802.15.4

IEEE 802.15.4

IEEE 802.15.4 zielt auf niederbitratige Wireless Personal Area Networks (WPAN) mit extrem geringen Energiebedarf ab, wie sie in Sensornetzwerken benutzt werden. Dabei steht die Batterielebensdauer im Vordergrund. Mögliche Applikationen sind neben der Sensortechnik interaktive Spiele, intelligente Ausweise, Fernbedienungen und Gebäudeautomation.

802.15.4 benutzt für die Übertragung die lizenzfreien ISM-Bänder bei 2,4 GHz oder bei 868 MHz resp. 915 MHz. Als Modulationsverfahren wird in 802.15.4 die Spreizbandtechnik (DSSS) mit einer Symbolübertragungsrate von 62,5 Symbolen/s verwendet; im 2,4-GHz-Band arbeitet man mit Quadratur-Phasenumtastung (QPSK).

802.15.4 steht synomym für ZigBee, obwohl dieser nur den PHY- und den MAC-Layer definiert.

Bedingt durch ein deterministisches Zugangsverfahren mit festem Zeitraster sind isochrone Übertragungen möglich. Darüber hinaus kann man sternförmige Mesh-Netze konfigurieren, die das Routing unterstützen. In solchen Netzkonfigurationen gibt es Stationen mit voller Funktionalität, so genannte Full Function Devices (FFD), die für die Kommunikation verantwortlich sind, und solche mit eingeschränkter Funktionalität, die Reduced Function Devices (RFD). Letztere bilden die Endpunkte, beispielsweise die Sensoren eines Sensornetzwerks, die über die FFD-Stationen kommunizieren.

Es gibt mehrere 802.15.4-Varianten: 802.15.4a, 802.15.4b, 802.15.4c und 802.15.4d. In den ersten beiden Standards geht es um die Energieeffizienz.

Sternförmige Mesh-Konfiguration unter IEEE 802.15.4

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Bei 802.15.4a werden Übertragungs- und Modulationsverfahren eingesetzt, wie Ultra-Breitband und die CSS-Modulation, mit denen eine hohe Übertragungsqualität bei niedriger Verlust- und Datenrate erreicht werden und der Energieaufwand bei der Funkübertragung relativ gering ist. In diesem Standard ist ein einfaches Direct Sequence UWB (DS-UWB) für die Bitübertragungsschicht spezifiziert, wodurch auch ZigBee mit höherer Datenrate arbeiten kann.

IEEE 802.15.4b geht noch weiter und zielt auf eine weitere Verbesserung der 802.15.4a-Eigenschaften ab, indem es auf vereinfachte Algorithmen und das Parallel Sequence Spread Spectrum (PSSS) setzt mit dem Mehrdeutigkeiten vermieden, die Datenrate und die Störsicherheit bei Mehrwegeausbreitung erhöht werden.

Bei 802.15.4c geht es um die Entwicklung alternativer Technologien und die Arbeitsgruppe 802.15.4d spezifiziert Lösungen für Japan.