Ingeniero Electronico

Las características más importantes en este estándar son su flexibilidad de red, bajos costos, bajo consumo de energía; este estándar se puede utilizar para muchas aplicaciones en el hogar que requieren una tasa baja en la transmisión de datos.

No es la primera vez que se intenta establecer una red en el hogar para ofrecer soluciones a su propietario. Los intentes por lograr esta meta se pueden clasificar fácilmente en dos grupos: los que utilizan alambres y los inalámbricos.

Los principales sistemas en la parte de los alámbricos; las líneas telefónicas, módems por cable y líneas de transmisión de energía eléctrica. Cada uno de ellos ofrece

ventajas y desventajas que dependen principalmente en sus capacidades de ancho de banda, instalación, mantenimiento y costo entre otros.

La clave la de motivación para el uso de tecnología inalámbrica es la reducción en los gastos de instalación, ya que nunca es necesario cambiar el cableado. Las redes inalámbricas implican un gran intercambio de información con un mínimo de esfuerzo de instalación. Esta tendencia es impulsada por la gran capacidad de integrar componentes inalámbricos de una forma más barata y el éxito que tienen otros sistemas de comunicación inalámbrica como los celulares.

Varias aplicaciones dentro del hogar están vislumbrando la necesidad de comunicación. En términos generales, estos se pueden clasificar en conexión a Internet, conexión multi-PC, redes de audio y video, automatización del hogar, ahorro de energía y seguridad. Cada uno de ellos tiene diferentes necesidades de ancho de banda, costos y procedimientos de instalación. Con el gran crecimiento de Internet, las mayores preocupaciones de los diseñadores es el satisfacer la necesidad de compartir conexiones de alta velocidad.

En el otro lado del espectro, las aplicaciones como la automatización del hogar y aplicaciones de seguridad han relajado dichas necesidades. Estas aplicaciones no pueden manejar protocolos muy pesados ya que afectarían seriamente en el consumo de energía y requerirían de mayor poder de procesamiento. Claro que lo anterior tendría un impacto directo en los costos.

Consideremos un detector de temperatura pequeño en una ventana. Este censor no necesita reportar sus datos más que unas pocas veces por hora, es discreto y tiene un precio muy bajo. Este tipo de aplicaciones se manejarían muy bien con un link de

comunicación inalámbrica de baja potencia. El uso de cables es (de comunicaciones o de energía) es impractico por el uso mismo de la ventana. Además, los costos de la instalación del cable excederían en varias veces el costo del censor. Además se prefiere que los aparatos consuman muy poca energía ya que el cambio constante de las baterías se considera impráctico. La tecnología 802.11 (WLAN) resultaría sofocante ya que solo satisface los requerimientos de conexión. Bluetooth se concibió originalmente como un sustituto del cable, pero ha se ha llevado sobre un camino más complejo, haciéndolo impractico para aplicaciones de bajo consumo. La tendencia a la complejidad ha incrementado los costos provistos para esta tecnología. Ambos dispositivos, bluetooth y 802.11, requerirían un cambio de baterías algunas veces al año, lo que resulta impractico si se tienen varias ventanas en esta aplicación como es el caso de una casa típico con varias ventajas.

En el año 2000 dos grupos especialistas en estándares (ZigBee y el grupo 15 de trabajo IEEE 802) se unieron para dar a conocer la necesidad de un nuevo estándar para redes inalámbricas de bajo poder y por lo tanto bajos costos en ambientes industriales y caseros. Dando como resultado que en diciembre de ese año el comité para nuevos estándares IEEE (NesCom) designara oficialmente un nuevo grupo de trabajo para el desarrollo de un nuevo estándar de baja transmisión en redes inalámbricas para áreas personales (LR-WPAN), con lo que nació el estándar que ahora se conoce como el 802.14. Algunas características de alto nivel del 80215.4 se resumen en la tabla (3.10).

Propiedad

Rango

Rango de transmisión de datos

868 MHz: 20kb/s; 915 MHz: 40kb/s; 2.4 GHz: 250 kb/s.

Alcance

10 – 20 m.

Latency

Abajo de los 15 ms.

Canales

868/915 MHz: 11 canales. 2.4 GHz: 16 canales.

Bandas de frecuencia

Dos PHY: 868/915 MHz y 2.4 GHz.

Direccionamiento

Cortos de 8 bits o 64 bits IEEE

Canal de acceso

CSMA-CA y rasurado CSMA-CA

Temperatura

El rango de temperatura industrial: -40° a +85° C

4.2 Capas de red.

Tabla 4.1 – Propiedades del IEEE 802.15.4

En las redes tradicionales por cable, la capa de red es responsable por la topología de construcción y mantenimiento de la misma, así como de nombrarla y de los servicios de enlace que incorpora las tareas necesarias de direccionamiento y seguridad. Estos mismos servicios existen para redes inalámbricas para el hogar, sin embargo representan un reto mayor por la primicia de ahorro de energía. Las redes que se construyan dentro de esta capa del estándar IEEE 802.15.4 se espera que se auto organicen y se auto mantengan en funcionamiento con lo que se pretende reducir los costos totales para el consumidor.

El estándar IEEE 802.15.4 soporta múltiples topologías para su conexión en red, entre ellas la topología tipo estrella y la topología peer-to-peer (Fig 45). La topología a escoger es una elección de diseño y va a estar dado por la aplicación a la que se desee orientar; algunas aplicaciones como periféricos e interfases de PC, requieren de conexiones de baja potencia de tipo estrella, mientras que otros como los perímetros de seguridad requieren de una mayor área de cobertura por lo que es necesario implementar una red peer-to-peer.

Figura 4.1 - Redes tipo estrella y peer-to-peer [3].

4.3 Capa de enlace de datos (data link layer, DLL).

El proyecto IEEE 802 divide al DLL en dos sub capas, la sub capa de enlace de acceso a medios (Medium Access Control, MAC) y la de control de enlaces lógicos (Logical link control, LLC). El LLC es común a todos estándares 802, mientras que la sub capa MAC depende del hardware y varía respecto a la implementación física de esta capa. La figura 4.2 ilustra la forma en que el estándar IEEE 802.15.4 se basa en la



organización internacional para la estandarización (ISO) del modelo de referencia para la interconexión de sistemas abiertos (OSI).

Figura 4.2 – Relación del IEEE 802.15.4

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