Telecomunicazioni 2

Suddivisione delle reti in base all’estensione geografica

Suddivisione delle reti in base all’estensione geografica

Suddivisione delle reti in base all’estensione geografica LAN (local-area network) definisce una tipologia di rete, o di parte di una rete, in cui i vari dispositivi che ne fanno parte sono tutti dislocati nell'ambito dello stesso edificio o al massimo in più edifici contigui (distanze nell'ordine delle centinaia di metri).

WSN PAN

Peculiarità Sistemi Wireless Vantaggi Sistemi Wireless

Svantaggi Sistemi Wireless

Bande di frequenza per la trasmissione: banda internazionale ISM a 2.4 GHz banda europea a 868 MHz banda USA a 915 MHz N° canali: 16 (banda 2.4GHz) 1 (banda 868MHz) 10 (banda 915MHz) Data-rates: 250 kbit/s (banda 2.4GHz) 20 kbit/s (banda 868MHz) 40 kbit/s (banda 915MHz) Operabilità in configurazione a stella o “peer-to-peer” (mesh) Accesso al canale in modalità CSMA-CA Completa definizione del protocollo per trasferimento dei dati Basso consumo di energia

Livello Fisico e MAC: standard IEEE 802.15.4 Lo standard IEEE 802.15.4 è pensato per realizzare: reti wireless a corto raggio e basso bit rate Permette di ottenere comunicazioni wireless caratterizzate da: basso costo, data rates relativamente bassi, basso consumo di potenza. come richiesto dalle Wireless Sensor Networks (WSN)

raccolta/elaborazione Gli elementi di una WSN Centro raccolta/elaborazione dati WSN sensori

Esempi Trasferimento Dati Trasmissione verso il coordinatore Trasmissione dal coordinatore

Protocollo IEEE 802.15.4 / ZigBee ZigBee è un protocollo di alto livello si appoggia allo standard IEEE 802.15.4 per i livelli sottostanti Stack ZigBee Customer Software Livelli: Network Security Application Hardware Livelli: Fisico, Media Access Control

Protocollo ZigBee (2.4 GHz) Fornisce i servizi di rete e di livello applicativo (ad esempio :  Individua ed assegna i ruoli di coordinatore, router ed end-device ai diversi nodi della rete ;  Gestisce le connessioni di rete;  Si occupa della sicurezza dell’intera rete;  Assegna gli indirizzi per l’utilizzo nelle politiche di routing;  Realizza l’instradamento dei pacchetti.) Velocità massima di trasferimento : 250 Kbit/s Elevato numero di unità collegabili in rete (fino a 64000) Raggio di copertura : da 100 m a qualche Km (dipendente dal tipo di antenna utilizzata). Caratteristiche principali: Basso consumo di energia; Basso costo dei dispositivi; Versatilità e riadattamento della topologia di rete in caso di spostamento dei dispositivi;

Protocollo ZigBee (2.4 GHz): Topologie di rete

Protocollo ZigBee (2.4 GHz): Componenti della rete Full-Function Devices (FFD): Sono dispositivi (nodi) in grado di eseguire tutte le operazioni necessarie per gestire la rete Coordinators Routers Reduced-Function Devices (RFD): Sono nodi più semplici con il compito di trasmetter dati utili all’applicazione. Non si occupano della gestione della rete End-devices

Modulo ZigBee Il modulo di dimensioni 26x15x3 mm3 contiene un blocco RF e un microcontrollore. E’ basato sul protocollo ZigBee® PRO. Supporta entrambe le funzionalità FFD e RFD. E’ basato sul chip Texas Instruments CC2530 System con 256 Kb di memoria dedicata. Può presentare o meno un’antenna integrata.

Modulo ZigBee Software : Telit in-house ZigBee Pro Stack Performances Range Up to 4 Km (LOS) Output Power Up to 100 mW (20 dBm) Serial data rate Up to 115.2 Kbps Radio data rate 250 kbps Sensitivity -100 dBm Power requirements Power supply 2 to 3.6 V Board consuption Rx: 31 mA Tx: 150 mA Std-by: 2.5 A Sleep: 1.5 A Networking Frequency 2400-2483.5 MHz Channels 16 Modulation QPSK Serial Interface RS232 TTL ZigBee Pro Stack Download Over - the - Air Software : Telit in-house ZigBee Pro Stack (C/C++ Compiler)

Componenti Demoboard ZigBee Scheda madre Alimentazione: > batteria (+9V) > Alimentatore (12 V, 500 mA) Porta seriale RS232 Connettori per accesso segnali I/O (ad es. per integrazione sensori esterni)

Connettori per montaggio Componenti Demoboard ZigBee Scheda I/O Consente di interagire in modo semplice ed immediato con le porte I/O del modulo Zigbee Connettori per montaggio modulo Zigbee

Modulo con antenna integrata Componenti Demoboard ZigBee Moduli ZigBee Modulo con antenna integrata Connettore antenna Modulo senza antenna

Demoboard ZigBee Modulo Zigbee Scheda I/O Demoboard assemblata Scheda madre

Test Modulo ZigBee Software gestione dei moduli Consente di caricare il Firmware sui moduli Gestione dei singoli moduli e della rete Analisi dei dati scambiati nella rete

Inizializzazione rete Creazione nodo coordinatore  un modulo viene collegato tramite una porta seriale al PC sul quale è presente il Manager Tool  sul modulo viene caricato il firmware che assegna la funzione di coordinatore (FFD)

Inizializzazione rete  Il nodo coordinatore viene connesso al PC per essere configurato Scelta protocollo e porta seriale Connessione modulo/PC Dispositivo connesso

Inizializzazione rete 2. Assegnazione canale di comunicazione e indirizzo rete ZigBee (ovvero Extended PAN ID) Scelta canale Riepilogo attributi modulo Impostazionechiave di sicurezza Scelta Extended PAN ID

Esempio modulo End-Device Inizializzazione rete 3. Creazione nodi con funzioni di End-Devices (RFD) o Routers Si ripetono i passaggi effettuati per la creazione del nodo coordinatore per ogni end-device (ovvero caricamento firmware end-device, scelta canale, indirizzamento rete) Si avvia la richiesta al nodo coordinatore che accetta i nuovi nodi come membri della propria rete Esempio modulo End-Device Indirizzo nodo Tipologia nodo Extended PAN ID del nodo coordinatore

Esempio rete Nell’esempio sono stati creati due end-devices collegati al nodo coordinatore COORD RF link End device Address # 78-5E Address # AE-97 Address # 00-00 COORD COORD 78-5E AE-97

Topologia rete trovata (i nodi end devices sono spenti) Tool di monitoraggio della rete Topologia rete trovata (i nodi end devices sono spenti) Ricerca nodi rete Stato della rete

Il nodo 78-5E è stato acceso e risulta connesso Tool di monitoraggio della rete Il nodo 78-5E è stato acceso e risulta connesso

Tool di monitoraggio della rete Informazioni nodo e comandi Descrizione nodo

Tool di monitoraggio della rete Informazioni nodo e comandi Finestra di dialogo Risposta al comando Descrizione nodo

Tool di monitoraggio della rete Informazioni nodo e comandi comando ping

Tool di monitoraggio della rete Informazioni nodo e comandi Risposta destinazione al comando ping e tempi di risposta

è stato acceso e risulta connesso Tool di monitoraggio della rete Informazioni nodo e comandi Risposta nodo AE-97 Al comando Ping Anche il nodo AE-97 è stato acceso e risulta connesso

Test Outdoor modulo ZigBee Nodo coordinatore

Test Outdoor modulo ZigBee End-Device # 78-5E Risposta nodo 78-5E al comando Ping

Test Outdoor modulo ZigBee End-Device # 78-5E Risposta nodo 78-5E al comando Ping

Test Outdoor modulo ZigBee End-Device # 78-5E Risposta nodo 78-5E al comando Ping