Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

Podobne dokumenty
Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska. Zygmunt Kubiak 1

Problematyka sieci miejscowej LIN

MODEL WARSTWOWY PROTOKOŁY TCP/IP

Wykład 6. Ethernet c.d. Interfejsy bezprzewodowe

Pytanie 1 Z jakich protokołów korzysta usługa WWW? (Wybierz prawidłowe odpowiedzi)

Sieci sensorowe. Paweł Kułakowski

Sieci komputerowe w sterowaniu informacje ogólne, model TCP/IP, protokoły warstwy internetowej i sieciowej

Podstawy Informatyki. Inżynieria Ciepła, I rok. Wykład 13 Topologie sieci i urządzenia

Wykład 4. Interfejsy USB, FireWire

Protokoły sieciowe model ISO-OSI Opracował: Andrzej Nowak

Model OSI. mgr inż. Krzysztof Szałajko

Rozproszony system zbierania danych.

WLAN bezpieczne sieci radiowe 01

WYKŁAD 14: Wybrane platformy standardowe ZigBee (część I) Aleksander Pruszkowski Instytut Telekomunikacji, Politechniki Warszawskiej

Sieci komputerowe. Dr inż. Robert Banasiak. Sieci Komputerowe 2010/2011 Studia niestacjonarne

Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

TCP/IP. Warstwa łącza danych. mgr inż. Krzysztof Szałajko

CENTRALA STERUJĄCA SMART CONTROL

Przesyłania danych przez protokół TCP/IP

Materiały dodatkowe Krótka charakterystyka protokołu MODBUS

Podstawy Transmisji Danych. Wykład IV. Protokół IPV4. Sieci WAN to połączenia pomiędzy sieciami LAN

To jeszcze prostsze, MMcc1100!

Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

Protokoły sieciowe - TCP/IP

Adresy w sieciach komputerowych

Działanie komputera i sieci komputerowej.

SEGMENT TCP CZ. II. Suma kontrolna (ang. Checksum) liczona dla danych jak i nagłówka, weryfikowana po stronie odbiorczej

TP-LINK 8960 Quick Install

prowadzący: mgr inż. Piotr Prystupiuk

Akademickie Centrum Informatyki PS. Wydział Informatyki PS

SIECI KOMPUTEROWE wykład dla kierunku informatyka semestr 4 i 5

WLAN 2: tryb infrastruktury

1 Moduł Diagnostyki Sieci

Zadania z sieci Rozwiązanie

Przełącznik ES-1528/ES-1552 przykład konfiguracji VLAN ów IEEE 802.1q

Urządzenia sieciowe. Tutorial 1 Topologie sieci. Definicja sieci i rodzaje topologii

Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

Skrócona instrukcja instalacji Instalacja sterownika karty GW-7100U w systemie Windows 98, ME, 2000 oraz XP

PBS. Wykład Zabezpieczenie przełączników i dostępu do sieci LAN

Zdalne logowanie do serwerów

Krzysztof Kurowski Bartosz Lewandowski Cezary Mazurek Ariel Oleksiak Michał Witkowski

Uniwersalny Konwerter Protokołów

MOBOT-RCR v2 miniaturowe moduły radiowe Bezprzewodowa transmisja UART

IEEE b/g. Asmax Wireless LAN USB Adapter. Instrukcja instalacji

Konfigurowanie sieci VLAN

Ćwiczenie 7 Sieć bezprzewodowa z wykorzystaniem rutera.

To systemy połączonych komputerów zdolnych do wzajemnego przesyłania informacji, do dzielenia się zasobami, udostępniania tzw.

Sieci komputerowe Wykład

Sieci Komputerowe Modele warstwowe sieci

TRX API opis funkcji interfejsu

Konfiguracja WDS na module SCALANCE W Wstęp

Topologie sieci WLAN. Sieci Bezprzewodowe. Sieć stacjonarna (infractructure) Sieć tymczasowa (ad-hoc) Access Point. Access Point

Sieci komputerowe. Zadania warstwy łącza danych. Ramka Ethernet. Adresacja Ethernet

ARP Address Resolution Protocol (RFC 826)

NXC-8160 Biznesowy kontroler sieci WLAN

ORGANIZACJA ZAJĘĆ WSTĘP DO SIECI

Referencyjny model OSI. 3 listopada 2014 Mirosław Juszczak 37

Routery RTR-XXX/XXX - Router RTR-FT10/FT10

SKRÓCONA INSTRUKCJA OBSŁUGI LICZNIKA LP-1

Sieci komputerowe - warstwa fizyczna

Podstawowe pojęcia dotyczące sieci komputerowych

Politechnika Łódzka. Instytut Systemów Inżynierii Elektrycznej

ZiMSK. VLAN, trunk, intervlan-routing 1

ZiMSK. mgr inż. Artur Sierszeń mgr inż. Łukasz Sturgulewski ZiMSK 1

Dr Michał Tanaś(

Wykład 4. Interfejsy USB, FireWire

PBS. Wykład Organizacja zajęć. 2. Podstawy obsługi urządzeń wykorzystywanych podczas laboratorium.

Narzędzia uruchomieniowe dla systemów Embedded firmy Total Phase

Model warstwowy sieci

Bezpieczeństwo Systemów Komputerowych. Wirtualne Sieci Prywatne (VPN)

Warstwa sieciowa. Model OSI Model TCP/IP. Aplikacji. Aplikacji. Prezentacji. Sesji. Transportowa. Transportowa

Warstwy i funkcje modelu ISO/OSI

Projekt AMIplus Opis modelu komunikacji modułu wireless M-BUS wersja r.

Magistrala LIN

Sieci komputerowe. Dr inż. Dariusz Skibicki

Akademickie Centrum Informatyki PS. Wydział Informatyki PS

Zarządzanie ruchem w sieci IP. Komunikat ICMP. Internet Control Message Protocol DSRG DSRG. DSRG Warstwa sieciowa DSRG. Protokół sterujący

5R]G]LDï %LEOLRJUDğD Skorowidz

POWER LINE MODEM PMM-1 VER. 2.2

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY KATEDRA ENERGOELEKTRYKI LABORATORIUM INTELIGENTNYCH INSTALACJI ELEKTRYCZNYCH

Konfiguracja sieci bezprzewodowych Z menu Network zlokalizowanego w górnej części strony wybieramy pozycję Wireless.

Moduł Ethernetowy. instrukcja obsługi. Spis treści


Wstęp Architektura... 13

PTPiREE - Konferencja Naukowo Techniczna

CZĘŚĆ I Podstawy komunikacji bezprzewodowej

Roger Access Control System. Aplikacja RCP Point. Wersja oprogramowania : 1.0.x Wersja dokumentu: Rev. C

SYSTEMY OPERACYJNE: STRUKTURY I FUNKCJE (opracowano na podstawie skryptu PP: Królikowski Z., Sajkowski M. 1992: Użytkowanie systemu operacyjnego UNIX)

Sieci komputerowe. Zajęcia 2 Warstwa łącza, sprzęt i topologie sieci Ethernet

Wykorzystanie sterowników PLC, jako źródła informacji dla systemów nadzorujących pracę jednostek wytwórczych małej mocy

Wzzard Intelligent Node

Uproszczenie mechanizmów przekazywania pakietów w ruterach

Laboratorium Internetu Rzeczy. mgr inż. Piotr Gabryszak mgr inż. Przemysław Hanicki dr hab. inż. Jarogniew Rykowski

Ćwiczenie 5a Sieć komputerowa z wykorzystaniem rutera.

Infrastruktura PL-LAB2020

INSTRUKCJA INSTALACJI Moduł i Aplikacja WIFI HYUNDAI. HYUNDAI RAC seria HRP-S

1. Wprowadzenie Programowanie mikrokontrolerów Sprzęt i oprogramowanie... 33

Edge-Core Networks Przełączniki WebSmart: Podręcznik Administratora

Transkrypt:

Instytut Informatyki Politechnika Poznańska 1

Protokół transmisji radiowej niskiej mocy przeznaczony dla realizacji małych, stacjonarnych sensorowych sieci bezprzewodowych. 2

Protokół ten dedykowany jest wyłącznie dla układów radiowych (RF) małej mocy oferowanych przez firmę Texas Instruments Mikrokontrolery serii MSP430 oraz 32bitowe typu Stellaris i Tiva, w połączeniu z układami RF typu CC1xxx/CC25xx Zintegrowane z mikrokontrolerem radiowe układy nadawczo-odbiorcze - SoC (ang. System-on-chip) CC2530 i CC430 3

Sieć składa się trzech rodzajów węzłów Punkt dostępowy- AP (ang. Access Point) Węzeł zarządzający siecią. Może przechowywać dane dla innych węzłów Komunikacja z urządzeniami wyższego poziomu Niezbędne ciągłe zasilanie Węzeł retransmisji RE (ang. Range Extender) Maksymalnie 4 urządzenia w sieci Wymagane ciągłe zasilanie Urządzenie końcowe ED (ang. End Device) Podstawowy węzeł realizujący funkcje sensorowe i/lub wykonawcze Z reguły węzeł zasilany bateryjnie Przez większość czasu pozostaje w stanie uśpienia Dopuszcza się pracę jednokierunkową (nadawanie) 4

Topologie Topologia gwiazdy Możliwość stosowania retransmisji Koordynatorem sieci jest punkt dostępowy (AP) Topologia równorzędna ( każdy z każdym, ang. peer-to- peer, P2P) Bezpośrednie połączenie peer-to-peer 5

Topologie Przykład konfiguracji, w której AP pośredniczy w transmisji. Przechowuje wiadomość od ED1 dla ED2 do czasu wybudzenia ED2. Funkcja ta nazywa się Store-and-forward. 6

Topologie Komunikacja pośrednia z udziałem węzła RE 7

Topologie Rysunek przedstawia sytuację gdy węzeł ED2 jest uśpiony a poza tym węzeł ED1 nie znajduje się w zasięgu AP 8

Przykładowa sieć 9

Warstwa łącza danych/fizyczna (ang. Data Link/PHY ) MRFI (ang. Minimal Radio Frequency Interface) odpowiada za komunikację z układem radiowym. Zapewnia odczyt / zapis ramki danych między aplikacją interfejsu a układem RF. Różne układy radiowe wspierane przez SimpliciTI wymagają różnych implementacji, ale podstawowy interfejs oferowany w warstwie sieciowej jest taki sam dla wszystkich RF. MRFI tworzy w rezultacie standardowy interfejs dla różnych rozwiązań układów nadawczo-odbiorczych. 10

Warstwa łącza danych/fizyczna (ang. Data Link/PHY ) Z warstwą tą związane jest również oprogramowanie BSP (ang. Board Support Package), które stanowi pewne wsparcie dla różnych docelowych mikrokontrolerów. BSP uwzględnia obsługę interfejsu SPI (ang. Serial Peripheral Interface) do komunikacji z układem RF BSP realizuje zarządzanie przerwaniami poprzez połączenia GPIO (ang. General Purpose Input/Output) aby wspierać asynchroniczne komunikaty od RF (np. pusty bufor nadawczy, odebrano pakiet) BSP ponadto wspiera sterowanie diodami LED oraz obsługę przycisków. 11

Warstwa sieciowa NWK (ang. Network Layer) NWK odpowiada za określone zadania związane z nawiązaniem i podtrzymaniem komunikacji oraz realizuje zadania zlecone w warstwie aplikacyjnej. Warstwa sieciowa zajmuje się uzupełnianiem pakietów o dane dotyczące typu urządzenia i zliczaniem skoków NWK także kolejkuje dane przychodzące z warstwy aplikacji i buforuje je, jeśli odbiorca nie jest aktywny (przechowywanie danych przez punkt dostępowy dla śpiącego urządzenia końcowego). 12

Warstwa sieciowa NWK (ang. Network Layer) Ustawienia sieciowe są przygotowywane na etapie kompilacji programu i obejmują takie parametry jak: kanał transmisji, liczba przechowywanych pakietów w AP dla urządzeń końcowych w uśpieniu, sieciowe klucze szyfrujące, dopuszczalna liczba skoków pakietów itp. 13

Struktura warstwowa SimpliciTI 14

Warstwa aplikacji (ang. Application Layer) Aplikacje użytkownika korzystają z portów 0x20 i wyższych. Oprogramowanie SimpliciTI udostępnia aplikacji użytkownika prosty interfejs API, zawierający 6 poleceń: inicjalizacja sieci polecenie SMPL_Init; konfiguracja SMPL_Ioctl; proces łączenia węzłów dla inicjatora SMPL_Link oraz dla drugiej strony SMPL_LinkListen; transmisja nadawanie SMPL_Send oraz odbiór SMPL_Receive. 15

Warstwa aplikacji (ang. Application Layer) Polecenie Ping (0x01) używane jest do sprawdzenia obecności węzłów. Polecenie Link (0x02) odpowiada za nawiązanie połączenia między węzłami. Podczas tworzenia połączenia węzły wymieniają się adresami i przypisują je do identyfikatora LinkID Polecenie Join (0x03) umożliwia przyłączenie węzła ED do sieci zarządzanej przez punkt dostępowy AP. Proces jest inicjowany przez urządzenie końcowe, które posługuje się predefiniowanym hasłem Join Token a po przyłączeniu otrzymuje od AP identyfikator połączenia. Węzły pracujące ze stanem uśpienia otrzymują dodatkowo bufor w AP do przechowywania na czas uśpienia, kierowanych do nich pakietów. 16

Warstwa aplikacji (ang. Application Layer) Polecenie Security (0x04) dotyczy szyfrowania Polecenie Freq (0x05) odpowiada za zarządzanie częstotliwością pracy sieci. W przypadku dużego obciążenia kanału istnieje możliwość wyboru innego kanału z grupy częstotliwości predefiniowanych mechanizm Frequency Agility. Polecenie Management (0x06) przez węzły pracujące z trybem uśpienia stosowane jest w celu zapytania o buforowane dane. Wykorzystywane jest też w komunikacji serwisowej. Mechanizmem zapewniającym bezpieczeństwo transmisji jest szyfrowanie (programowe) zgodnie z algorytmem XTEA (ang. Extended Tiny Encryption Algorithm). Jest to szyfrowanie blokowe 64-bitowe z kluczem 128-bitowym. 17

Aplikacja użytkownika Programista korzysta z interfejsu API, co upraszcza oprogramowanie sieci Polecenie API może zwracać jedno ze słów statusowych, informujące o wyniku jego wykonania. Np. słowo SMPL_SUCCESS oznacza poprawnie przeprowadzoną operację, SMPL_TIMOUT oznacza przekroczenie limitu czasu wykonania SMPL_NO_LINK brak odpowiedzi na pakiet typu Link. Wcześniej należy przygotować funkcje inicjalizacji wybranego mikrokontrolera, zastosowanego układu nadawczo-odbiorczego oraz stosu (BSP_Init() i SMPL_Init()). 18

Aplikacja użytkownika Tworzenie połączeń sieci i ich utrzymanie realizowane jest przy pomocy funkcji połączeniowych (SMPL_Link() i SMPL_LinkListen()) Funkcje SMPL_Send(), SMPL_SendOpt() oraz SMPL_Receive realizują zadania wymiany danych między węzłami sieci, według ustalonego przez użytkownika scenariusza Najbardziej rozbudowanym interfejsem, umożliwiającym zarządzanie pracą węzłów jest SMPL_Iocl(). Pozwala między innymi na wymuszanie stanu układu RF. 19

Struktura ramki danych SimpliciTI (z włączoną funkcją szyfrowania) Pierwszy bajt adresu: 0x00, 0xFF zarezerwowane dla trybu rozgłoszeniowego 20

Struktura ramki danych SimpliciTI (z włączoną funkcją szyfrowania) Pola PREAMBLE i SYNC dodawane i obsługiwane sprzętowo LENGTH jednobajtowe pole określające w bajtach długość pakietu MISC pole zawierające różne informacje zależne od układów RF (pole opcjonalne) DSTADDR czterobajtowy adres odbiorcy SRCADDR - czterobajtowy adres nadawcy 21

Struktura ramki danych SimpliciTI (z włączoną funkcją szyfrowania) PORT jednobajtowe pole, b7- jest ustawiany przez AP i określa czy pakiet był retransmitowany b6 - określa czy jest włączone szyfrowanie b5-b0 definiują port aplikacji DEVICE INFO pole jednobajtowe, określające ile skoków wykonał pakiet w trakcie transmisji TRACKID jednobajtowa liczba porządkowa komunikatu APP PAYLOAD dane aplikacji o długości od 0B do 111B (dla transmisji zgodnej ze standardem IEEE802.15.4) lub 0B do50b w przeciwnym przypadku FCS suma kontrolna pakietu 22

Przykładowa budowa węzła AP 23

Przykładowa budowa węzła ED (układ rozwojowy firmy Anaren) 24

Przykładowy program konfiguracji dla węzła ED 25

Zrzut ekranu dla pakietu Sniffer 26

Przykład sesji peer-to-peer 27

Pobór prądu przez węzeł ED sieci SimpliciTI 28

Pobór prądu przez węzeł sieci SimpliciTI stanowisko pomiarowe 29

Pobór prądu przez węzeł sieci SimpliciTI 30

Porównanie protokołów SimpliciTI i ZigBee 31

32

Bezprzewodowa sieć sensorowa WSN (ang.wireless Sensor Network) Sieć ta składa się z wielu niewielkich węzłów, które z reguły zawierają sensory Sieć małej mocy i niskiej prędkości Węzły z sensorami (zwane często sensorami) zasilane są bateryjnie lub z wykorzystaniem metod pozyskiwania energii elektrycznej ze źródeł energii wolnodostępnej (m.in. światła słonecznego, siły wiatru, fal elektromagnetycznych, wibracji, siły strumienia wody, siły nacisku, energii cieplnej oraz biochemicznej) - ang. Energy harvesting W złożonych sieciach WSN wprowadzane są algorytmy trasowania a czasem również samoorganizacji Bardzo ważna cechą sieci WSN jest oszczędność energii węzły bez wymiany baterii powinny pracować kilka, kilkanaście lat 33

Tanie elementy wysokiej skali integracji, tanie sieci, tanie technologie stymulują realizacje nowych pomysłów, między innymi w dziedzinie systemów pomiarowosterujących Pojawiły się nowe zadania: Inteligentne pomiary (ang. Smart Metering) w systemach zarządzania takimi mediami jak energia elektryczna, woda, gaz, energia cieplna Sieci domowe HAN (ang. Home Area Networks) Internet rzeczy (przedmiotów) (ang. Internet of Things) 34

MEMS (ang. Micro Electro-Mechanical Systems) 35

Monolityczne radiowe układy nadawczo-odbiorcze 36

Wartość rynku mikrokontrolerów w latach 2010-2017 Sensory wielkości fizycznych Sensory parametrów chemicznych Biosensory Na podst. Elektronik 8/2013 37

Sprzedaż jednostkowa mikrokontrolerów w latach 2010-2017 Sensory wielkości fizycznych Sensory parametrów chemicznych Biosensory Na podst. Elektronik 8/2013 38

Średnia cena sprzedaży mikrokontrolerów w latach 2010-2017 Sensory wielkości fizycznych Sensory parametrów chemicznych Biosensory Na podst. Elektronik 8/2013 39

Kolejnym istotnym elementem inteligentnych systemów są sensory Prognoza rynku MEMS (ang. Micro Electro-Mechanical Systems) na lata 2012-2018 Sensory wielkości fizycznych Sensory parametrów chemicznych Biosensory źródło. Developpement 40