Introducción de la tecnología IEEE 802.15.4

IEEE 802.15.4 es una tecnología de acceso inalámbrico de bajo costo y baja tasa de datos para dispositivos que funcionan con baterías. Esto describe cómo funcionan las redes de área personal inalámbricas de baja velocidad (LR-WPAN).

Propiedades:

1. Estandarización y alianzas: especifica los requisitos de capa PHY y MAC de baja tasa de datos para redes de área personal inalámbricas (WPAN).
IEEE 802.15. Las pilas de protocolos incluyen:

• ZigBee:
• 6LoWPAN: El sistema 6LoWPAN se utiliza para una variedad de aplicaciones, incluidas las redes de sensores inalámbricos. Esta forma de red de sensores inalámbricos envía datos como paquetes y utiliza IPv6, que proporciona la base para el nombre, IPv6 sobre redes de área personal inalámbricas de baja potencia.
• ZigBee IP: Zigbee es una tecnología inalámbrica basada en estándares que se desarrolló para redes inalámbricas de máquina a máquina (M2M) e Internet de las cosas (IoT) de bajo costo y bajo consumo de energía.
• ISA100.11a: Es una red de malla que proporciona comunicación inalámbrica segura para el control de procesos.
• Wireless HART: también es una tecnología de red de sensores inalámbricos, que utiliza una arquitectura sincronizada en el tiempo y autoorganizada.
• Thread: Thread es un protocolo de red basado en IPv6 para dispositivos de Internet de las cosas de baja potencia en IEEE 802.15. 4-2006 red inalámbrica en malla. El hilo es independiente.

2. Capa física:Este estándar permite una amplia gama de opciones PHY en bandas ISM, que van desde 2,4 GHz hasta frecuencias sub-GHz. IEEE 802.15.4 permite velocidades de transmisión de datos de 20 kilobits por segundo, 40 kilobits por segundo, 100 kilobits por segundo y 250 kilobits por segundo. La estructura fundamental asume un rango de 10 metros y una velocidad de datos de 250 kilobits por segundo. Para reducir aún más el uso de energía, es posible incluso velocidades de datos más bajas. IEEE 802.15.4 regula el transceptor de RF y la selección de canales, e incluso algunas funciones de administración de señales y energía, en la capa física. Según el rango de frecuencia y el rendimiento de datos necesarios, ahora hay seis PHY especificados. Cuatro de ellos emplean técnicas de salto de frecuencia conocidas como Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS).

3. Capa MAC: La capa MAC proporciona enlaces al canal PHY al determinar que los dispositivos en la misma región compartirán las frecuencias asignadas. La programación y el enrutamiento de paquetes de datos también se gestionan en esta capa. La capa MAC 802.15.4 es responsable de una serie de funciones como:

• Balizamiento para dispositivos que funcionan como controladores en una red.
• se utiliza para asociar y disociar PAN con la ayuda de dispositivos.
• La seguridad del dispositivo.
• Comunicación consistente entre dos dispositivos MAC que están en una relación de igual a igual.

La capa MAC utiliza varios tipos de trama establecidos para realizar estas funciones. En 802.15.4, hay cuatro tipos diferentes de tramas MAC:

• cuadro de datos
• Marco para una baliza
• Marco de reconocimiento
• Trama para comandos MAC

4. Topología: las redes basadas en IEEE 802.15.4 se pueden desarrollar en una topología de estrella, de igual a igual o de malla. Las redes de malla conectan una gran cantidad de Nodes. Esto permite que los Nodes que de otro modo estarían fuera de rango interactúen entre sí para usar Nodes intermedios para transmitir datos.

5. Seguridad: para la seguridad de los datos, el estándar IEEE 802.15.4 emplea el Estándar de cifrado avanzado (AES) con una longitud de clave de 128 bits como técnica de cifrado básica. La activación de tales medidas de seguridad para 802.15.4 altera significativamente el formato del marco y utiliza algunas de las cargas útiles. La primera fase para activar el cifrado AES es utilizar el campo Seguridad habilitada en la parte Control de tramas del encabezado 802.15.4. Por seguridad, este campo es un solo bit que se asigna a 1. Cuando se establece este bit, al tomar ciertos bytes de su campo Carga útil, se forma un campo conocido como Encabezado de seguridad auxiliar después del campo Dirección de origen.

6. Tecnologías competitivas: las capas IEEE 802.15.4 PHY y MAC sirven como base para una variedad de perfiles de red que operan en diferentes escenarios de acceso a IoT. DASH7 es una tecnología de radio competidora con distintas capas PHY y MAC.

La arquitectura del dispositivo LR-WPAN: 

Ventajas de IEEE 802.15.4: 

IEEE 802.15.4 tiene las siguientes ventajas:

• costo barato
• batería de larga duración,
• Instalación rápida
• simple
• pila de protocolo extensible

Desventajas de IEEE 802.15.4:

Los inconvenientes de IEEE 802.15.4 incluyen:

• IEEE 802.15.4 provoca interferencias y desvanecimiento multitrayecto.
• no emplea un enfoque de salto de frecuencia.
• latencia ilimitada
• susceptibilidad a la interferencia

Aplicaciones de IEEE 802.15.4:

Aplicaciones IEEE 802.15.4:

• Redes inalámbricas de sensores en la industria
• domótica y domótica
• Mandos a distancia y juguetes interactivos
• Redes automotrices