Zigbee. Corso di Comunicazioni Wireless. Sensor/Control Network Requirements

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1 Zigbee Corso di Comunicazioni Wireless large sizes Sensor/Control Network Requirements operate for years without manual intervention extremely long battery life (years) low infrastructure cost (low device & setup costs) low device data rate and QoS Slide 2 1

2 ZigBee vs communication standards WWAN IEEE Range WMAN WLAN WPAN ZigBee Bluetooth IEEE WiMax IEEE WiFi Data Rate (Mbps) Slide 3 Power consumption Slide 4 2

3 Wireless Technology Comparison Slide 5 Frequency bands 868MHz / 915MHz PHY Channel 0 Channels MHz MHz 902 MHz 928 MHz 2.4 GHz PHY Channels MHz 2.4 GHz GHz Slide 6 3

4 Bit Error Rate comparison ZigBee technology relies upon IEEE , which has excellent performance in low SNR environments Slide / ZigBee Architecture MAC Channel acquisition Contention mgt Error Correction ZigBee Network Routing Address translation Packet Segmentation PHY Packet generation Packet reception Data transparency Power Management Slide 8 4

5 PHY Preamble Start of Packet Delimiter PHY Header PHY Service Data Unit (PSDU) 6 Byte 127 Byte ( kbps) ( kbps) (< kbps) (< kbps) Preambolo: 32 bit usati per sincronizzazione Delimitatore di inizio pacchetto: 8 bit Intestazione PHY: 8 bit contenenti la lunghezza del PSDU PSDU: payload di lunghezza variabile (da 0 a 127 byte) Potenza di trasmissione di almeno 1 mw Sensibilità del ricevitore (tasso di errore sui pacchetti < 1%): -85 dbm a 2.4 GHz -92 dbm a 868/915 MHz Slide PHY (2) 2.4 GHz 250 kbps (4 bit per simbolo, 62.5 ksps) 16 sequenze di 32 chip ciascuna che formano un set quasiortogonale Modulazione Offset QPSK (O-QPSK) Formazione degli impulsi a semionda di seno Chip rate: 2 Mcps 868/915 MHz Codice di spreading: sequenza a periodo massimo lunga 15 chip Modulazione D-BPSK Formazione degli impulsi a coseno rialzato (α = 1.0) 868 MHz: 20 kbps (300 kcps) 915 MHz: 40 kbps (600 kcps) Alle modalità originarie sono state poi affiancate modalità opzionali per la banda 868/915 MHz volte ad ottenere data rate più elevati. Esse si basano su: Parallel Sequence Spread Spectrum (PSSS) e modulazione Amplitude Shift Keying (ASK) Modulazione O-QPSK Slide 10 5

6 Bande e Velocità di Cifra Slide MAC Indirizzamento standard IEEE a 64-bit o accorciato a 16-bit (che permette di indirizzare fino a 2^16 nodi con basso overhead) Dimensione della rete fino a 264 nodi Dispositivi di 3 tipi: Network Coordinator Full Function Device (FFD) Reduced Function Device (RFD) Struttura dei pacchetti semplificata Trasferimento dati affidabile Associazione / disassociazione Sicurezza basata su AES-128 Accesso multiplo CSMA-CA Struttura a super-frame opzionale Slide 12 6

7 Basic Network Characteristics 65,536 network (client) nodes 27 channels over 2 bands 250Kbps data rate Optimized for timing-critical applications and power management Full Mesh Networking Support Network coordinator Full Function node Reduced Function node Communications flow Virtual links Slide 13 ZigBee Device Types ZigBee Coordinator (ZC) One required for each ZB network. Initiates network formation. ZigBee Router (ZR) Participates in multihop routing of messages. ZigBee End Device (ZED) Does not allow association or routing. Enables very low cost solutions Slide 14 7

8 ZigBee Network Topologies Mesh Star Cluster Tree ZigBee Coordinator ZigBee Router ZigBee End Device Slide 15 ZigBee SoC implementation concept by Chipcon Slide 16 8

9 The Microchip proposal Microchip MRF24J40 IEEE GHz RF Transceiver Slide 17 Some examples Slide 18 9

10 XBee solution Performance: XBee Power output:: 1mW (+0 dbm) North American & International version Indoor/Urban range: Up to 100 ft (30 m) Outdoor/RF line-of-sight range: Up to 300 ft (90 m) RF data rate: 250 Kbps Operating frequency: 2.4 GHz Receiver sensitivity: -92 dbm Performance: XBee-PRO Power output: 63 mw (+18 dbm) North American version 10 mw (+10 dbm) International version Indoor/Urban range: Up to 300 ft (90 m) Outdoor/RF line-of-sight range: Up to 1 mile (1.6 km) RF LOS RF data rate: 250 Kbps Operating frequency: 2.4 GHz Receiver sensitivity: -100 dbm (all variants) Slide 19 ZigBee Applications security HVAC AMR lighting control access control BUILDING AUTOMATION CONSUMER ELECTRONICS TV VCR DVD/CD remote patient monitoring fitness monitoring PERSONAL HEALTH CARE PC & PERIPHERALS mouse keyboard joystick asset mgt process control environmental energy mgt INDUSTRIAL CONTROL TELECOM SERVICES m-commerce info services object interaction (Internet of Things) HOME CONTROL security HVAC lighting control access control irrigation Slide 20 10

11 Home Awareness Slide 21 In-Home Monitoring Slide 22 11

12 Slide 23 12

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