Введение

Набор стандартов IEEE для беспроводных персональных сетей. IEEE 802.15 – это рабочая группа комитета стандартов IEEE 802 Института инженеров электротехники и электроники (IEEE), разрабатывающая стандарты для беспроводных специализированных сетей (WSN). Ранее рабочая группа называлась рабочей группой по беспроводным персональным сетям. Количество рабочих групп в IEEE 802.15 меняется в зависимости от числа активных проектов. Актуальный список активных проектов можно найти на веб-сайте IEEE 802.15.

IEEE 802.15.1: WPAN / Bluetooth

Первая рабочая группа основана на технологии Bluetooth. Она определяет спецификации физического уровня (PHY) и управления доступом к среде (MAC) для беспроводной связи с неподвижными, портативными и перемещающимися устройствами в пределах или при входе в личное рабочее пространство. Стандарты были опубликованы в 2002 и 2005 годах.

IEEE 802.15.2: Сосуществование

Вторая рабочая группа занимается вопросами сосуществования беспроводных персональных сетей (WPAN) с другими беспроводными устройствами, работающими в нелицензируемых диапазонах частот, таких как беспроводные локальные сети (WLAN). Стандарт IEEE 802.15.2 2003 был опубликован в 2003 году, после чего вторая рабочая группа приостановила свою деятельность.

IEEE 802.15.3-2003 (включает в себя:

IEEE 802.15.3 2003 — это стандарт MAC и PHY для беспроводных персональных сетей (WPAN) с высокой скоростью передачи данных (от 11 до 55 Мбит/с). Стандарт можно загрузить через программу IEEE Get, финансируемую добровольцами IEEE 802.

IEEE 802.15.3a

IEEE P802.15.3a была попыткой создать поправку, повышающую скорость ультраширокополосной физической среды (PHY) для стандарта IEEE 802.15.3 в приложениях, связанных с обработкой изображений и мультимедиа. Члены рабочей группы не смогли достичь согласия при выборе между двумя технологическими предложениями: многополосным ортогональным частотным мультиплексированием (MB OFDM) и UWB с прямой последовательностью (DS UWB), которые поддерживались двумя различными отраслевыми альянсами, и проект был отозван в январе 2006 года. Документы, относящиеся к разработке IEEE 802.15.3a, хранятся в архиве на сервере IEEE Document Server.

IEEE 802.15.3d-2017 (включает в себя:

IEEE Std 802.15.3d 2017 определяет альтернативный физический уровень (PHY) в диапазоне нижних терагерцовых частот от 252 ГГц до 325 ГГц для коммутируемых соединений типа «точка-точка». В данной поправке определены два режима PHY, обеспечивающих скорости передачи данных до 100 Гбит/с с использованием восьми различных полос частот шириной от 2,16 ГГц до 69,12 ГГц.

IEEE 802.15.3e-2017 (включает в себя:

IEEE Std 802.15.3e 2017 определяет альтернативный физический уровень (PHY), а данное изменение вносит определение модифицированного уровня управления доступом к среде (MAC). Определены два режима PHY, обеспечивающих скорости передачи данных до 100 Гбит/с в диапазоне 60 ГГц. Для повышения максимальной достижимой скорости связи определены методы MIMO и агрегирования. Для повышения эффективности управления доступом к среде (MAC) при использовании топологии "точка-точка" (P2P) между двумя устройствами реализовано подтверждение стека.

IEEE 802.15.3f-2017 (вводится в действие с 1 января 2017 года)

IEEE Std 802.15.3f 2017 расширяет разбивку радиочастотного спектра в физическом уровне миллиметрового диапазона, чтобы обеспечить использование спектра до 71 ГГц. Стандарт 802.15.3f был разработан в связи с тем, что в нескольких регионах нормативного регулирования расширили лицензируемые нелицензионные диапазоны 60 ГГц до 71 ГГц.

IEEE 802.15.4: WPAN с низкой скоростью

IEEE 802.15.4 2003 (WPAN с низкой скоростью передачи данных) предназначен для работы с низкой скоростью передачи данных, но обеспечивает очень длительное время работы от батареи (месяцы или даже годы) и очень низкую сложность. Стандарт определяет физический (уровень 1) и канальный (уровень 2) уровни модели OSI. Первое издание стандарта 802.15.4 было выпущено в мае 2003 года. Ряд стандартизированных и проприетарных сетевых (или mesh) протоколов работают поверх сетей на базе 802.15.4, включая IEEE 802.15.5, Zigbee, Thread, 6LoWPAN, WirelessHART и ISA100.11a.

WPAN Низкая ставка Альтернативная PHY (4a)

IEEE 802.15.4a (официально IEEE 802.15.4a 2007) — это поправка к стандарту IEEE 802.15.4, определяющая дополнительные физические уровни (PHY) к исходному стандарту. Основной целью было обеспечение более точного определения расстояния и возможностей локализации (с точностью 1 метр и выше), увеличение общей пропускной способности, масштабируемость скоростей передачи данных, увеличение дальности действия, а также снижение энергопотребления и стоимости. В качестве базовых решений выбраны два дополнительных PHY: UWB Pulse Radio (работающий в нелицензируемом UWB-спектре) и Chirp Spread Spectrum (работающий в нелицензируемом 2,4 ГГц спектре). Импульсное UWB-радио основано на технологии Continuous Pulsed UWB (см. C UWB) и позволит обеспечить связь и высокоточное определение расстояния.

Пересмотр и усовершенствование (4b)

IEEE 802.15.4b был утвержден в июне 2006 года и опубликован в сентябре 2006 года как IEEE 802.15.4-2006. Рабочая группа IEEE 802.15.4b была создана для разработки проекта, включающего конкретные улучшения и уточнения стандарта IEEE 802.15.4-2003, такие как устранение неоднозначностей, снижение излишней сложности, повышение гибкости в использовании ключей безопасности, учет новых доступных диапазонов частот и другие аспекты.

Изменение PHY для Китая (4c)

IEEE 802.15.4c был одобрен в 2008 году и опубликован в январе 2009 года. Он определяет поправку к физическому уровню (PHY), добавляющую новые спецификации радиочастотного спектра для соответствия изменениям в китайском законодательстве, которые открыли диапазоны 314–316 МГц, 430–434 МГц и 779–787 МГц для использования беспроводных персональных сетей (WPAN) в Китае.

Изменение PHY и MAC для Японии (4d)

Рабочая группа IEEE 802.15 Task Group 4d была создана для разработки поправки к стандарту 802.15.4 2006 года. Поправка определяет новый физический уровень (PHY) и необходимые изменения в уровне управления доступом к среде (MAC) для поддержки нового выделения частот (950–956 МГц) в Японии, обеспечивая при этом совместную работу с пассивными метками в этом диапазоне частот.

Изменение MAC для промышленных применений (4e)

Рабочая группа IEEE 802.15 4e уполномочена разработать поправку MAC к существующему стандарту 802.15.4 2006. Целью данной поправки является расширение и добавление функциональности к MAC 802.15.4 2006 для а) более эффективной поддержки промышленных рынков и б) обеспечения совместимости с изменениями, предлагаемыми в китайской сети WPAN. В частности, были внесены улучшения для реализации переключения каналов и опции переменной длительности временного слота, совместимой с ISA100.11a. Эти изменения были утверждены в 2011 году.

Изменение PHY и MAC для активного RFID (4f)

Рабочая группа IEEE 802.15.4f по активным RFID-системам создана для определения новых беспроводных физических уровней (PHY) и усовершенствований MAC-уровня стандарта 802.15.4-2006, необходимых для поддержки новых PHY для двунаправленной связи и определения местоположения в активных RFID-системах.

Изменение PHY для интеллектуальных коммунальных сетей (4g)

Рабочая группа IEEE 802.15.4g Smart Utility Networks (SUN) создана для разработки поправки PHY к стандарту 802.15.4, обеспечивающей стандарт для крупномасштабных приложений управления процессами, таких как сети интеллектуальных энергосистем, способные поддерживать большие, географически распределенные сети с минимальной инфраструктурой и потенциально миллионами стационарных оконечных устройств. В 2012 году был выпущен радиостандарт 802.15.4g. Комитет TR 51 Ассоциации телекоммуникационной промышленности разрабатывает стандарты для схожих приложений.

Улучшенные ультраширокополосные (UWB) физические слои (PHY) и связанные с ними методы диапазона (4z)

Одобренная в 2020 году поправка к физическому уровню UWB (например, с опциями кодирования) для повышения точности и обмена информацией, связанной с определением дальности, между взаимодействующими устройствами.

IEEE 802.15.5: Сетевые сети

IEEE 802.15.5 предоставляет архитектурную основу, позволяющую устройствам WPAN создавать интероперабельные, стабильные и масштабируемые беспроводные mesh-сети. Этот стандарт состоит из двух частей: mesh-сети WPAN с низкой скоростью передачи данных и mesh-сети WPAN с высокой скоростью передачи данных. Mesh-сеть с низкой скоростью построена на основе MAC IEEE 802.15.4 2006, в то время как mesh-сеть с высокой скоростью использует MAC IEEE 802.15.3/3b. Общими особенностями обеих mesh-сетей являются инициализация сети, адресация и многохопповая unicast-передача. Кроме того, mesh-сеть с низкой скоростью поддерживает multicast-передачу, надежное широковещание, поддержку мобильности, трассировку маршрута и функцию энергосбережения, а mesh-сеть с высокой скоростью поддерживает многохопповую гарантированную по времени услугу. Mesh-сети для сетей IEEE 802.15.1 не входят в область действия IEEE 802.15.5 и разрабатываются в рабочей группе Bluetooth mesh.

IEEE 802.15.6: Сети покрытия тела

В декабре 2011 года рабочая группа IEEE 802.15.6 утвердила проект стандарта для технологий сети телесных областей (BAN). Утверждение проекта состоялось 22 июля 2011 года по результатам голосования по переписке для запуска процесса спонсорского голосования. Рабочая группа 6 была сформирована в ноябре 2007 года для разработки беспроводного стандарта малой мощности и короткого радиуса действия, оптимизированного для устройств и работы на, внутри или вблизи человеческого тела (но не ограничивающегося им) для широкого спектра применений, включая медицинские, потребительскую электронику и персональные развлечения.

IEEE 802.15.7: Связь при видимом свете

Первое заседание Целевой группы 7 состоялось в январе 2009 года, на котором ей было поручено разработать стандарты для оптической связи в свободном пространстве с использованием видимого света. Стандарт 802.15.7 2011 года был опубликован в сентябре 2011 года. В 2015 году была создана новая рабочая группа для пересмотра стандарта 802.15.7, включающая несколько новых физических уровней (PHY) и процедур управления доступом к среде (MAC) для поддержки оптической связи с помощью камер (OCC) и технологии Light Fidelity (LiFi). Поскольку новый проект стандарта стал слишком объемным, в марте 2017 года Рабочая группа 802.15 приняла решение продолжить работу над стандартом 802.15.7, ограничившись поддержкой OCC, обеспечивающей только широковещательную передачу, и создать новую рабочую группу 802.15.13 для разработки нового стандарта для LiFi, которому, очевидно, требовался значительно переработанный уровень MAC, помимо новых PHY. Пересмотр стандарта 802.15.7 2018 года был опубликован в апреле 2019 года. В сентябре 2020 года был утвержден новый запрос на утверждение проекта (PAR), и новая рабочая группа приступила к разработке первой поправки P802.15.7a, направленной на увеличение скорости передачи данных и дальности связи для OCC.

IEEE P802.15.9: Протокол управления ключами

7 декабря 2011 года IEEE P802.15.9 получил одобрение Совета по стандартам IEEE на формирование рабочей группы для разработки рекомендуемой практики по передаче пакетов данных протокола управления ключами (KMP). Рекомендуемая практика определит структуру сообщений на основе информационных элементов в качестве метода передачи пакетов данных протокола управления ключами (KMP) и предоставит рекомендации по использованию некоторых существующих KMP совместно с IEEE Std 802.15.4. Рекомендуемая практика не будет создавать новый KMP. В то время как IEEE Std 802.15.4 всегда поддерживал безопасность пакетов данных, он не предоставлял механизм для установления ключей, используемых этой функцией. Отсутствие поддержки управления ключами в IEEE Std 802.15.4 может привести к использованию слабых ключей, что является распространенным способом атак на систему безопасности. Добавление поддержки KMP критически важно для создания надежной системы безопасности. Среди существующих KMP, которые могут быть рассмотрены, – PANA, HIP, IKEv2, IEEE Std 802.1X и 4 Way Handshake. Проект рекомендуемой практики находится в разработке, более подробную информацию можно найти на веб-странице IEEE 802.15.

IEEE 802.15.13: Многогигабитная оптическая беспроводная связь

Первое заседание Рабочей группы 13 состоялось в марте 2017 года с целью разработки нового стандарта для световой передачи данных (LiFi), то есть мобильной связи с использованием света. Целью является решение задач в области промышленности, а именно обеспечение сверхнадежного, низколатентного соединения с пренебрежимо малым джиттером для IoT нового поколения. По сравнению со стандартом 802.15.7, группа приняла решение полностью переписать стандарт, основываясь на имеющихся и новых предложениях, для достижения этих целей. Рабочая группа начала с разработки маломощного импульсно-модулированного физического уровня (PM PHY) с использованием метода включения-выключения (On Off Keying, OOK) и выравнивания в частотной области (FDE), а также высокоскоростного физического уровня (HB PHY) на основе ортогонального частотного мультиплексирования (OFDM), адаптированного из ITU-T G.9991. Группа также решила обеспечить поддержку мобильности, рассматривая точки доступа в инфраструктуре и мобильных пользователей в зоне обслуживания как входы и выходы распределенной системы с множеством входов и выходов (D MIMO). Стандарт 802.15.13 изначально поддерживает D MIMO с минималистичной архитектурой, подходящей для специализированных приложений. Его можно реализовать на недорогих FPGA и стандартном вычислительном оборудовании. Голосование рабочей группы и IEEE SA началось в ноябре 2019 года и ноябре 2020 года соответственно. Ожидается публикация в середине 2022 года.

Постоянный комитет по беспроводной связи следующего поколения

Постоянный комитет IEEE P802.15 Wireless Next Generation (SCwng) создан для организации и стимулирования презентаций и обсуждений новых беспроводных технологий, которые могут стать основой для новых проектов стандартизации 802.15 или для информирования всей рабочей группы 802.15 о проблемах и вопросах, связанных с используемыми технологиями и методами.