Standards: The Jedi Force Behind the Internet of Things

By the end of this year, we will start to see people walk around with glasses that give an augmented view of reality; stare at their watches to read emails and wear headbands that control apps with a simple thought from our brain.

The Connected Revolution is here and 2013 is definitely shaping up to be the start of what is being coined the Internet of Things (IoT). New devices like Google Glass, Pebble, the iWatch and even the brainwave headband, Muse, are all expected to be available for purchase by the end of this year and this is all just the beginning. It is predicted that 50 to 100 billion things will be electronically connected by 2020.

While all this new technology coming to the market is exciting, one powerful ingredient is absolutely necessary for it all to work and thrive – Standards.

Standards are like an unseen force - something you never think of when it comes to functional technology but absolutely critical in making it all work. Email, HTTPS, USB and WIFI are all products of standards and of course we wouldn’t be able to live without any of these today.

I recently had the fantastic opportunity to sit down and talk with the Karen Bartleson, President of the Institute of Electrical and Electronics Engineers Standards Association or the I-triple-E (IEEE-SA) on the important role standards play in this key time of our technological evolution.

Bartleson likened standards to “connective tissue” that is necessary to support and connect innovation and technology. Without standards, there would be no common platform from which providers could innovate and create upon. This would ultimately impact the widespread adoption of ideas and concepts necessary for technology to succeed on a global scale.

To build these standards, the IEEE organization often employ the use of an open paradigm they call Open Stand. This approach is essential to pace the speed of which standards are adopted with the fast pace of innovation – thus making it more market driven. The method uses the consensus of the IEEE membership requiring a majority agreement of 75% rather than the more national approach that leans on approvals from regulatory bodies such as the government. 

As interconnectivity is a the core of the Internet of Things, IEEE is holding a workshop dedicated to identifying collaboration opportunities and standardization gaps specific in China on April 12, 2012 with the hopes to help the industry foster the growth of IoT in the market.

As well, according to Bartleson, IEEE-SA is currently working on a number of standards related to the Internet of Things including:

• Network standards
• Sensors
• Medical Devices
• Smart Home / Smart Grid
• Smart Highways
• Self driving cars

As we start to see more and more connected things integrate into our daily lives, we will know that the necessary standards to let our fridge talk to our phone; or our car drive us to work, have been put in place to make it all work. So when you strap on your iWatch or put on your Google Glasses – take a moment to say a silent thank you to IEEE-SA for helping to make it all happen.

By Tom Emrich

802.11: Conceitos

INTRODUÇÃO

802.11 ou também conhecido como Wi-Fi (que pode ser considerado seu nome comercial, é a abreviatura do termo inglês “Wireless Fidelity”) é o conjunto de normas/especificações para redes sem fio locais (WLANs - Wireless Local Area Network) mantidas pela IEEE. Sendo 802.11r de 15 de julho de 2008 sua versão mais recente.
Mesmo sendo mais lenta que as tecnologias de redes cabeadas existentes tem se tornado cada vez mais popular devido sua praticidade e comodidade. Pois permite a comunicação entre diversos dispositivos (PCs, notebooks, celulares, impressoras, etc.) sem a necessidade de um cabo, evitando por exemplo: furos ou conduites em paredes para passagens de cabos de rede em escritórios ou mesmo casas, a necessidade de ter sempre a mão um cabo para conectar seu notebook ou smartphone a rede de um cliente ou amigo, entre outros.

IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)
Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos é uma organização sem fins lucrativos criada nos estados unidos em 1963 cujo principal objetivo é promover tecnologias, atuando em diversas áreas. A família 802 é onde encontramos as normas para redes locais e redes de área metropolitana.

Wi-Fi Alliance

Organização sem fins lucrativos criada em 1999 pelas industrias lideres na area, que tem como objetivo incentivar a adoção de um padrão único para redes wireless e seus dispositivos. Presente hoje em mais de 20 países e com mais de 300 membros.

ARQUITETURA

O padrão 802.11 possui duas arquiteturas de redes distintas.

figura1a

figura1b

• Uma que é conposta por um Access Point, ou Ponto de Acesso, responsável pela transmissão de dados e controle se acesso a rede, também conhecido como estação-base. (figura1a)
• Uma no formato Ad-hoc, que nada mais redes que não possuem um Access Point, o controle e acesso aos dispositivos da rede são feita pelos próprios dispositivos, sem a necessidade de um dispositivo unicamente dedicado ao controle da rede. (figura1b)

Sua transmissão é baseada em sinais de radio freqüência (RF), mais especificamente as faixas ISM ( Industrial, Scientific and Medical ), as faixas ISM são reservadas para campos de radio freqüência de uso industrial, científico e médico outros fins que não a comunicação, são definidas pelos regulamentos de radiocomunicações 5.138, 5.150, e 5.280 da ITU-R ( ITU International Telecommunication Union (ITU) é o responsável pelos padrões de sistemas de radiocomunicações) que podem operar, nos seguintes intervalos:

• De 902 MHz a 928 MHz;
• De 2,4 GHz a 2,485 GHz
• De 5,15 GHz a 5,825 GHz

Esses limites podem variar de um país para outro, as faixas utilizadas pelo Wi-Fi são: de 2,4 GHz a 2,485 GHz e De 5,15 GHz a 5,825 GHz (isso pode variar conforme a versão do padrão 802.11).

Independent Basic Service Sets (IBSS)
IBSS consiste em um grupo de estações comunicando-se diretamente uma com as outras. Redes também conhecidas como ad-hoc (peer-to-peer ou ponto-a-ponto).

Basic Service Sets (BSS)
BSS é um grupo de estações comunicando-se entre sí através de um ponto comum de conexão, o Access Point-AP (Ponto de Acesso-PA). Nenhuma estação conversa entre sí sem antes passar pelo PA.

Extended Service Sets (ESS)
Múltiplas infra-estruturas de BSS podem ser conectadas através de suas interfaces de uplink e por sua vez está conectado no Distribution System - DS (Centro de Distribuição - CD). Várias BSS interconectadas via DS são denominadas ESSs.

Distributed System (DS)
Consiste em um backbone cabeado que conecta 2 ou mais Extended Service Sets (ESS).

TECNOLOGIAS

O padrão 802.11 original transmitia em velocidades de 1 ou 2 Mbps, muito lento. Atualmente sua velocidade ainda não pode ser comparada a velocidade de meios cadeados, no entanto, já pode ser considerada satisfatória para muitas das necessidades de banda atuais. Suas normais mais utilizadas na atualidade são:

• IEEE 802.11a
• Velocidade máxima de 54 Mbps
• Freqüência de 5 GHz
• Suporta 64 utilizadores por Access Points (AP)
• Incompatível com Access Points dos padrões b e g, mas compatível com clientes b e g
• Possui Baixa interferência durante a transmissão de sinais

• IEEE 802.11b
• Velocidade máxima de 11 Mbps
• Freqüência de 2.4 GHz
• Possui alta interferência durante a transmissão de sinais

• IEEE 802.11g
• Velocidade máxima de 54 Mbps
• Freqüências de 2.4 GHz
• Compativel com IEEE802.11b
• Usa Autenticacao WEP e WAP

Demais normas:

• IEEE 802.11d
• IEEE 802.11e
• IEEE 802.11f
• IEEE 802.11h
• IEEE 802.11i
• IEEE 802.11j
• IEEE 802.11k
• IEEE 802.11m
• IEEE 802.11n
• IEEE 802.11p
• IEEE 802.11r
• IEEE 802.11s
• IEEE 802.11t
• IEEE 802.11u
• IEEE 802.11v
• IEEE 802.11x
• IEEE 802.11w
• IEEE 802.11z

CAMADAS E PROTOCOLOS

Com excessao das camadas de Enlace de Dados e Fisica as demais camadas (superiores a camada de Enlace de Dados) possuem as mesmas caracteristicas do padrão 802.03 (o conhecido padrão ethernet).

CAMADA FÍSICA
Como podemos ver na imagem acima a camada fisica do 802.11 é dividida em 5 modos distintos, são eles:
INFRAVERMELHO
Sua velocidade é de 1 Mbps ou 2 Mbps.Possui baixo alcance e é altamente sucetivel a interferencias.
FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum ou Espectro de Dispersão de Saltos de Freqüências)
Utiliza 79 canais de 1 MHz de largura cada, por onde a informação inrá trafegar, alternando entre canais, o que evita consideravelmente interferencia.
DSSS (Frequency Hopping Spread Spectrum ou Espectro de Dispersão de Seqüência Direta)
Cada tempo de duração de um bit é subdividido em 11 intervalos curtos, denominados chips. Cada estação tem sua própria seqüência exclusiva de chips. Os chips são transmitidos em paralelo, utilizando freqüências distintas, utilizando canais estacionários de 22 MHz cada..
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multipexing ou Multiplexação Ortogonal por Divisão de Freqüência)
Utilizado para transmitir até 54 Mbps na Banda ISM de 5 GHz. São utilizadas 52 freqüências, sendo 48 para dados e 4 para sincronização. Pode-se usar bandas não contíguas, e apresenta boa imunidade a interferências.
HR-DSSS (High Rate Direct Sequence Spread Spectrum ou Espectro de Dispersão de Seqüência Direta de Alta Velocidade)
Possui velocidades de de 1, 2 5,5 e 11 Mbps, com alcance cerca de 7 vezes maior que a OFDM, utilizada para o padrão IEEE 802.1a.

CAMADA DE ENACE DE DADOS
Modos de operação:

• DCF (Distributed Coordination Function ou Função de Coordenação Distribuída) próprio para redes Ad Hoc.
• PCF (Point Coordination Function ou Função de Coordenação de Ponto) para as redes com Access Point (AP).

O protocolo mais utilizado por essa camada é o CSMA/CA (Carrier Sense, Multiple Access with
Collision Avoidance ou CSMA com Abstenção de Colisão) utilizando canais virtuais com controle de fluxo.Para iniciar-se uma transmissao é enviado um RTS (Request to Send) que solicita a permissão paraenviar um quadro, caso a outra estação aceite o pedido será enviado como resposta um quadro CTS (Clear to Send), inicia-se entao a transmissao utilizando ACKs para garantir que dados não sejam perdidos.

PACOTE DE DADOS

• Controle (Frame Control) (possui 11 sub-campos):
• Versão (Version) do protocolo.
• Tipo (Type)
• Sub-tipo (Subtype)
• Para DS (To DS)
• De DS (From DS)
• MF
• Repetir (Retry)
• Gerenciamento de Energia (Pwr)
• Mais (More)
• W
• O

• Duração (Duration)
• Endereços (possui 4 endereços):
• Endereço de Destino (Address 1)
• Endereço de Origem (Address 2)
• Endereço da Estação-base de Destino (Address 3)
• Endereço da Estação-base de Origem (Address 4)

• Seqüência (Seq.)
• Dados (Data)
• FCS (Check-sum)

IEEE defines goal 100Gbps of speed of Ethernet of future generation

The person in charge of a IEEE standard seminar shows, Ethernet will develop towards 100Gbps goal with higher speed in the following several years on Wednesday.

American Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) A special seminar made confirmed technical developing direction of Ethernet of future generation last Thursday. 100Gbps Ethernet will be 10 times faster than the speed of most quick 10Gbps Ethernet at present. But the presidents John D’Ambrosia of this seminar say, some manufacturers and representatives of users, such as Laurence national laboratories and cable television operator Comcast Companies in Berkeley, think that it is necessary to develop into the speed of this Ethernet. It will meet enterprises and the operator’s demands at the same time.

Ethernet appeared first 30 years ago, since its speed reach 10Mbps in fashion in enterprise’s LAN. Subsequently, appear speed successively quick fast Ethernet, giga Ethernet and Wan promise Ethernet. Because the Ethernet is all standardized, a lot of manufacturers can compete, the product cost has been reduced gradually too. High-speed Ethernet, always in order to assemble the new life that the flowrate of low speed Ethernet begins them, they are assembled to Ethernet at a high speed later.

D’Ambrosia says, the video, high-performance operation and demanding to network the speed and increasing accordingly to the application demand of the data centre of enterprises. IEEE established this seminar in July, the task is to confirm what kind of speed IEEE should make great efforts to reach in the next standard. At a IEEE meeting held in Dallas last Thursday, 100Gbps speed obtained 75% of the affirmative votes of seminar standardly.

Other speed standards that the seminar considers are 40Gbps, 80Gbps and 120Gbps, but their supporting rate is not high enough. D’Ambrosia says, the seminar, besides meeting the present demand in consideration while determining standard of this speed, have also weighed and finished its time and work capacity used in research.

Before 100Gbps Ethernet is finished studying and gone on the market, IEEE will also sanction setting up a work group to plan how to realize the goal of this speed. D’Ambrosia says, according to the past development experience, the standard 100Gbps Ethernet products may have been can finish studying by the end of 2009 or in the beginning of 2010.