệ thống

Các giao thức P2P MiWi chỉ hỗ trợ giao tiếp one-hop, do đó nó truyền tải thông điệpthông qua Eui hoặc địa chỉ dài Giải quyết ngắn chỉ được sử dụng khi chồng phát đi mộtthông điệp truyền thông Điều này là do không có địa chỉ được xác định trước dài phátsóng được định nghĩa trong chuẩn IEEE 802.15.4 Cho Microchip độc quyền thu phát,chiều dài địa chỉ duy nhất có thể được giữa 2-8 byte, tùy thuộc vào nhu cầu ứng dụng

3.5.3.4 Truyền và nhận trong Miwi

3.5.3.4.1 Truyền

Có hai cách để truyền tải thông điệp: phát sóng và unicast

Gói phát sóng có tất cả các thiết bị trong phạm vi đài phát thanh là điểm đến của nó.IEEE802.15.4 định nghĩa một cụ thể địa chỉ ngắn như địa chỉ quảng bá, nhưng không cóđịnh nghĩa cho địa chỉ dài Kết quả là, IEEE 802.15.4 thu phát phù hợp, phát thanh truyềnhình là chỉ tình huống khi MiWi P2P ngăn xếp sử dụng một thời gian địa chỉ ngắn

Truyền unicast chỉ có một điểm đến và sử dụng địa chỉ miễn là địa chỉ đích Giao thứcP2P MiWi đòi hỏi xác nhận cho tất cả thông điệp unicast

Nếu thiết bị phát có ít nhất một thiết bị tắt vô tuyến của nó khi nhàn rỗi, các thiết bịtruyền dữ liệu sẽ lưu tin nhắn trong bộ nhớ RAM và chờ đợi cho thiết bị đang sleep đểđánh thức và yêu cầu được thông báo Loại truyền dữ liệu được gọi là tin nhắn gián tiếp

Nếu thiết bị không sleep để có được các tin nhắn gián tiếp, nó sẽ hết hạn và bị loại bỏ.Thông thường, các thông điệp gián tiếp thời gian ra cần phải được dài hơn kéo khoảngthời gian cho các thiết bị sleep.

3.5.3.4.2 Nhận

Trong giao thức P2P MiWi, chỉ có thiết bị gửi message tới sẽ được thông báo bằng radio.Nếu thiết bị bị gửi message tới tắt vô tuyến của nó khi nhàn rỗi, nó chỉ có thể nhận đượcmột tin nhắn từ các thiết bị mà nó được kết nối

Cho các thiết bị chạy không tải với tín hiệu tắt để nhận được thông báo, thiết bị phải gửimột lệnh yêu cầu dữ liệu để kết nối ngang hàng của mình Sau đó, nó sẽ có được thôngđiệp gián tiếp nếu có

3.5.3.5 Các biến thể cho tín hiệu bắt tay

Giao thức Miwi p2p khác với chuẩn IEEE 802.15.4 là trong quá trình bắt tay

Theo IEEE 802.15.4, bước đầu tiên của thiết bị sau khi bật nguồn lên là để thực hiện cáibắt tay với phần còn lại của mạng

Quá trình bắt tay của đặc điểm kỹ thuật, thể hiện trong hình như sau:

1 Các thiết bị tìm kiếm để giao tiếp gửi ra một yêu cầu beacon

2 Tất cả các thiết bị có khả năng kết nối với các thiết bị khác sẽ phản ứng với một thôngđiệp beacon

3 Thiết bị bắt đầu thu thập tất cả các cảnh báo (Để chứa nhiều phản ứng, thiết bị đợi chođến khi hoạt động yêu cầu thời gian quét ra) Thiết bị này sẽ quyết định sử dụng beacon

để thiết lập những cái bắt tay, và gửi đi một yêu cầu lệnh hiệp hội

4 Sau một thời gian được xác định trước, các thiết bị khởi xướng một lệnh yêu cầu dữliệu để có được những phản ứng liên kết từ phía bên kia của kết nối dự định

5 Thiết bị ở phía bên kia của kết nối gửi những phản ứng liên kết

HÌNH 3.11 LIÊN KẾT ĐIỂN HÌNH TRONG IEEE 802.15.4Bắt tay là quá trình phức tạp của việc gia nhập một mạng Một thiết bị có thể tham gia chỉ

là một thiết bị duy nhất là node chủ của nó, vì thế bắt tay ban đầu thực sự là quá trình lựachọn một node chủ

Chọn một node chủ yêu cầu:

1 Liệt kê tất cả các node chủ có thể

2 Lựa chọn một trong những quyền như node chủ của nó

Các khung beacon không sử dụng phát hiện CSMA-CA trước khi chuyển đáp ứng yêucầu thời gian của hoạt động quét time-out Kết quả là, các khung beacon có thể bị loại bỏ

do va chạm gói

Giao thức P2P MiWi được thiết kế cho các kết nối đơn giản và trực tiếp trong mạng hìnhsao và cấu trúc liên kết truyền thông P2P

Một số IEEE 802.15.4 yêu cầu gây cản trở thiết kế:

• Quá trình bắt tay năm bước, cộng với hai timeouts, đòi hỏi một chồng phức tạp hơn

• Quá trình kết hợp sử dụng giao tiếp một kết nối chứ không phải là khái niệm đa kết nốicủa cấu trúc liên kết peer-to-peer

Vì những lý do trên, các giao thức P2P sử dụng MiWi quá trình bắt tay hai bước riêngcủa mình như trong hình

1 Thiết bị bắt đầu gửi ra một lệnh yêu cầu kết nối P2P

2 Bất kỳ thiết bị trong phạm vi đài phát thanh phản ứng với một lệnh kết nối P2P phảnứng đó để hoàn tất kết nối

Đây là một quá trình một-nhiều có thể thiết lập nhiều kết nối, nếu có thể, để thiết lập mộtcấu trúc liên kết Peer-to-Peer Kể từ khi quá trình bắt tay này

sử dụng một lệnh lớp MAC, CSMA-CA được áp dụng cho mỗi lần truyền Điều này làmgiảm khả năng va chạm gói RFDS có thể nhận được lệnh kết nối yêu cầu từ một sốFFDs, nhưng có thể kết nối chỉ có một FFD Một RFD chọn FFD, mà từ đó nó nhận đượcphản hồi kết nối P2P đầu tiên, như đồng đẳng của nó

HÌNH 3.12 GIAO THỨC XỬ LÝ LIÊN KẾT CHO MIWI P2P

3.5.3.6 Thủ tục địa chỉ MAC cho giao thức MIWI ™ P2P WIRELESS

3.5.3.7 Yêu cầu kết nối P2P