IEEE 802.15 — это рабочая группа комитета стандартов IEEE 802 Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) , которая определяет стандарты беспроводных специализированных сетей (WSN). Ранее рабочая группа была известна как Рабочая группа по беспроводным персональным сетям.
Количество групп задач в IEEE 802.15 варьируется в зависимости от количества активных проектов. Текущий список активных проектов можно найти на веб-сайте IEEE 802.15.
Первая группа задач основана на технологии Bluetooth . Она определяет физический уровень (PHY) и спецификацию управления доступом к среде (MAC) для беспроводной связи со стационарными, переносными и подвижными устройствами в пределах или при входе в персональное рабочее пространство. Стандарты были выпущены в 2002 и 2005 годах. [1] [2]
Целевая группа два занимается сосуществованием беспроводных персональных сетей ( WPAN ) с другими беспроводными устройствами, работающими в нелицензируемых диапазонах частот, такими как беспроводные локальные сети ( WLAN ). Стандарт IEEE 802.15.2-2003 был опубликован в 2003 году [3] , и целевая группа два перешла в «спящий режим». [4]
IEEE 802.15.3-2003 — это стандарт MAC и PHY для высокоскоростных (от 11 до 55 Мбит/с) WPAN. Стандарт можно загрузить через программу IEEE Get, [5] , которая финансируется волонтерами IEEE 802.
IEEE P802.15.3a был попыткой предоставить более высокоскоростную сверхширокополосную поправку PHY для IEEE 802.15.3 для приложений, которые включают в себя визуализацию и мультимедиа. Члены целевой группы не смогли прийти к соглашению, выбирая между двумя технологическими предложениями, Multi-band Orthogonal Frequency Division Multiplexing (MB-OFDM) и Direct Sequence UWB (DS-UWB), поддержанными двумя различными отраслевыми альянсами и отозванными в январе 2006 года. [6] Документы, связанные с разработкой IEEE 802.15.3a, архивируются на сервере документов IEEE. [7]
Поправка IEEE 802.15.3b-2005 была выпущена 5 мая 2006 года. Она улучшила 802.15.3, чтобы улучшить реализацию и взаимодействие MAC. Эта поправка включает множество оптимизаций, исправленных ошибок, проясненных двусмысленностей и добавленных редакционных пояснений, сохраняя при этом обратную совместимость. Среди прочих изменений поправка определила следующие новые функции: [8]
IEEE 802.15.3c-2009 был опубликован 11 сентября 2009 года. Целевая группа TG3c разработала альтернативный физический уровень (PHY) на основе миллиметровых волн для существующего стандарта беспроводной персональной сети (WPAN) 802.15.3-2003. Целевая группа IEEE 802.15.3 3c (TG3c) была сформирована в марте 2005 года. Этот mmWave WPAN определен для работы в диапазоне 57–66 ГГц. В зависимости от географического региона, доступно от 2 до 9 ГГц полосы пропускания (например, 57–64 ГГц доступно как нелицензируемый диапазон, определенный FCC 47 CFR 15.255 в Северной Америке). Миллиметровый диапазон WPAN обеспечивает очень высокую скорость передачи данных, малую дальность (10 м) для приложений, включая высокоскоростной доступ в Интернет, потоковую загрузку контента (видео по запросу, HDTV, домашний кинотеатр и т. д.), потоковую передачу в реальном времени и беспроводную шину данных для замены кабеля. Всего в стандарте определены три режима PHY: [9]
Стандарт IEEE 802.15.3d-2017 определяет альтернативный физический уровень (PHY) в нижнем диапазоне частот ТГц между 252 ГГц и 325 ГГц для коммутируемых соединений точка-точка, как определено в этой поправке. Определены два режима PHY, которые обеспечивают скорость передачи данных до 100 Гбит/с с использованием восьми различных полос пропускания между 2,16 ГГц и 69,12 ГГц.
Стандарт IEEE 802.15.3e-2017 предусматривает альтернативный физический уровень (PHY), а в этой поправке определяется модифицированный уровень управления доступом к среде (MAC). Определены два режима PHY, которые обеспечивают скорость передачи данных до 100 Гбит/с с использованием диапазона 60 ГГц. Определены методы MIMO и агрегации для увеличения максимально достижимых скоростей связи. Определено подтверждение стека для повышения эффективности управления доступом к среде (MAC) при использовании в топологии точка-точка (P2P) между двумя устройствами.
Стандарт IEEE 802.15.3f-2017 расширяет разделение радиочастотных каналов физического уровня миллиметрового диапазона, позволяя использовать спектр до 71 ГГц. Стандарт 802.15.3f был инициирован в связи с тем, что несколько регулирующих доменов расширили лицензированные освобожденные диапазоны 60 ГГц до 71 ГГц.
IEEE 802.15.4-2003 (Low Rate WPAN) имеет дело с низкой скоростью передачи данных, но очень длительным сроком службы батареи (месяцы или даже годы) и очень низкой сложностью. Стандарт определяет как физический (уровень 1), так и канальный (уровень 2) уровни модели OSI . Первая редакция стандарта 802.15.4 была выпущена в мае 2003 года. Несколько стандартизированных и фирменных сетевых (или ячеистых) протоколов уровня работают в сетях на основе 802.15.4, включая IEEE 802.15.5, Zigbee , Thread , 6LoWPAN , WirelessHART и ISA100.11a .
IEEE 802.15.4a (официально называемый IEEE 802.15.4a-2007) является поправкой к IEEE 802.15.4, определяющей дополнительные физические уровни (PHY) к исходному стандарту. Основной интерес заключался в предоставлении более точной возможности определения дальности и локализации (точность 1 метр и лучше), более высокой совокупной пропускной способности, добавлении масштабируемости к скорости передачи данных, большей дальности и более низком энергопотреблении и стоимости. Выбранные базовые линии представляют собой два дополнительных PHY, состоящих из UWB Pulse Radio (работающего в нелицензируемом UWB-спектре) и Chirp Spread Spectrum (работающего в нелицензируемом 2,4 ГГц-спектре). Импульсное UWB-радио основано на технологии Continuous Pulse UWB (см. C-UWB ) и сможет предоставлять связь и высокоточную дальномерность. [10]
IEEE 802.15.4b был одобрен в июне 2006 года и опубликован в сентябре 2006 года как IEEE 802.15.4-2006. Целевая группа IEEE 802.15 4b была создана для создания проекта по конкретным улучшениям и разъяснениям стандарта IEEE 802.15.4-2003, таким как разрешение неоднозначностей, снижение ненужной сложности, повышение гибкости в использовании ключей безопасности, рассмотрение новых доступных распределений частот и другие.
Стандарт IEEE 802.15.4c был одобрен в 2008 году и опубликован в январе 2009 года. Он определяет поправку PHY, которая добавляет новые спецификации радиочастотного спектра для соответствия китайским нормативным изменениям, которые открыли диапазоны 314–316 МГц, 430–434 МГц и 779–787 МГц для использования в беспроводных PAN-сетях в Китае.
Рабочая группа IEEE 802.15 4d была создана для определения поправки к стандарту 802.15.4-2006. Поправка определяет новый PHY и такие изменения в MAC, которые необходимы для поддержки нового распределения частот (950 МГц -956 МГц) в Японии при сосуществовании с пассивными системами меток в этом диапазоне.
Рабочая группа IEEE 802.15 Task Group 4e создана для определения поправки MAC к существующему стандарту 802.15.4-2006. Цель этой поправки — улучшить и добавить функциональность к 802.15.4-2006 MAC для a) лучшей поддержки промышленных рынков и b) обеспечения совместимости с модификациями, предлагаемыми в китайской WPAN. Были сделаны конкретные улучшения для добавления переключения каналов и опции переменного временного интервала, совместимой с ISA100.11a. Эти изменения были одобрены в 2011 году.
Целевая группа по активной системе RFID IEEE 802.15.4f создана для определения новых физических уровней беспроводной связи (PHY) и усовершенствований уровня MAC стандарта 802.15.4-2006, необходимых для поддержки новых физических уровней для двунаправленных приложений активной системы RFID и приложений определения местоположения.
Целевая группа IEEE 802.15.4g Smart Utility Networks (SUN) создана для создания поправки PHY к 802.15.4, чтобы предоставить стандарт, который облегчает очень масштабные приложения управления процессами, такие как коммунальная интеллектуальная сеть, способная поддерживать большие, географически разбросанные сети с минимальной инфраструктурой, с потенциально миллионами фиксированных конечных точек. В 2012 году они выпустили стандарт радиосвязи 802.15.4g. [11] Комитет Ассоциации телекоммуникационной промышленности TR-51 разрабатывает стандарты для аналогичных приложений. [12]
Утверждено в 2020 году [13] поправка к физическим уровням сверхширокополосной связи (например, с опциями кодирования) для повышения точности и обмена информацией, связанной с определением дальности, между участвующими устройствами.
IEEE 802.15.5 обеспечивает архитектурную структуру, позволяющую устройствам WPAN продвигать совместимые, стабильные и масштабируемые беспроводные сети WPAN. Этот стандарт состоит из двух частей: низкоскоростная сеть WPAN и высокоскоростная сеть WPAN. Низкоскоростная сеть построена на IEEE 802.15.4-2006 MAC, в то время как высокоскоростная сеть использует IEEE 802.15.3/3b MAC. Общими характеристиками обеих сетей являются инициализация сети, адресация и многоадресная одноадресная передача. Кроме того, низкоскоростная сеть поддерживает многоадресную передачу, надежное вещание, поддержку переносимости, трассировку маршрута и функцию энергосбережения, а высокоскоростная сеть поддерживает многоадресную службу с гарантией времени.
Организация ячеистых сетей для сетей IEEE 802.15.1 выходит за рамки IEEE 802.15.5 и вместо этого осуществляется в рамках рабочей группы Bluetooth Mesh .
В декабре 2011 года целевая группа IEEE 802.15.6 одобрила проект стандарта для технологий Body Area Network (BAN). Проект был одобрен 22 июля 2011 года путем голосования по письмам, чтобы начать процесс голосования спонсоров. [14] Целевая группа 6 была сформирована в ноябре 2007 года для сосредоточения внимания на беспроводном стандарте с низким энергопотреблением и малым радиусом действия, который должен быть оптимизирован для устройств и работы на теле человека, внутри него или вокруг него (но не ограничиваясь людьми) для обслуживания различных приложений, включая медицину, бытовую электронику и персональные развлечения.
Первое заседание целевой группы 7 состоялось в январе 2009 года, где ей было поручено написать стандарты для оптической связи в свободном пространстве с использованием видимого света. [15] Стандарт 802.15.7-2011 был опубликован в сентябре 2011 года. В 2015 году была создана новая целевая группа для пересмотра стандарта 802.15.7 с несколькими новыми уровнями PHY и процедурами MAC для поддержки связи оптических камер (OCC) и точности передачи света (LiFi). Поскольку новый проект стал слишком большим, в марте 2017 года рабочая группа 802.15 решила продолжить 802.15.7 только с OCC, который является только широковещательным, и создать новую целевую группу 802.15.13 для работы над новым стандартом для LiFi, который, очевидно, нуждался в значительно переработанном уровне MAC, помимо новых PHY. Пересмотренный вариант 802.15.7-2018 был опубликован в апреле 2019 года. В сентябре 2020 года был утвержден новый PAR, и новая целевая группа начала работу над первой поправкой P802.15.7a, направленной на увеличение скорости передачи данных и увеличение дальности действия OCC.
IEEE P802.15.8 получил одобрение Совета по стандартам IEEE 29 марта 2012 года для формирования целевой группы по разработке стандарта для Peer Aware Communications (PAC), оптимизированного для одноранговых и не требующих инфраструктуры коммуникаций с полностью распределенной координацией, работающих в диапазонах ниже 11 ГГц. Предлагаемый стандарт нацелен на скорости передачи данных более 100 кбит/с с масштабируемыми скоростями передачи данных до 10 Мбит/с. Особенности предлагаемого стандарта включают:
Проект стандарта находится в стадии разработки, более подробную информацию можно найти на веб-странице IEEE 802.15 Task Group 8.
IEEE P802.15.9 получил одобрение Совета по стандартам IEEE 7 декабря 2011 года для формирования целевой группы по разработке рекомендуемой практики для транспортировки датаграмм протокола управления ключами (KMP). Рекомендуемая практика определит структуру сообщений на основе информационных элементов в качестве метода транспортировки датаграмм протокола управления ключами (KMP) и руководящие принципы для использования некоторых существующих KMP с IEEE Std 802.15.4. Рекомендуемая практика не создаст новый KMP. [16]
Хотя IEEE Std 802.15.4 всегда поддерживал безопасность датаграмм, он не предоставлял механизма для установления ключей, используемых этой функцией. Отсутствие поддержки управления ключами в IEEE Std 802.15.4 может привести к появлению слабых ключей, что является распространенным способом атак на систему безопасности. Добавление поддержки KMP имеет решающее значение для надлежащей структуры безопасности. Некоторые из существующих KMP, которые он может рассмотреть, — это IETF PANA, HIP, IKEv2, IEEE Std 802.1X и 4-Way-Handshake.
Проект рекомендуемой практики находится в стадии разработки, более подробную информацию можно найти на веб-странице IEEE 802.15.
IEEE P802.15.10 получил одобрение Совета по стандартам IEEE 23 августа 2013 года для формирования целевой группы по разработке рекомендуемой практики маршрутизации пакетов в динамически изменяющихся беспроводных сетях 802.15.4 (изменения порядка минутного интервала времени) с минимальным влиянием на обработку маршрутов. Цель состоит в том, чтобы расширить зону покрытия по мере увеличения количества узлов. [17] Возможности, связанные с маршрутами, которые предоставит рекомендуемая практика, включают следующее:
Проект рекомендуемой практики находится в стадии разработки; более подробную информацию можно найти на веб-странице IEEE 802.15.10.
Первое заседание целевой группы 13 состоялось в марте 2017 года, целью которого был новый стандарт точности передачи света (LiFi), то есть мобильная связь с использованием света. Цель состоит в том, чтобы обратиться к промышленным приложениям, то есть сверхнадежному подключению с низкой задержкой и незначительным джиттером для следующего поколения IoT. По сравнению с 802.15.7 группа решила полностью переписать стандарт на основе существующих и новых вкладов, чтобы достичь этих целей. Сначала группа работала над маломощным импульсным модуляционным PHY (PM-PHY) с использованием On-Off-Keying (OOK) с выравниванием в частотной области (FDE), а также над PHY с высокой пропускной способностью (HB-PHY) на основе ортогонального частотного разделения мультиплексирования (OFDM), принятого из ITU-T G.9991. Группа также решила реализовать мобильность, рассматривая точки доступа в инфраструктуре и мобильных пользователей в зоне обслуживания как входы и выходы распределенной линии связи с множественным входом и множественным выходом (D-MIMO). 802.15.13 изначально поддерживает D-MIMO с минималистичным дизайном, подходящим для специализированных приложений. Он реализуем на недорогих ПЛИС и готовом вычислительном оборудовании. Письменное голосование рабочей группы и голосование IEEE SA были начаты в ноябре 2019 и ноябре 2020 года соответственно. Публикация ожидается в середине 2022 года. [ требуется обновление ]
Постоянный комитет по беспроводным сетям следующего поколения IEEE P802.15 (SCwng) создан для содействия и стимулирования презентаций и обсуждений новых беспроводных технологий, которые могут быть предметом новых проектов стандартизации 802.15, или для решения всех вопросов или проблем, связанных с методами или технологиями, перед рабочей группой 802.15. [18]