IEEE 802.15.4

IEEE 802.15.4 és una norma que especifica la capa física i la capa d'enllaç de dades del model OSI per a xarxes d'àrea personal sense cables (xarxa sense fil) i baixa velocitat de transmissió. És mantingut pel grup de treball IEEE 802.15^[1] i el va definir l'any 2003.^[2]

IEEE 802.15.4

Fitxa
Autor	Institute of Electrical and Electronics Engineers
Llengua	Anglès
Publicació	Internacional, 2003
Editor	IEEE
Dades i xifres
Gènere	Norma

DIversos protocols de comunicacions utilitzen la norma IEEE 802.15.4 : ZigBee, Thread, WirelessHART, MiWi, SimpliciTI, ISA100.11a.

Introducció

Característiques principals de la norma IEEE 802.15.4 :

1. Orientat a dispositius de baix cost, curt abast (100m en camp obert) i baix consum d'energia (ideal per a dispositius a bateria).
2. Baixa potència d'emissió segons normativa del Institut Europeu de Normes de Telecomunicació ETSI 300 220.
3. Utilitza una banda sense llicència ISM.

4. 

   Fig.1 Xarxa amb topologia en malla

   Empra una topologia de Xarxa en Malla per a aconseguir un abast més llarg (veure Fig.1)
5. És un protocol totalment obert, programari lliure.
6. Velocitat de transmissió fins a 250 Kb/s.
7. Possibles bandes ISM de treball (868/915/2450 MHz)

Arquitectura

Defineix la capa física i la capa d'enllaç de dades del model OSI com es pot veure a la Fig.1

Capa física

La capa física (PHY) és on es realitza el servei de transmissió de dades amb les propietats :

• Bandes de freqüència ISM :
  • 868.0–868.6 MHz: Europa, només 1 canal de comunicació (2003, 2006, 2011)
  • 902–928 MHz: Amèrica del Nord, fins a 10 canals (2003), expandit a 30 canals (2006)
  • 2400–2483.5 MHz: tot el món, fins a 16 canals (2003, 2006)
• Velocitat de transmissió de 20 KHZ/40 KHz a les bandes 868/915 MHz i de 250 Kb/s a la banda de 2,4 GHz.
• Modulacions definides : O-QPSK, BPSK, ASK, CSS, UWB i GFSK.

Capa d'enllaç

La capa d'enllaç (MAC) és on es defineixen les trames i la topologia de xarxa :^[3]

• Topologies de xarxa :
  • Xarxa en estrella (Fig.2)
  • Xarxa punt a punt o peer-to-peer.(Fig.3)
  • Xarxes combicació de les dues anteriors.(Fig.4)
• Estructura de la trama, n'hi ha 4 tipus : (Fig.5)
  • Trama de dades.
  • Trama de beacon.
  • Trama de reconeixement.
  • Trama de comanda.

Versions

• IEEE 802.15.4a : (formalment anomenada IEEE 802.15.4a-2007) va ser un afegit a IEEE 802.15.4-2006 especificant capes físiques addicionals. Va ser fusionada a la versió IEEE 802.15.4-2011.^[4]
• IEEE 802.15.4e : (formalment anomenada IEEE 802.15.4e-2012) va ser un afegit a IEEE 802.15.4-2006 especificant suport al sector industrial i compatibilitat amb la WPAN xinesa.^[5]

Circuits integrats per a implementar IEEE 802.15.4

• IC de Texas Instruments: CC2520, CC2630, CC2531, CC2533, CC2538
• IC de NXP: JN5161, JN5164, JN5168, JN5169, JN5174, JN5174,JN5178, JN5179 Arxivat 2017-01-16 a Wayback Machine.
• IC de Microchip: MRF24J40, MRF24XA Arxivat 2017-01-18 a Wayback Machine., ATSAMR21E16A, ATSAMR21E17A, ATSAMR21E17A, ATmega128RFR2, ATmega644RFR2, ATmega64RFR2, ATmega128RFA1
• IC de Silicon labs: EFR32MG, EM358x, EM359x, EM35x, EM34x
• IC de qorvo: RF6525, RF6535, RF 6545, RF6555, RF6575, RFFM6204, RFFM6205
• IC de Lapis secimonductor: ML7246, ML7266, ML7275 Arxivat 2017-01-16 a Wayback Machine.

Comparativa de paràmetres:

NA: No Aplica

IC	Transceptor CPU+Transceptor	Protocols	CPU	Flaix (màx)	RAM	E2PROM	OTA	Freqüència Cristall MHz	Seguretat	Perifèrics	E/S	Tempo- ritzadors	ADC	Consum Rx	Consum Tx	Sensibilitat Rx	Encapsulat	Consulta
CC2520	Transceptor	ZigBee 6LowPAN	NA	NA	NA	NA	NA	32	NA	NA	NA	NA	NA	18,5mA	5 dBm	-98 dBm	VQFN	2017
CC2630	CPU+Transceptor	ZigBee	ARM Cortex-M3	128KB	30K	-	Sí	48	128-bit AES	I2C I2S UART DMA RTC	10-31	12	8	5,9mA	5 dBm	-100 dBm	VQFN	2017
CC2630	CPU+Transceptor	ZigBee 6LowPAN	8051	256KB	8K	-	Sí	48	128-bit AES	USB DMA USART SPI	21	2	8	20,5mA	4,5 dBm	-98 dBm	QFN40	2017
CC2531	CPU+Transceptor	ZigBee 6LowPAN	8051	256KB	8K	-	No	24	128-bit AES	USB DMA USART SPI	19	2	8	20mA	4,5 dBm	-98 dBm	QFN40	2017
CC2533	CPU+Transceptor	ZigBee	8051	96KB	6K	-	Sí	48	128-bit AES	USB DMA USART SPI	23	2	8	20mA	4,5 dBm	-98 dBm	QFN40	2017
CC2538	CPU+Transceptor	ZigBee	ARM Cortex-M3	512KB	32KB	-	Sí	24	AES128/ 256 SHA2 ECC 128/ 256 RSA	USB DMA USART SPI SSI I2C	32	12	8	20mA	7 dBm	-97 dBm	QFN	2017
JN5179 Arxivat 2017-01-16 a Wayback Machine.	CPU+Transceptor	ZigBee 6LowPAN	ARM Cortex-M3	512KB	32KB	4KB	Sí	32	128-bit AES	PWM UART SPI I2C	18	6	6	12,5mA	10 dBm	-96 dBm	HVQFN40	2017
ATmega2564RFR2	CPU+Transceptor	ZigBee	RISC	256KB	32KB	8KB	Sí	16	AES	PWM RTC USART SPI	35	6	7	10,1mA	3,5dBm	-100 dBm	48 QFN	2017
EFR32MG	CPU+Transceptor	ZigBee 6LowPAN Thread Bluetooth LE	ARM Cortex-M4	256KB	32KB	-	Sí	40	AES256/128 Hardware Crypto Accelerator with ECC, SHA-1, SHA-2	UART SPI IrDA I2S RTC DMA I2C	31	7	1	9,8mA	19,5 dBm	-94 dBm	48 QFN	2017
EM358x	CPU+Transceptor	ZigBee Thread	ARM Cortex-M3	512KB	32KB	-	Sí	12	AES 128 hardware encryption engine with true random number generator	UART SPI USB DMA TWI	32	2	1	27mA	8 dBm	-100 dBm	48 QFN	2017