Ieee 802.15.4e'yi uygulama Endüstride Zamanlı Meşrulu Ağlar Iot

IEEE 802.15.4ee'nin Genel Bakışı

IEEE 802.15.4 standardı, düşük güç kablosuz kişisel alan ağlarının temelleri olmuştur, Zigbee, KablosuzHART ve 6LoWPAN gibi güçlendirici teknolojiler, 2012 yılında onaylanan 802.15.4, endüstriyel otomasyon ve kontrol noktalarına hitap etmek için kritik bir geliştirmeler sunar.

IEEE 802.15.4e'nin anahtar özellikleri TSCH

TSCH'nin temel özelliklerini anlamak, endüstriyel ağ ağları için tercih edilen MAC katmanı haline gelmenin neden açıklığa kavuşturmasına yardımcı olur. Bu özellikler öngörülebilir, dayanıklı bir iletişim ortamı oluşturmak için birlikte çalışır.

Zaman senkronizasyonu

Bir TSCH ağındaki tüm cihazlar, yalnızca belirli zaman dilimleri sırasında uyanıyor. Ağ sabit süre (tipik olarak 10-15 ms) Ağ koordinatörü tarafından gönderilen ve bir şansa sahip olmayan herhangi bir düğümü tekrarlayarak tekrarlıyor.Bu sıkı zaman disiplinleri gizli bir şekilde geri dönüyor.

Channel Hopping

TSCH, mevcut frekansların setine dönen bir kanal dizisi kullanır (örneğin, 2.4 GHz bandında 16'ya kadar), ancak alt bantlarda daha fazla).Her seferinde, paylaşılan bir sahte-random programına göre yeni bir kanala geçiş yapar.Eğer birçok dağıtımda % 99'u gösteren çalışmalarla birlikte.

Düşük Güç Tüketimi

Çünkü düğümler sadece planlanan yuvaları için uyanır (şimdi senkronizasyon için kısa süreler), görev döngüleri, batarya yedeklerinin maliyetinin 0.1-1 olduğu gibi, iki AA pil tarafından desteklenen bir cihaz birkaç yıl boyunca çalıştırılabilir. Bu, IIoT sensörleri için zor erişim noktalarına yerleştirilen sensörler için gereklidir, örneğin batarya yedek hatları veya yüksek sıcaklık bölgelerinin maliyetinin maliyetinin maliyetinin maliyetinin yüksek olduğu gibi.

Deterministic Communication

TSCH garantili bant genişliği ve geç kalmış geçncy sağlar. Her son uç uç uç uçlu iletişim yolu, özel bir yuva kümesi olarak atanabilir. Örneğin, bir sıcaklık sensörü, okumanın bu aralıkta gelmesini sağlamak için her 100 ms özel bir yuvaya sahip olabilir.Bu determinist davranış kontrol döngüleri, alarm sistemleri için kritiktir ve herhangi bir uygulama için zamanlama jitter en aza indirmek gerekir.

IEEE 802.15.4e for Industrial IoT

TSCH tabanlı ağ sanayi ayarlarında çalışmak, miras kablosuz protokolleri veya telli çözümlerin üzerinde somut gelişmeler sunar.

IEEE 802.15.4e in Industrial IoT

Başarılı uygulama teorik anlayış ötesine geçer. Mühendisler donanım seçimi, ağ planlaması, planlama ve daha yüksek katmanlı protokolleri ile entegrasyonlar. Aşağıda, TSCH tabanlı ağlarını gerçek IIoT ortamlarda dağıtmaya yönelik pratik bir kılavuzdur.

Donanım Gereksinimleri

Birçok modern SoCs IEEE 802.15.4e'yi desteklerken, tüm uygulamalar eşit değildir. Anahtar donanım özellikleri şunlardır:

Analog cihazlar gibi satışçılar Atmel (Mikroçi), ve Silikon Laboratuvarları, donanımın bir TSCH MAC yığını ile önceden yüklendiğini veya açık kaynak seçenekleri ile flaşılabileceğini kontrol eder.OpenWSN veyaDAN KAYNAK][/FONT][FONT][FONT][FONT][FONT][FONT][FONT][FONT][FONT][FONT][FONT][FONT][FONT][/FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=3}

Network Build and Scheduling

TSCH, zaman yuvalarını bağlantıya atamak için merkezileştirilmiş veya dağıtılmış bir programcı gerektirir.Bir yıldız topolojide, bu basit: ebeveyn tüm çocukları koordine eder. Bir ağda, programcı birden çok umutları yönetmek ve çarpışmalardan kaçınmalıdır. Common scheduling yaklaşımları şunları içerir:

Ağı yapılandırırken, anahtar parametreler slot uzunluğu ( döngüsün başına slot sayısı), kanal atlama sırasını ve retransmission slotlarını yapılandırabilir. Tipik bir kurulum, 16 kanalla 101-slot slotunu kullanabilir.

Zaman senkronizasyon Bakım

Synchronization drag düzenli olarak düzeltilmesi gerekir. Nodes, uygulamadaki düzeltme faktörleri (EB) çerçevelerini yerel saatlerini ayarlamak için kullanır. EB, koordinatörün mutlak slot numarasını ve zaman notu içerir. Nodes zaman zamanlarını yerel saat ve ağ süresi arasında dengelemek için, o zaman düzeltme faktörleri uygulama sırasında, kristal osilatörler "-zihinsel olmayan birkaç dakika boyunca senkronizasyonu koruyabilmelidir.

Yüksek Katmanlarla entegrasyon

TSCH MAC katmanında çalışır; Yukarıda, mühendisler üst katta bir yığın çöpü seçmeli. IIoT'deki en yaygın olanı:

Özel uygulamalar için, birçok geliştirici 6TiSCH tercih eder, çünkü CoAP ve MQTT gibi mevcut IPv6 altyapı ve araçları yeniden kullanmalarına izin verir.Enterasyonel ve routing protokolü (e.g., RPL) ile uyumlu olarak, TSCH dağıtımını, program çatışmalarına neden olan ebeveynlik değişikliklerini önlemek için yapılandırır.

Güvenlik Uygulama Uygulama

IEEE 802.15.4e, AES-128 şifreleme ve dürüstlük korumasına sahiptir. Ancak, temel yönetim üst katmanlara bırakılır. endüstriyel dağıtımlarda, en iyi uygulamalar şunları içerir:

Meydanlar ve düşünceler

IEEE 802.15.4e birçok fayda sunarken, uygulamacılar birkaç pratik zorlukla ilgilenmelidir.

Harsh Ortalarında Sonsuzluk

Endüstriyel ortamlar genellikle aşırı sıcaklıklara, vibrasyona ve elektromanyetik gürültüye sahiptir, kristal osilatör doğruluğunu etkiler. Sıcaklık azaltıcı kristal osilatörler (TCXOs) ±2.5 ppm'yi aşırı tutabilir -% 40C'ye +85°C'ye yükseltilebilir.

Network Scalability ve Latency Trade-offs

Node count büyüdükçe, gerekli slot sayısı sabit bir yuva ile, genel döngü zamanı uzunlu, son derece geç gecikmeli geçişleri artırmak için 10 ms slot ve 100-slot çerçevesi ile 1000-node ağ arasında 10 ms slot ve 100-slotluk bir çerçeveye ihtiyaç duyarsa, 10 saniye geç saatler arası mesafeye ihtiyaç duyar.

Satışcılar arasında karşılıklılık

IEEE 802.15.4e değişiklikleri, kablosuzHART veya 6TiSCH "Minimal Konsülasyonu" gibi birçok parametreyi terk ediyor (RFC 8180) Bu nedenle, farklı üreticilerden gelen cihazlar kutudan işleyemezler. Endüstri kabul edilebilir, KablosuzHART veya 6TiSCH "Minimal Konsülasyonu" (RFC 81808080808080808080808080) test ve ISA çalışmalarından dolayı test vektörleri ve sertifikasyon programları tanımlamak için çalışıyor.

Battery Life vs. Sorumluluk

Uzun uyku süresi batarya ömrünü uzatıyor, ancak bir olayı tespit etme veya bir sorguya yanıt verme zamanı artırıyor. alarm sistemleri için, bu ticaret, düğümlerin uyarı koşulları sırasında daha sık dinlediği "fast mode" uygulamaktadır, alternatif olarak, bir uyandırma radyosu (bir saniye, ultra-düşük güç alıcı) kullanın.Bu, gerekli olduğunda, bu aktif bir araştırma alanıdır.

İşsizlik ve Bakım Kompleksi

TSCH ağları, EB'leri duymak için yeni düğümler sağlamalı, mevcut ağlar için, hava üzerinde (OTA) güncellemeleri kritik kontrol döngülerini bozmak için dikkatli bir şekilde yapılmalıdır.

Gerçek Dünya Endüstriyel Uygulamaları

IEEE 802.15.4e TSCH çeşitli sektörlerde dağıtılır. Aşağıda üç açıklayıcı örnek vardır.

Future Yol ve Standartlar Evrim

IEEE 802.15.4 standardı gelişmeye devam ediyor. IEEE 802.15.4-2020 TSCH ve diğer değişiklikler dahil. 802.15.4z değişiklikleri (ABD'yi güçlendiren UWB) ve 802.15.4ab (orta güç için TSCH'yi yeni kullanım koşulları için genişletebilir. IETF, 6TiSCH "Minimal Security" ve "CoJP" (CoAP tabanlı Join Protocol) dağıtımını basitleştirmek için tamamlayıcı olabilir. 5G ve özel hücresel ağlar için TSCH, düşük güç için tamamlayıcı kalır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

IEEE 802.15.4e TSCH, endüstriyel IoT'deki zaman-enkronize ağ ağlarını endüstriyel IoT'de sağlar.Deterministic scheduling, frekansı umutlu ve ultra-düşük güç tüketimi doğrudan endüstriyel kablosuz ağların temel sorunlarını ele alır: güvenilirlik, IEEE 802.15.4e ve enerji verimliliği. Başarılı bir uygulama, dünya çapında sert koşullarda doğrulama, üst katmanlı protokolleri ile entegrasyon ve güvenlik ve ölçeklenebilirlik için dikkat edin.