Comunicaciones Inalámbricas

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1 Comunicaciones Inalámbricas ZigBee Iván Bernal, Ph.D. Escuela Politécnica Nacional Quito Ecuador I. Bernal Visión general de ZigBee Usos Stack de protocolos Perspectivas futuras Agenda 2

2 Bibliografía 1. D. Geer, Users Make a Beeline for ZigBee Sensor Technology. Computer. IEEE Computer Society, December E. Callaway, P. Gorday, L. Hester, J. Gutierrez, M. Naeve, B. Heile, V. Bahl, Home networking with IEEE : A Developing Standard for Low-Rate Wireless Personal Area Networks. IEEE Communications Magazine, August Múltiples documentos y presentaciones 3 Generalidades ZigBee es un consorcio de compañías de software, hardware y servicios que han desarrollado un estándar común para poner en red, de forma inalámbrica, a sensores y controladores. Un nuevo estándar para redes de telemetría inalámbrica Aplicaciones Residenciales e Industriales Destacan empresas como Invensys, Mitsubishi, Philips y Motorola Características: Bajo consumo de potencia Largos periodos de operación de una batería (varios meses y hasta años) Bajas tasas de velocidad Bajo costo Corto alcance (de un nodo) 50m típico (5-500m dependiendo del ambiente) Tamaño pequeño de los dispositivos Flexibilidad de sus redes (configuración) El stack de protocolos soporta redes ad hoc de dispositivos auto organizables en topologías cluster tree, estrella o mesh. Permite una rápida instalación de los sistemas de telemetría inalámbricos sobre todo en los interiores. 4

3 Generalidades Se considera un pequeño sensor de temperatura en una ventana. El sensor puede necesitar reportar su temperatura solo unas pocas veces por hora, pasar desapercibido, y tener un bajo costo. Esta aplicación es una candidata excelente para un enlace de comunicaciones que sea inalámbrico, con baja tasa de transmisión, y bajo costo. El uso de cables (para energía o comunicaciones) es impráctico debido a que está involucrada una ventana. La instalación con cables sobrepasaría en varias veces el costo del sensor. Se requiere un consumo de potencia extremadamente bajo ya que reemplazos de baterías frecuentes es impráctico. El uso de es sobredimensionado para esta aplicación, satisfaciendo solo el requerimiento de conectividad inalámbrica. Bluetooth fue inicialmente concebido como un reemplazo de cables pero luego siguió un camino de alta complejidad, haciéndolo inadecuado para aplicaciones de bajo consumo de potencia. Tanto Bluetooth como requerirían cambios de batería varias veces al año. Impráctico si se considera que puede haber muchas ventanas en un hogar. 5 Generalidades Popular Science - Noviembre de

4 Generalidades Popular Science Noviembre de Generalidades Popular Science Noviembre de

5 Áreas de aplicación Control y monitoreo industrial Seguridad pública Generalidades Incluye sensado y determinación de ubicación en sitios de desastre. Sensado automotriz Monitoreo de la presión de llantas. Etiquetas e identificadores inteligentes (smart tags and badges) Agricultura de precisión para sensar: La humedad del suelo Nivel de pesticidas Nivel de herbicidas Niveles de ph Automatización y networking del hogar Automatización de edificios (Continental Automated Buildings Association) Tasas estimadas máximas para algunos periféricos de PC están en el orden de 115 kbps, y para el caso de automatización del hogar y electrodomésticos menores que 10 kbps. 9 Tasas de transmisión Generalidades Valores máximos estimados para algunos periféricos de PC están en el orden de 115 kbps, y para el caso de automatización del hogar y electrodomésticos menores que 10 kbps. Retardos Valores máximos aceptables para los retardos de los mensajes para periféricos del PC se estiman en el rango de 15 ms, y para aplicaciones de automatización del hogar en el orden de 100 ms o más. 10

6 Sobre el nombre ZigBee The domestic honeybee, a colonial insect, lives in a hive that contains a queen, a few male drones, and thousands of worker bees. The survival, success, and future of the colony is dependent upon continuous communication of vital information between every member of the colony. The technique that honey bees use to communicate new-found food sources to other members of the colony is referred to as the ZigBee Principle. Using this silent, but powerful communication system, whereby the bee dances in a zig-zag pattern, she is able to share information such as the location, distance, and direction of a newly discovered food source to her fellow colony members. Instinctively implementing the ZigBee Principle, bees around the world industriously sustain productive hives and foster future generations of colony members. 11 Historia En 1999 el Firefly Working Group originó la tecnología que mas tarde se convertiría en ZigBee. El grupo en mención ya no existe. La Alianza ZigBee promociona el uso de la tecnología. 200 miembros (al 2005). Se están realizando pruebas de interoperabilidad y entregando productos. Los productos que cumplen con la especificación reciben un logo de la Alianza. En el 2000, dos grupos de estándares combinaron sus esfuerzos para atender la necesidad de redes inalámbricas de bajo costo y bajo consumo de potencia en ambientes residenciales e industriales. ZigBee (una derivación de HomeRF) El grupo de Trabajo IEE

7 Historia En diciembre de 2000 se formó oficialmente el grupo de trabajo para desarrollar un estándar LR-WPAN (Low Rate WPAN) La meta de este grupo era proveer un estándar con ultra-baja complejidad, costo y consumo de potencia para conectividad inalámbrica a bajas tasas de transmisión entre dispositivos fijos, portátiles y móviles. El alcance del grupo es definir las especificaciones de la capa física y MAC. IEEE fue completado como estándar en Mayo 2003 (por la IEEE). La Alianza ZigBee: Ratificó el primer estándar ZigBee en diciembre de La especificación 1.0 fue liberada al público en junio de ZigBee se basa en Stack de protocolos Como todos los estándares 802, el IEE cubre solo las capas bajas, hasta (incluyendo) la capa de enlace de datos. Protocolos de mas alto nivel están a la discreción de las aplicaciones particulares. The IEEE TG4 was chartered to investigate a low data rate solution with multi-month to multi-year battery life and very low complexity. It is operating in an unlicensed, international frequency band. Potential applications are sensors, interactive toys, smart badges, remote controls, and home automation. Añadiendo especificaciones de capa red sobre el stack permite que la tecnología trabaje directamente con topologías de red como la topología mesh. ZigBee: Añade seguridad a Define la naturaleza de las comunicaciones de datos. Define la naturaleza del enrutamiento dentro de sus redes. La forma en la que sus nodos se descubren entre sí. 14

8 Stack de protocolos Application API Security 32- / 64- / 128-bit encryption Network Star / Mesh / Cluster-Tree MAC PHY 868MHz / 915MHz / 2.4GHz Customer ZigBee Alliance IEEE Silicon Stack App 15 Stack de protocolos 16

9 Usos La Alianza ZigBee está desarrollando perfiles de aplicación. Permite que los programadores utilicen comandos específicos de una aplicación cuando configuran los controladores ZigBee, para conjuntos de tareas relacionadas. El primer perfil (completado a fines de 2005) abarca lo relacionado a aplicaciones de iluminación. Incluye además información necesaria para que dimmers, switches y las luces se comuniquen entre sí. Otros perfiles que serán (o ya fueron) publicados por la alianza: HVAC: Calentamiento (Heating), Ventilación (Ventilation) y Aire acondicionado (Air Conditioning) Control de procesos Industriales Automatización de edificios Algunas compañías están escribiendo perfiles que trabajarán solo con sus propias aplicaciones. Honeywell 17 Otros potenciales usos: Usos Transmitir lecturas de temperatura de termostatos. Pedidos de on/off para switches de luz inalámbricos. Podría eliminar el costoso cableado y el tiempo para la instalación de dicho cableado que requieren los switches tradicionales. Dada la facilidad de instalación y bajo costo, ZigBee es atractivo para los constructores/contratistas y dueños de casa. Con ayuda de ZigBee se podría realizar seguimiento de personas de la tercera edad que viven solos, y advertir al personal médico de cambios que podrían significar problemas de salud o seguridad. Sistemas tipo sprinkler basados en ZigBee podrían usar solo la cantidad de agua necesaria para mantener a las plantas verdes (en el jardín). La tecnología podría permitir el manejo de flotas para reportar el estado de mantenimiento de los vehículos, condiciones de las llantas y kilometraje. 18

10 Home Networking y Home Automation Usos en el hogar Han existido varios intentos para establecer redes en el ambiente del hogar usando soluciones propietarias y estándares: HomePNA Homeplug Powerline Alliance CEA R-7 HomeRF Echonet PLC (Power Line Communications) Los intentos se clasifican en: Alámbricos: Líneas telefónicas (analógicas, digitales básicas, similares a DSL), Cable MODEM, PLC Cada uno con ventajas/desventajas dependiendo del ancho de banda, instalación, mantenimiento, costo, etc. Inalámbricos: Reducción en el costo de instalación (no se requiere nuevo cableado) Fácil instalación Gracias al éxito de otras tecnologías como la celular y WiFi Gracias a una mayor disponibilidad de componentes integrados inalámbricos y de menor costo 19 Usos en el hogar Home Networking y Home Automation Aplicaciones de casa que determinan la necesidad de las comunicaciones: Conectividad al Internet Conectividad entre múltiples PCs Aplicaciones de audio/video en red Automatización del hogar Conservación de energía Seguridad Un extremo de altos requerimientos El explosivo crecimiento del Internet demanda conectividad compartida de alta velocidad. Otro extremo de menores requerimientos Automatización del hogar, seguridad, juegos. No pueden manejar la complejidad de stacks de protocolos pesados que impactan el consumo de energía y utilizan demasiados recursos computacionales, y que a su vez impactan en el costo. 20

11 Home Networking y home automation Sectores de mercado posible dentro del hogar: Usos en el hogar Periféricos del PC Ratón, teclado, joystick, todos inalámbricos. Tasas requeridas estimadas para algunos de estos están en el orden de 115 kbps. Aparatos Electrónicos Radio, TVs, VCRs, CDs, DVDs Controles remotos, etc. Un verdadero control remoto universal Tasas requeridas estimadas para algunos de estos son menores a 10 kbps Automatización del hogar HVAC Seguridad Iluminación Control de objetos como cortinas, ventanas, puertas y cerraduras Tasas requeridas estimadas para algunos de estos son menores a 10 kbps Monitoreo de la salud Sensores, monitores y diagnóstico Juguetes y juegos Juegos entre individuos o grupos 21 Ejemplo Slide Courtesy of 22

12 Ejemplo Slide Courtesy of 23 Ejemplo Slide Courtesy of 24

13 Ejemplo Slide Courtesy of 25 Ejemplo Slide Courtesy of 26

14 Espectro y rango de transmisión Bandas de radio no licenciadas: 2.4 GHz en todo el mundo 868 MHz en Europa 915 MHz en el continente americano Alcance para 2.4 GHz 10 m en interiores 200 m en exteriores Alcance para 868 y 915 MHz 30 m en interiores 1000 m en exteriores Ritmos de transmisión Valores Características de ZigBee Para 2.4 GHz: 250 kbps (16 canales) Para 915 MHz: 40 kbps (10 canales) Para 868 MHz: 20 kbps (1 canal) Adecuados para sistemas de sensores que transmiten pequeñas cantidades de datos y ocasionalmente. Son valores considerablemente menores que los ofrecidos por otras tecnologías inalámbricas como Bluetooth. Son valores mucho menores para otros propósitos como transmisión de video en tiempo real. 27 Seguridad Características de ZigBee Utiliza criptografía AES (Advanced Encription Standard) de 128 bits. Utiliza autenticación trust-center-based (coordinador ZigBee) Un centro de confianza (trust center) se define en ZigBee como un dispositivo dentro de la red que admite a los dispositivos a la red y entrega llaves de autenticación para el dispositivo ZigBee y para la red. Autenticación y encripción a nivel de MAC, Red y Aplicación. Número de Nodos Teóricamente, ZigBee soporta hasta nodos. Baja latencia Esta cantidad de nodos hace inmanejable la administración. Se menciona que una red no debería tener mas de 3000 nodos. Para redes mas grandes se recomienda usar múltiples subredes, en lugar de tener una sola red muy grande. ZigBee ha sido optimizada para aplicaciones en las cuales el tiempo es crítico en las que no se tolera retardos excesivos. Ejemplos: controles de iluminación y de administración de potencia (???críticas). Los dispositivos ZigBee no tienen que sincronizarse con otros nodos en la red antes de conectarse a la red e iniciar comunicación. Los dispositivos requieren solo 30 ms para unirse a la red y 15 ms para acceder e iniciar la comunicación con otros nodos. 28

15 Eficiencia de energía Características de ZigBee Puesto que ZigBee realiza solo pocas tareas simples y específicas, el stack de protocolos puede ser tan pequeño como 28 KB (kilobytes), por los que los controladores necesitan de menos memoria y consumen menos potencia. Los dispositivos ZigBee transmiten pequeñas cantidades de datos (como en redes de sensores), lo que minimiza la cantidad de energía que usa el sistema. Los dispositivos solo se activan cuando se requiere que pasen los datos o actúen sobre dichos datos. ZigBee permite que la baterías duren un largo tiempo, lo que es crítico para sensores install and forget, usados en monitoreo inalámbrico y sistemas de control. 29 Implementación Chips y elementos necesarios Características de ZigBee Un controlador de 8 bits para la funcionalidad de red y seguridad podría ser suficiente Un chip transceiver para la funcionalidad de radio Una fuente de alimentación Unos pocos elementos pasivos Se está empezando a combinar el controlador (procesador) y el transceiver en una sola pieza de silicio. Chipcon y Ember La simplicidad de ZigBee y las capacidades de plug and play hacen que implementar la tecnología sea fácil y barato. En particular porque se requiere de poca a ninguna ingeniería de redes. Una organización puede usar gateways para integrar ZigBee con sus sistemas backend para mantenimiento, para automatización de edificios, para lecturas automáticas de sus medidores, para la administración de energía, y otros sistemas. Wireless Sensor Networks conectadas a gateways que a su vez están conectados a WANs, permiten que la información de un sensor sea transmitida a kilómetros de distancia para que sea procesada en una oficina remota. 30

16 Características de ZigBee Tipos de dispositivos lógicos Coordinador de Red (Network Coordinator) Routers Dispositivos finales/terminales (end devices) Aspectos de red que se asumen Los dispositivos son pre-programados para su función de red Coordinator que realiza scans para encontrar canales libres para iniciar una red. Router (no en topología estrella) realiza scans para encontrar un canal activo para unirse, luego permite que otros dispositivos se unan. End Device siempre tratará de unirse a una red existente. Los dispositivos descubren otros dispositivos en la red, proveyendo servicios complementarios. Service and Device Discovery puede iniciarse desde cualquier dispositivo en la red Los pedidos (queries) son unicast y/o broadcast y solicitan información estática mantenida en los dispositivos. 31 Características de ZigBee Tipos de dispositivos lógicos Coordinador de Red (Network Coordinator) Sets up a network Transmits network beacons Manages network nodes Stores network node information Routes messages between paired nodes Typically operates in the receive state Node red (Network Node) Designed for battery powered or high energy savings Searches for available networks Transfers data from its application as necessary Determines whether data is pending Requests data from the network coordinator Can sleep for extended periods 32

17 Tipos de dispositivos físicos ( ) Características de ZigBee Para permitir que los fabricantes construyan dispositivos del menor costo posible, define dos tipos de dispositivos: Full Function Devices (FFDs) Reduced Function Devices (RFDs) Full Function Device (FFD) Puede funcionar en cualquier topología Puede ser el Network Coordinator Puede hablar con cualquier otro dispositivo Reduced Function Device (RFD) Limitado a topología estrella No puede ser un Network Coordinator Habla solo con un Network Coordinator Implementación muy simple 33 Características de ZigBee Una red IEEE /ZigBee requiere: Al menos un FFD como coordinador de red Los dispositivos endpoint pueden ser RFD para reducir el costo del sistema Direcciones: Todos los dispositivos deben tener direcciones IEEE de 64 bits Direcciones cortas (short, 16 bits) pueden asignarse para reducir el tamaño del paquete Modos de direccionamiento: Network + device identifier (star) Source/destination identifier (peer-peer) 34

18 Características de ZigBee 35 Topología (ad-hoc self forming networks) Star Cluster Tree Mesh Redes con topologías Star Características de ZigBee Estas redes soportan un solo coordinador ZigBee, con uno o mas dispositivos terminales (ZigBee End Devices), teóricamente hasta 65,

19 Características de ZigBee Mesh 37 Redes con topología mesh Características de ZigBee Todos los nodos se conectan y se comunican directamente con otros nodos que se encuentren dentro del rango de cobertura. Solo el destinatario deseado actúa sobre los datos transmitidos. El enrutamiento de red permite la formación de caminos desde cualquier dispositivo fuente a cualquier dispositivo destino. Los radio receptores en el coordinador y routers deben estar encendidos (activos) todo el tiempo. Emplea la solución de enrutamiento conjunto (joint routing solution) de ZigBee, incluyendo enrutamiento tipo tree y table. Table routing emplea una versión simplificada de AODV (Ad Hoc On Demand Distance Vector Routing). AODV fue propuesto por IETF (Internet Engineering Task Force) para MANETs (Mobile Ad Hoc Networking). Se evitan problemas respecto a otras topologías que podrían requerir líneas de vista despejadas entre los nodos. Los obstáculos bloquean las señales de radio. Importante en bodegas y fábricas llenas de equipos y estantes. Los datos pasan por cualquier conjunto de nodos entre el transmisor y el receptor. Útil si un nodo se daña o se lo remueve. Las redes ZigBee se auto corrigen frente a estos problemas. 38

20 Características de ZigBee Cluster Tree 39 Cluster Tree Características de ZigBee 40

21 Redes con topología tree Características de ZigBee Redes Cluster Tree permiten estructurar redes multi-hop con beaconing. Se permite la administración de la batería de los coordinadores y routers. Debe tolerar altas latencias debido al proceso para evitar colisiones de beacons. Debe utilizar enrutamiento tree, de tipo netmask. La topología es una decisión de diseño de acuerdo a la aplicación. Aplicaciones como aquellas para periféricos de PC, pueden requerir la baja latencia de la conexión en estrella. Aplicaciones como aquellas para seguridad en un perímetro, pueden requerir la gran área de cobertura ofrecida por una topología mesh. 41 Estados de operación Características de ZigBee Activo (transmitir y recibir) Dormido (Sleep) Muy simple (Bluetooth tiene park, active, sniff, hold) Modos de operación Beacon Técnica de beaconing Un nodo transmite continuamente pequeños paquetes para anunciar su presencia a otras unidades móviles. Las otras unidades tratan de establecer una conexión ya sea para establecer una red o permitir que otros dispositivos se unan. Non-beacon 42

22 Network Scan Algunos conceptos de red de ZigBee Habilidad para detectar redes activas dentro del POS local (Personal Operating Space) Las redes se identifican mediante extensiones ZigBee a la carga útil de los beacons Crear/Unirse a una PAN Habilidad para crear una red en un canal no utilizado o unirse a una red existente dentro del POS El dispositivo recibe una dirección corta (de red, NWK) Stack de Perfiles Se soportan múltiples configuraciones de los stacks (beaconed, non-beaconed) Descubrimiento de Dispositivos y Servicios Habilidad parta descubrir la identidad de los dispositivos activos en una PAN Habilidad para determinar los servicios soportados en dispositivos indicados en una PAN Binding (Indirect or Direct messaging) Etiquetar dispositivos para comandos a nivel de aplicación y mensajes de control para conjuntos de dispositivos especialmente identificados. 43 Algunos conceptos de red de ZigBee Descubrimiento de Servicios Basado en Descriptores Descriptor de Nodo: describe el tipo de dispositivo y sus capacidades Descriptor de Potencia: describe las fuentes de energía y sus niveles Descriptor Simple: describe el soporte de perfiles Descriptor de usuario: es opcional y es una cadena de texto personalizable por el instalador Match Descriptor: permite que el solicitante construya una consulta (query) para buscar dispositivos complementarios en toda la red. Descriptor Complejo: es opcional y describe URLs, Códigos de Fabricante, etc. Otros Descubrimiento de Dispositivos La dirección de red (NWK address) se difunde (broadcast) con una dirección IEEE específica como carga útil (direcciones IEEE son unicast) 44

23 Capa enlace de datos En IEEE 802 se divide la capa de enlace de datos en dos subcapas: LLC (Logical Link Control) MAC Estandarizada en 802.2, y común entre los estándares 802 como: 802.3/802.11/ Mas cercana al hardware 45 Capa enlace de datos [Draft] La capa MAC provee servicios a un LLC tipo I, a través de la SSCS (Service-Specific Convergence Sublayer). La SSCS garantiza compatibilidad entre diferentes sub-capas LLC, y permite que la capa MAC ofrezca sus servicios usando un solo conjunto de puntos de acceso. Una LLC propietaria puede acceder a los servicios MAC directamente sin tener de por medio a la SSCS. Usando este modelo, la capa MAC ofrece servicios NO USADOS por la LLC de 802.2, y por tanto permite topologías de red mas complejas, como las que se han mencionado. 46

24 Características de IEEE Capa enlace de datos Asociación y disasociacion Entrega de tramas con acuse de recibo Mecanismos de acceso al canal Validación de tramas Administración de las ranuras de tiempo garantizadas Modo opcional para aplicaciones que requieren bajas latencias. Guaranteed Time Slots (GTSs) Administración de beacons 47 Capa enlace de datos - MAC Tipos de tráfico típicos que se manejan Datos Periódicos Tasas definidas por la Aplicación (e.g., sensores) Datos Intermitentes Tasa definida por estímulos externos/aplicación (e.g., switch de luz) Datos repetitivos de baja latencia Asignación de ranuras de tiempo (e.g., mouse) Cada tipo de tráfico demanda diferentes atributos de la MAC. La MAC IEEE es lo suficientemente flexible par manejar cada uno de estos tipos. 48

25 Capa enlace de datos - MAC Tipos de tráfico típicos que se manejan Datos Periódicos pueden manejarse usando el sistema de beaconing en el cual el sensor se despierta para el beacon, chequea por cualquier mensaje y luego regresa a dormir. Datos Intermitentes pueden manejarse sin el sistema de beacons o de manera desconectada. En operación desconectada, el dispositivo solo se adhiere/une a la red cuando necesita comunicarse, ahorrando una cantidad significativa de energía. Aplicaciones de baja latencia pueden escoger la opción GTS (Guaranteed Time Slot). GTS es un método de QoS en el sentido que permite que cada dispositivo tenga una duración específica en cada supertrama, para hacer lo que desee sin contención o latencia. La supertrama contiene un periodo libre de contención y un periodo con contención. 49 Capa enlace de datos - MAC Servicios de la MAC para las capas superiores (disponibles a través de SAPs): Servicio de datos MAC SAP MCPS (MAC Common Part Sublayer) Servicio de Administración MAC SAP MLME (MAC Layer Management Entity) (En el borrador) Tiene 26 primitivas, que comparadas con las 131 y 32 eventos de Bluetooth, dan una idea de la baja complejidad. Adecuada para las aplicaciones de bajos requerimientos. Por ejemplo, no soporta enlaces síncronos de voz. 50

26 Servicios de la MAC: Servicio de datos MAC Capa enlace de datos - MAC SAP MCPS (MAC Common Part Sublayer) MCPS-DATA exchange data packets between MAC and PHY MCPS-PURGE purge an MSDU from the transaction queue Servicio de Administración MAC SAP MLME (MAC Layer Management Entity) MLME-ASSOCIATE/DISASSOCIATE network association MLME-SYNC / SYNC-LOSS - device synchronization MLME-SCAN - scan radio channels MLME- COMM-STATUS communication status MLME-GET / -SET retrieve/set MAC PIB parameters PIB (PAN Information Base) MLME-START / BEACON-NOTIFY beacon management MLME-POLL - beaconless synchronization MLME-GTS - GTS management MLME-RESET request for MLME to perform reset MLME-ORPHAN - orphan device management MLME-RX-ENABLE - enabling/disabling of radio system 51 Capa enlace de datos - MAC La MAC IEEE define cuatro posibles estructuras para las tramas: Trama beacon Utilizada por un coordinador para transmitir beacons. Trama de datos Utilizada para toda transferencia de datos. Trama de acuse de recibo (acknowledgment frame) Utilizada para confirmar la recepción exitosa de una trama. Trama de comandos (MAC command frame) Utilizada para manejar todas las transferencias de control entre entidades MAC pares. Formato general de la trama MAC Se la diseñó flexible para acomodar las necesidades de diferentes aplicaciones y topologías de red, y al mismo tiempo se requería que sea simple. 52

27 Capa enlace de datos - MAC 53 Capa enlace de datos - MAC El MPDU (MAC Protocol Data Unit) está compuesto por el MAC Header (MHR), MSDU (MAC Service Data Unit) y el MAC Footer (MFR). 54

28 MAC Header (MHR) Capa enlace de datos - MAC Campo de Control de la trama (2 bytes) Especifica la apariencia del resto de la trama y su contenido Tareas: Indica el tipo de trama MAC que se está transmitiendo Especifica el formato del campo de dirección Controla el acuse de recibo Campo de Dirección (0 a 20 bytes) Haciendo variable el tamaño del campo se provee flexibilidad y se incrementa la eficiencia del protocolo al mantener los paquetes pequeños. Campo de tamaño variable Una trama de datos podría contener información tanto de la fuente como el destino Una trama de retorno de acuse de recibo no contiene ninguna información de direcciones Una trama de beacon podría contener información de la dirección solo de la fuente Tamaño de las direcciones Direcciones cortas de dispositivo de 16 bits Direcciones de dispositivo tipo IEEE de 64 bits Campo de número de secuencia (1 byte) Este número en el encabezado MAC de una trama de acuse de recibo es la pareja de la transmisión previa. La transacción es considerada exitosa solo cuando la trama de acuse de recibo contiene el mismo número de secuencia de la trama previamente transmitida. 55 MSDU (MAC Service Data Unit) Carga útil (payload) Capa enlace de datos - MAC De longitud variable Debe considerarse que la trama MAC completa no puede exceder de 127 bytes. Los datos contenidos en la trama dependen del tipo de trama Tipos de trama Trama de beacon Trama de datos Trama de acuse de recibo (acknowledgment) Trama de Comandos MAC Las tramas de datos y beacon llevan información de capas superiores. Las tramas de acuse de recibo y comando, se originan en la MAC y se usan para comunicaciones peer to peer a nivel MAC. MAC Footer (MFR) Frame Check Sequence (2 bytes) Ayuda a verificar la integridad de la trama MAC Es un CRC de 16 bits. 56

29 Modo opcional de Supertramas Capa enlace de datos - MAC Para aplicaciones que requieran ancho de banda dedicado para conseguir bajos retardos. La supertrama: Está limitada por beacons Es enviada por el coordinador Está dividida en 16 ranuras de igual tamaño (cubre periodos con y sin contención) La trama de beacon es transmitida en la primera ranura de cada supertrama. Si el coordinador no desea usar la estructura de supertrama puede eliminar la transmisión de los beacons. Los beacons se utilizan para: Sincronizar los dispositivos Identificar la PAN Describir la estructura de la supertrama El inicio del periodo libre de contención y la duración de la supertrama es comunicada por el coordinador de la PAN a los dispositivos de la red, en su señal de beacon. 57 Modo opcional de Supertramas Capa enlace de datos - MAC El coordinador de red dedicado (conocido como el coordinador de la PAN), transmite beacons de supertrama en intervalos predeterminados. Los intervalos pueden estar en el rango de 15 ms a 245 s. El tiempo entre dos beacons es dividido en 16 ranuras iguales de tiempo, independientemente de la duración de la supertrama. El coordinador de la PAN puede dividir el tiempo de la supertrama en dos periodos: uno con contención y otro sin contención CAP (Contention Access Period) Cualquier dispositivo que desee comunicarse durante el CAP entre dos beacons deben competir con otros dispositivos usando un mecanismo ranurado CSMA-CA. CFP (Contention Free Period) El coordinador asigna ranuras de tiempo a un solo dispositivo que requiere ancho de banda o transmisiones con bajos retardos Las ranuras de tiempo asignadas se conocen como GTS (Guaranteed Time Slots) Las GTSs forman un periodo libre de contención ubicado inmediatamente antes del siguiente beacon. El inicio del CFP y duración de la supertrama son comunicados por el coordinador en su beacon. 58

30 Modo opcional de Supertramas Capa enlace de datos - MAC El tamaño del periodo libre de contención puede variar dependiendo de la demanda de los dispositivos asociados a la red. El coordinador de la PAN puede reservar hasta 7 GTSs y un GTS puede ocupar mas del periodo de una ranura. Sin embargo, debe quedar una porción suficiente para acceso basado en contención. Todas las transacciones basadas en contención deben completarse antes de que incie el CFP. Cada dispositivo que esté transmitiendo en un GTS debe asegurar que su transacción se complete antes del tiempo del siguiente GTS o el inicio del CFP. 59 Modo opcional de Supertramas Capa enlace de datos - MAC 60

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