ИЭЭЭ 1902.1

Стандарт IEEE 1902.1-2009 . ^{[ 1 ]} — это протокол беспроводной передачи данных, также известный как RuBee , работающий в низкочастотном диапазоне радиоволн 30–900 кГц. Несмотря на то, что он очень устойчив к помехам, металлу, воде и препятствиям, он очень ограничен в радиусе действия и обычно подходит только для сетей ближнего действия. Скорость передачи данных ограничена 1200 кБ/с. ^{[ а ]} что делает это также очень низкоскоростной сетью связи. Этот стандарт нацелен на концепцию беспроводной сети датчиков и исполнительных механизмов в промышленных и военных условиях. ^{[ 2 ]} Одним из основных преимуществ меток 1902.1 является то, что они имеют чрезвычайно низкое энергопотребление и работают годами от простой батареи размером с монету, а также могут быть запечатаны в упаковке MIL STD 810G. Метки RuBee практически не излучают радиочастотное излучение и не создают никаких компрометирующих излучений, поэтому используются на объектах повышенной безопасности. Метки RuBee безопасны и могут использоваться вблизи и на взрывоопасных объектах.

IEEE 1902.1 является альтернативой другим беспроводным сетям датчиков и исполнительных устройств большей мощности, основанным на стандарте IEEE 802.15.4 , таким как Zigbee и 6LoWPAN . Существуют и другие параллельные стандарты: ISO/IEC 18000-7 DASH7 , инфракрасные сети и сверхширокополосные сети .

IEEE 1902.1 уникален, поскольку он использует очень низкую частоту и модуляцию магнитного поля (создаваемого магнитной дипольной антенной в ближнем поле в качестве физического средства ). Благодаря своей низкой частоте RuBee имеет незначительные многолучевые отражения, поэтому сигнал можно использовать для геолокации активов. Рабочая группа IEEE 1902.1 назвала себя RuBee в честь драгоценного камня и насекомого. RuBee контрастирует с широко известной сетевой сертификацией Zigbee, родственным, но совершенно другим сетевым стандартом. ^{[ 3 ]}

Сетевые устройства

IEEE 1902.1 поддерживает проектирование сетей, состоящих из двух устройств: контроллеров и ответчиков, на основе упрощенного уровня IEEE MAC . Контроллер инициирует запрос команды, а ответчик обнаруживает запрос, обрабатывает некоторые функции, такие как измерение давления, температуры или активация реле, прежде чем отправить ответный пакет обратно контроллеру.

Устройства-ответчики имеют четыре адреса, два из них настраиваемые, а два зависят от структуры структуры.

Сетевая мощность

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

Физический уровень

В качестве физического средства связи используется сигнализация с индуктивной связью, работающая в ближнем поле магнитной дипольной антенны 131 кГц . Мощность индуктивной связи падает в зависимости от расстояния между контроллером и ответчиком.

Модуляция

Рекомендуемыми модуляциями являются амплитудная манипуляция (ASK) и двоичная фазовая манипуляция (BPSK). Контроллер должен поддерживать обе модуляции, хотя Ответчик может поддерживать только одну.

Кодирование

Помимо модуляции, IEEE 1902.1 рекомендует два метода кодирования: BMC, двухфазное кодирование Марка , известное как метод манчестерского кодирования . Этот метод кодирования в сочетании с BPSK нечувствителен к изменению полярности и имеет хорошее соотношение сигнал/шум .

Протокол данных

Протокол прост: контроллер генерирует сигнал и отправляет блок данных протокола (PDU) ответчику вместе с его адресом и командой, которую необходимо обработать. В ответ ответчик отправляет PDU обратно контроллеру.

В протоколе доступны два типа PDU: PDU запроса и PDU ответа. Каждый из них поддерживает протокол приложения , который должна определить конкретная реализация. За проверку ошибок отвечает последовательность проверки кадров , которая из-за простоты системы должна выполняться на прикладном уровне .

Протокол использует эвристику — меры, которые обычно работают, но не гарантируют абсолютного их получения или точности — чтобы быть наиболее эффективным. В отличие от стандарта множественного доступа с контролем несущей (CSMA), здесь отсутствует механизм предотвращения коллизий; сеть не может различить несколько сигналов, если контроллеры и ответчики не полностью синхронизированы.

Состояния ответчика

Контроллер считается постоянно «активным» и имеет питание от постоянного источника. Ответчик работает от батареи и переключается между состояниями «Прослушивание» и «Спящий режим».

Ответчик в состоянии «Прослушивание» пытается обнаружить несущую на частоте 131 кГц и прочитать ее команды. Контроллер излучения в ASK отправляет несущую малой мощности для нулевого бита, тогда как в BPSK несущая всегда присутствует при максимальной мощности излучения. Таким образом, ответчик может обнаружить взаимодействующий контроллер и продолжать прослушивание. Если имеется много ответчиков и если контроллер использует только PDU запроса «один к одному», ответчик будет продолжать прослушивать все команды, отправленные и полученные в сети, и, следовательно, может постоянно оставаться в режиме ожидания. Использование групп ответчиков, многоадресных или широковещательных , помогает лучше управлять временем автономной работы ответчиков. Оптимизация стоимости и периода ожидания блоков Request PDU должна выполняться на уровне приложений .

Несущая мощность

Приятной особенностью, предложенной в стандарте, является частота, доступная для передачи энергии и снабжения ответчиков. Эта частота составляет 65,536 кГц, что составляет примерно половину частоты 131 кГц, которая используется для передачи данных. IEEE 1902.1 рекомендует устройствам иметь среднюю мощность менее 10 миллиВатт (мВт). В качестве среды в индуктивном сигнале сигнал уменьшается кубически, поэтому Ответчикам приходится спать довольно долгое время, чтобы накопить достаточно энергии для прослушивания и ответа на запросы Контроллера. Часто желательно, чтобы их заряжали в течение определенного периода времени, прежде чем использовать снова. Использование более высокой мощности не разрешено в Европе.

Механизмы предотвращения столкновений

Кодирование BMC при модуляции BPSK позволяет синхронизировать прослушивание несущей по конкретному сигналу ответчика или контроллера, отвергая все остальные сигналы как шум. Устройство прослушивания также может иметь два канала прослушивания с синхронизированной выборкой под углом 90° ( квадратура фазы ) и помогать различать даже сигналы с ортогональными помехами.

Мультиплексирование томов и механизм клиппирования

Если сеть состоит из множества Контроллеров и большого количества Ответчиков, запросы Контроллеров синхронизируются так же, как и ответы Ответчиков (механизм «Клип»). Однако в традиционной концепции « мультиплексирования томов » контроллеры будут располагаться рядом со своими ответчиками и отвечать только ближайшему контроллеру. Сигнал этого контроллера «Clip» намного лучше, чем у других, на больших расстояниях и отфильтровывает больше шума.

Где использовать стандарт IEEE 1902.1

Это беспроводная сеть с самой низкой мощностью, частотой и скоростью, доступная для промышленного использования. Использование индуктивного сигнала позволяет создать небольшую пикосеть для датчиков и исполнительных механизмов, которые становятся полностью нечувствительными к металлу, воде и окружающим препятствиям, в отличие от широко известного стандарта 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, радиоотражению, препятствиям, воде и металлам). Однако скорость передачи данных IEEE 1902.1 в 250 раз меньше, чем у IEEE 802.15.4 .
Простота модуляции обусловлена отсутствием компонентов, реализующих этот стандарт. Все должно быть сделано с использованием дискретных компонентов.
Отличительный фактор стандарта IEEE 1902.1:
«RuBee — единственная беспроводная технология, когда-либо одобренная для использования на защищенных объектах Министерством энергетики США (DoE). RuBee также был одобрен Министерством обороны США в ходе испытаний DoE и HERO для использования во взрывоопасных зонах с безопасным разделительным расстоянием (SSD) и нулевой искробезопасностью». ^{[ 4 ]}
Пояснение: RuBee использует очень низкочастотную модуляцию и не так поглощен веществом, как более используемые стандарты IEEE 802, такие как WiFi, Zigbee, Bluetooth. Таким образом, RuBee нагревает меньше материи. При производстве и хранении взрывчатых веществ должно быть безопаснее, если при сравнении сравниваемых решений используется одинаковая излучательная мощность.
«Теги» RuBee могут быть обнаружены с высокой чувствительностью через двери, даже если актив спрятан в стальном портфеле, а также в транспортных средствах через ворота с помощью антенн, закопанных в дорогу.
Высокочувствительные активы могут быть защищены с помощью меток Rubee, причем особое преимущество состоит в том, что препятствия, проводящие барьеры или стены не будут создавать ложные срабатывания или уменьшать дальность обнаружения метки. ^{[ 5 ]}

См. также

Устройство ближнего действия

Примечания

^ то есть 1024 бит/сек.

Ссылки

^ «IEEE SA-1902.1-2009 — Стандарт IEEE для протокола длинноволновой беспроводной сети» . ИИЭЭ . 30 января 2009 г. Архивировано из оригинала 6 августа 2011 года . Проверено 15 апреля 2014 г.
^ Редакторы журнала «СВЧ и РФ» (9 августа 2012 г.). «Министерство обороны США предоставляет боеприпасы Rubee HERO | Оборонный контент от микроволнового и радиочастотного излучения» . Mwrf.com . Проверено 15 апреля 2014 г.
^ «Документация рабочей группы RuBee IEEE 1902.1» . ИИЭЭ . Архивировано из оригинала 4 июля 2013 года . Проверено 15 апреля 2014 г.
^ «Министерство обороны США сертифицировало беспроводную связь RuBee (IEEE 1902.1) как героя... – СТРЭТЭМ, Нью-Хэмпшир, 24 июля 2012 г. /PRNewswire/» . Prnewswire.com. 24 июля 2012 г. Проверено 15 апреля 2014 г.
^ «Завод по производству ядерного оружия Pantex использует RFID Rubee для отслеживания инструментов и химикатов» . RFID-журнал. Февраль 2008. Архивировано из оригинала 4 октября 2013 года . Проверено 15 апреля 2014 г.

[2] то есть 1024 бит/сек.

[1] «IEEE SA-1902.1-2009 — Стандарт IEEE для протокола длинноволновой беспроводной сети» . ИИЭЭ . 30 января 2009 г. Архивировано из оригинала 6 августа 2011 года . Проверено 15 апреля 2014 г.

[3] Редакторы журнала «СВЧ и РФ» (9 августа 2012 г.). «Министерство обороны США предоставляет боеприпасы Rubee HERO | Оборонный контент от микроволнового и радиочастотного излучения» . Mwrf.com . Проверено 15 апреля 2014 г.

[documentation-4] «Документация рабочей группы RuBee IEEE 1902.1» . ИИЭЭ . Архивировано из оригинала 4 июля 2013 года . Проверено 15 апреля 2014 г.

[5] «Министерство обороны США сертифицировало беспроводную связь RuBee (IEEE 1902.1) как героя... – СТРЭТЭМ, Нью-Хэмпшир, 24 июля 2012 г. /PRNewswire/» . Prnewswire.com. 24 июля 2012 г. Проверено 15 апреля 2014 г.

[6] «Завод по производству ядерного оружия Pantex использует RFID Rubee для отслеживания инструментов и химикатов» . RFID-журнал. Февраль 2008. Архивировано из оригинала 4 октября 2013 года . Проверено 15 апреля 2014 г.

[ 1 ]

[ а ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]