IEEE802.15.3简述

第5章IEEE802.15.3High-rateWPANOverview5.1前言5.2IEEE802.15.3的初步認識5.3IEEE802.15.3的網路架構與運作5.4IEEE802.15.3的傳輸模式5.5IEEE802.15.3的安全機制5.6結語ieee802.11:2WirelessNet5.1前言移動(movement)時對數據(data)、多媒體(multimedia)資訊存取要求針對多樣化網路環境及使用者需求，IEEE製訂了：長距離的無線都會型區域網路(WirelessMetropolitanAreaNetwork,WMAN)–IEEE802.16中距離的無線本地型區域網路(WirelessLocalAreaNetwork,WLAN)–IEEE802.11近身的無線個人區域網路(WirelessPersonalAreaNetwork,WPAN)–IEEE802.15ieee802.11:3WirelessNet5.1前言802.15又再根據使用者省電、傳輸速率與多媒體應用的需要；細分為下列四個標準：IEEE802.15.1：藍芽(Bluetooth)[如：筆電利用手機上網]–第7章IEEE802.15.2：在2.4GHz公用頻帶上應用的共存與互通性議題IEEE802.15.3：WiMedia屬高速寬頻要求–第5章IEEE802.15.4：ZigBee為低功率(低速)的標準–第6章ieee802.11:4WirelessNet5.2IEEE802.15.3的初步認識應用範圍：10-100m裝置：隨身攜帶(portable)、穿戴式等近距離通訊電子產品。如：notebooks,PDA,手機…IEEE802.15.3為針對這些裝置在短距離內提供高速寬頻的無線傳輸服務；主要包括下列兩層面：提供個人網路多媒體(multimedia)傳輸服務提供消費性多媒體裝置(consumermultimediadevises)的無線傳輸服務取代傳統有線傳輸ieee802.11:5WirelessNet5.2.1應用與著重的目標IEEE802.11雖能提供裝置間的無線傳輸服務；但不能滿足大量資料傳輸(因干擾會較大)的網路需求。故IEEE802.15.3製定了以下的需求：高速QoS(品質服務)：110Mb/s與200Mb/s的傳輸速度；(多媒體的)即時性通訊故須注重延遲/抖動(delay,jitter)等問題低耗電：靠電池供電(devicesarebatteryoperated)使用者意願：低成本快速組態(fastconfiguration)與隨意網路拓樸(AdHoctopology)安全性考量ieee802.11:6WirelessNet5.2.2IEEE802.15.3參考模型(referencemodel)802.15.3MediumAccessControl(MAC)802.15.3PHY11,22,33,44,55Mbit/s802.15.3aPHYUltraWideBand(UWB)IEEE802.2LogicalLinkControl(LLC)TCP/IPIEEE802.15.3802.2FCSL(mandatory)IEEE1394FCSL(optional)USBFCSL(optional)WirelessFireWireWirelessUSB圖5.2:IEEE802.15.3的參考模型Optional(可選擇的)*FCSL:Frameconvergencesub-layer•referencemodel=protocolstack(協定堆疊)主要透過訊框聚合子層(FCSL*)與網路層協定溝通FCSLieee802.11:7WirelessNet5.2.3802.15.3標準演進與發展狀況(1/3)因IEEE802.15.3對高速寬頻的要求實體層(圖5.2)分為兩部分：(運作在2.4GHz的)IEEE802.15.3PHY及(採用UWB(UltraWideBand)技術運作於3.1~10.6GHz)的IEEE802.15.3aPHY：IEEE802.15.3PHY：始於1999/11；於2003/6正式公佈。使用的頻道為ISM的2.4GHzhighdensitymode或802.11bco-existencemode(15MHz見下頁圖表)。受編碼技術的關係只能提供11、22、33、44及55Mb/s的傳輸速率。IEEE802.15.3aPHY：始於2002/12。MAC層協定依循802.15.3；而實體層(PHY)則使用UWB(500MHz)技術來提升傳輸速率(110及220Mb/s)：1.工作小組成員意見分歧2.使用頻帶為未全球統一的免註冊頻帶[3.1~10.6GHz][如：台灣與歐洲等國皆未開放]標準的通過一再延誤。但…ieee802.11:8WirelessNetIEEE802.15.3Standards(1/2)15MHz/channelieee802.11:9WirelessNet5.2.3802.15.3標準演進與發展狀況(2/3)業者認為UWB發展潛力大(加快)組成下列兩個非官方聯盟團體：WiMedia-MBOA*與UWBForum1.WiMedia-MBOA成員：HP,Microsoft,Nokia,Panasonic,SONY,等技術：實體層採MultiBand-OFDM方式(14個528MHz頻道)[好處]：避免干擾較大的頻段，使不同頻段之無線傳輸技術得以並存，因應不同國家對頻段的控管。*MBOA=Multi-BandOFDMAllianceieee802.11:10WirelessNet5.2.3802.15.3標準演進與發展狀況(3/3)業者認為UWB發展潛力大(加快)組成兩個非官方聯盟團體：WiMedia-MBOA*與UWBForum2.UWBForum成員：Freescale,Motorola,SONY,etc.技術：實體層採手機使用的DS-CDMA(DirectSequenceCodeDivisionMultipleAccess)方式多用戶共享既有頻譜的整體頻寬[好處]：大幅提昇連接效率和服務品質(QoS)使用一致的處理技術降低對其他無線網路技術的干擾。此二團體在標準上也沒有太大共識標準的通過一再延誤IEEE802.15WPANTaskGroup3b(TG3b)於2005推出IEEE802.15.3b修訂2003年製定的802.15.3中MAC層的標準*MBOA=Multi-BandOFDMAllianceieee802.11:11WirelessNet5.2.4UWB的介紹UWB[FCC定義]：在3.1~10.6GHz[7500mHz]頻帶下每一通道佔有500MHz[vs.2.4GHz/15MHz]頻寬且滿足圖5.4頻譜遮罩(spectralmask)*規範的訊號ETSIIndoorLimitFCCIndoorLimitPart15Limit-51.3+87log(f/3.1)圖5.4:FCCUWB頻譜遮罩(SpectralMask)規範10.63.11.991.610.96*為了避免這訊號干擾其他訊號；對該訊號強度所做的規範限制叫頻譜遮罩ieee802.11:12WirelessNet5.3IEEE802.15.3的網路架構與運作5.3.1Piconet慨念與裝置(DEV)角色5.3.2Piconet的種類5.3.3Piconet的建立5.3.4Piconet的成員加入與離開5.3.5Piconet的換手5.3.6Piconet的終結ieee802.11:13WirelessNet5.3.1Piconet慨念與裝置(DEV)角色微網(piconet)[802.15.3中網路架構的基本單位]：一個無線隨意的資料通訊網路系統。系統中包含能彼此可溝通的(可移動的)獨立的資料裝置(DataDevice,DEV)。WLAN的隨意網路為100-300m；而IEEE802.15.3的微網範圍約10mieee802.11:14WirelessNet5.3.1Piconet慨念與裝置(DEV)角色微網中設備之基本單位為DEV。其中之一扮演微網協調者(PiconetCoordinator,PNC)的角色。PNC的責任：定期廣播Beacon：Beacon包含piconet運作資訊。調控piconet的timing機制(經由Beacon)：piconet達到同步管理服務品質(QoS)、省電機制(powersavingmechanism)及DEV的存取控制(accesscontrol)分配時槽(timeslots)給DEV以便傳輸；DEV間的資料傳輸可不經由PNC。網路安全機制中金鑰的分發微網(Piconet)用一個微網識別碼(PiconetIdentifier,PiconetID)來區別不同的微網ieee802.11:15WirelessNet5.3.2Piconet的種類依附性微網(Dependentpiconets)：當兩個piconets運作在相同的頻道上時，裝置間可能形成依附性的微網*。父微網(parentpiconet)：最早形成的微網。父微網會保留一部分的時槽(ChannelTimeAssignment,CTA)給依附性微網子微網(childpiconet)：屬依附性微網之一。子微網的PNC稱為ChildPNC；可與父微網的PNC(稱作ParentPNC)通訊。彼此微網間的裝置可透過ParentPNC和ChildPNC來通訊。鄰居微網(neighborpiconet)：與子微網一樣屬依附性微網。雖與父微網運作在相同的頻道上但彼此間的裝置無法通訊。獨立微網(Independentpiconets)：兩個piconets運作在不同的頻道上或運作在相同的頻道上但彼此位於干擾範圍之外*依附性微網為子微網與鄰居微網。它們雖與父微網共享頻道。但具有自主性也有自己的PiconetID。5.3.2Piconet的種類ParentPiconetPiconetCoordinator(PNC)ChildPNCChildpiconetPiconetrelationshipDatatransferNeighborpiconetNeighborPNC圖5.6IEEE802.15.3的piconet種類ieee802.11:17WirelessNet5.3.3Piconet的建立Piconet的建立(creation)[先獨立其次依附]：尋找可用的頻道(channel)：可用的頻道(channel)偵測機制：被動式掃瞄(Passivescanning)：[來自已存在的piconets通訊或某PNC發出的beaconfram]一一掃瞄(traversingthrough)實體層的所有頻道可用的頻道尋找後：找到可用的頻道[獨立]DEV廣播Beacon訊號建立一獨立的Piconet並佔據該頻道找不到可用的頻道[依附]加入現有的Piconet(5.3.4)或建立一依附性微網的子微網或鄰居微網ieee802.11:18WirelessNet5.3.4Piconet的成員加入(1/2)cDEV-i(欲加入的新DEV)PNCPiconet的其他DEV)AssociationRequest(DEVID=UnassocID,DEVaddress=DEV-iaddress)Imm-ACK(DestID=UnassocID)AssociationResponse(DestID=UnassocID,DEVID=指定ID,DEVaddress=DEV-iaddress)AssociationRequest(SrcID=指定ID)Imm-ACK(DestID=指定ID)Beacon(包含DEV-i新加入的訊息)BeaconBeacon圖5.7:新裝置加入Piconet所需求的訊息交換流