Лекція №12 з IoT (2026). Стандарти передачі даних у лок… — Transcript

Лекція про стандарти передачі даних у локальних мережах IoT, з акцентом на бездротові персональні мережі та IEEE 802.15.

Key Takeaways

Персональні мережі IoT базуються на стандартах IEEE 802.15, що охоплюють різні технології для різних застосувань.
Bluetooth Low Energy є ключовою технологією для бездротових IoT пристроїв з низьким енергоспоживанням.
IEEE 802.15.4 є основою для багатьох енергоефективних мереж, що використовуються в розумних домах і промисловості.
Робоча група IEEE 802.15 розробляє стандарти для забезпечення сумісності, швидкості та надійності персональних мереж.
Технології Visible Light Communication і Body Area Networks розширюють можливості IoT у нових сферах застосування.

Summary

Огляд ієрархії мереж IoT від пристроїв до глобального рівня.
Розгляд основних бездротових персональних мереж, таких як Bluetooth, Zigbee, Z-Wave, та стандарти IEEE 802.15.4.
Історія та розвиток робочої групи IEEE 802.15, що відповідає за стандартизацію персональних мереж.
Розподіл напрямів роботи 802.15: Bluetooth, співіснування систем, високошвидкісні мережі, низькоспоживані мережі, коміркові мережі, Body Area Networks, Visible Light Communication.
Пояснення важливості Bluetooth Low Energy для IoT пристроїв.
Значення стандарту IEEE 802.15.4 для енергоефективних мереж з тривалою автономною роботою.
Розгляд застосувань технологій у промисловості, розумних домах, телемедицині та спортивних системах.
Пояснення проблеми взаємних завад у діапазоні 2,4 ГГц та її вирішення у 802.15.2.
Вказівка на розвиток стандарту IEEE 802.15.4 з 2003 по 2020 роки з покращеннями у швидкості, надійності та позиціонуванні.
Опис технології Visible Light Communication (LiFi) як перспективного напрямку.

Full Transcript — Download SRT & Markdown

Speaker A

Ми з вами на минулій лекції почали тему стандартів та протоколів передачі даних у інтернеті речей. Ну і сказали, в принципі, що ці технології їх можна класифікувати по тому, як ми класифікуємо самі мережі. Тобто в нас є така ієрархія, знизу в нас об'єкти інтернету речей.

Speaker A

Далі вони групуються в межах там однієї, можна сказати, кімнати або там навколо людини персональні мережі. Та є потім, значить, будівлі охоплюють локальні мережі, потім вони групуються у регіональні Metropolitan мережі, міські мережі. І потім ми виходимо вже на глобальний рівень.

Speaker A

Значить, в рамках цієї теми ми розглянемо основні стандарти бездротових персональних мереж. Значить, тобто почнемо з цього нижнього рівня. Вони широко використовуються в інтернеті речей. Е-е, ну і в принципі ми сказали, що тут в нас є такий собі перелік

Speaker A

технологій, які використовуються. Це неповний перелік. Технологій дуже багато і тому е-е докладно їх усі не вийде в нас розібрати, але її ну спробуємо якось пройтись по них.

Speaker A

Е-е ну Bluetooth популярна, популярний її технологія і протокол взаємодії. Є одним з розповсюджених і таких собі універсальних рішень для персональних мереж. Bluetooth Low Energy.

Speaker A

Разом з ним використовуються і інші технології, там Zigbee, Z-Wave, е, стандарти сімейства 802.15.4. Е, ну, ми з вами про це поговоримо. Е-е, до речі, треба відмітити, що з часом сам термін, е-е, персональна мережа дещо змінив своє значення.

Speaker A

Спочатку він позиціонувався саме як мережа навколо однієї людини, наприклад, для об'єднання пристроїв, якими користується одна людина. Сьогодні цей термін став використовуватися дещо ширше і охоплювати різні системи. В принципі, розумний дім, е, нерідко також концептуально відносять до персональних мереж. Ну, так значить, що людина в домі

Speaker A

і хоча по масштабу це може бути як локальна мережа, але вона розглядається як персональна і технології відповідно як для персональної мережі, а в принципі іноді і на більшому масштабі. Тобто, наприклад, промислова мережа іноді також застосовує, використовує ці технології,

Speaker A

тобто вона як би розширює ці персональні мережі навіть до певних промислових підприємств. Ну і почали ми з сімейства стандартів IEEE 802.15.

Speaker A

Багато технологій персональних мереж базуються на стандартах, які розробляє цей інститут, інститут інженерів з електротехніки та електроніки.

Speaker A

І у них є така от собі робоча група 802.15. Спочатку ці стандарти створювали для роботи з портативними пристроями. З часом сфера її діяльності розширилась і вони охоплюють від простих малопотужних мереж до високошвидкісних систем і спеціалізованих комунікацій. Тобто саме

Speaker A

е-е розширення розуміння і охоплення того, чим займається ця робоча група, воно і призвело до того, що персональні мережі розширилися.

Speaker A

Е-е у світі використовується щодня дуже велика кількість пристроїв на базі цих стандартів, що працюють. Тобто, е, ми говорили, що в нас дуже багато пристроїв в інтернеті речей, із них велика частина використовує саме ці технології.

Speaker A

Значить, ну, ми сказали, що, в принципі, такі мережі в першу чергу призначені для обміну даними між пристроями на невеликих відстанях.

Speaker A

Ну, мова йде про відстані десь від сантиметрів до десятків метрів. Ее, тобто нижній рівень системи інтернету речей, там переносима електроніка, промислові датчики, медичні пристрої. Це ось якраз те, що охоплюється даною технологією. В межах цієї групи було створено декілька

Speaker A

напрямів стандартизації, кожен з яких відповідав за окремий клас технологій. Е-е ну її, якщо так говорити, її, в першу чергу зусилля були спрямовані на розвиток Bluetooth. Саме він визначав фізичний рівень і механізми доступу до середовища для бездротового зв'язку між

Speaker A

телефонами, гарнітурами, комп'ютерами, іншими персональними пристроями. Тобто можна сказати, що це перша технологія, яка прийшла до нас безпосередньо.

Speaker A

Згодом розвиток Bluetooth вийшов за межі IEEE. І сьогодні специфікацією цієї технології займається Bluetooth Special Interest Group.

Speaker A

Тобто одна така собі організація Bluetooth SIG. Саме вона розвиває сучасні версії Bluetooth і зокрема Bluetooth Low Energy. Якраз в інтернеті речей часто використовується саме ця технологія.

Speaker A

Другий напрям роботи групи 802.15 був пов'язаний із співіснуванням різних бездротових систем 802.15.2. Другий напрям.

Speaker A

Завданням цього напряму було зменшення взаємних завад між персональними бездротовими мережами та іншими мережами, в першу чергу Wi-Fi, які працюють у однакових діапазонах частот неліцензованих.

Speaker A

Це стало важливим через те, що дедалі більше пристроїв одночасно використовують діапазон 2,4 ГГц. Так, значить, третій напрям 802.15.3 стосувався високошвидкісних персональних мереж. Тут були розроблені рішення для передачі мультимедійних потоків, відео високої якості, великих обсягів даних на невеликих відстанях.

Speaker A

Пізніше частина цих ідей була використана у технологіях міліметрового діапазону, де швидкість передавання може досягати декількох гігабітів за секунду.

Speaker A

Так, у нас повітряна тривога. Треба визначитися, чи всі можуть продовжувати слухати лекцію, чи всі в безпечних місцях.

Speaker A

Так зараз. Так, значить, тут нам треба це вікно прибрати. Добре. Значить, продовжуємо. Е-е, значить, ну, для інтернету речей, е, третій напрям 802.15.3 використовується не дуже часто, скажімо так.

Speaker A

Взагалі для інтернету речей більше підходять технології, які працюють на невеликих швидкостях, але з високою надійністю та на великих відстанях. А тут на це навпаки, да, висока швидкість і відстань мала. Але існують такі спеціалізовані застосування, там окремі там сенсорні комплекси, іноді промислові

Speaker A

системи, де умови саме такі, тобто там треба передавати на невеликій відстані з великою швидкістю. Там тоді вони також застосовуються, можуть бути застосовані і її це може також ставати частиною системи інтернету речей.

Speaker A

І найважливішим для інтернету речей є четвертий напрям 802.15.4. Цей стандарт був створений для мереж із низьким енергоспоживанням, невисокою швидкістю передавання та тривалою автономною роботою. Ее він лежить в основі багатьох відомих технологій, зокрема тих, що ми говорили, там Zigbee,

Speaker A

Thread, SixLoWPAN, WirelessHART та інше. Основна ідея цього стандарту полягає в тому, щоб різноманітні датчики та інші пристрої могли працювати від батарей і працювати довго, місяцями, роками, передаючи при цьому невеликі обсяги інформації. В подальших редакціях стандарту були поступово додані нові

Speaker A

частотні діапазони, підвищена надійність роботи, з'явилася підтримка промислових мереж і різноманітні механізми для розумних енергетичних мереж.

Speaker A

Ее далі, ну, тобто ми бачимо, що там, її, взагалі з 2003 року розвивається цей стандарт.

Speaker A

Потім було багато редакцій, там 2006 року, 2011, 2015, 2020 року. Зараз сучасною версією стандарту є якраз оця 2020 року.

Speaker A

Е, ну і тут різноманітні покращення і розвитки, там покращення MAC рівня, Smart Utility Networks, розумні електромережі і так далі, і так далі. Тобто підвищилася швидкість, підвищився спектр, розширився, підвищилася точність позиціонування.

Speaker A

Все це охоплюється ось четвертим напрямком. П'ятий напрямок був присвячений комірковим мережам, тобто межмережам у бездротових персональних мережах. Ее в таких мережах кожен вузол може, її утворювати ланцюги з іншими вузлами шляхом передачі інформації далі. Така архітектура дозволяє значно підвищувати

Speaker A

покриття і надійність мережі. Часто використовується в багатьох системах автоматизації, її промислового моніторингу і так далі. Ну і в принципі і в розумних домах також іноді.

Speaker A

Е шостий напрям охоплює мережі для моніторингу стану людини, так звані Body Area Networks. Тут йдеться про сенсори, які розміщуються на тілі або поруч з тілом і передають дані про тіло, про пульс, температуру, рух, інші фізіологічні параметри для телемедицини. Це

Speaker A

використовується для спортивних систем, для носимої електроніки. Сьомий напрям охоплює передачу даних через видиме світло, е-е, оптичний бездротовий зв'язок. Значить, її принцип Visible Light Communication, технологія LiFi називається. В таких системах інформація передається шляхом швидкої зміни інтенсивності світлодіодного освітлення. Е, поки що ця технологія

Speaker A

технологія масовою не стала. Ну, в неї є обмеження певні, е-е, хоча вона розглядається як перспективний варіант для, особливо для своїх особливостей, для, наприклад, приміщень із високими вимогами до електромагнітної сумісності, тобто там, де не бажано використовувати радіочастоти.

Speaker A

Сьогодні робоча група продовжує розвиватися. Якщо раніше вона була переважно спрямована на опис окремих типів бездротових з'єднань, зараз її роль вже перейшла до створення стандартів такого широкого класу для там масштабованих, ее енергоефективних, безпечних мереж інтернету речей, здатних об'єднувати тисячі пристроїв в

Speaker A

єдину цифрову інфраструктуру. Тобто саме ці стандарти, вони стали основою для сучасних більшості сучасних систем розумних будинків, промислового інтернету телемедицини автоматизованого моніторингу середовищ і так далі.

Speaker A

Ну, тобто тут ми бачимо, що наступні е-е напрями, вони охоплюють свої свої якісь ніші, так? Там прямий обмін даними між пристроями без підключення до мережі.

Speaker A

Восьмий напрям протокол керування ключами, дев'ятий напрям маршрутизація на канальному рівні 10-й напрям, як розширення четвертого, да? І 12-й напрям інтерфейс верхнього рівня, спрямований на інтеграцію четвертого рівня з іншими мережами. Тобто ці напрями, вони як розвиток четвертого напряму позиціонуються.

Speaker A

Поступово персональні мережі розвиваються, вони підвищують надійність зв'язку, збільшують швидкості передачі, більш ефективно використовують радіочастотний спектр і підтримують нові напрями, в тому числі нові діапазони частот.

Speaker A

Ну, давайте, раз, четвертий напрям такий важливий, давайте поговоримо про нього більш докладно. Я хотів дещо докладніше описати м пару технологій для того, щоб розуміти, що лежить в їх основі.

Speaker A

Е, до речі, значить, саме стандарт 802154 описує класичну технологію зв'язку, тобто охоплює нижні рівні. Якщо дивитися по моделі осі, да, значить, взаємодії відкритих систем, то знизу в нас фізичний рівень, наступний - це в нас канальний рівень. І ось ее саме ці рівні

Speaker A

охоплюють технології зв'язку, те, що по класиці називається. Значить е як я говорив, він був прийнятий цей стандарт вперше ще в 2003 році, але поступово розвивався і залишається актуальним сьогодні. Саме на ньому базується багато інших технологій, такі як Zigb, Sixlowpen, ISA 111,

Speaker A

ее, та інші. Значить, фізичний рівень визначає, як саме передаються сигнали по радіоканалу. Канальний рівень Media Access Control, тобто доступ до середовища визначає, як прикладні сервіси, як пристрої ділять середовище передачі. Верхні рівні, вони вже вирішують свої задачі, там логіка

Speaker A

мережі маршрутизація безпека. прикладні сервіси. Все це реалізується іншими протоколами, що працюють поверх 802154. Тому його іноді називають фундаментом для інтернету речей. Ідея в тому, щоб цей фундамент створював просту енергоефективну бездротову мережу, бажану дешеву, при цьому, які пристрої можуть працювати від батарей довго.

Speaker A

І це критично важливо для сенсорів в першу чергу, які розташовані, ее, особливо які розташовані у важкодоступних місцях або мають працювати автономно без обслуговування.

Speaker A

Значить, що стосується частот, то ее 802154 працює у неліцензованому спектрі. Е, ми говорили, що, е, значить, тут декілька основних діапазонів. Значить, 868 приблизно мегагц для Європи.

Speaker A

915 МГц середня частота для Північної Америки та Австралії і 2,4 ГГц. Це глобально, тобто у всьому світі. І це так званий ISM діапазон, тобто для неліцензованого використання у медичних, е промислових е системах.

Speaker A

Значить, в принципі, ось ця частота, вона якраз найбільш така по всьому світу працює. І можна використовувати цю технологію без, скажімо так, ліцензування.

Speaker A

А так, значить, ну і, до речі, з одного боку, те, що інші технології використовують цей самий частотний діапазон, може створювати завади, да, якщо ми намагаємося об'єднати декілька технологій в єдину систему. Ну, а з іншого боку, в нас є інфраструктура, яка

Speaker A

створює ну створює наприклад радіомодулі. Так, ці радіомодулі можуть використовуватися в різних технологіях. те, що вони використовують єдину частоту, це якраз спрощує їх розвиток.

Speaker A

Ну і крім того, у саме цьому діапазоні 2,4 Гц забезпечується найбільша швидкість передачі даних, а це дозволяє скоротити час активної роботи передавача і відповідно зменшити енергоспоживання.

Speaker A

У менших частотах швидкість зазвичай менша, ну, але сигнал краще розповсюджується, має менше втрат і для певних сценаріїв це може бути корисним, особливо, наприклад, у там сільській місцевості, е, там, де в нас багато великі відстані.

Speaker A

Так зараз секундочку. Так, да. Значить, типова дальність зв'язку для 802154 становить до 200 м на відкритій місцевості для за умови прямої видимості, а в приміщеннях приблизно від 10 до 30 м. Якщо потрібно збільшувати покриття, то використовуються або більш

Speaker A

потужні передавачі, або ті самі межмережі, де дані передаються від вузла до вузла. Так, ну, ми сказали, що 802154, незважаючи на те, що він давно появився, він не просто зараз актуальний, а він одни з один з базових елементів інфраструктури інтернату речей, тобто в

Speaker A

розумних домах, в промислових сенсорних мережах, в смартенергетичних системах і в багатьох інших застосуваннях, де важливі низьке енергоспоживання, надійність та масштабованість. Саме цей протокол, саме ці технології лежать в основі.

Speaker A

Тут в нас в таблиці, до речі, є колонка модуляція, да? Тобто ми бачимо, що на різних частотних діапазонах 868 та 915 МГц можуть використовувати різні види модуляції і вони забезпечують різну швидкість передачі. Ну, ми вже якось згадували, що BPSK - це в нас фазова

Speaker A

маніпуляція, тобто передача здійснюється за рахунок зміни фазу сигналу. Тобто одна фаза там кодує нуль, інша фаза кодує одиницю. Це така високонадійна ее завадостійка технологія, завадостійка модуляція. На великих відстанях вона дуже непогано працює, хоча забезпечує невелику швидкість передачі, да, ми бачимо там 20

Speaker A

кбіт/скунду всього. Значить, це в нас offset quadrature face shift kein - це більш складна фазова модуляція, ніж ppssk.

Speaker A

Вона передає за раз по два біти, а не по одному і використовує чотири різні фази сигналу. Ну, тобто там в нас лише 0 та 180°, якщо говорити про а це по 360 на на один період, да? То тут чотири різні

Speaker A

точки використовуються. більш краща ефективність ее більш стабільна, до речі, ця модуляція забезпечує більші швидкості передачі і непогано підходить для інтернету речей.

Speaker A

Якраз 802154 чимало реалізацій працює на цій модуляції. Ее свого роду баланс вона представляє між швидкістю і енергоефективністю. Ну і ASK - це в нас амплітудна маніпуляція, так звана Amplitud Shift Key. Тобто інформація передається через зміну амплітуди рівня сигналу. Ну, наприклад, там логічна

Speaker A

одиниця, логічний нуль. Проста реалізація, дешева, але чутлива до завад і шумів. Ми говорили, що Verfed, е, NFC якраз використовується амплітудна маніпуляція.

Speaker A

Тобто, якщо так узагальнювати, то BPSK - це максимально надійний спосіб кодування, але повільний. Значить, OQPSK - це в нас компроміс між швидкістю та надійністю. І ASK простий, дешевий спосіб, але менш надійний, хоча він забезпечує найбільшу швидкість передачі даних.

Speaker A

Так, тепер далі. Ми говорили, що в стандарті 802154, значить, є макрівень, да, значить, канальний, тобто ця технологія, вона охоплює канальний рівень. В тому числі важливим завданням цього рівня і, в принципі, будь-якої бездроотової технології зв'язку є організація спільного доступу до

Speaker A

радіоканалу. Тобто пристрої, які працюють одночасно в одному каналі, не мають заважати один одному. Для цього використовується спеціальний механізм, який називається CSMACA.

Speaker A

Множинний доступ із прослуховуванням несучої та запобіганням колізій. Суть цього підходу в тому, що пристрій перед передачею слухає канал. Якщо канал вільний, то він починає передачу і займає цей канал. тим самим він сигналізує іншим пристроєм, що середовище зайняте. Якщо канал вже

Speaker A

використовується на момент прослуховування, значить передача відкладається на випадковий проміжок часу. Ну, це один з варіантів, е, реалізації алгоритму, значить, прослуховування каналу, запобігання колізіям. запобігання колізіям значить робиться в на для того, щоб не було конфліктів і бо інакше неможливо

Speaker A

передавати одночасно і слухати інші сигнали, да? Тобто передавати і слухати одночасно неможливо. В дротових мережах так роблять, да? Там там в нас широки канали, там можна ее спеціальні методи використовувати для такі, хоча і там використовується середовище і можуть бути колізії, хоть

Speaker A

там просто інші методи застосовуються. Ее значить, такий підхід як правило не ідеальний, як ми зараз описали. Ну, тобто, ее, канал використовується не так ефективно, да? Якщо ви просто передаєте в одному напрямку дані, там, симплексний канал, да, то його ефективність буде

Speaker A

вища, аніж коли ви асинхронно передаєте, приймаєте її між купою пристрою. Теоретично м за рахунок отакого алгоритму перевірки, прослуховування і перевірки зайнятості каналу можна досягти приблизно третини лише використання, ефективного використання цього каналу. В реальних умовах цей показник ще нижче, як правило. Хоча для

Speaker A

інтернету речей там, де в нас вимоги до швидкості передачі не дуже великі, це, як правило, достатньо.

Speaker A

Е, стандарт 802154 задає также базові радіотехнічні параметри. Е, є така потужність, ее, передачі. Значить, потужність передачі використовується у децибелміттах.

Speaker A

Потужність передавача має бути не менше приблизно 3 дБВт. Чутливість приймача близько -85 дБВт. Ну, якщо говорити про 2,4 ГГц.

Speaker A

Е-е, якщо брати низ нижні частоти, то там чутливість має бути ще кращою. Саме при таких параметрах забезпечується стабільний зв'язок при відносно невеликому енергоспоживанні.

Speaker A

Типові струми становлять десятки міліампер, як в режимі передавання, так і прийому. Це дозволяє, саме це дозволяє працювати тривалий час від батареї.

Speaker A

Тобто десятки міліампер - це невеликий струм. Значить е максимальна швидкість передачі в даних в цьому стандарті досягає близько 250 кбітів/скунду.

Speaker A

Ее, ну, 250 кбітів нас секунду. Так, ну, якщо порівнювати зі звичайними мережами, то звісно, що це начебто мало, да, але для сенсорних мереж це, як правило, хватає.

Speaker A

Значить, ми сказали, що архітектурно м цей протокол охоплює е-е два нижні рівні моделі осі. Фізичний рівень відповідає за безпосередньо передачею сигналів, кодування, модуляцію синхронізацією перемикання між передачею, прийомом, а над ним розташований канальний рівень, що забезпечує контроль доступу до

Speaker A

середовища, виявлення помилок, організацію передачі даних між вузлами. Значить, ці всі функції, що ми перерахували, вони реалізуються програмно на мікроконтролерах.

Speaker A

Ну, використовуються при цьому різні варіанти контролерів, там від простих восьмибітних до сучасних арм процесорів, іноді частково інтегровані безпосередньо в радіочипи.

Speaker A

Для взаємодії з вищими рівнями мережевого стеку передбачаються спеціальні інтерфейси, так звані сервісні точки доступу.

Speaker A

Е-е, ну, тобто ось, ее, як це називається, взаємодія з верхніми рівнями йде через сервісні точки доступу.

Speaker A

Один з таких інтерфейсів використовується для передачі даних, а інший для керування та моніторингу роботи мережі. Завдяки цьому верхні рівні, такі як Zigb або Тред, можуть ефективно використовувати можливості нижніх рівнів, не занурювавшись у деталі радіообміну. Ну, тобто працює концепція

Speaker A

відкрити взаємодії відкритих систем на різних рівнях. Щодо режимів організації зв'язку, в стандарті 802154 передбачено два основні режими організації зв'язку з використанням маяків, так званих Bкоon, і без маяків. Значить, в маяковому режимі працює мережа під керування спеціального вузла координатора.

Speaker A

Він періодично передає сигнали маяки. які виконують декілька функцій. По-перше, дозволяють новим пристроям приєднуватися до мережі, по-друге, синхронізують роботу вузлів і, по-третє, задають часову структуру обміну даними. Це важливо для пристроїв, що працюють від батарей, тому що вони можуть більшу частину більшу частину

Speaker A

часу спати і прокидатися лише в моменти, коли очікується маяк. Це така синхронна синхронне розповсюдження по мережі спеціальних сигналів.

Speaker A

Після утримання маяка. Це в нас час. Та тут в нас тут картинка. Зліва направо йде час. Спочатку сигнал маяка, а потім починається так званий supercadдр superfame. Е-е, це така група, значить, сигналів, яка які йдуть один за одним і

Speaker A

ее представляє собою цей суперкадр структурований інтервал часу поділений на 16 однакових слотів по часу. Частина цього часу використовується для звичайного доступу до каналу з конкуренцією між пристроями, а частина для гарантованої передачі. Е-е, ну, тут у нас секція ось ця, конфліктний період

Speaker A

доступу. Вона показує період, коли середовище зайняте, слоти не використовуються, пристрій знаходиться в стану сну, в низькоенергетичному стані.

Speaker A

Ну, а справа блакитна секція - це охоплює вона слоти. Коли конфліктів немає, передача можлива.

Speaker A

І ось тут, е, в цей період без конфліктів можуть резервуватися, виділятися гарантовані часові інтервали, так звані GTS.

Speaker A

Е, вони резервуються для конкретних пристроїв і в цей час ніхто інший не може передавати дані. Ну, отут ми зарезервували під перший пристрій. Він буде, значить, лише перший. Інші не мають в цей час передавати. І це дозволяє забезпечувати передбачену

Speaker A

передбачувану затримку і пропускну здатність, що є важливим в промислових мережах, в критичних системах. Координатор, який ее координує весь цей процес, дозволяє е-е динамічно змінювати розподіл цих інтервалів залежно від навантаження мережі. Такий підхід добре працює в енергоефективних системах, оскільки пристрої працюють за розкладом,

Speaker A

можна сказати, і не витрачають зайву енергію на постійне прослуховування каналу. А от інший варіант безмаяковий режим. Е-е, в цьому випадку координатор не передає маяки, а всі пристрої працюють у з одного боку більш простій схемі, але вона менш енергоефективна.

Speaker A

Е, вузли постійно працюють у режимі готовності до прийому і доступ до каналу здійснюється за допомогою того самого механізму CSMACA, про який ми щойно говорили. Тобто перед передачею пристрій виконує процедуру оцінки стану каналу. Це називається CCA, Clear Channel Assessment. Він перевіряє,

Speaker A

чи не зайнятий канал. Якщо канал вільний, то передача починається. Якщо канал зайнятий, пристрій чекає випадковий час і потім повторює спробу на передачу.

Speaker A

До речі, там в стандарті визначено декілька режимів оцінки стану каналу. Тобто є різні алгоритми того, як ми ее оцінюємо стан каналу. Там є п'ять таких ее режимів. Вони відрізняються способами визначення зайнятості каналу.

Speaker A

Найпростіший випадок те це перший CCI1 називається. Е-е, пристрій просто вимірює рівень сигналу і якщо він перевищує поріг, то вважається, що канал зайнятий. Е-е, в інших режимах перевіряється не лише рівень сигналу, тобто енергія, а і ная наявність правильного, так би мовити, сигналу. Ну,

Speaker A

тобто, наприклад, з певною модуляцією, тобто перевіряється ще додаткова модуляція цього сигналу. Може використовуватися часовий аналіз. Ну і найбільш складний - це п'ятий режим комбінований. То він дозволяє е-е точніше визначати стан каналу, але є складнішим у реалізації та більш

Speaker A

енерговитратним. Е загалом, якщо порівнювати ці два режими, то Маякови забезпечує кращу енергоефективність і керованість, але в реалізації він більш складний. Тобто, щоб реалізувати весь цей розклад, треба мати більш складний координатор.

Speaker A

Безмаяковий режим простіший в реалізації, але він споживає загалом більше енергії і не гарантує таких стабільних характеристик передачі, як маяко.

Speaker A

Саме тому в сучасних айтсистемах вибір конкретного режиму залежить від конкретного застосування. Якщо нам важливіша економія енергії, значить, вибираємо маяковий режим. Якщо нам більш важлива простота і гнучкість мережі, значить можемо вибрати без маякої мережу. Ну, що значить вибрати? Це

Speaker A

значить купувати саме те обладнання, яке розраховано на відповідний режим передач і потім його об'єднувати в єдину систему.

Speaker A

Так, тепер топології мереж. Значить, е-е, в стандарті 802154 передбачено, е-е, два основні типи пристроїв, які виконують різні ролі в мережі. Ми, в принципі, про це вже згадували, коли говорили про е-е бездротові сенсорні мережі. Значить, перший тип - це

Speaker A

повнофункціональні пристрої FFD, Fully Function Device. Вони є найбільш розумними, скажімо так, в мережі. можуть працювати в різних топологіях, можуть виконувати роль координатора персональної мережі і взаємодіяти з іншими подібними пристроями. Саме саме такі повнофункціональні пристрої забезпечують керування мережі. А другий

Speaker A

тип - це пристрой з обмеженою функціональністю RFT, reduced Function Devices. Вони значно простіші в реалізації, можуть працювати лише в зіркоподібній топології, не можуть виконувати функції координатора і взаємодіють лише з центральним вузлом мережі, з координатором.

Speaker A

Значить, типовий приклад reduced function devices - це датчики. Ну і ще така характерна відмінність.

Speaker A

Повнофункціональні пристрої, як правило, живляться від електромережі, тобто дро дротом, да, живляться. Ее а reduce function devices обмежено функціональні, вони, як правило, від батарейок і акумуляторів живляться.

Speaker A

Значить е про топології. Значить, найпростіший варіант - це зірка. Ми сказали в такій мережі. Всі пристрої спілкуються між собою через центральний вузол-координатор.

Speaker A

Це спрощує організацію мережі, але створює залежність від одного вузла. Інший варіант - це пілінгова топологія.

Speaker A

Також вона називається одноранговою або комірковою топологією. Тут пристрої можуть напряму обмінюватися даними з своїми сусідами. Ну, це стосується в першу чергу повнофункціональних пристроїв.

Speaker A

Хоча, якщо брати RFD, то вони можуть в якості листкових використовуватися. Просто вони не можуть утворювати декілька одночасно зв'язків. Вони можуть тут до повнофункціональних приєднуватися. Тобто така комбінована. А от само саму пірінгову, саму меж структуру будуть утворювати повнофункціональні пристрої.

Speaker A

Ее, значить, ну, це робить структуру таку більш гнучкою, більш надійною, більш живучою, можна сказати, але для побудови складних мереж зазвичай потрібні додаткові протоколи вищого рівня. Ну, наприклад, з їх бі. Тобто це ее недостатньо тоді лише ось цієї технології. Треба використовувати ще

Speaker A

надбудову. Значить, ми сказали координатор. І там, і там координатор виконує важливу роль. Він відповідає за створення мережі, за розширення її мережі, за налаштування і управління. Саме координатори передають ті самі е маяки та інші службові сигнали. Зберігає інформацію про

Speaker A

відключені пристрої і підключені. На відміну від датчиків, координатори зазвичай постійно увімкнені і живляться від електромережі, як ми сказали.

Speaker A

Ее, значить ну а RFD пристрої, вони, оскільки вони працюють від батарейок, то вони більшу частину часу сплять, періодично прокидаються, знаходять мережу, передають дані і знов переходять у сплячий режим. Як ми говорили, що вони в циклі знаходяться, накопичують енергію. Ну, а це стосується, якщо в нас

Speaker A

відновлювана енергія, тобто не з акумуляторів, а з зовнішнього середовища, да? А потім, коли накопичили, ну, все все одно треба мати акумулятор, да, щоб накопичити енергію.

Speaker A

Накопичили, передають і знов засинають. Е, також у межах мережі можливі широкомовні повідомлення, тобто передача даних одразу всім вузлам. Для цього використовується спеціальний ідентифікатор мережі, який означає, що повідомлення адресоване всім пристроям.

Speaker A

Так, да. Ну, значить, ще поговоримо про деякі аспекти стандарту 802154. Наприклад безпека. Цей стандарт має вбудовані певні механізми безпеки, що забезпечують захист даних.

Speaker A

Основна ідея в тому, щоб розробник міг обирати рівень захисту залежно від вимог до системи.

Speaker A

Ну, як правило, це баланс між безпекою, енергоспоживанням і продуктивністю. Якщо ми підвищуємо безпеку, то, як правило, більше витрачається на це енергії і продуктивність знижується.

Speaker A

Значить, в стандарті прописано використання симетричних симетричної технології шифрування на базі АС. Ее, значить, це симетрично, да? Значить, коли один той самий ключ використовується і для шифрування, і для розшифрування даних.

Speaker A

Ну, може використовуватися шифрування, може використовуватися перевірка цілісності додаткова та автентичності повідомлень. Є там різні режими, ее, в яких може працювати, можуть працювати пристрої з підтримкою цих функцій безпеки. Ну, там, наприклад, ASTR - це режим, який відповідає лише за шифрування даних. Є

Speaker A

там AS CBC Mac. Це режим, що використовується для перевірки автентичності і створення кодів цілісності повідомлень.

Speaker A

Ну і найбільш повний варіант ISCCM поєднує і шифрування, і перевірку автентичності, і також контроль цілісності і захист від повторного відтворення старих повідомлень.

Speaker A

І додатково кожен пристрій в мережі може використовувати список контролю доступу, так званий ACL, Access Control List. В цьому списку зберігаються довірені сусіди, ключі шифрування і параметри безпеки для кожного з'єднання. Такий список може містити до 255 записів і фактично

Speaker A

визначає, з ким і як пристрій може обмінюватися даними. Додатково на макрівні перевіряється свіжість пакетів, так би мовити, тобто чи не є повідомлення застарілим або повторно надісланим. Це захищає мережу від повторного відтворення, від атак повторного відтворення.

Speaker A

Щодо керування ключами існує декілька підходів. Один з них більш простий, коли всі пристрої використовують один єдиний мережевий ключ. Це легко реалізується, але менш безпечно, бо компроментація одного вузла ставить під загрозу всю мережу. Інший варіант - це парні ключі

Speaker A

між кожною парою пристроїв. Значно підвищує безпеку, але ускладнює, звісно, що керування. Ну і використовуються групові ключі, коли один ключ є спільним для групи пристроїв. На практиці часто застосовуються саме гібридні схеми, які комбінують ці підходи в залежності від конкретної задачі.

Speaker A

Значить, тепер далі. Стандарт Zigb. Це протокол бездротових персональних мереж, який побудований поверх ITLE i802154 технології.

Speaker A

Його основне призначення - це створення недорогих енергоефективних Айот систем для домашніх і комерційних застосувань.

Speaker A

Ее назва Zigb взагалі походить від поведінки бджіл. Коли вони вони з їх загами переміщуються між квітами. От їх польоти нагадують передачу даних у межмережі, де повідомлення проходять через багато вузлів від одного пристрою до іншого.

Speaker A

Значить, історично розвиток Зigбі почався як відповідь на потребу в малопотужних бездротових мережах в 90-х ще роках. У 2002 році було створено Zigb Alнс.

Speaker A

А після появи стандарту в 2003 році стандарту 802154 почалася розробка самого протоколу Zigb. Перші специфікації з'явилися десь в середині 2000-х, а далі відбувалося по поступове оновлення версій. Там Zigb 2004, 2006, 2007, відомі як Zigb Pro.

Speaker A

Всі вони давали свої покращення для масштабованості сумісності. Ее ось 2000, значить, там ZIGB Pro версія частково обмежила сумісність з попередніми версіями. До речі, ее, значить, щодо розподілу релей між стандартом 802154 і Zigb, значить, ми, в принципі, говорили, що 12 2 802154 - це огоплює в

Speaker A

нас фізичний рівень та рівень доступу до середовища, базовий радіозв'язок і передачу кадрів. От. А те, як будуються вже складні мережі, як відбувається маршрутизація, як прикладні сервіси працюють саме, це додається Zigb. Ну, там у нас картинка була ось, тобто ось

Speaker A

Zigb Network і Zigb застосунки. Це все працює поверх наших двох рівнів. Значить, ну і саме тут, до речі, і організуються ті самі там межпологі, прикладні профілі і так далі. Організаційно ZigB Альянс виконує роль подібну до Wi-Fi альянс для

Speaker A

вай-фаю. Тобто він визначає профілі пристроїв, тестує сумісність, сертифікує пристрої. Виробники, які хочуть використовувати протокол ZIGB, тобто створити Zigb сумісні пристрої, наприклад, вони мають пройти сертифікацію, ее ліцензію отримати. Це платний протокол, невідкритий. Отримують в результаті право використовувати логотип Zigb, що гарантує сумісність ее

Speaker A

обладнання різних виробників. Де в нас там логотип? Ось він логотип. Да. Ну, тут у нас, до речі, є декі деякі параметри цього стандарту. Якому частотному діапазоні відомому нам, з якою бітовою швидкістю працюють, який тип моделяції сигналу використовується, е, ну, і так далі. Там чутливість

Speaker A

приймача, потужність передавача, розмір пакету в ба в байтах, адресація 16 та 64хбітна і вимога до реалізації стеку протоколів у кілобайтах. Тобто скільки на контролері нам треба мати постійної пам'яті для прошивки і оперативної пам'яті для роботи цієї прошивки у

Speaker A

ввімкненому стані. Значить ее далі. Значить, оскільки ЗIг орієнтований на меж мережі, він підтримує самовідновлення.

Speaker A

Якщо один шлях у мережі зникне, система може автоматично знайти інший маршрут. Ее відома відомий цей стандарт своєю відносною простотою, легким стеком, що зменшує складність програмної реалізації, всього 45-128 Кб.

Speaker A

Виділяються різні типи пристроїв. Значить, ее, ну, ось у нас тут на картинці видно, значить, контролер або координатор ZigB, він тут позначений як ZC. Значить, ось ці фіолетові кружечки, це в нас центральні вузли, ее координатори, про які ми, в принципі,

Speaker A

говорили. Вони створюють мережу, керують підключенням пристроїв, розподіляють мережеві адреси. В кожній мережі може бути лише один такий координатор. І після створення мережі він може починати виконувати функції маршрутизатора. А маршрутизатор - це другий тип пристроїв.

Speaker A

Ось ці помаранчеві кружечки такого ж розміру, е, проміжні вузли, які передають повідомлення далі, беручи участь у маршрутизації і допомагають розширювати покриття мережі. Тобто вони можуть підключати нові пристрої і розподіляти адреси. Ну і третій пристрій - це більш маленькі кінцеві пристрої

Speaker A

Zigb. Вони тут як Z позначені. Ее Edge devices, да? Значить, це найпростіші вузли, датчики, вимикачі тощо. Не маршрутизують трафік, працюють зазвичай як сплячі енергоефективні пристрої. І їх роль лише передавати або отримувати дані через батьківський вузол, координатор або маршрутизатор.

Speaker A

Тобто тут вони в якості ось цих самих листків використовуються в цій ієрархії. От тільки від нього лише один канал може бути.

Speaker A

А от маршрутизатор декілька каналів утворює. Значить, щодо типів трафіку, Zigb підтримує декілька сценаріїв. Тут можуть бути періодично дані, що періодично надсилаються, розсилаються там покази датчиків, наприклад. Через певний інтервал часу треба передавати дані про температуру. Ось це один режим передачі.

Speaker A

Також є подієвий трафік, коли дані переміщаються при виникненні подій лише наприклад, ко коли ми натискаємо там кнопку якусь або коли там ее відеосистема, значить, як це називається, побачила рух в кадрі. Значить, це подія і тоді розсилаються дані. Ну і окремо виділяють

Speaker A

низькотентні повідомлення, які потребують швидкої реакції, наприклад, для керування пристроями введення. Значить, по топологіях, значить, Zigb підтримує три основні топології. Це зіркова топологія, де кінцеві пристрої підключені до єдиного координатора.

Speaker A

Проста, але має обмежену дальність і залежить від центрального вузла. Друга деревоподібна, значить, або топологія кластерного дерева. Тут мережа має ієрархічну структуру. Пристрої можуть підключатися до батьківських вузлів, до маршрутизаторів.

Speaker A

або до координатора. Після того, як координатор підключив всю мережу, він може також брати на себе функції маршрутизатора. До нього можуть підключатися ці Z пристрої.

Speaker A

Значить, е, ну, і система стає більш розгалуженою, може охоплювати ее більшу площу, хоча ее за залежність від, ну, скажімо так, вразливість центрального вузла все одно залишається. Ну і третя меж топологія. Пристрої можуть напряму передавати дані одне одному, один одному

Speaker A

через різні маршрути. Це найбільш гнучкий варіант. Мережа може самостійно перебудовувати маршрути, обходити відмови, працювати навіть при зміні топології. Ну, але такі мережі складніші в керуванні, потребують більше ресурсів від маршрутизатора і зазвичай мають постійне живлення.

Speaker A

Значить, ну, тобто ми бачимо, що якщо тут в нас від кожного маршрутизатора іде лише ее один шлях до некінцевих пристроїв да тобто наприклад до іншого маршрутизатора або до координатора, то тут в нас ее від одного маршрутизатора може бути декілька

Speaker A

шляхів, що йдуть до інших маршрутизаторів або координатор. Ось цим відрізняється меж топологія. Значить, ее, ну, ми бачимо, що система досить гнучка. Вона підходить для i-систем. М, вона була розроблена саме для, так, для таких систем, де важливі енергоефективність, масштабованість і

Speaker A

можливість роботи великої кількості простих пристроїв в межах однієї мережі. В Згбі теоретично можна розгорнути до 65 000,5 кінцевих пристроїв згбі. Ми там говорили про 16бітні адреси. Значить, ось це обмежує кількість пристроїв, що можуть підключатися до однієї мережі.

Speaker A

От вам і персональна мережа називається 65 000 пристроїв. Тепер е-е які є відмінності від 802154 стандарту саме в Zigb? Ми говорили, що взагалі ZigB працює поверх 802154.

Speaker A

Але важливо, що він використовує цей стандарт не повністю, а лише використовує частину функції фізичного рівня і частину функції канального рівня. Найчастіше Zigb працює саме в 2,4 ГГц подібно до блютузу.

Speaker A

А однак, на відміну від блюuзу, підтримує і інші частоти. 868 ГГц в Європі, 915 у США і Австралії. Е-е, ну і якщо брати, ми говорили, якщо брати менші частоти, значить вони краще проходять крізь стіни через перешкоди, але мають компроміси по швидкості.

Speaker A

Значить, стосовно мак рівня, ZigB використовує механізм CSMACA, ми говорили для уникнення колізій в каналі, коли пристрої спочатку слухають середовище, лише потім передають дані.

Speaker A

Крім того, ZigB може обмежувати або координувати обмін даними віж вузлами через механізми макрівня, додаткові механізми. Е-е, значить, важливо, що Zigb не використовує деякі функції, зокрема маяковий режим. Zigb не використовує. Також ZGB не використовує оті гарантовані часові інтервали GTS в

Speaker A

суперкадрах, що ми щойно говорили. Е, завдяки цьому реалізація спрощується, але зменшуються можливості жорсткого таймінгу. Тобто, е, по таймінгу тут не така жорстка сумісність.

Speaker A

Також Zigb має власну модель безпеки. Вона частково базується на АС режимах зі стандарту 802154, зокрема CCM метод прослуховування каналу, але адаптована під потреби айт пристроїв з обмеженими ресурсами. Тут загальний акцент робиться на балансі між безпекою і енергоефективністю.

Speaker A

Ну, скажімо так, в бік енергоефективності. Тобто максимальний рівень захисту - це не пріоритет в даному випадку.

Speaker A

Історично ЗГБІ будувався на основі версії 8021543 року, тобто до появи пізніших удосконалень стандарту. І через це його базові реалізації мають дещо нижчу продуктивність і більш просту функціональність порівняно з оновленими версіями 2154, які з'явилися пізніше, там 2006, 11, 15,

Speaker A

20-й роки. Тобто можна сказати, що ці два стандарти, вони розвиваються паралельно і дещо в різних напрямках.

Speaker A

Так, стек протоколу, значить, стек протоколу Zigb, е, цей стек побудований таким чином, щоб бути відносно простим, але при цьому достатньо функціональним для побудови мереж інтернету речей. Значить, ну, взагалі він охоплює, да, значить, якби охоплює і нижні рівні, значить, там

Speaker A

фізичний і, ее, канальний, що забезпечується стандартом 802 154. Але основне в ньому те, що унікальне, да, це наступні режими. Рівень каналу передачі даних, мережевий рівень, рівень підтримки застосувань.

Speaker A

Мережевий рівень використовується усіма типами пристроїв з їх бій, координаторами, маршрутизаторами, кінцевими вузлами. Саме мережевий рівень відповідає за формування та підтримку межреж. Там пошук маршрутів, маршрутизація пакетів, відновлення зв'язку в разі зміни топології. Все це відбувається на мережевому рівні. Під час приєднання

Speaker A

нового пристрою мережевий рівень призначає йому логічну мережеву адресу, що дозволяє інтегрувати його в систему.

Speaker A

Далі вище знаходяться рівні, що відповідають за застосунки. Там рівень application supportayer забезпечує зв'язок між мережею та прикладними програмами, керує таблицями прив'язок binding, які визначають, які пристрої і сервіси мають взаємодіяти між собою. І на цьому рівні використовуються так звані об'єкти застосунків, які

Speaker A

обмінюються даними через кластери, набори атрибутів із певною функціональністю. Взаємодія між такими об'єктами може описуватися і формалізуватися, зокрема, через профілі застосунків. В одному пристрої Zigb може бути до 240 кінцевих точок, кожна з яких виконує свою роль у системі.

Speaker A

Ну, далі окрему важливу роль відіграють так звані Zigb device objects. Значить, ZDO. Значить, Zigbit Device Object - це об'єкт, який зазвичай працює на кінцевій точці нуль. Це центральний службовий компонент, що відповідає за загальне керування пристроєм: приєднання до мережі, керування ролями, політиками

Speaker A

безпеки, ключами шифрування, виявленням інших пристроїв і сервісів у межах мережі. Саме Zigb device object також координують процес прив'язки між пристроями, забезпечуючи логічні зв'язки між їхніми кінцевими точками. До речі, що це за прив'язки? Значить, концепція прив'язки - це така ключова концепція

Speaker A

Zigb, що визначає логічний зв'язок між двома кінцевими пристроями, там, кінцевими точками, джерелом і приймачем.

Speaker A

При цьому враховується тип кластера і профіль застосунку. Такі зв'язки можуть працювати як один до одного, як один до багатьох і як багато до одного. Ну, як в базах даних. Наприклад, значить, в нас може бути декілька вимикачів, які керують однією лампою. От у вас ви

Speaker A

хочете лампу вмикати не одним вимикачем, да, а декількома. А можете одним. Якщо одним вимикачем, у вас один до одного прив'язка так іде. Якщо декілька вимикачів одну лампу вмикають, значить це в нас багато до одного. Може бути таке, що у вас один вимикач за за групу

Speaker A

ламп відповідає. Це значить знов то в інший бік, да, один до багатьох. І в принципі існують е-е варіанти, коли один вимикач е-е значить, коли декілька вимикачів можуть групою ламп керувати.

Speaker A

Ну і профілі застосунків. Значить, профілі застосунків зазвичай визначаються виробниками і задають набір сумісних пристроїв і сценарії їх взаємодії. Наприклад, там система освітлення, м система пожежної сигналізації, різні профілі. Всередині таких профілів пристрої взаємодіють через кластери.

Speaker A

Кожен з кластерів має свій унікальний ідентифікатор, що дозволяє однозначно визначати його функцію в мережі. У нас може бути декілька кластерів в одній мережі.

Speaker A

Далі, що стосується адресації, е-е, як ми вже говорили, пристрої е-е ZigB працюють поверх фізичного та канального рівня стандарту 802154.

Speaker A

Використовують їхні базові структури кадрів. При цьому на верхніх рівнях, на мережевому та прикладному дані організуються вже у власні формати Zigb, тобто відбувається таке собі нашарування протоколу. Фактично ZIGB додає до 802154 логіку мережі та прикладної взаємодії пристроїв.

Speaker A

Ну, якщо б ми подивилися на структуру пакетів, я тут не став додавати структури пакетів, ну, це надто вже докладно, але якщо так описати коротко, там кадр фізичного та макрівня 802154 доповнюється заголовками мережевого рівня з їх бій. Дані, що ро розміщуються

Speaker A

в пакетах, значить, доповнюються заголовками прикладного рівня. Тобто ці рівні відповідають за маршрутизацію межрежі і організацію взаємодії між застосунками пристроїв. По адресації, значить, Згбі кожен вузол може мати два типи адрес.

Speaker A

Значить, перший це довга 64бітна адреса. Вона присвоюється виробником обладнання, є унікальною для кожного пристрою. Ну, це подібно до того, як там макладреси ее звичайного нашого мережевого обладнання на на TCPIP. Та тут там вони е-е макдреси скільки вони там е-е

Speaker A

не пам'ятаю там 20тибітні чи скіких там 128мибітні а тут 64бітні. Е-е, значить, ця адреса не змінюється протягом усього життя пристрою. Тобто фактично це така собі апаратна ідентифікація подібна до макдресації. Значить, інша частина цієї адреси, старші 24 біти, відповідає організаційному

Speaker A

ідентифікатору виробника. Решта призначається самим виробником. Ну, а другий тип адрес - це коротка 16-титна адреса, яка призначається всередині мережі Zigb після приєднання пристрою. І вона використовується для власне маршрутизації всередині мережі. Може змінюватися при перепідключенні або перебудові мережі. Значить, в нас такий

Speaker A

собі виходить адресний простір 16тибітний. І саме це обмежує нам кількість пристроїв числом 6500 приблизно.

Speaker A

Стосовно маршрутизації, ми говорили, що там маршрутизація, це така потужна особливість Zigb, да, в межмережах особливо значить маршрутизація в межмережах базується на поєднанні декількох підходів. е-е саме які дозволяють мережі бути і гнучкою, і самовідновлюваною.

Speaker A

Основними підходами є так званий adhook on demand distance vector, протокол маршрутизації за запитом і алгоритм дерева кластерів. Значить, що стосується протоколу маршрутизації за запитом AODV, то він базується на ідеї, що вузли не будують повну карту мережі заздалегідь, а маршрут створюється лише

Speaker A

тоді, коли один пристрій реально потребує передати дані іншому. Якщо маршруту ще немає, то запускається процес його пошуку.

Speaker A

Вузли важливо не зобов'язані постійно зберігати інформацію про всі можливі маршрути, а працюють лише з тими шляхами, які реально використовуються.

Speaker A

Цей протокол підтримує як одноадресну, так і групову передачу даних і належить до реактивних протоколів, тобто реагує тільки на запити, а не працює постійно в фоновому режимі.

Speaker A

А другий підхід - це алгоритм деревокластерів. В цьому випадку мережа організовується у вигляді кластерів із головними вузлами, які координують свої підмережі. Такі кластери з'єднуються між собою через спеціально визначені вузли, формуючи ієрархічну структуру. Е, це дає простішу організацію мережі, але менш гнучку, ніж

Speaker A

повноцінна межструктура, оскільки альтернативних шляхів зазвичай менше. Ну, тобто AUDV - це в нас для меж мереж, алгоритм дервокластерів для побудови кластерни деревоподібних мереж. Ми говорили значить про топології стосовно способів передачі даних.

Speaker A

Значить, ми говорили, що там підтримується декілька передач. Значить, широкомовна передача, коли пакет надсилається всім вузла в мережі. Ну і другий - це маршрутизація в межмережі з використанням таблиць маршрутів. Якщо шлях для адресата вже відомий, то дані передаються найефективнішим маршрутом.

Speaker A

Ну, якщо ні, значить будується потрібний маршрут. Такий підхід дозволяє проходити до приблизно 30 стрибків між вузлами. Тобто шлях може бути дуже довгим. А при деревоподібній маршрутизації повідомлення передається від одного вузла до іншого за ієрархією дерева. Це третій варіант е передачі даних.

Speaker A

простіший з точки зору ресурсів і пам'яті, але менш надійний, бо немає такої надмірності шляхів, як межрежа Zigb. Ее при такій маршрутизації маршрут може складати приблизно до 10 хопів, до 10 рівнів.

Speaker A

Хоча 10 - це також не немало, да? Значить, ми знаємо, що колись там на зорі розвитку локальних мереж ее діяло правило максимум чотири комутатора між вузлами. Тобто намагалися мережу так по побудувати, щоб е-е між будь-якими пристроями, що обмінюються

Speaker A

даними, було не більше чотирьох комуторів, тому що інакше затримка дуже сильно зростала. Але це були ті часи, коли ще був STP протокол класичний, він повільний був, а потім з'явилися його більш реактивні, більш такі ефективні розвитки, да? Значить, і тому, в

Speaker A

принципі, зараз таке обмеження вже в прямому вигляді не працює. Але якщо так порівнювати, то там було чотири маршрутизатора, тут до 10ти може бути. Ну, умовно, да, в шляху.

Speaker A

Так, ну і окремо може виділятися маршрутизація від джерела, що використовується переважно в системах з концентрації її даних. І така маршрутизація схожа на підхід, в яких який застосовується в інших йод протоколах, таких як Zwaave. Ми будемо про нього ще говорити.

Speaker A

Процес пошуку маршруту запускається тоді, коли необхідно знайти новий шлях або відновити втрачений. Вузол розсилає запит на пошук маршруту по мережі. І вузли, які отримують цей запит, відповідають можливими варіантами шляхів. Далі система аналізує отримані маршрути і оптимає обирає оптимальне з

Speaker A

них, враховуючи, наприклад, затримки або ймовірність успішної доставки даних. А ще один механізм Zigb - це асоціація.

Speaker A

Асоціація процес приєднання нового пристрою до вже існуючої мережі. Значить, важливо, що кінцеві пристрої, ми говорили, не беруть участі в маршрутизації. Ті самі Edge devices, вони працюють лише через свій батьківський вузол, яким зазвичай є маршрутизатор або іноді координатор. І

Speaker A

ось коли координатор дозволяє новому пристрою приєднатися до мережі, то запускається ця процедура асоціації. В межах цієї процедури пристрій проходить етапи пошуку мережі, узгодження параметрів і отримання дозволу на участь у персональній мережі.

Speaker A

Якщо пристрій втрачає зв'язок зі своїм батьківським вузлом, він може повторно приєднатися до мережі через процес, який називається сирідство. Тобто повторна асоціація після втрати зв'язку.

Speaker A

Е, технічне приєднання починається із запиту маяка. Новий пристрій сканує ефір і шукає мережі, які дозволять підключення нових вузлів. На основі отриманих маяків він обирає мережу та надсилає запит на приєднання. Спочатку такі запити приймає тільки координатор, але після розширення мережі частину

Speaker A

функції можуть виконувати і інші вузли, що допомагають масштатобувати цю систему. Ее, значить, на певних рівнях ми говорили, реалізуються функції безпеки.

Speaker A

Е, безпека побудована на базі механізмів стандарту 802154, але розширено для потреб i аot мереж. З іх використовується декілька основних підходів. Ми говорили списки контролю доступу, 128бітне шифрування АС і механізми контролю так званої свіжості повідомлень, що запобігають повторному використанню старих пакетів. Модель

Speaker A

безпеки розподілена між різними рівнями стеку. На рівні застосунків відбувається формування ключів і передача захищених сервісів для об'єктів device objects. Значить, мережевий рівень відповідає за маршрутизацію і вибір ключів. Якщо доступний ключ з'єднання між вузлами, то використовується він. Якщо ні,

Speaker A

застосовується мережевий ключ. На рівні Мак безпека реалізується через механізми, що визначені нижніми рівнями і керуються через API верхніх рівнів.

Speaker A

Значить, в Zigb може використовуватися декілька типів криптографічних ключів. Основний - це майстер ключ, який може бути встановлений виробником або користувачем і є свого роду базою довіри для пристрою. Далі йде мережевий ключ, який забезпечує захист усієї мережі від зовнішніх атак. І третій тип плюс

Speaker A

з'єднання, що використовується для захищеної взаємодії між двома конкретними пристроями. Тобто він забезпечує найвищий рівень безпеки для пари вузлів, але потребує більше ресурсів для зберігання. Тому на практиці іноді використовується мережевий ключ як компроміс між безпекою та витратою ресурсів. Ключами в мережі

Speaker A

керує центр довіри, так званий трастцентр. Спеціальний вузол, який відповідає за розподіл та управління ключами. Зазвичай роль центру довіри виконує координатор ZB. В принципі, існують варіанти, коли його виносять в окремий пристрій. Центр довіри використовує три основні функції: автентифікацію пристроїв, керування

Speaker A

ключами та загальне налаштування політик безпеки. працювати може в різних режимах, як більш локальний, скажімо так, обслуговуючи ключі лише для своєї персональної мережі, або повноцінний комерційний центр керування ключами. Ну, скажімо так, він може обслуговувати кластер пристрою, а він може обслуговувати і всю мережу, тобто

Speaker A

різні режими роботи траст-центру. На рівні протоколу ZIGB використовує 128бітні ключі АС. На рівні MAC в нас там доступні режими, про які ми говорили. ASCTR, ASCBS Mac, AS CCM.

Speaker A

На мережевому рівні переважно використовується ASCCM 128, який забезпечує одночасно шифрування та контроль цілісності даних.

Speaker A

Цілісність повідомлень гарантує, що дані не були змінені під час передачі, що особливо важливо для захисту від атак типу людина посередині. Для цього в пакетах використовуються спеціальні поля перевірки цілісності.

Speaker A

Що стосується автентифікації, то вгбі вона досягається або через спільний мережевий ключ, або через унікальні ключі між окремими парами пристроїв. Ну і окремо, ми сказали, застосовуються таймери свіжості повідомлень. Вони дозволяють виявляти застарілі повідомлення або повторно надіслані пакети і відхиляти їх. Це

Speaker A

захищає мережу від атак повтору. Такі таймери оновлюються при зміні ключів і працюють як для вхідних, так і для вихідних повідомлень.

Speaker A

Ну що ж, по 802 154 та Zigbie є? Ні, це зрозуміло. Немає. Так. Ну добре. Значить, чому ми так докладно зупинилися на цій технології?

Speaker A

Тому що, ну, по-перше, вона популярна. Тобто зараз на ринку багато є ZB сумісних пристроїв, на базі яких можна створити там свій розумний дім, своє розумне підприємство і так далі. Тобто це популярний протокол, е, хоча він і пропрієтарний, але, ее, ну, він багато

Speaker A

ким підтримується, багатьма виробниками. З іншого боку, ми докладно більш розглянули цю технологію, щоб побачити, як тут, ну, що чим взагалі займається протокол передачі, да? Тобто на яких рівнях які задачі вирішуються, ми тут побачили.

Speaker A

Ну доб.

Topics:Інтернет речейIoTперсональні мережіIEEE 802.15Bluetooth Low EnergyZigbeeZ-Waveстандарти передачі данихбездротові мережіVisible Light Communication

Frequently Asked Questions

Що таке стандарт IEEE 802.15.4 і чому він важливий для IoT?

IEEE 802.15.4 — це стандарт для мереж з низьким енергоспоживанням і невисокою швидкістю передачі даних, що дозволяє пристроям працювати довго від батарей. Він лежить в основі таких технологій, як Zigbee, Thread і WirelessHART, широко використовується в IoT.

Які основні напрями роботи робочої групи IEEE 802.15?

Робоча група IEEE 802.15 розробляє стандарти для Bluetooth, співіснування бездротових систем, високошвидкісних персональних мереж, енергоефективних мереж, коміркових мереж, Body Area Networks та Visible Light Communication.

Чому Bluetooth Low Energy є популярним у IoT?

Bluetooth Low Energy забезпечує низьке енергоспоживання при достатній швидкості передачі даних, що робить його ідеальним для персональних пристроїв і сенсорів у IoT, де важлива тривала автономна робота.

Get More with the Söz AI App

Transcribe recordings, audio files, and YouTube videos — with AI summaries, speaker detection, and unlimited transcriptions.

App Store Google Play

Or transcribe another YouTube video here →