임베디드 소프트웨어 - IEEE 802.15.4, 15.4e

아주대학교 임베디드 소프트웨어 수업 정리

프로토콜 버전

  • 버전 : 15.4
    • 2003 ~ 2006년도
  • 버전 : 15.4e (4e : Industry IoT, 산업용 IoT)
    • ~ 2010

Industry IoT의 특징:

  • 신뢰성
  • 예전부터 무선통신은 신뢰성과는 관련이 없었지만, 신뢰성이 있다고 얘기함(but 잘 안믿음. banking, VPN처럼)
  • ex) Internet <-> Intranet
  • 방향 : battery -> “Wifi” -> 속도를 높이는게 목표
  • 실시간성
  • Industry IoT의 표준화 : IEC, ISO (국제 표준이 완성됨)
  • IoT의 표준화 목표 : IETF(인터넷 표준 만드는 곳) -> GP IoT

이 논문에서는 산업용 IoT에 대한 얘기를 많이함

IEEE 802.15.4

  • Low-Power Radio Hardware
  • 무선으로 radio가 나감(transmission over the air)
  • 데이터를 아날로그 시그널로 바꿔줘야함
  • PA에서 신호 증폭해서 송신
  • sensitivity : 리시버가 받을 수 있는 가장 약한 신호,
    • 1pW까지 받을 수 있음
  • low power radio의 output : 0 dBm or 1mW
  • -90 dBm : 1pW
  • 단위 Conversion 중요

decibel과 dBm의 차이

  • decibel은 bel의 1/10
  • dB : 어떤 측정값을 log스케일로 표현
  • dBm : mW단위의 전력을 dB스케일로 나타낸 단위
  • dBm은 절대값
  • 1W : 0dB(10*log1 = 0dB)
    • 1mW = -30dB
  • Fading, Shadowing 때문에 시그널이 약해짐

Fading

  • Fading : 경로가 다른 2 이상의 전파가 간섭(상보, 소멸)하여 신호가 불규칙하게 변하는 현상
    • ex) AP에서 스마트폰이 신호를 받을 때 여러개가 보내지는데 각각의 신호가 동시에 도착하지 않는다. 이 신호들이 서로 간섭하여 신호가 일그러짐
  • 이를 막기 위해 다이버시티 사용
  • dBm 높다는 것은 약한신호도 증폭할 수 있다.
  • PA & LNA : 상당량의 전류 소모
  • ex) AT86RF231이라는 칩을 사용하면 13mA 전류가 흐른다.
  • 결론 : 보내는 거와 받는 과정이 모두 파워 소모를 한다.
    • 이 파워가 모두 배터리다.
    • ex) AA 배터리가 3000mAh일 때, 13mA 소모하는 칩을 사용하면 230시간동안, 10일동안 사용 가능(3000mAh / 13mA = 230h = 약 10일)
      • mAh : charge의 단위, coulomb : 1A가 1초동안 흐른 전하량

IEEE 802.15.4e

  • IEEE 802.15.4 PHY layer는 오프셋을 사용하는 QPSK 방식(O-QPSK) 사용
  • 250 kbps로 굉장히 낮음
  • 8 more chips are sent over a 2 Mcps link. -> Direct Sequence Spread Spectrum(DSSS)
  • 128 bytes 의 기본 슬롯 싸이클(아래 그림 참조)
    • 그림(b)의 time slot이 그림(a)의 각 0,1,2,..에 들어간다.
  • 채널 하핑 : 보내거나 받을게 있을때만 깨어남 나머지는 잔다.(아래 그림 참조)
    • 위의 time slot 0에서는 A, B를 제외하곤 다른들은 다 잔다.
    • time slot 1에서는 DCA 세개만 깨어있음(둘이 동시에 보내면 깨지기 때문에 캐리어 센싱)
    • time slot 3은 BFEGD가 깨어있으나 주파수가 다르기 때문에 싱크를 계속 맞춰야한다. 즉, 100ms 마다 비콘을 맞추고 있는것(beaconing과는 다름)
  • 15.4e : 채널 하핑(Fig1,2, 그림) + Beacon(동시에 깨어나고 자는 방식)
    • Beaconing : 동시에 자고 동시에 일어나는 방식
    • Hopping은 TSMP의 방식
  • 위의 두 방식을 통해 1%를 낮출 수 있음

TSMP

  • 표준 프로토콜이 아님
  • 산업용으로는 많이 사용
  • ex) Emerson : 공장에 9200개의 산업용 네트워크 설치, steel, refineries, chemical, industrial ….
  • GP IoT

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