Tài liệu Mạng wpan, các chuẩn ieee 802.15 và các ứng dụng.pptx

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MẠNG WPAN, CÁC CHUẨN IEEE 802.15 VÀ CÁC ỨNG DỤNG Thành Viên Nhóm 4: 1. Vũ Tuấn Anh – PV27 Hải Dương 2. Nguyễn Xuân Đức – CAH Nghĩa Đàn, Nghệ An 3. Nguyễn Thanh Tùng – PV11 Điện Biên 4. Nguyễn Hồng Vinh – sở Phòng cháy Hà Nội I. Tổng quan công nghệ mạng WPAN, các chuẩn IEEE 802.15 1. Mạng WPAN Mạng WPAN (Wireless Personial Area Network) là mạng không dây được sử dụng trong truyềền thông thông tn ở khoảng cách ngắắn từ vài met đềắn vài chục met. Phạm vi sử dụng - Ưu điểm: Nhỏ gọn, tều tôắn ít nắng lượng, giá thành rẻ, dềễ thiềắt lập,không đòi hỏi vềề cơ sở hạ tâềng. - Do sử dụng trong không gian nhỏ nền tận dụng triệt để ưu điểm của kyễ thuật tái sử dụng tâền sôắ. 2. Các tiêu chuẩn IEEE 802.15 Tiêu chuẩn 802.15 được IEEE đề xuất nhằm chia các loại mạng WPAN theo tốc độ truyền, mức tiêu hao năng lượng, chất lượng dịch vụ... Cụ thể là: - Chuẩn IEEE 802.15.1- Bluetooth: có tốc độ trung bình, hiện nay vẫn được sử dụng rộng rãi. - Chuẩn IEEE 802.15.3 - UWB: có tốc độ cao, dùng trong các ứng dụng đa phương tiện. - Chuẩn IEEE 802.15.4 - ZigBee: có tốc độ thấp, ứng dụng trong công nghiệp, y tế; đòi hỏi mức tiêu hao năng lượng thấp, không yêu cầu tốc độ truyền và chất lượng dịch vụ. 802.15.1 802.15.3 802.15.4 802.11 Bluetooth UWB ZigBee Wif Tầầm hoạt 1-3 động(m) 1-10 1-100 1-100 Sốố lượng 7 nút mạng 4000 >64000 32 Ứng dụng Web, mail phổ biếốn videoHD, 4K Giám sát, Thay thềắ dây điềều khiển nôắi độ rộng 250 băng tầần (kB) Tốốc độ 720 truyếần 500.000 4-32 1000 480.000 20-250 11.000 3,1-10,6 0,868; 0,915 2,4 (Kbps) Dải tầần hoạt 2,4-2, 8 động (Hz) 2,45 5 II. CÁC ỨNG DỤNG SỬ DỤNG WPAN • Mạng hốầng ngoại • Bluetooth • Băng siếu rộng UWB • ZigBee 1. Mạng Hồng Ngoại Là công nghệ kềắt nôắi không dây, nhưng có hướng (thiềắt bị câền phải được “nhìn” thâắy nhau) sử dụng ta hôềng ngoại truyềền dữ liệu. Đặc điểm: khoảng cách truyềền sóng thâắp <5m, tều thụ ít nắng lượng. Hiện nay, các kềắt nôắi hôềng ngoại được sử dụng trong các thiềắt bị điềều khiển tvi, điềều hòa... hoặc tch hợp trong smartphone để phục vụ chức nắng tương tự. Sử dụng mạng hôềng ngoại ngày nay ít phổ biềắn hơn do sự xuâắt hiện của wif, bluetooth, do sự bâắt lợi của việc truyềền sóng có hướng. 2. Bluetooth Là công nghệ chuẩn IEEE 802.15.1 sử dụng băng tần chung ISM (2,4-2,8GHz). Đặc điểm: Tiêu thụ ít năng lượng,tương thích với nhiều thiết bị. Giá thành thấp. Khoảng cách cho phép kết nối là 5m (trong nhà) và 10m (ngoài trời). Bluetooth được sử dụng rộng rãi cho đềắn ngay nay trền các điện thoại di động, laptop, pc, máy ảnh, máy in, tai nghe, chuột, bàn phím... Thông số kỹ thuật: • Sử dụng công nghệ trải phổ nhảy tần nhanh FHSS gồm 79 bước nhảy tần, mỗi bước cách nhau 1MHz. Từ băng tần 2,402 GHz đến 2,8 GHz • Tốc độ nhảy tần là 1600 bước / giây, thời gian cho mỗi bước nhảy là 0,626ms. • Sử dụng kỹ thuật song công theo thời gian và kết hợp đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA. • Các thiết bị truyền dẫn được thiết kế hoạt động ở mức năng lượng rất thấp. Trong khoảng 10cm cần mức năng lượng 1mV, 10m cần mức năng lượng 2,5mV, 100, cần mức năng lượng Mố hình kiếốn trúc Piconet Có 3 trạng thái hoạt động của các Slave và Master: Active: trạng thái hoạt động. Các thiềắt bị cùng ở trạng thái hoạt động được Master phân biệt qua 1 địa chỉ AMA( Actve member Address) gôềm 3 bit, nền trong 1 Piconet, chỉ có tôắi đa 8 thiềắt bị hoạt động (1 Master và 7 Slave). Stanby: trạng thái không hoạt động của Slave Park: trạng thái chờ. Slave ở trạng thái này thường xuyền được đôềng bộ với Master và được câắp 1 địa chỉ PMA gôềm 8 bit để phân biệt. Khi câền kềắt nôắi, Master seễ chuyển Slave từ trạng thái Park sang Actve thông qua báo hiệu tền Beacon. Khi kềắt nôắi nhiềều mạng Piconet với nhau ta được 1 mạng gọi là Scaternet. Khi đó, 1 Slave của Piconet này seễ làm Master của Piconet kia. 3. Băng siếu rộng UWB Là công nghệ chuẩn IEEE 802.15.3 hoạt động trền dải tâền từ 3,1 GHz đềắn 10,6 GHz . Dải tâền này được chia thành các d ải tâền con nhỏ hơn có bắng thông 512 MHz. Đặc điểm: Hoạt động trền dải tâền không câền phải câắp phép. Bắng thông lớn, cho phép truyềền dữ liệu tôắc độ cao. Ít chịu ảnh . hưởng nhiềễu, hoạt động trong các môi trường phức tạp. Tiều thụ ít nắng lượng, công suâắt thâắp, hoạt động trong môi trường hẹp. Bắng siều rộng UWB sử dụng trong truyềền thông đa phương tện yều câều tôắc độ cao như video HD, HDTV hoặc kềắt nôắi các thiềắt bị gia đình như TV, PC, laptop, smartphone để chia sẻ tôắc độ cao nhanh chóng dềễ dàng. Wireless UWB Là công nghệ USB không dây hoạt động dựa trền UWB bắng siều rộng Đặc điểm: tôắc độ lền đềắn 500Mbps. 4. ZigBee Là công nghệ được xây dựng trền nềền tảng IEEE 802.15.4 sử dụng tn hiệu radio có tâền sôắ ngắắn. Một mạng ZigBee gồm nhiều thành phần tạo nên, trong đó mỗi thành phần đảm nhiệm các chức năng khác nhau, được chia làm 3 thành phần chính: - Thiết bị điều phối mạng ZC: hình thành và duy trì kiến trúc tổng thể mạng, giám sát điều khiển, lưu trữ thông tin. Các ZC có dung lượng lớn, tốc độ tính toán cao. - Thiết bị định tuyến ZR: định tuyến, truyền dữ liệu trong mạng. - Thiết bị cuối ZED: thường là các cảm biến có chức năng thu thập thông tin từ môi trường. Các ZED thì không kết nối trực tiếp với nhau. Có 3 kiểu kiến trúc mạng ZigBee là: Kiến trúc hình sao Kiến trúc hình lưới Kiến trúc hình cây. - Kiến trúc mạng hình sao: Có 1 thiết bị ZC, các thiết bị khác đóng vai trò ZED. Các ZED giao tiếp với nhau thông qua ZC. Kiến trúc này ưu điềm là đơn giản, nhưng tàm phủ sóng nhỏ( tầm 100m). Được ứng dụng trong nhà thông minh, hoặc kết nối máy tính với các thiết bị ngoại vi.