【コラム】

セカンド・オピニオン

163 バスのアーキテクチャ - 過去から未来へ(124)

 

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フィールドバスの色々(その25)ZigBee(その6)

クリアチャネル判定は通信方式に関係する。IEEE802.15.4はIEEE802.11同様、通信方式はCSMA/CAを採用する。このため通信にあたっては、まずそのチャネルが利用中でないかどうか、を確認する必要がある。クリアチャネル判定はこのための機能で、8 Symbol Cycle(128μs)の間、電波を受信し、そのチャネルが利用されているかどうか、をレポートするものだ。

電界エネルギー測定は名前の通り、電界の強度を測定するものだ。一般に無線の場合、経路は複数(というか、無限)にある。つまり直接の接続以外に、壁や天井、床等を経由した反射波、あるいはリピータ経由の接続が入る場合もあるだろう。こうした複数経路からの信号が混在して到達するマルチパス環境で確実に通信をするためには、一番信号強度が強いものを選ぶのが賢明である。このためには、到達した信号の強度を個別に測定して比較、というのが賢明な方法であり、このために電界エネルギー測定機能が用意されている。

ちなみにこの機能で測定できるのは単に信号強度だけではなく、干渉電波の測定なども可能になっている。単にZigBeeのみならず電子レンジとかワイヤレスTVカメラなどの信号強度も測定ができるので、ノイズ状態を知ることにも利用できる。

送受信動作設定、というのはちょっと面白いが、要するにPHY層をOn/Offする機能だ。158回でもちょっと触れたが、ZigBeeでは高い省電力性が求められる。実際ZigBeeを使ったセンサーシステムでは、一番消費電力が大きいのが無線の送受信という事も珍しくない。こうしたケースで、送受信を行っていない場合でもRFアンプが通電していたりすると、これによる消費電力が馬鹿にならない。そこで、必要なときだけこうしたアナログ段をOnにし、それ以外はOffにするといったきめ細かな制御が必要であり、このために用意されるのがこの動作設定だ。最後の情報管理は、単にPHY層に自動的に格納される情報(使用中のチャネル/送信パワー)を取り出してMAC層に通知できるというものだ。

ここまでで判るとおり、ひたすら省電力を目指し、上位層からの柔軟な制御を可能にしているのがPHY層の特徴である。ちなみに物理層のフレーム構造は、前回も書いた通りペイロード+ヘッダである。このヘッダの構造だが、

  • 先頭5バイト:同期ヘッダ。プリアンブル(Preamble)とSFD(Start of Frame Delomiter)から構成される。
  • 6バイト目:ペイロードのサイズ(Byte)

と極めてシンプルで、エラー検出/訂正に関連するようなものは皆無である。何らかのエラー検出/訂正が必要なら上位層で対応すればよい、という割り切りがここからはっきり判る。

次に話をMAC層に移したい。IEEE802.15.4のMAC層の特徴は、MAC層が二重構造になっていることだ。具体的には、LLC(Logical Link Control)が2種類のLLC(IEEE 802.2 LLC/IEEE 802.15.4 LLC)の2種類がカバーされていることだ。まずLLCの目的を説明すると、これは名前の通り論理リンクの制御である。一般にMAC(Media Access Control)は名前の通り回線の制御を行うわけだが、複数回線が利用できるケースでは各回線別にMACが存在する。これはいいのだが、上位であるネットワーク層はあくまでも口が1つだから(*1)、複数の回線がある場合にどの経路を使うか、をどこかで判断してやらねばならない。これを行うのがLLCであり、大分類としてはMAC層に入るが、実際は分離して考えるのが妥当とされる。ただそうは言っても、1つの物理デバイスに複数のLLCが介在するというのは、あまり一般的ではない。では何故これが登場したか、というとこれは標準化に関係する。

IEEE802.3、つまりEthernetやIEEE802.11、つまり無線LANであるが、これらに使われるLLCはいずれもIEEE802.2として標準化されたものである。これに代わる標準が無かったから、というもの一つの理由だし、IEEE802.2でもさして不都合がなかった、というのも理由だろう。従ってIEEE802.15系も、当初はIEEE802.2を利用する予定だったし、事実そうした使い方もされている。ところが、ZigBeeが想定していた使い方をする際に、これでは幾つか不足した部分があったようで、これを拡張したいというリクエストが出てきた。問題はこれをどこが担当するか、という話で、802.2 WG(Working Group)が拡張仕様にするとか、いっそZigBee Allianceにやらせろとか、いろいろ揉めたらしい。最終的にはこの部分は802.15.4 WGが受け持つ形で拡張仕様として別のLLCが並行して利用される形になっている。基本的にはZigBeeデバイスはこの802.15.4 LLCを使う形になるのが一般的であり、以後はこれを前提に話を進めたい。(続く)

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インデックス

連載目次
第421回 MCUで遊ぼう Part2 (12)
第420回 MCUで遊ぼう Part2 (11)
第419回 MCUで遊ぼう Part2 (10)
第418回 MCUで遊ぼう Part2 (9)
第417回 MCUで遊ぼう Part2 (8)
第416回 MCUで遊ぼう Part2 (7)
第415回 MCUで遊ぼう Part2 (6)
第414回 MCUで遊ぼう Part2 (5)
第413回 MCUで遊ぼう Part2 (4)
第412回 MCUで遊ぼう Part2 (3)
第411回 MCUで遊ぼう Part2 (2)
第410回 MCUで遊ぼう Part2 (1)
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第408回 MCUで遊ぼう(56)
第407回 MCUで遊ぼう(55)
第406回 MCUで遊ぼう(54)
第405回 MCUで遊ぼう(53)
第404回 MCUで遊ぼう(52)
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