IEEE 1902.1 - Википедия - IEEE 1902.1

В IEEE 1902.1-2009 стандарт[1] это протокол беспроводной передачи данных, также известный как RuBee, действует в Низкая частота диапазон радиоволн 30–900 кГц. Хотя он очень устойчив к помехам, металлу, воде и препятствиям, он очень ограничен по радиусу действия, обычно подходит только для сетей малого радиуса действия до 70 футов. В скорость передачи ограничено до 1200 кБ / с,[а] что делает его также сетью связи с очень низкой скоростью. Этот стандарт направлен на концепцию беспроводной сети датчиков и исполнительных механизмов в промышленных и военных средах.[2] Одним из основных преимуществ тегов 1902.1 является то, что они имеют чрезвычайно низкое энергопотребление и служат годами (5-10) на простой батарее размером с монету, и их можно запечатать в корпусе MIL STD 810G. Метки RuBee практически не излучают RF и не создают компрометирующих излучений, в результате чего используются в объектах с высокой степенью защиты. Бирки RuBee безопасны и используются вблизи и на взрывоопасных объектах.

IEEE 1902.1 представляет собой альтернативу другой беспроводной сети повышенной мощности датчиков и исполнительных механизмов, основанной на стандарте IEEE 802.15.4, Такие как ZigBee и 6LoWPAN. Также существуют другие параллельные стандарты: ИСО / МЭК 18000-7 DASH7, инфракрасная сеть и сверхширокополосная сеть.

IEEE 1902.1 уникален тем, что использует очень низкую частоту и модуляция магнитного поля (создается магнитным дипольная антенна в ближнее поле ) как физическое средство.

Рабочая группа IEEE по 1902.1 назвала себя RuBee, после драгоценного камня и насекомого. RuBee контрастирует с известной сетевой сертификацией. ZigBee, родственный, но совершенно другой сетевой стандарт.[3]

Сетевые устройства

IEEE 1902.1 поддерживает дизайн сетей, состоящих из двух устройств: контроллеров и ответчиков, на основе упрощенного протокола IEEE. Уровень данных MAC. Контроллер инициирует запрос команды, и Ответчик обнаруживает запрос, обрабатывает некоторые функции, такие как измерение давления, температуры или активация реле, перед отправкой пакета ответа обратно в Контроллер.

Устройства-респонденты имеют четыре адреса, два из которых настраиваются, а два - по структуре.

Сетевая мощность

Рекомендуемая максимальная мощность излучения составляет 10 микроватт. Эта мощность ограничивает площадь сети до пикосеть от 0,5 метра (1,6 фута) до 30 метров (98 футов).

Физический слой

Используемое физическое средство связи - это индуктивная связь сигнализация работает в ближнее поле магнитного поля 131 кГц дипольная антенна. Мощность индуктивной связи падает пропорционально расстоянию между контроллером и ответчиком.

Модуляция

Рекомендуемые модуляции: Амплитудная манипуляция (Спросить и Двоичная фазовая манипуляция (БПСК). Контроллер должен поддерживать обе модуляции, хотя Ответчик может поддерживать только одну.

Кодирование

Помимо модуляции, IEEE 1902.1 рекомендует два метода кодирования: BMC, Двухфазное кодирование Marc, известный как Манчестерское кодирование техника. Этот метод кодирования в сочетании с BPSK нечувствителен к изменению полярности и имеет хороший соотношение сигнал шум.

Протокол данных

IEEE 1902.1 - Схема состояний протокола - вольная интерпретация автора, а не IEEE

Протокол прост: контроллер генерирует сигнал и отправляет PDU (Блок данных протокола ) ответчику вместе с его адресом и командой, которая должна быть обработана. Ответчик отправляет PDU обратно контроллеру в ответ.

В протоколе доступны два типа PDU: PDU запроса и PDU ответа. Каждый поддерживает протокол приложения что должна определять конкретная реализация. А последовательность проверки кадра отвечает за проверку ошибок, которая из-за простоты системы должна выполняться на прикладной уровень.

Протокол использует эвристика - меры, которые обычно работают, но не гарантируют их прием или точность, чтобы быть наиболее эффективными. в отличие от Множественный доступ с контролем несущей (CSMA) нет механизма предотвращения столкновений; сеть не может распознать несколько сигналов, если контроллеры и ответчики не полностью синхронизированы.

Состояния респондента

Считается, что контроллер постоянно находится в активном состоянии, и его питание обеспечивается постоянным источником питания. Ответчик предназначен для работы от батареи и чередования состояний «Прослушивание» и «Спящий».

Ответчик в состоянии «Слушать» пытается обнаружить несущую на частоте 131 кГц и прочитать его команды. Излучающий контроллер в ASK отправляет несущую с низкой мощностью для нулевого бита, тогда как в BPSK несущая всегда присутствует с максимальной мощностью излучения. Таким образом, Ответчик может обнаружить взаимодействующий Контроллер и продолжать прослушивание. Если ответчиков много, и если контроллер использует только PDU запроса «один-к-одному», ответчик будет продолжать прослушивать все команды, отправленные и полученные в сети, и поэтому может постоянно оставаться в активном состоянии. Использование групп респондентов, многоадресная передача или же транслировать, помогают лучше управлять временем автономной работы респондентов. Оптимизация стоимости и периода ожидания PDU запросов должна выполняться на прикладной уровень.

Несущая мощность

Приятной особенностью, предложенной в стандарте, является частота, доступная для передачи энергии и снабжения респондентов. Эта частота составляет 65,536 кГц, примерно половину частоты 131 кГц, которая используется для передачи данных. IEEE 1902.1 рекомендует устройства иметь среднюю мощность менее 10 милливатт (мВт). Как среда в индуктивном сигнале, сигнал уменьшается в кубическом масштабе, поэтому ответчики должны спать довольно долгое время, чтобы накопить достаточно энергии для прослушивания и ответа на запросы контроллера. Часто желательно, чтобы они заряжались в течение определенного периода времени перед повторным использованием. Использование более высокой мощности запрещено в Европе.

Механизмы предотвращения столкновений

Кодирование BMC при модуляции BPSK позволяет синхронизировать прослушивание несущей на конкретном сигнале ответчика или контроллера, отклоняя все другие сигналы как шум. Устройство слушателя также может иметь два канала прослушивания с синхронизированной выборкой под углом 90 ° (фазовая квадратура ) и помогают различать четные сигналы с ортогональными помехами.

Объемное мультиплексирование и механизм зажима

Если сеть состоит из множества Контроллеров и большого количества Ответчиков, запросы Контроллеров синхронизируются так же, как и ответы Ответчиков (механизм «Клип»). В традиционном "объемное мультиплексирование "Однако Контроллеры будут размещены рядом со своими Ответчиками и будут отвечать только ближайшему Контроллеру. Этот сигнал Контроллера" Ограничения "намного лучше, чем другие, расположенные на больших расстояниях, и отфильтровывает больше шума.

Где использовать стандарт IEEE 1902.1

  • Это самая низкая мощность, частота и скорость беспроводная сеть доступен для промышленного использования. Использование индуктивного сигнала позволяет создать небольшой пикосеть для датчиков и исполнительных механизмов, которые становятся совершенно нечувствительными к металлу, воде и окружающим препятствиям, в отличие от хорошо известных IEEE 802.15.4, на котором основаны другие стандарты (например, LRWPAN, низкоскоростная беспроводная персональная сеть, такая как ZigBee, использует частоту 2,4 ГГц, которая очень чувствительна к многолучевому распространению, радиоотражениям, препятствиям, воде и металлам). В скорость передачи IEEE 1902.1, однако, в 250 раз меньше, чем у IEEE 802.15.4.
  • Простота модуляции обусловлена ​​отсутствием компонентов, реализующих этот стандарт. Все должно быть сделано с помощью дискретных компонентов.
  • Отличительный фактор стандарта IEEE 1902.1:

    «RuBee - единственная беспроводная технология, которая когда-либо была одобрена для использования в защищенных объектах Министерством энергетики США (DoE). RuBee также был одобрен тестами DoE и HERO Министерство обороны для использования во взрывоопасных зонах с безопасным разделительным расстоянием (SSD) и нулевой искробезопасностью ».[4]

    Пояснение: RuBee использует очень низкочастотную модуляцию и не так поглощается материей, как более распространенные стандарты IEEE 802, такие как WiFi, ZigBee, Bluetooth. Итак, RuBee нагревает меньше материи. Для производства и хранения взрывчатых веществ должно быть безопаснее, если при сравнении используется одинаковая мощность излучения сравниваемых решений.
  • «Метки» RuBee могут быть обнаружены с высокой чувствительностью через двери, даже если актив спрятан в стальном портфеле, а также в транспортных средствах через ворота с использованием антенн, спрятанных в дороге.
  • Высокочувствительные активы могут быть защищены тегами Rubee с особым преимуществом, заключающимся в том, что препятствия, токопроводящие барьеры или стены не будут создавать ложные срабатывания сигнализации или уменьшать диапазон обнаружения тега.[5]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ то есть 1024 бит / сек

Рекомендации

  1. ^ "IEEE SA - 1902.1-2009 - Стандарт IEEE для протокола длинноволновой беспроводной сети". Standards.ieee.org. 2009-01-30. Получено 2014-04-15.
  2. ^ Редакторы СВЧ и РФ (2012-08-09). «Министерство обороны США предоставляет RuBee HERO Ordnance | Защиту от микроволн и радиочастот». Mwrf.com. Получено 2014-04-15.
  3. ^ "Документация рабочей группы RuBee IEEE 1902.1". Standards.ieee.org. Получено 2014-04-15.
  4. ^ «Министерство обороны США подтверждает, что беспроводная связь RuBee (IEEE 1902.1) имеет ГЕРОЯ, ... - STRATHAM, N.H., 24 июля 2012 г. / PRNewswire /». Prnewswire.com. 2012-07-24. Получено 2014-04-15.
  5. ^ «Завод по производству ядерного оружия Pantex применяет RuBee RFID для отслеживания инструментов и химикатов». RFID журнал. Получено 2014-04-15.