ieee 802.3 standard

8/15/2019 Ieee 802.3 Standard

1/4

2 0 0 6

6 t h I n t e r m a t i o n a l

C o f e r e n c e o n I T S T e l e c o n u i i i c & a t i o n s P r o c e e d i n g s

The Research o fApplyingWireless Sensor

Netwrkos

t o

I n t e l l i g e n t T r a n s p o r t a t i o n

S y s t e m ITS

Based

On

IEEE 802.15.4

Benliang Li

Houjun Wang

Bin

Yan

Chijun

Zhang

S c h o o l

o f

A u t o m a t i o n

E i i g i n e r g .

U h i v e r s i t y o f

E l e c t r o n i c s

S c i e n c e a n d

T e c h n o l o g y

o f

C l n i n a

C h e n g d u

6 1 0 0 5 4 .

C h i n a

A b s r e t - T h e I n t e l l i g e n t T r a n s p o r t a t i o n S y s t e m

( I T S )

i s e n v i s i o n e d

b y

l i n k i n g e x i s t i n g

a n d

e m e r g i n g t e c h n o l o g i e s

o f

c o m p u t e r s ,

w i r e l e s s r a d i o

c o m m u n i c a t i o n s s y s t e m s

a n d

s o p h i s t i c a t e d s e n s o r s

t o b e

u s e d i n v e h i c l e s

a n d r o a d s .

I E E E 8 0 2 . 1 5 . 4 i s

a n ew s t a n d a r d

d e s i g n e d

f o r l o w r a t e

w i r e l e s s

p e r s o n a l a r e a n e t w o r k s

( L R

PAs)

w i t h

a

f o c u s o n e n a b l i n g w i r e l e s s s e n s o r n e t ' i o r k s f o r

v e h i c u l a r ,

r e s i d e n t a l , c o m m e r c i a l

a n d i n d u s t r i a l

a p p l i c a t i o n s . T h i s

s t a n d a r d i s

c h a r a c t e r i z e d

f o r i t s

s i m p l i c i t y ,

l o w

d a t a

r a t e ,

l o w

p o w e r

c o n s u m p t i o n a n d

l o w c o s t i n

n e t w o r k s .

T h e

r e l e a s e

o f

I E E E 8 0 2 . 1 5 . 4

i s

a n t i c i p a t e d

t o make a

s i g n i f i c a n t

c o n t r i b u t i o n t o

t h e

a p p l i c a t i o n

o f

w i r e l e s s

s e n s o r

n e t w o r k s

( W S N s )

t o

I T S . I n

t h i s

a r t i c l e

we f i r s t g i v e

a

b r i e f d e s c r i p t i o n

o f

I E E E 8 0 2 . 1 5 . 4

s t a n d a r d

a n d

t h e c h a r a c t e r i s t c o f 8 0 2 . 1 5 . 4 f o r

W S N s ,

t h e n p r e s e n t

a

f e w


s c e n a r i o s i n

v e h i c l e s

a n d r o a d s

t o

s h o w t h e

p o t e n t i a l

a p p l i c a b i l i t y

t o w h i c h t h e new s t a n d a r d c a n b e u s e d t o

e n a b l e

WSNs

i n

I T S .

I .

INTRODUCTION

T h e

I n t e l l i g e n t T r a n s p o r t a t i o n S y s t e m

( I T S )

h a s g r o w n

f r o m

i t s

b e g i n m i n g s

i n

t h e

1 9 8 0 ' s t o

b e c o m e a

m a j o r

f o r c e

i n

i n f l u n c x i n g

t h e

w o r l d i n

planng t h e

f u t u r e o f

v e h i c l e s

a n d

v e h i c l e s - r o a d

s y s t i n s .

G r e a t

e f f o r t s h a v e

b e e n

m a d e

t o a p p l y

w i r e l e s s

s e n s o r

n e t w o r k s ( W S N s )

t o t h e

I T S [ 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 ] .

C o m p a r e d

w i t h

c o n v e n t i o n a l

n e t w o r k s ,

WSNs

p r o v i d e

a d v a n t a g e s

i n

d e p l o y m e n t ,

c o s t ,

s i z e ,

a i d

d i s t r i b u t e d

i n t e l l i g e n c e .

WSNs

t e c h n o l o g y

n o t

o n l y e n a b l e s u s e r s

t o s e t

u p

a n e t w o r k

q u i c k l y ,

b u t a l s o

e n a b l e s t h e m

t o s e t

u p

a n e t w o r k

w h e r e

i t

i s

i n c o n v e m r e n t

o r

i m p o s s i b l e

t o w i r e c a b l e s . T h e

c a r e

f r e e f e a t u r e

a n d

c o n v e n i e n c e o f d e p l o y m e n t m * a e WSNs

m o r e

c o s t - e f f i c i e n t

t h a n w i r e d n e t W o i k s

i n

g e n e r a l .

IEEE

8 0 2 . 1 5 . 4

i s

a n e w s t a n d a r d

u n i q u e l y

d e s i g n e d f o r l o w

r a t e w i r e l e s s

p e r s o n a l

a r e a n e t W o i k s .

I t

t a r g e t s

l o w

d a t a

r a t e ,

l o w

p o w e r

c o n s u O m p t i o n

a n d

l o w

c o s t

w i r e l e s s s e n s o r

n e t w t o r k s

a n d

o f f e r s

d e v i c e

l e v e l

w i r e l e s s

c o n n e c t i v i t y . T h e

r e l e a s e

o f

I E E E

8 0 2 . 1 5 . 4 - W i r e l e s s

M e d i u m

A c c e s s C o n t r o l ( M A C )

a n d

P h y s i c a l L a y e r ( P H Y ) S p e c i f i c a t i o n s

f o r

Low

R a t e W i r e l e s s

P e r s o n a l

A r e a

N e t w o r k s

( L R - W P A N s )

[ 7 ]

r e p r e s e n t s

a

m i l e s t o n e

i n

w i r e l e s s s e n s o r n e t w o r k s . T h e

I T S

w i l l

b e n e f i t

f r o m t h e

a p p e a r a n c e

o f t h e n e w s t a n d a r d

i n

V e h i c l e s a n d

V e h i c l e s - r o a d C o m m u n i c a t i o n b a s e d o n

w i r e l e s s

s e n s o r

n e t w o r k s . T h e w i r e l e s s

s e n s o r

n e t w o r k s ,

c o m p l e t e l y d i s t r i b u t e d

a n d

d e p e n d i n g

o n

E E E

8 0 2 . 1 5 . 4 ,

w i l l a l l o w

t h e

f a s t a n d

c h e a p

d e v e l o p i n e n t

o f I T S

i n

m a n y

f i e l d s .

S e c t i o n

I I

o f t h i s

p a p e r

p r e s e n t s

a

b r i e f

t e c h n i c a l

d e s c r i p t i o n

o f

8 0 2 . 1 5 . 4 .

I n

S e c t i o n

I I I ,

we

o u l i n e

t h e c l a r a c t e r i s t c o f

8 0 2 . 1 5 . 4

f o r

W S N s . T h e n ,

i n

S e c t i o n

I V , we

p r e s n t

a f e


s c e n a r i o s

o f

t h e

u s e

o f WSNs

i n

I T S .

C o n c l u s i o

a r e p r e s e n t e d

i n

S e c t i o n V .

I I

TECHNICAL DESCRIPTION O F

8 0 2 . 1 5 . 4 .

T h e new

s t a n d a r d ,

IEEE

8 0 2 . 1 5 . 4 .

d e f i n e s t h e

p h y s i c a l l a y

( P H Y )

a d

m e d i u m

a c c e s s c o n i t r o l

(MAC)

s u b l a y

s p e c i f i c a t i o n s

f o r

l o w

d a t a r a t e w i r e l e s s

c o n n e c t i v i t y

w i t h

f i x e

p o r t a b l e

a n d

m o v i n g

d e v i c e s

w i t h n o

b a t t e r y

o r

v e r y

l i m i t

b a t t e r y

c o n s u m p t i o n

r e q u i r e m e n t s

t N p i c a l l y

o p e r a t i n g

i n

t

p e r s o n a l o p e r a t i n g s p a c e ( P O S ) o f

lOm

o r l e s s . T h e s t a n d a

u s e s c a r i e r s e n s e m u l t i p l e

a c c e s s

w i t h

a c o l l i s i o n a v o i d a n

m e d i u m a c c e s s m e c h a n i s m a n d s u p p o r t s s t a r a s w e l l

p e e r - t o - p e e r

t o p o l o g i e s .

T h e

m e d i a a c c e s s

i s

c o n t e t i o n

b a s e

h o w e v e r ,

u s i n g

t h e o p t i o n a l s u p e r f r a m e

s t i c t u r e ,

t i m e s l o t s c

b e a l l o c a t e d

b y

t h e

PA N

c o o t d i n a t o r

t o d e v i c e s

w i t h

t i t

c n t i c a l d a t a .

I n

t h e

f o l l o w i n g

s u b s e c t i o n s , we g i v e a b n e f

o v e r v i e w

o f

t

PH Y

l a y e r a n d

M A C

s u b l a y e r . D e t a i l e d i n f o r m a t i o n c a n

f o u n d

i n

r e f e r e n c e [ 7 ] .

A .

PHYLayr

I E E E

8 0 2 . 1 5 . 4

s p e c i f i e s

t W o

P H Y s :

a n

8 6 8 / 9 1 5 M } I z

d i r e

s e q n e n c e s p r e a d

s p e c t r u m

( D S S S )

PHY

a n d

2 4 5 0 M 1 Z

DSS

P H Y . T h e 8 6 8 / 9 1 5

MHz

PHY

s n p p o r t s

o v e r - t h e - a i r d a t a r a t

o f 2 0

k b / s

a n d 4 0

k b / s ,

a n d

d i e

2 4 5 0 M H z PHY

s u p p o r t s

o v e r - t h e - a i r d a t a r a t e

o f

2 5 0

k b / s .

T h e

c h a r a c t e n s t i c

o f

DSS

a l l o w s

t h e u s e

o f

l o w - c o s t

d i g i t a l

I C r e a l i z a t i o n s . T h e

PH

c h o s e n

d e p e n d s

o n l o c a l

r e g u l a t i o n s

a n d

u s e r

p r e f e r e n c e .

A

t o t a l

o f 2 7

c h a n n e l s ,

n u m b e r e d

0

t o

2 6 . a r e

a v a i l a b l e

a c r o

t h

t h r e e

f r e q u e n c y

b a n d s . S i x t e e n

c h a n n e l s a r e

a x a i l a b l e

i n

t

2 4 5 0

M H z

b a n d ,

1 0 i n t h e

9 1 5

M H z

b a n d ,

a n d

1

i n

t h e

8

M I F H z

b a i d .

T h e

c e n t e r

f r e q u e n c y

o f

f t e s e

c h a n n e l s i s d e f i n e d

f o l l o w s :

l Y

= 8 6 8 . 3

i n

m e g a h e r t z ,

f o r

k

0

O

1

=

9 0 6

+

2

k

-

1

i n

m e g a h e r t z ,

f o r

k

=

1 , 2 , . .

1 0

a n d

F c

=

2 4 0 5 +

5

k

-

1

1

i n

m e g a h e r t z ,

f o r k

=1

n

1 2 , . . . ,

2 6

w h e r e k

i s

t h e

c h a n n e l n u m b e r .

T h e

v i s u a l i z a f i o n o f

t h

c h a n l I s

a r e

s l h o w n

i n

f i g u r e

1 .

T w o d i f f e r e n t

d e v i c e

t y p e s

a r e d e s i g n e d

i n

E E E

8 0 2 . 1 5 . 4 .

f u l l - f u n c t i o n d e v i c e

( F F D )

a n d

a

r e d u c e d - f n n c t i o n

d e v i c e

( R E D

T h e F F D c a n

o p e r a t e

i n

t h r e e m o d e s

s e r v i n g a s

a

p e r s o n a l

a r

n e t w o r k ( P A N )

c o o r d i n a t o r ,

a c o o r d i n a t o r o r a d e v i c e .

A

FF

0 - 7 8 0 3 - 9 5 8 6 - 7 / 0 6 / 2 0 . 0 0

C 2 0 0 6

I E E E .

9 3


2/4

c a n

t a l k

t o

RFDs o r o t h e r

F F D s ,

x w h i l e

a n RE D c a n i

t a l k o r l y

t o

C h a n n e l s i M

t

f ~ ~ ~ ~

M H z )

9 0 2 I 0 9 2 8 0

I

868

8

8 6 O

3 . W & c l s . L i

2 A 4 GHz

M Z

P H Y :

C h a n n 4 l s

1 1

2 6

|

4 0 0 . 0

2 4 8 3 5

F i g u r e 1-The

v i s u a l i z a t i o n o f t h e

c h a n n e l s

an

F F D .

A

RE D i s i n t e n d e d

for

a p p l i c a t i o n s

t h a t a r e e x t r e m e l y

s i m p l e ,

s u i c h a s a l i g h t s w i t c h o r a

p a s s i v e

i n f i a r e d

s e n s o r ,

w h i c h

d o e s n o t

have

the

n e e d

t o s e n d

l a r g e

a m o u n t s

o f

d a t a

a n d

m ay

o n l y

a s s o c i a t e

w i t h

a

s i n g l e

FF D

a t

a

t i m e

C o n s e q u e n t l y ,

t h e

RE D

ca n

b e i m p l e me n t e d

u s i n g

m i n i m a l

r e s o u r c e s

a n d

memory

c a p a c i t y .

D e p e n d i n g

on t h e a p p l i c a t i o n

r e q u i r e i n e n t s ,

t h e LR-WPAN

may

o p e r a t e

in

e i t h e r

of two

t o p o l o g i e s t h e

s t a r

t o p o l o g y

o r t h e


t o p o l o g y .

B o t h

a r e

s h o w n

in

F i g u r e

2 .

S t a r Topo

0 0 1

PA N

C o o r d i r a t t r c

P e e r - to - P e e r T o p o l o g y

PA N

C o o r d i n a t o r

F u l

F u i c t i o n D e v i c e

0

Reduced F u n c t i o n D e v i c e

4

-

C o m r u n i c a t i o n

F l o w

F i g u r e

2 S t a r a n l d

p e e r - t o - p e e r t o p o l o g y

e x a m p l e s

T h e

PH Y

l a y e r

p r o v i d e s

a n i n t e r f a c e

b e t w e e n

t h e MAC

s n b l a y e r a n d

t h e

p h y s i c a l

r a d i o c h a n e l . I t

p r o v i d e s

t - w o s e r v i c e s

a c c e s s e d

t h r o u g h

t w o

s e r v i c e

a c c e s s p o i n t s ( S A P s ) . T h e y a r e t h e

PHY

d a t a s e r v i c e a : n d

t h e

PH Y

m c m a g e m e n t

s e r v i c e .

B .

T h e A 1 4 C s u b l e r

T h e

MAC

s u b l a y e r

p r o v i d e s

a n

i n t e r f a c e

b e t w e e n t h e

s e r v i c e

s p e f c i f c

c o n v e r g e n c e s u b l a y e r ( S S C S )

a n d

t h e

PHY

l a y e r .

L i k e

t h e PHY

l a y e r ,

t h e

M A C

s u b l a y e r

a l s o

p r o v i d e s

t w o

s e r v i c e s ,

n a m e l y ,

t h e MAC d a t a s e r v i c e

a n d

t h e

MAC m a n a g e m e n t

s e r v i c e . T h e MAC

s u b l a y e r

i s

r e s p o n s i b l e

f o r

t h e

f o l l o w i n g

t a s k s :

G e n e r a t i n i g

n e t w o r k b e a c o n s

i f

i h e

d e v i c e

i s a

c o o r d i n a t o r :

A

c o o r d i n a t o r c a n

d e t e r m i n e

W x h e t h e r

t o

w o r k

i n

a

b e a c o n e n a b l e d

m o d e , i n

w h i c h

a

s n p e r f r a m e

s t r u c t u r e i s

u s e d .

T h e

s n p e r f r a m e

i s b o n n d e d

b y

n e t w o r k b e a c o n s

a n d

d i v i d e d

i n t o

a N n m S u p e r f r a m e S l o t s e q n a l l y s i z e d s l o t s .

A c o o r d i n a t o r

s e n d s

o m i t

b e a c o n s

p e n r o d i c a l l y

t o

s y n c h r o n i z e

t h e a t t a c h e d

d e v i c e s

a n d

f o r o t h e r

p u r p o s e s .

S n e c h r o n i z i n g

t o

t h e b e a c o n s :

d e v i c e a t t a c h e d t o a

c o o r d i n a t o r

o p e r a t i n g

i n

a b e a c o n e n a b l e d m o d e

c a n

t r a c k t h e

b e a c o n s t o s y n c h r o n i z e

w i t h t h e c o o r d i n a t o r . T h

s y n c h r o m i z a t i o n

i s i m p o r t a n t

f o r d a t a

p o l l i n g ,

e n e r g y s a x i n

a n d d e t e c t i o n

o f o r p h a n i n g s .

S u p p o r t i n g

p e r s o n a l

area

n e t w o r k

A

a s s o c i a t i o n a n d

d i s a s s o c i a t i o n .

T o

s n p p o r t

s

c o n f i g u r a t i o n , 8 0 2 . 1 5 . 4

e m b e d s

a s s o c i a t i o n

a n i d

d i s a s s o c i a t i

f u n c t i o n s

i n

i t s MAC s n b l a y e r . T h i s n o t

o n l y

e i a b l e s a s t a r t o

s e t n p

a u t o m a t i c a l l y ,

b n t a l s o

a l l o w s

f o r t h e c r e a t i o n o f

s e l f - c o n f i g u r i n g


n e t w o r k .

E m p l o y i n g

t h e

c a r r i e r s e n s e m u

l t i p l e a c c e s s w i

c o l l i s i o n a v o i d a n c e

( C S V L 4 - C A )

m e c h a n i s n m

f o r c h a n n e l

a c c e s

L i k e m o s t o t h e r p r o t o c o l s

d e s i g n e d

f o r

w i r e l e s s

i e t w o r k

8 0 2 .

1 5 . 4 u s e s CS MA- CA m e c h a n l s m f o r c h a n m e l a c c e s

H o w e v e r , t h e n e w

s t a n d a r d

d o e s

n o t

i n c l u d e

t h e

r e q u e s t - t o - s e

( R T S )

a n d c l e a r - t o - s e n d

( C T S )

m e c h a n i s m , i n c o n s i d e r a t i o n

t h e l o w

d a t a

r a t e u s e d

i n

L R - W P A N s .

H a n d l i n g a n d m a i n t a i n i n g t h e g u a r a n t e e d t i n m e s

( G M

m e c h a n i s m :

When

w o r k i n g

i n

a

b e a c o n

e n a b l e d

m o d e ,

c o o r d i n a t o r c a n

a l l o c a t e

p o r t i o n s

o f t h e a c t i v e s n p e r f r a m e

t o

d e v i c e . T h e s e

p o r t i o n s

a r e c a l l e d

G T S s ,

a n d c o m p r i s e t

c o n t e n t i o n

f r e e

p e r i o d ( C F P )

o f t h e

s n p e r f r a m e .

P r o v i d i n g

a

r e l i a b l e l i n k

b e t w e e n t w o p e e r

A L 4 C

e n t i t i

T h e MAC

s n b l a y e r

e m p l o y s

v a n o u s

m e c h a n i ' s m s t o e n h a n c e t

r e l i a b i l i t y

o f t h e l i n k

b e t t w e e n

t w o

p e e r s ,

a m o n g

t h e m

a r e

t

f r a m e

a c k n i o w l e d g m e n t

a n d

r e t r a n s m i s s i o n ,

d a t a e n r i f i c a t i o n

n s i n g

a 1 6 - b i t

C RC

a s w e l l

a s CSMA-CA.

I V

CHARACIERISTC O F

8 0 2 . 1 5 . 4 F O R :

WSNs

A .

L O W P O W E R

C0ASUMPTIOA

8 0 2 . 1 5 . 4 w o u l d n o t b e

e x e c t e d

t o g o

t o o

f a r

w i t h o u t

i t s

m o

a c c l a i m e d

f e a t u r e ,

l o w

p o w e r

c o n s u m p t i o n .

F o r

s i m p

b a t t e r y - p o w e r e d

d e v i c e s ,

t h e

r e p l a c e m c n t

o f b a t t e r i e s

may c o

a u s e r

m o r e

t l h

t h e

d e v i c e s

t h e m s e l v e s . I t i s

n o t

o n l y

v e

c u i n b e r s o m e

b n t

a l s o

p r a c t i c a l l y

i m p o s s i b l e

t o

r e p l a c e

t

b a t t e r i e s

i n

s o m e

a p p l i c a t i o n s ,

s n c h

a s

a p r e s s u r e

s e n s

e m b e d d e d

i n t o t h e t i r e o f

a n

a n t o m o b i l e .

LoW p o w


i s o n e o f

t h e i m o s t i m p o r t a n t

r e s e a r c h

t o p i c s

w i r e l e s s

n e t w o r k s ,

a n d m n c h

r e s e a r c h

h a s b e e n d o n e

i n

t h i s

a r

[ 8 - 1 1 ] .

S e v e r a l m e c h a n i s m s a r e

i n c o r p o r a t e d

i n 8 0 2 . 1 5 . 4

p r o l o n g

t h e

d e v i c e

b a t t e y

l i f e t i i n e .

B . SECUREDATA TRANSFER

S e c u r e d a t a

t r a n s f e r i s

a c h i e v e d b y

u s i n g p r o p r i e t a

a p p r o a c h e s

i n

some

p r o d n c t s .

H o w e v e r ,

f o r

a

g l o b a l

s t a n d a

l i k e

8 0 2 . 1 5 . 4 ,

s e c u r i t y

i s a

b i g

c o n c e m .

F o r

f l e x i b i l i t y

a n d

o r d e r

t o

s n p p o r t s i m p l e

d e v i c e s ,

8 0 2 . 1 5 . 4 o f r s

t h r e e

l e v e l s

s e c u n i t y .

I f

s e c u n t y

i s n o t

a n i m p o r t a n t f a c t o r

f o r

t h e

a p p l i c a t i

o r

t h e

n l p p e r l a y e r

a l r e a d y

p r o v i d e s

s u f f i c i e n t

s e c n r i t y

p r o t e c t i o

a

d e v i c e

c a n

s e l e c t

n o n e

s e c u r i t y

m o d e

f o r

d a t a

t r a n s f c r .

F o r

t

s e c o n d

l e v e l

o f

s e c u n t y ,

a d e v i c e

c a n

u s e

a n

a c c e s s

c o n t r o l l

( A C L )

t o

p r e v e n t

n n a n t h o n z e d d e v i c e s

f r o m

a c c e s s i n g

i t s

d a t

T h e r e

a r e

n o

c r y p t o g r a p h i c

a c t i o n s

i n v o l e d

a t t h i s l e v e l .

T

t h i r d

l e v e l

o f

s e c u r i t y

e m p l o y s

a s y m m e t r i c c i p h e r

o f

t

A d v a n c e d E n c r y p t i o n

S t a n d a r d ( A E S )

i n

t h e

d a t a t r a n s f e r .

C BEACOY VIODEAND

SUPE

FRAM E S T R L TTRE

I n b e a c o n

m o d e ,

t h e

s u p e r f r a m e

m a y

c o n s i s t o f

b o t h

a c t i v e

a n d

i n a c t i v e

p e r i o d .

T h e

a c t i v e

p o r t i o n

o f t h e

s u p e r f r a m

9 4 0


3/4

w l h i c h c o n t a i n s

1 6

e q u a l l y

s p a c e d

s l o t s ,

i s c o m p o s e d o f

t h r e e

p a d s : a

b e a c o n ,

a c o n t e n t i o n a c c e s s

p e n r o d

( C A P ) ,

a n d

a

c o n t e n t i o n

f r e e p e n o d

( C E P ) .

T h e

b e a c o n i s t r a n s m i t t e d w i t h o u t

t h e

u s e

o f C S M A

a t

t h e

s t a r t o f s l o t

0

a n d

t h e

C AP c o m m e n c e s

i n m n e d i a t e l y

a f t e r

t h e

b e a c o n .

T h e c o o r d i n a t o r

o n l y

i n t e r a c t s

w i t h n o d e s

d u r i n g

t h e

a c t i v e

p e r i o d a n d

m a y

s l e e p d u r i n g

t h e

i n a c t i v e p e r i o d .

T h e r e

i s a

g u a a n t e e d

t i m e s l o t ( G T S ) o p t i o n i n

8 0 2 . 1 5 . 4 t o

a l l o w

l o w e r l a t e n c y o p e r a t i o n . T h e r e a r e a

maximum

o f

o f

t h e

1 6

a v a i l a b l e t i m e s l o t s

t h a t

c a n

b e

a l l o c a t e d

t o

n o d e s ,

s i n g l y

o r c o m b i n e d .

D .

S E L E - C O A F I G U P A 4 T I O N A N D

ORPHANING

T o

s u p p o r t

s e l f - c o n f i g u r a t i o n ,

8 0 2 . 1 5 , 4

e m b e d s

a s s o c i a t i o n

a n d d i s a s s o c i a t i o n f i n c t i o n s i n i t s

MAC

s u b l a y e r .

T h i s

n o t

o n i l y

e n a b l e s

a

s t a r

t o

b e s e t up

a u t o m a t i c a l l y ,

b u t

a l s o

a l l o w s

f o r t h e

c r e a t i o n o f a

s e l f - c o n f i g u r i n g

p e e r - t o - p e e r n e t w o r k . V a r i o u s

c o n f i g u r a t i o n s

a r e

a l s o

d o n e

d u r i n g

t h e a s s o c i a t i o n

p r o c e d u r e ,

s u c h a s s e l e c t i n g a c h a n n e l a n d a n i d e n t i f i e r

( I D )

f o r

t h e

P A N ,

d e t e n m i n i n g w h e t h e r t o

u s e

b e a c o n - e n a h l e d m o d e

o r

n o n - b e a c o n - e n a b l e d

m o d e ,

c h o o s i n g

t h e b e a c o n o r d e r a n d

s u p e r f r a m e

o r d e r

i n

b e a c o n - e n a b l e d

m o d e ,

a s s i g n i n g

a 1 6 - b i t

s h o r t

a d d r e s s

f o r a

d e v i c e ,

a n d

s e t t i n i g

t h e B a t t e r y L i f e E x t e n s i o n

o p t i o n

a n d

m a n y

o t h e r

o p t i o n s

i n

t h e

MAC

l a y e r

PA N

i n f o r m a t i o n

b a s e

( M P I B ) .

V APPLICATION

SCENARIOS

8 0 2 . 1 5 . 4

i s

a n

c n a b l i n g

s t a n d a r d

i n

t h e s e n s e t h a t

i t

c o m p l e m e n t s

W i r e l e s s s t a n d a r d s

s u c h

a s

W i F i a n d

U WB .

I t

d i s t i n g u i s h e s

i t s e l f

f r o m

o t h e r

w i r e l e s s

s t a n d a r d s

b y v a r i o u s

f e a t u r e s ,

l i k e

l o w

d a t a

r a t e ,

l o w p o w e r

c o n s u m p t i o n ,

l o w

c o s t ,

s e l f

o r g a n z a t i o n

A d

f l e x i b l e

t o p o l o g i e s .

I t

s u p p o r t s


f o r

w h i c h

o t h e r

s t a n d a r d s

a r e i n a p p r o p r i a t e . I t

n o t

o n y

o p e n s

t h e d o o r t o

a n

e n o r m o u s n u m b e r o f

n e w

a p p l i c a t i o n s ,

b u t

a l s o

a d d s

v a l u e

t o

m a n y e x i s t i n g


i n

v e h i c l e s

a n d

r o a d s .

W i th w h i c h

v a n o u s v e h i c l e s

a b l e

t o

c o n n e c t

t o

W V h i c l e s - r o a d

C o m m u n i c a t i o n

n e t w o r k s ,

u b i q u i t o u s

n e t w o r k i n g

i s c l o s e r t h a n e v e r

t o u s .

T o e l a b o r a t e o n t h e

p o t e n t i a l

e x t e n t t o

w h i c h

8 0 2 . 1 5 . 4

c a n

a f f e c t

I T S ,

we

p r e s e n t

a

f e w

a p l i c a t i o n

s c e n a r i o s

w h i c h

m a y

c o m e t r u e

s o m e

d a y

i n

f u t u r e

i n

t h e

f o l l o w i n g

p a r a g r a p h s .

F i r s t l y ,

i n

a u t o m o b i l e

i n d u s t r y ,

t h e r e

i s a t r e n d o f r e p l a c i n g

c o n v e n t i o n a l

h y d r l i c

a n d

m e c h a n i c s

s y s t e m s

w i t h

c o n t r o l

b y

w i r e s y s t e m s .

I n

f a c t

c o n t r o l

b y

w i r e

s y s t e m s

h a v e

a l r e a d y

b e e n

u e s e d

i n

a v i a t i o n

i n d u s t r y

f o r

d e c a d e o f

y e a r s .

I n

f u t u r e ,

c o n t o l

b y

x v i r e

w i l l a l s o

w i d e l y

u s e d

i n

a u t o m o b i l e

i n d u s t r ,

h o w e v e r ,

t h e

s p r e a d

o f t h e

u t i l i z a t i o n o f

c o n t r o l

b y

w i r e

s y s t e m s

a l s o m e e t

i t s p r o b l e m s . O n e

s e n o u s p r o b l e m

t o b e s o l v e d i s

t h e

d e v e l o p m e n t

o f

f a u l t t o r l e r a n c e

s y s t e m .

I n

a v a i t i o n

i n d u s t r y ,

t w o

o r

e v e n

t h e e s a n t e c o n t r o l

b y

w i r e

s y s t e m s

a r e

u s e d

t o g e t h e r

i n

a

p l a n e

o r a i r c r f t t o s o l v e

t e o

f a u l t t o r l e r a n c e

p r o b l e m ,

x v h e r e c o s t

i s b e y o n d

c o n s i d e r a t i o n .

I n

v e h i c l e s , t h e

u t i l i z a t i o n o f t w o o r t h r e e s a m e

c o n t r o l

b y

w i r e

s y s t e m s

w i l l b e

t o o

e x p e n s i v e

t o b e

a c c e p t e d .

T h u s

W i r e l e s s c o m m n u n i c a t i o n i s

f i n d i n g

i t s

w a y

i n t o

c a r s ,

a p p l y i n g

WSNs

b a s e d o n

I E E E 8 0 2 . 1 5 . 4 t o

w o r k

a s b a c k u p

s y s t e m s

t o

c o n t r o l

b y

w i r e

s y s t e m s

w i l l

b e a

f a i r l y

g o o d

s o l u t i o n o f f a u l t t o r l e r a n c e

p r o b l e m i n

c o n t r o l

b y

w i r e

s y s t e m s i n

f u t u r e x

v e h i c l e s . T

c h a r a c t e n s t i c

o f WSNs

b a s e d

o n

I E E E 8 0 2 . 1 5 . 4 ,

s u c h

a s

l

c o s t ,

l o w


s e c u r e

t r a n s f e r

a n d


i s j u

s u i t a b l e

f o r

a

b a c k u p s y s t e m .

S e n c o n d l y ,

t h e

w i r e l e s s

o p t i o n i n t r o d u c e s f l e x i b i l i t y

i n s t a l l a t i o n a n d

a n

a d v a n c e d a l t e r m a t i v e

t o

w i r e d

c o n n e c t i o n s .

s p e c i a l

c h a l l e n g e

f o r

a u t o m o t i x

e a p p l i c a t i o n s i s m e e t i n g t

h a r s h

a u t o m o t i v e

e n v i r o m n e n t

w i t h

a

s o l u t L i o n

l o w e n o u g h

c o s t

t o

f i n d

v o l u m e

a p p l i c a t i o n s .

S o m e

o f

t h e a p p l i c a t i o n s

LR-WPANs

c a n a d d r e s s

i n a

v e h i c l e a r e c o n t r o l a n d

i n o n i t o r i

o f n o n c r i t i c a l s e n s o r s . A n a p p l i c a t i o n

e x a m p l e i s

a t i r e

p r e s s u

m o n i t o n r n g

s y s t e m .

T h e

s y s t e m c o n s i s t s

o f

f o u r p r e s s u r e

s e n s o

o n e m o u n t e d o n e a c h

t i r e ,

a n d

a

c e n t r a l

s t a t i o n t o r e c e i v e

t

c o l l e c t e d

d a t a . S i n c e

t h e

p r e s s u r e s e n s o r s

h a v e

t o b e m o u n t e d

t h e

t i r e s ,

t h i s a p p l i c a t i o n d o e s n o t p e n n i t

t h e

u s e

o f

a

c o m m u i i c a t i o n

W i r e s

o r

p o w e r

c a b l e s .

T l h e r e f o r e ,

s e n s o r s

h a

t o b e

b a t t e r y - p o w e r e d . S i n c e i t

i s

i m p r a c t i c a l

t o

r e p l a c e

t

s e n s o r s

o r

t h e i r

b a t t e r i e s b e t w e e n

t i r e

c h a n g e s ,

i t i s

r e q u i r e d

t h

t h e

s e n s o r

b a t t e r i e s l a s t

a t

l e a s t

t h r e e ,

p r e f e r a b l y u p t o

f i v

y e a r s .

T h : i s

p u t s


c o n s t r a i n t s

o n t h e

p o w


o f t h e e l e c t r o n i c

c o m p o n e n t s

a n d r e q u i r e s

p o w

m a n a g e m e n t

c a p a b i l i t i e s .

T h e

d a t a

t h a t

n e e d s

t o

c o m m u i i c a t e d

i s i n

m o s t

c a s e s ,

o n y

a f e w b i t s

i n

s i z e a

i n d i c a t e s t h e m e a s u r e d t i r e p r e s s u r e . T h i s i n f o r m a t i o n

t r a n s m i t t e d

a b o u t

e v e r y

1 - 1 0

n n n

u n i d e r n o n - a l a r m

c o n d i t i o n

U n l e s s t h e r e

i s a f a s t l o s s o f

p r e s s u r e ,

t h e

m e s s a g e l a t e n c y

i s i

o f


c o n c e r n .

I n

c a s e o f s u d d e n

p r e s s u r e

l o s s ,

t

c e n t r a l c o n t r o l

u n i t

s h o u l d b e n o t i f i e d i m m e d i a t e l y ,

i n

w h ' i

c a s e

p o w e r


i s n o t

o f

c o n c e r

s i n c e

m o s t

l i k e l y

t

t i r e h a s

t o b e r e p l a c e d .

E x t r e m e

a u t o m o t i v e e n v i r o m r e n t

c o n d i t i o n s a n d t h e m e t a l l i c s t r u c t u r e h i n d e r RF

p r o p a g a t i o n .

a d d i t i o n ,

t h e

s h a p e

o f

t h e r i m h a s a

s i g n i f i c a n t i m p a c t

o n t

r a d i a t i o n

p a t t e r n

f r o m

t h e w i r e l e s s s e n s o r .

T o

o v e r c o m e

t h

i s s u e , r e p e a t e r

n o d e s ,

w h i c h

w i l l

n o t a d d

s i g n i f i c a n t c o s t t o

t

s y s t e m ,

c a n b e

a d d e d t o

t h e

n e t w o r k

t o

i n c r e a

c o m m u n i c a t i o n s

r e l i a b i l i t y .

T h e n

i n

t h e v e h i c l e s - r o a d

c o m m u m n c a t i o n

s y s t e m s ,

so

d a y

i n

f u t u r w i t h

t h e

l a r g e

i n u m b e r o f s m a r t

s i g n p o s t s

o r

o t h

s i m l e WSNs d e v i c e s

d i s t r i b u t e d a l o n g t h e

s t r e e t s ,

r o a d s ,

a

o t h e U r

p l a c e s ,

y o u

i n o

l o n g e r w o r r y

a b o u t

g e t t i n g

l o s t .

T

d e v i c e s

i n s t a l l e d

i n

y o u r c a r

w i l l

t e l l

y o u

w h e r e y o u a r e a

w h i c h

w a y

t o

g o .

You

m a y

g e t

s i m i l a r s e r v i c e s

f r o m

a

g l o b

p o s i t i o n i n g

s y s t e m

( G P S ) ,

b u t

t h e

new d i s t n b u t e d WSN

s y s t e m w i l l

b e a b l e t o

g i v e y o u

m o r e

a c c u r a t e

a n d

s p e c i f

i n f o r l a t i o n ,

a n d

y o u c a n c o n t i n u e t o u s e i t

e v e n

i f

y o u

a

w i t h i n a

b u i l d i n g

o r

a

t u n n e l GPS c a n n o t

c o v e r ,

w h e r e WSN

l o c a t i o i n s y s t e m w i l l

w o r k i n s t e a d .

I n

f a c t ,

y o u c a n g e t m u

m o r e

u s e f u l i n f o f r t i o n l

frm

t l

new

s y s t e m ,

s u c h

a s t h e

s p e

l i l t ,

w h e t h e r

t h e

s t r e e t

A h e a d

i s

o n e

o r

t w o - w a y ,

a n d

e v e n

t

t r a f f i c

s t a t u s o r

a c c i d e n t

i n f o r m a t i o n o f

e a c h

s t r e e t

a h e c a d .

U s i

s u c h

a

s y s t e m ,

i t

i s

a l s o

p o s s i b l e t o

t r a c k

p u b l i c

t r a n s p o r t a t i o

I f

y o u

h a v e

e v e r

w a i t e d

f o r t e n s

o f

mites a t a

b u i s s t a t i o n

t r a i n s t a t i o n

i n

c h i i l l y

w i n d o r

u i n d e r

h o t

s u n l i g h t ,

y o u

c

a p p r e c i a t e

b e i n g

a b l e t o

c a t c h

t h e n e x t

b u s o r t r a i n

j u s t

i n t i m

M a n y

o t h e r

f u n c t i o n s c a n

b e

e x p l o R e d

f r o m

s u c h

a

s y s t e m .

l i

A d j u s t i n g

t r a f f i c

l i g h t s d y n a m i c a l l y

A c c o r d i n g

t o

d i f f e r e n t

t r a f

l o a d s

o n

d i f f e r e n t

s t r e e t s ,

a n d

t r a c k i n g

s p e e d i n g

c a r s

o r

s t o l

9 4 1


4/4

c a r s .

S o m e

m a i n

p r e p o n d e r a n c e s

i n

i m p l e m e n t i n g

s u c h

WSNs

s y s t e m s

i n

I T S a r e l o w

c o s t ,

l o w p o w c r


a n d

h i g h

s e c u r i t y .

V I C ON CLUSI ON

I E E E 8 0 2 . 1 5 . 4

i s

a

n e w

s t a n d a r d d e s i g n e d t o a d d r e s s

t h e

n e e d s

o f a

v a r i e t y

o f

v e h i c u l a r , r e s i d e n t i a l ,

c o m m e r c i a l

a n d

i n d u s t r i a l a p l i c a t i o n s

b y

e n a b l i n g

p e r v a s i v e

w i r e l e s s

s e n s o r

n e t w o r k s .

T h e

s t a n d a r d

i s

c h a r a c t e r i z e d

b y

m a i n t a i n i n g

a

h i g h

l e v e l o f


a l l o w i n g

l o w c o s t a n d

l o w

p o w e r


i m p l e m e n t a t i o n s .

T h e h i g h l e v e l c h a r a c t e n r s t i c s o f

IE E E 8 0 2 . 1 5 . 4

m a k e s i t

a c a n d i d a t e

t e c h n o l o g y

t o I T S b y

e n a b l i n g t h e

u s e o f l o w - c o s t w i r e l e s s s e n s o r n e t w o r k s w i t h t h e

g o a l o f e n h a n c i n g

t h e

r e l i a b i l i t y

o f f u t u r e

w i r e

c o n t r o l

s y s t e m s

i n

v e h i c l e s

a n d t h e l o c a l i z a t i o n a : n d n a v i g a t i o n o f v e h i c l e s - r o a d

c o m m u n i c a t i o n

s y s t e m s .

I n

a d d i t i o n ,

o t h e r t e c h n o l o g i e s s u c h a s t w o o r

t h r e e

s a m e

w i r e c o n t r o l

s y s t e m s u s e d

t o g e t h e r t o

s o l v e

r e l i a b i l i t

i s s u e s

s u f f e r

f o r

h i g h c o s t t h a t l i m i t s

i t s w i d e s p r e a d d e p l o y i n e n t .

GPS

l o c a l i z a t i o n a : n d n a v i g a t i o n

s y s t e m s

h a v e

b l i n d

a r e a

t h a t

w i l l

n e e d t h e a s s i s t a n t o f W S N s . L o w - c o s t w i r e l e s s s e n s o r n e t w o r k s

s o l u t i o n

e n a b l e d

w i t h

I E E E

8 0 2 . 1 5 . 4

o f f e r s t h e

c a p a b i l i t i e s

r e q u i r e d

f o r

I T S

i n v e h l i c l e s

a n d

v e h i c l e s - r o a d c o m m u n i c a t i o n

s y s t e m s ,

b u t n e t w o r k a r c h i t e c t u r e i s s u e s n e e d s t o b e a d d r e s s e d

i n t h e

u p p e r

l a y e r s

o f

t h e

p r o t o c o l

s t a c k ,

p a r t i c u l a l y ,

i n

t h e

a d h o e c s e l f - c o n f i g u n n g n e t w o r k

l a y e r ,

s e c u r i t y

a n d

p o w e r


c o n t r o l o f

v e l h i c l e s - r o a d

c o m m u n i c a t i o n s y s t e m s .

F u r t h e r e f f o r t s a r e

s t i l l

n i e e d e d

i n

t h i s

a r e a

i n

o r d e r t o

d e l i v e r a

c o m p l e t e

s o l u t i o n f o r

W S N s ' a p p l i c a t i o n

i n

I T S .

a n d

M e t r o p o l i t a n

A r e a N e t w o r k s

S p e c i f i c R e q u i r e m e n t s

-

P a r t 1 5

W N i r e l e s s

Medium

A c c e s s C o n t r o l (MAC) a n d P h y s i c a l L a y e r ( P H

S p e c i f i c a t i o n s

f o r Low

R a t e

W ir e l e s s P er so n a l A r e a N e t w o r

( L R - W P A N s ) ,

New Y o r k :

I E E E P r e s s .

O c t o b e r

2 0

h t t p : / : s h o o p . i e e e . o r g l s t o r e l p r o d u c t s . a s p ? p r o d n o = s s 9 5 1 2

[ 8 ]

C . F r a n c o i s ,

W . J . Z h i a n d C . C . R 6 , S ys t e m P e r f o r m a n c e o f

I E

8 0 2 . 1 5 . 4 Low

R a t e

W i r e l e s s

PA N

u s i n g UkWB

a s

A l t e m a t e - P H Y L a y e r ,

T h e 14 IEEE 2 0 0 3

I n t e r n a t i o n a l

Symosium

o n

P e r s o n a l , I n d o a r

a

M o b i l e R a d i o C o m m u n i c a t i o n

P r o c e e d i n g s ,

P a g e ( s )

: 4 8 7 4 9 ] .

[ 9 ]

J . A .

G u t i e r r e z , M .

N a e v e ,

E .

C a l l a w a y ,

M .

B o u r g e o i s ,

V . M i t t e r a n d

H e i l e ,

I E E E

8 0 2 . 1 5 . 4 :

A

D e v e l o p i n g

S t a n d a r d

f o r

L o w - P o w e r

L o w - C o

W i re l e s s P e r s o n a l

A r e a

N e t w o r k s ,

E E E

N e t w o r k

S e p t e m b e

O c t o b

2 0 0 1 .

P a g e ( : ] 1 ? -

1 9 .

[ 1 0 ] E .

C a l l a w a y ,

P . G o r d a y ,

L .

H e s t e r ,

J . A .

G u t i e r r e z ,

M . N a e v e , B

H e i l e

a

V .

B a h l l

Home N e t w o r k i n g w i t h

I E E E

8 0 2 . 1 5 . 4 : A

D e v e l o p i n i g

S t a n d

f o r L o w - P o w e r L o w - C o s t W i r e l e s s P e r s o n a l A r e a N e t w o r k s I E

C o m m u n i c a t i o n s

M a g a z i e

A u g u s t

2 0 0 2

P a g e s ) :

7 0 -

7 7 .

[ 1 1 ] J . L . Z h e n g a n d M . J .

L e e ,

W i l l IEEE 8 0 2 . 1 5 . 4 Make U b i q u i t

N e t w o r k i n g

a

R e a l i t y ? : A D i s s c u s s i o n

o n

a

P o t e n t i a l Low P o w e r , Low

R a t e S t a n d a r d , I J E E C o m m u n i c a t i o n s

V a g a z i n e

J u n e

2 0

P a g e ( s

1 ) 4 0 -

1 4 6

A C KN O W L E D G M E N T S

T h i s

w o r k

i s s u p p o r t e d

i n

p a r t b y t h e H U A W E I F o u n d a t i o n

( I D

. Y J C B 2 0 0 5 0

1 1 W L ) .

R e f e r e n c e s

[ 1 ]

M I .

A l b e r t ,

K .

C h e n g

a n d

K o u s h i k

R a j a n ,

A

D i g i t a l

M a p / G P S B a s e d

R o u t i n g

a n d

A d d r e s s i n g

S c h e m e f o r W i r e l e s s A d - h o c

N e t w o r k s ,

I n t e l l i g e n t V e h i c l e s

S y m p o s i u m .

2 0 0 3 .

P r o c e e d i n g s .

IE

9 - 1 1 J u n e

2 0 0 3

P a g e ( s ) :

7 ] -

2 0 .

[ 2 ]

A . B a c h i r l , a n d

A .

B e n s l i m a n e ,

A m n u : l t i c a s t

p r o t o c o l

i n a d h o c n e tw o r k s

i n t e r - v e h i c l e

g e o c a s t ,

V e h i c u l a r

T e c h n o l o g y

C o n f e r e n c e ,

2 0 0 3 .

TC

2 0 0 3 - S p r i n g .

T h e

5 7 t h

IE

S e m i a n n u i a l

V o l u m e

4 ,

2 2 - 2 5

A p r i l

2 0 0 3

P a g e ( s ) . : 2 4 5 6

-

2 4 6 0 v o 1 . 4 .

[ 3 ]

D .

L e e . ,

R .

A t t i a s .

A . P u r

R .

S e t n g u p t a .

S .

T r i p a k i s

a n d P .

V a r a i y a ,

' A

w i r e l e s s t o k e n

r i n g

p r o t o c o l

f o r

i n t e l l i g e n i t t r a n s p o r t a t i o n

s y s t e m s ,

I n t e l l i g e n t

T r a n s p o r t a t i o n

S y s t e m s ,

2 0 0 ] .


2 0 0 ]

I E E E

2 5 - 2 9

A u g . 2 0 0 ] P a g e ( s : ] ] 5 2

-115E

[ 4 ]

H .

A l s h a e r

a n d

E .

H o r l a i t ,

' E m e r g i n g

c l i e n t - s e r v e r a i n d a d - h o c

a p p r o a c h

i n

i n t e r - v e h i c l e

c o m m u n i c a t i o n

p l a t f o r m ,

e h i c u l a r

T e c h n o l o g y

C o n f e r e n c e ,

2 0 0 4 . T 2 0 0 4 - F a l l . 2 0 0 4

I E E E

6 6 . V o l u m e 6 , 2 6 - 2 9

S e p t

2 0 0 4

P a g e ( S ) : 3 9 5 5

-

3 9 5 9 0 t

½.

6

[ 5 ]

S Y W a n g ,

O n t h e

i n t e r m i t t e n c e

o f

r o u t i n g

p a t h s

i n

v e h i c l e - f o r n e d

m o b i l e

a d

h o c

n e t w o r k s

o n

h i g h l w a y s ,

I n t e l l i g e n t

T r a n s p o r t a t i o n

S y s t e m s ,

2 0 0 4 .


T h e

t h I n t e r n a t i o n a l

IE

C o n r e n c e

on

3 - 6

O c t .

2 0 0 4

P a g e ( ) : 8 0 3

-

8 0 9

[ 6 ]

T .

O s a f u n e ,

K .

M o n d e n ,

S .

F u k u z a w a

a n d

S .

M a t s u i ,

P e r f o r m a n c e

m e a s u r e m e n t

o f

m o b i l e

a d

h o c n e t w o r k

f o r


t o

I n t e r n e t - I T S

i n t e l l i g e n t

t r a n s p o r t a t i o n

s y s t e m ) . p p h l i c a t i o n s

a n d t h e

I n t e r n e t , 2 0 0 4 .


2 0 0 4 I n t e r n a t i o n a l S y m p o s i u m o n

2 0 0 4

P a g e s : 2 5

-

3 0

[ 7 ]

I n s t i t u t e

o f E l e c t r i c a l

a n d

E l e c t r o n i c

E n g i n e e r s ,

I n c . ,

I E E E

S t d .

8 0 2 . 1 5 . 4 - 2 0 0 3 ,

I E E E

S t a n d a r d f o r

I n f o r m a t i o n

T e c h n o l o g y

- T e l e c o m m u n i c a t i o n s a n d

I n f o r n a t i o n E x c h a n g e

b e t w e e n

S y s t e m s

-

L o c a l

9 4 2

ieee 802.3 standard

Documents