Redes de Comunicação Sem Fio Sub-GHz e 2.4GHz

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Published on March 28, 2014

Author: andrerasminio

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Entender o padrão IEEE 802.15.4
Conhecer as soluções de comunicação sem fio da Microchip
Conhecer o protocolo MiWi

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 1 Redes de Comunicação Sem Fio Sub- GHz e 2.4GHz Palestrante: André Rasmínio Email: andre@fractumrf.com

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 2 Objetivo Após esta aula você estará apto:  Entender o padrão IEEE 802.15.4  Conhecer as soluções de comunicação sem fio da Microchip  Conhecer o protocolo MiWi

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 3 ZigBee®

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 4 ZigBee® O que é ZigBee?  Padrão de Wireless Networking Protocol  Definido pelas companhias que fazem parte da ZigBee Alliance  Aplicações  Wireless mesh networks  Dispositivos de baixo consumo  Baixa taxa de dados – alta confiabilidade

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 5 ZigBee® ZigBee é o nome de um protocolo de comunicação wireless desenvolvido pela ZigBee Alliance baseado no padrão IEEE 802.15.4.

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 6 ZigBee®

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 7 ZigBee® ZigBee Network Devices

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 8 Baixo consumo Segurança AES 128bits Confiabilidade Baixo custo Redes P2P, Star, Cluster-Tree, Mesh Interoperabilidade Alta Imunidade a Interferência Porque utilizar ZigBee?

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 9 Segurança Provê a confidencialidade, a integridade e a autenticidade da informação AES - Advanced Encryption Standard Criptografia de 128 bits ZigBee®

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 10 ZigBee® AES Esta tecnologia possui alta imunidade a interferência de outros sistemas. A segurança da informação provê a confidencialidade, a integridade e a autenticidade da informação e é baseado no AES - Advanced Encryption StandardCriptografia de 128 bits. O AES é um algoritmo de criptografia que pode ser utilizado para proteger dados eletrônicos. O algoritmo do AES é um bloco simétrico que criptografa ou decriptografa a informação. A criptografia torna a informação embaralhada, a decriptogravação torna a informação na forma original. O padrão AES foi derivado do Data Encryption Standard (DES). O AES foi desenvolvido pelo NIST (Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos EUA) em 26 de Novembro de 2001, depois de 5 anos de um processo de padronização. Tornou-se um padrão efetivo em 26 de Maio de 2002. Em 2006, o AES já é um dos algoritmos mais populares usados para criptografia de chave simétrica (http://csrc.nist.gov).

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 11 ZigBee® ZigBee Protocol Layers  Application - Partially ZigBee & Vendor Defined  Network - ZigBee Defined  Medium Access Control Layer - IEEE 802.15.4™ Defined  Physical Layer - IEEE 802.15.4 Defined Security Service - ZigBee Defined

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 12 ZigBee® Functional Partition MRF24J40 Transceiver Host PIC® MCU Processor Medium Access Layer (MAC) 2.4 GHzPhysical Layer (PHY) Network Layer (NWK) Customer Applications Security(SEC) Smart Energy Profile Microchip ZigBee Platform Application Support (APS)

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 13 ZigBee® 10,000 1,000 100 10 1 1 10 100 1,000 10,000 100,000 Distância(metros) Cellular Technologies GSM, GPRS WLAN Technologies IEEE802.11ZigBee IEEE 802.15.4™ Bluetooth Comaparação entre Distância x Velocidade) Data Rate (kbps)

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 14 IEEE Std 802.15.4™-2006(Revision of IEEE Std 802.15.4-2003)

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 15 Define um protocolo e a compatibilidade de interconexão para dispositivos de comunicação de baixa taxa de dados, baixa potência, baixa complexidade e pequeno alcance utilizados em WPAN ( wireless personal area network). É a base das especificações ZigBee, WirelessHART, MiWi e outras especificações. IEEE Std 802.15.4™-2006(Revision of IEEE Std 802.15.4-2003)

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 16 IEEE Std 802.15.4™-2006(Revision of IEEE Std 802.15.4-2003)

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 17 IEEE 802.15.4™ PHY

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 18 IEEE 802.15.4™ PHY 2.4 GHz PHY Channel Assignment 5 MHz3 MHz 2483.5 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 2400 24802410 2420 2430 2440 2450 2460 2470 Frequency (MHz) Channel: Channel SpacingBandwidth

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 19 2483.5 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 2400 24802410 2420 2430 2440 2450 2460 2470 Frequency (MHz) Channel: IEEE 802.15.4™ vs 802.11 2.4 GHz PHY Channel Assignment IEEE 802.15.4 vs. IEEE 802.11 2412 Channel 1 2437 Channel 6 2462 Channel 11 22 MHz

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 20 IEEE 802.11

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 21 IEEE 802.15.4™ vs 802.11 – como reduzir as interferências • Data Rate Uma forma de minimizar os riscos de interferências é reduzir a ocupação do canal. • Scanning e Energy Scan O padrão IEEE802.15.4 prevê a amostragem do canal, medindo a energia do mesmo. Portanto é recomendado que se amostre todos os canais e opere no que tiver o menor patamar de energia. • CSMA é um artifício conhecido como “listen before talk”, o padrão prevê esta funcionalidade e deve ser utilizado para evitar colisões e interferências. • ACK e Retransmissões o padrão IEEE 802.15.4 prevê um ACK do receptor para cada frame recebido. • Frequency Agility Uma outra forma de minimizar as interferências é mudar de canal durante a operação da rede.

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 22 Para estarem de acordo com a RESOLUÇÃO ANATEL N§ 506/2008 (Radiação Restrita) os equipamentos que utilizam Tecnologia de Espalhamento Espectral devem operar em 902-907,5 MHz, 915-928 MHz, 2400-2483,5MHz http://sistemas.anatel.gov.br/sgch/Certificado/Homologac aoPNCC.asp?consulta=1&?NumRFGCT=61311 IEEE 802.15.4™ PHY

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 23 Certificado ANATEL - Fractum

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 24 IEEE Std 802.15.4™-2006(Revision of IEEE Std 802.15.4-2003) Camada MAC É a camada responsável por realizar o controle de acesso ao meio (MAC medium access control): — Associação e a desassociação de dispositivos — Suporta um dispositivo com segurança AES 128 — Implementa o CSMA-CA para o acesso ao canal — Implementa o socket entre dois dispositivos

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 25 Soluções Microchip

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 26 MiWi™ Transceiver Products  ISM Band - Sub-GHz  MRF49XA Transceiver IC  433/868/915 MHz  MRF89XA Transceiver IC  868/915 MHz  MRF89XAM8A Transceiver Module (868 MHz)  MRF89XAM9A Transceiver Module (915 MHz)  ISM Band - 2.4GHz (IEEE 802.15.4™)  MRF24J40 Transceiver IC  MRF24J40MA Transceiver Module (+0 dBm)  MRF24J40MB Transceiver Module (+20 dBm)  MRF24J40MC Transceiver Module (+20 dBm + ext. ant)

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 27 MiWi™ Transceiver Products

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 28 MiWi™ Transceiver Products

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 29 Ubee - Conceito UBee USART Microcontrol ler ou PC Interrupt MiWi™ Aplicação • Não é necessário nenhum conhecimento de RF • Não é necessário nenhum conhecimento da pilha Zigbee ou MiWi • Necessário apenas uma interface USART • Todos os comandos da rede disponíveis em comandos AT • Possibilidade de embarcar a sua solução no próprio micro- controlador do UBee http://fractumrf.com/wireless2.html ZigBee™ Proprietary

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 30 MRF49XA Transceiver Protocol Physical Driver User Application Microcontroller SPI Interface 16bit Receive Buffer Control Registers 16bit Transmit Buffers RXMAC TXMAC RXPHY TXPHY PHY TX/RX Control MAC Architecture PHY Architecture  434MHz, 868MHz and 915MHz Proprietary RF Transceiver  Supports MiWi™ Protocols via MiApp and MiMAC  SPI interface  7dBm Output Power  11-13mA(RX) / 21-23mA(TX) / 300nA(Sleep)  Up to 115.2kbps MRF49XA

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 31 MRF89XA Transceiver Protocol Physical Driver User Application Microcontroller SPI Interface 64 Byte RX Buffer Control Registers 64 Byte TX Buffer RXMAC TXMAC RXPHY TXPHY PHY TX/RX Control MAC Architecture PHY Architecture  868MHz, 915MHz and 955MHz Proprietary RF Transceiver  Supports MiWi™ Protocols via MiApp and MiMAC  SPI interface  10dBm Output Power  3mA(RX) / 25mA(TX) / 100nA(Sleep)  Up to 200kbps MRF89XA

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 32 MRF24J40 Transceiver Protocol Physical Driver User Application Microcontroller SPI Interface Receive Buffer Control Registers Transmit Buffers RXMAC TXMAC Security RXPHY TXPHY PHY TX/RX Control MAC Architecture PHY Architecture  2.4 GHz IEEE 802.15.4™ compliant  Supports MiWi™ Protocols via MiMAC/MiApp  Supports ZigBee® Protocols  4-wire SPI interface  In-line/stand-alone encryption  Automatic MAC retransmit  18 mA(RX)/22 mA(TX)/2 µA(Sleep)  250kbps (802.15.4 mode), 625kbps (Turbo mode) MRF24J40

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 33 Module Concept TCP/IP ZigBee® SEP MiWi™

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 34 Module Wireless Module SPI PIC® Microcontroll er Interrup t

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 35 MRF89XAMXA Module  FCC/IC/ETSI Certified  Não é necessário conhecimento em RF  MRF89XAM8A – 868MHz  MRF89XAM9A – 915MHz

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 36 MRF24J40MA/MB/MC Modules  2.4 GHz IEEE 802.15.4™ Compatible  FCC/IC/ETSI Certified  Module features:  Antena PCB integrada  Surface-mountable PCB  Tx Power Rx Sensitivity  MA = +0 dBm MA = -95 dBm  MB = +20 dBm MB = -102 dBm

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 37 MRF49XA Development Boards  MRF49XA PICtail™/PICtail Plus Daughter Boards  Part # AC164137- 1 (433 MHz),  Part # AC164137- 2 (868/915 MHz),  Two Daughter

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 38 MRF89XA Development Boards  MRF89XA PICtail™/PICtail Plus Daughter Boards  Part # AC164138- 1 (868 MHz)  Part # AC164138- 2 (915 MHz)  Two Daughter

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 39 MRF24J40 Development Boards  MRF24J40MB  Part # AC164134-2  MRF24J40MA  Part # AC164134-1

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 40 Certified RF Design Partners

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 41 ZigBee Alliance

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 42 ZigBee Alliance ― O ZigBee Alliance é uma associação de companhias que trabalham em conjunto para garantir a confiabilidade, custo baixo, baixo consumo, interoperabilidade em rede wireless, monitorando e controlando os produtos baseados em um padrão global aberto. ‖ (www.zigbee.org)

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 43 Promoters $50.000USD/year Tem direito à uma cadeira na mesa de diretores da ZigBee Alliance Revisa especificações propostas Direito à voto Participants $9.000USD/year Contribuir com as especificações técnicas Adopters $3500USD/year Usar o logo Acesso as especificações ZigBee Alliance

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 44 Quando é necessário participar da ZigBee Alliance

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 45 ZigBee® Perguntas?

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 46 Licensing  According to ZigBee® Alliance:  Only members may use ZigBee specifications "in the development of a product for sale"  Microchip is a ZigBee Participant Member:  We have license rights to make and distribute Microchip’s ZigBee stack software  According to ZigBee and Microchip:  If you intend to use Microchip’s stack software in the development of a product for sale, then you must be a ZigBee member  You may not modify or create derivatives of Microchip’s stack software  It is your responsibility:  To read Microchip’s license agreement and familiarize yourself with ZigBee’s membership  For more information, go to www.zigbee.org

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 47 References  IEEE 802.15.4™ -2003  http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.15.4 -2003.pdf  IEEE OUI  https://standards.ieee.org/regauth/oui/forms/OUI-form.shtml  ZigBee® Protocol  www.zigbee.org  AN1255 ZigBee Protocol application note, www.microchip.com/zigbee

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 48 Obrigado! Fim

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 49 Trademarks The Microchip name and logo, the Microchip logo, dsPIC, KeeLoq, KeeLoq logo, MPLAB, PIC, PICmicro, PICSTART, PIC32 logo, rfPIC and UNI/O are registered trademarks of Microchip Technology Incorporated in the U.S.A. and other countries. FilterLab, Hampshire, HI-TECH C, Linear Active Thermistor, MXDEV, MXLAB, SEEVAL and The Embedded Control Solutions Company are registered trademarks of Microchip Technology Incorporated in the U.S.A. Analog-for-the-Digital Age, Application Maestro, CodeGuard, dsPICDEM, dsPICDEM.net, dsPICworks, dsSPEAK, ECAN, ECONOMONITOR, FanSense, HI-TIDE, In-Circuit Serial Programming, ICSP, Mindi, MiWi, MPASM, MPLAB Certified logo, MPLIB, MPLINK, mTouch, Octopus, Omniscient Code Generation, PICC, PICC-18, PICDEM, PICDEM.net, PICkit, PICtail, REAL ICE, rfLAB, Select Mode, Total Endurance, TSHARC, UniWinDriver, WiperLock and ZENA are trademarks of Microchip Technology Incorporated in the U.S.A. and other countries. SQTP is a service mark of Microchip Technology Incorporated in the U.S.A. All other trademarks mentioned herein are property of their respective companies. © 2010, Microchip Technology Incorporated, All Rights Reserved.

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 50 Obrigado

© 2011 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 51 Trademarks  The Microchip name and logo, the Microchip logo, dsPIC, KeeLoq, KeeLoq logo, MPLAB, PIC, PICmicro, PICSTART, PIC32 logo, rfPIC and UNI/O are registered trademarks of Microchip Technology Incorporated in the U.S.A. and other countries.  FilterLab, Hampshire, HI-TECH C, Linear Active Thermistor, MXDEV, MXLAB, SEEVAL and The Embedded Control Solutions Company are registered trademarks of Microchip Technology Incorporated in the U.S.A.  Analog-for-the-Digital Age, Application Maestro, chipKIT, chipKIT logo, CodeGuard, dsPICDEM, dsPICDEM.net, dsPICworks, dsSPEAK, ECAN, ECONOMONITOR, FanSense, HI-TIDE, In-Circuit Serial Programming, ICSP, Mindi, MiWi, MPASM, MPLAB Certified logo, MPLIB, MPLINK, mTouch, Omniscient Code Generation, PICC, PICC-18, PICDEM, PICDEM.net, PICkit, PICtail, REAL ICE, rfLAB, Select Mode, Total Endurance, TSHARC, UniWinDriver, WiperLock and ZENA are trademarks of Microchip Technology Incorporated in the U.S.A. and other countries.  SQTP is a service mark of Microchip Technology Incorporated in the U.S.A.  All other trademarks mentioned herein are property of their respective companies.  © 2011, Microchip Technology Incorporated, All Rights Reserved.

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