この規格 プレビューページの目次
※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。
3 用語、定義、略語
3.1 用語と定義
このドキュメントでは、次の用語と定義が適用されます。
3.1.1
バイト
8ビットで表現
[出典: ISO/IEC 14543-3-10: 2012, 3.1.4]
3.1.2
中心周波数
送信機のマーク周波数とスペース周波数の間の平均周波数
3.1.3
衝突
同じワイヤレス チャネルを使用し、同時にデータを送信する 2 つのワイヤレス トランスミッタ
3.1.4
巡回冗長検査
CRC
多項式除算に基づく整合性ハッシュ アルゴリズム
[出典: ISO/IEC 14543-3-10: 2012, 3.1.6]
3.1.5
DATA_DL
リンク層のペイロードデータを含むテレグラムのフィールド
3.1.6
DATA_PL
物理層のペイロード データを含むパケット内のフィールド
3.1.7
データレート
1 秒あたりのビット数
3.1.8
データレートエラー
実際のデータ レートと指定されたデータ レートの差を指定されたデータ レートで割った値
3.1.9
エネルギーハーベスティング
デバイスの動作に電力を供給するために取得および保存 (ハーベスト) される、デバイスの環境で利用可能なエネルギー。
注記1:エネルギー源の例は、機械的作動、太陽放射、温度差などである。
[出典: ISO/IEC 14543-3-10: 2012, 3.1.8]
3.1.10
周波数偏差
FDEV
マーク周波数とスペース周波数の半分の大きさ
3.1.11
周波数誤差
中心周波数と動作周波数の差
3.1.12
周波数変調
マークおよびスペース周波数による論理 1 および論理 0 の表現
3.1.13
周波数シフト キーイング
FSK
周波数変調によるデジタルデータを表す送信
3.1.14
ハッシュ
送信電文のデータ完全性管理のためのハッシュ値を指定するフィールド
[出典: ISO/IEC 14543-3-10: 2012, 3.1.10, modified – "Subtelegram" が定義から削除された。]
3.1.15
宛先の識別
DESTID
FMWSP テレグラムの宛先デバイスの一意の ID
[出典: ISO/IEC 14543-3-10: 2012, 3.1.14, modified - 用語と定義の両方が変更されましたが、略語は変更されていません。]
3.1.16
ソースのアイデンティティ
オリジナル
テレグラムの送信元のデバイスの一意の ID
3.1.17
長さ
パケット内の残りのバイト数を指定するパケットまたはテレグラム内のフィールド、それぞれテレグラム
3.1.18
話す前に聞く
LBT
パケットを送信する前に無線チャネルの占有率をチェックする技術
[出典: ISO/IEC 14543-3-10: 2012, 3.1.17, modified – 定義の「フレーム」は「パケット」に置き換えられた]
3.1.19
マーク頻度
論理 1 を表す周波数変調伝送の周波数。
3.1.20
最大許容信号
受信機が対応できる最大入力レベル電力
3.1.21
ゼロに戻らない
NRZ
デジタルデータの送信に使用されるコード
3.1.22
動作周波数
システム仕様で要求される周波数
3.1.23
最適なサンプリング ポイント
送信ビットの中央
3.1.24
帯域外スプリアス発射
システムによって意図的に作成されていない周波数
3.1.25
パッケージ
物理層で完全な単位として送信されるデータのセット
3.1.26
パケット エラー率
正しく受信されなかった送信パケットの平均部分。各パケットには任意のデータが含まれます。
3.1.27
パワーアンプランプオフ時間
PA ランプオフ時間
パケットの最後のシンボルが終了してから送信機の電源がオフになるまでの時間
3.1.28
パワーアンプのランプオン時間
PA ランプオン時間
送信機の電源が投入されてから、プリアンブルの最初のシンボルの開始までの時間 (PRE)
3.1.29
前文
前
しきい値の生成とビット同期に使用される、パケットの先頭にある交互のビット シーケンス
3.1.30
パルス形状
シンボルの形
3.1.31
高周波電力
RFパワー
送信機の強さ
3.1.32
定格送信電力
送信機の仕様で要求される送信電力
3.1.33
受信感度
指定されたパケット エラー レートを満たす最小入力電力レベル
3.1.34
電報の繰り返し
リピータによって送信される電報
[出典: ISO/IEC 14543-3-10: 2012, 3.1.28]
3.1.35
リピータ
テレグラムを受信し、更新された信号を任意の FMWSP 受信機に送信します
[出典: ISO/IEC 14543-3-10: 2012, 3.1.29]
3.1.36
空間周波数
論理 0 を表す周波数変調伝送の周波数。
3.1.37
シンボル
論理 0 または論理 1 のいずれかを表す送信者によって送信されるビット
3.1.38
同期語
SYNCWD
FMWSPプロトコルを識別するためにパケットで送信されるワードであり、受信機を着信信号に同期させるためにも使用されます
3.1.39
電報
ネットワーク層とデータリンク層のデータユニット
[出典: ISO/IEC 14543-3-10: 2012, 3.1.34, modified – 定義が変更され、注釈が削除された。]
3.1.40
電報タイプ
FMWSP プロトコルで送信されるテレグラムのタイプを識別します
注記 1 FMWSP プロトコルで送信できるテレグラムにはいくつかのタイプがあります。電報タイプは、アプリケーションによって使用および定義され、最小限のエネルギーが消費されるように選択されます。この規格は電報タイプの構文を指定しますが、セマンティクスとサポートされるフィールドはアプリケーションによって指定されます。
[出典: ISO/IEC 14543-3-10: 2012, 3.1.35, modified – 略語が削除され、定義が変更され、注 1 と 2 が新しい注 1 に置き換えられた。]
3.1.41
送信電力
送信中の放射のパワー
3.2 略語
| 追加 | 追加データ |
| CRC | 巡回冗長検査 |
| DATA_DL | データリンク層とネットワーク層のペイロードデータ |
| DATA_PL | 物理層のペイロードデータ |
| DESTID | 宛先デバイス ID |
| EIRP | 実効等方性放射電力 |
| ERP | 実効放射電力 |
| ETELTYPE | 拡張電文タイプ |
| EXHDR | 拡張ヘッダー |
| FDEV | 周波数偏差 |
| FMWSP | 周波数変調ワイヤレス ショート パケット プロトコル |
| FSK | 周波数シフト キーイング |
| HDR | ヘッダー |
| LBT | 話す前に聞く |
| LSB | 最下位ビット |
| MSB | 上位ビット |
| NRZ | ノンリターン・トゥ・ゼロ |
| オリジナル | デバイス ID の送信 |
| 前 | 前文 |
| RF | 無線周波数 |
| SYNCWD | 同期ワード |
4 適合性
この規格で指定されている FMWSP プロトコル システムの 3 つのコンポーネントは、送信機、受信機、およびリピータです。リピータはテレグラムの送信と受信の両方が可能であり、送信機と受信機の両方の要件をサポートする必要があります。
この国際規格に準拠するために、コンポーネントは、別の周波数が地域の規制によって義務付けられていない限り、868.300 MHz, 902.875 MHz, または 928.350 MHz の 3 つのワイヤレス周波数の少なくとも 1 つをサポートする必要があります。選択された周波数について、送信機はオプションとして明示的に記載されていないすべての送信機要件をサポートし、受信機はオプションとして明示的に記載されていないすべての受信機要件をサポートする必要があります。これらの要件は、条項 6, 7, および 8 で指定されています。中継器は、送信機および受信機の要件に加えて、8.3 の仕様もサポートする必要があります。
5アーキテクチャ
5.1 一般的なプロトコルの説明
5.1.1 概要
この節では、Frequency Modulated Wireless Short-Packet (FMWSP) プロトコル スタックの包括的な概要を説明します (表 1 を参照) FMWSP は、エネルギー需要と伝送衝突の可能性の両方を最小限に抑えるように設計された軽量のレイヤード プロトコルです。 FMWSP プロトコル スタックは、OSI 参照モデルの構造に対応しています (ISO/IEC 7498-1 を参照)
表 1 — FMWSP プロトコル スタック構造 (OSI)
| 周波数変調ワイヤレス ショート パケット プロトコル (FMWSP) スタック | |||
|---|---|---|---|
| デフォルト | レイヤー | サービス | データ単位 |
| この規格では定義されていません | 応用 プレゼンテーション | ||
| セッション | |||
| 輸送 | |||
| ISO/IEC 14543-3-11 | 通信網 | メディア アクセス 話す前に聞く (LBT) | 電報 |
| データリンク層 | データの整合性 | 電報 | |
| 物理的 | 周波数変調 プリアンブル (PRE) 同期ワード (SYNCWD) | ビット/パッケージ | |
5.1.2 物理層
物理層では、データは 868.3 MHz, 902.875 MHz, または 928.35 MHz の周波数帯域で、周波数シフト キーイング (FSK) を使用して 125 kbit/s のデータ レートで送信されます。これは、国内規制の対象となる場合があります。 1 ビット期間は 8 µs です。データはパケットで送信されます。パケットは、プリアンブル (PRE)、同期ワード (SYNCWD)、それに続くデータ メッセージの長さ (LENGTH) と実際のデータ (DATA_PL) を表すバイトで構成されます。
プロトコルはプレシオクロナスで動作しています。プレシオクロナス システムでは、システムのさまざまな部分がほぼ同期していますが、完全ではありません。最大パケット長の制限内では、システムはメソクロナス (クロックの周波数は同じですが位相が異なる) と見なすことができます。同期ワード (SYNCWD) に基づく同期の後、システムは同期していると見なされます。これにより、非常にエネルギー効率の高いコーディング、つまりノンリターンツーゼロ(NRZ)コーディングを使用できます。
詳細については、第 6 条を参照してください。
5.1.3 データリンク層
テレグラムは、プリアンブル (PRE) と同期ワード (SYNCWD) が削除されたパケットの一部です。テレグラムの受信側では、テレグラムのデータの完全性がチェックされるデータリンク層に転送されます。データの整合性チェックが失敗した場合、テレグラムは破棄されます。
5.1.4 ネットワーク層
ネットワーク層はルーティングを担当します。この場合、主に繰り返しプロセスであり、送信者と受信者が直接通信できない場合に必要です。これには、それらの間に設置されたリピータの存在が必要です (8.3 を参照)
ネットワーク層のもう 1 つのタスクは、送受信されるテレグラムのタイミングを管理することです。可能であれば、リッスン ビフォア トーク (LBT) 技術を使用して、ワイヤレス チャネルが占有されているときに送信が開始されないようにします。
5.1.5 トランスポート層
この層は、この規格では説明されていません。
5.1.6 セッション層
この層は、この規格では説明されていません。
5.1.7 プレゼンテーション層
この層は、この規格では説明されていません。
5.1.8 アプリケーション層
この層は、この規格では説明されていません。
5.2 データユニットの説明
通信プロトコルは、データの単位に基づいています。各層のデータユニットの構造は、箇条 , 箇条 , および箇条 8 (ネットワーク層) に記述されています。
パケットは、物理層でのエンコードされたデータの表現です。これには、受信機の制御および同期情報が含まれます。パケットは、ビット単位のシリアル シーケンスとして送信されます。受信側では、テレグラムはデコード プロセスの結果であり、フィールド プリアンブル (PRE) と同期ワード (SYNCWD) がパケットから削除されます。送信機側では、これら 2 つのフィールドをテレグラムに追加することによってパケットが作成されます。
6 レイヤー 1 - 物理レイヤー
6.1 概要
FMWSP プロトコルでサポートされる物理パラメータについては、この節で説明します。次の節では、この規格で指定されている物理パラメータを定義し、示しています。 FMWSP送信機が満たさなければならない要件は6.3で説明され、FMWSP受信機の要件は6.4で説明されています。
物理層は、物理層で送信されるデータ単位であるパケットと、リンク層で送信されるデータ単位であるテレグラムとの間の変換も担当します。 FMWSP プロトコル パケットの構造とエンコードは 6.5 にあります。
6.2 一般的な説明
この節では、WSP 信号システムでサポートされる FMWSP プロトコルの物理パラメータについて説明します. これには、送信機と受信機のすべての電気的パラメータと関連する許容誤差が含まれます.
図 1 —周波数変調信号と関連するさまざまな物理パラメータの図
図 1 に FSK エンベロープを示します。また、以下で定義されるさまざまな物理パラメータも示しています。これらは、FMWSP プロトコルがどのように定義されているかを理解するために必要です。
中心周波数 は、送信機のマーク周波数とスペース周波数の間の平均周波数です (図 1 を参照)
データ レート エラー は、実際のデータ レートと指定されたデータ レートの差を指定されたデータ レートで割った値です。テレグラムが短いほど、許容されるデータ レート エラーが大きくなります。
データレート は、1 秒あたりのビット数です。
周波数偏差 (FDEV) は、マーク周波数とスペース周波数の間の大きさの半分です。シンボルのピークがその間になければならない最大値と最小値があります (図 1 を参照)
周波数誤差 は、中心周波数と動作周波数の差です (図 1 を参照)中心周波数が動作周波数よりも大きい場合は正であり、中心周波数が動作周波数よりも小さい場合は負です。
周波数変調 は、論理 1 と論理 0 がそれぞれマーク周波数とスペース周波数で表されるように行われます (図 1 を参照)
マーク周波数 は論理 1 を表し、中心周波数に周波数偏移を加算した値を持ちます (図 1 を参照)
最大許容信号 は、受信機が対処できる最大入力レベル電力です。
動作周波数 は、システム仕様で要求されている周波数です (図 1 を参照)
最適なサンプリング ポイント は、送信されたビットの中央にあります (図 1 を参照)
帯域外スプリアス エミッション は、システムによって意図的に作成されていない周波数であり、これらは地域の規制に準拠する必要があります。
パケット エラー率 は、正しく受信されなかった送信パケットの平均割合であり、各パケットには任意のデータが含まれています。
PA Ramp Off-Time は、パケットの最後のシンボルが終了してからトランスミッタの電源がオフになるまでの時間です (図 1 を参照)
PA Ramp On-Time は、トランスミッタの電源が投入されてから、プリアンブル (PRE) の最初のシンボルが始まるまでの時間です (図 1 を参照)
パルス形状 はシンボルの形状です。それは任意の形式を持つことができますが、そのピークは最大周波数偏差値と最小周波数偏差値の間に位置するものとします (図 1 を参照)
無線周波数 (RF) 電力 は、アンテナ コネクタ (存在する場合) で測定された送信機の強度です。アンテナ コネクタのインピーダンスに一致するか、不一致があれば修正された機器で作成する必要があります。アンテナ コネクタのないデバイスの場合、測定値は実効等方性放射電力 (EIRP) (つまり、0 dBi ゲイン アンテナ) として解釈され、放射測定値は実装のゲインを補正するために補正されます。
定格送信電力 は、送信機に指定された送信電力です。
受信機感度 は、6.4 で指定された条件下で指定されたパケット エラー率が満たされている最小入力電力レベルです。
空間周波数 は論理 0 を表し、中心周波数から周波数偏差を差し引いた値を持ちます (図 1 を参照)
シンボル は、論理 0 または論理 1 を表す送信者によって送信されるビットです。
送信電力 は、送信中の放射の電力です (図 1 を参照)
6.3 FMWSP 送信機の物理仕様
この節は、FMWSP 送信機の要件を提供します。表 2 は、トランスミッタとリピータの両方でサポートされるすべての必須パラメータ値を示しています。これらのパラメータはすべて、上記の 6.2 で説明されています。
表 2 — FMWSP 送信機の要件
| パラメータ | 最小値 | 代表値 | 最大値 |
|---|---|---|---|
| 868MHz システムの動作周波数 | 868.300MHz | ||
| 902MHz システムの動作周波数 | 902.875MHz | ||
| 928MHz システムの動作周波数 | 928.350MHz | ||
| 周波数誤差(全動作周波数) | −18kHz | +18kHz | |
| データレート (意図) | 125kbps | ||
| データレートエラー | −7 680 × 10 −6/ テレグラムの長さ (バイト単位) (最大テレグラム長 256 B の場合 -30 × 10 −6 ) | +7 680 × 10 −6/ テレグラムの長さ (バイト単位) (最大テレグラム長 256 B の場合は +30 × 10 −6 ) | |
| 変調方式 | FSK | ||
| コード | NRZ | ||
| 周波数偏差(FDEV) | 55.0kHz | 62.5kHz | 70.0kHz |
| 論理 '0' (中心周波数から) | − FDEV | ||
| 論理 '1' (中心周波数から) | + FDEV | ||
| 定格送信電力 | 0dBm | 国内規制による制限 | |
| PA ランプオン時間 | 0 マイクロ秒 | 40μs | |
| PA ランプオフ時間 | 0 マイクロ秒 | 40μs |
6.4 FMWSP 受信機の物理仕様
この節は、FMWSP 受信機の要件を提供します。 FMWSP 受信機は、6.3 で与えられた許容範囲内で送信信号に対処できなければならない。また、表 3 の要件も満たす必要があります。これらのパラメータはすべて、上記の 6.2 で説明されています。
表 3 — FMWSP 受信機の要件
| パラメータ | 価値 |
|---|---|
| 受信感度 | < -95dBm |
| 最大許容信号 | > -20dBm |
| パケット エラー率 | <0.1% |
条件:
|
6.5 パケット構造
この節は、パケットの構造、つまり物理層で送信されるテレグラムを指定します。パケット内のデータ符号化のさまざまな側面の詳細が説明されています。送信モードは最上位ビット (MSB) ファーストです。パケットの最大長は 260 B です。
図 2 — FMWSP プロトコルのパケット構造
完全なパケットは、図に示すように、プリアンブル (PRE)、同期ワード (SYNCWD)、フィールド DATA_PL の長さ (LENGTH)、それに続くペイロード DATA_PL で構成されます。
上記の図 2 と表 4 で説明します。
表4 — FMWSPプロトコルのパケットフィールド値
| 田畑 | 価値 | ビット/ バイト順 |
|---|---|---|
| PRE (プリアンブル) (16bit) | ビット列「1010101010101010」 (0xAAAA) | MSB が最初に送信される バイト転送順序は左から右へ |
| SYNCWD (同期語) (16bit) | ビット列「1010100100111100」 (0xA93C) | |
| 長さ (8 ビット) | 1 - 255 | |
| DATA_PL (1B~255B) | ペイロードデータ |
すべてのパケットは、長さ 16 ビットのプリアンブル (PRE) で始まります (表 4 を参照)
PRE: このフィールド (長さ 2 B のプリアンブル) はパケットの開始であり、しきい値の生成とビット同期に使用されます。その値を表 4 に示します。
SYNCWD: このフィールドは、長さ 2 B の同期ワードであり、FMWSP プロトコルを識別し、受信機を着信信号に同期させるためにも使用されます。その値を表 4 に示します。
LENGTH: 長さ 1 B のこのフィールドは、フィールド DATA_PL の長さと一致する、パケットの残りのバイト数を指定します。
DATA_PL: このフィールドには、物理層のペイロード データが含まれます。これについては、第 7 節で詳しく説明します。そのバイト数は、フィールド LENGTH によって決まります。
物理層のパケットとリンク層のテレグラムの関係は、6.6 に記述されています。
6.6 パケットとテレグラムの関係
受信側はパケットからテレグラムを推測する必要がありますが、送信側はテレグラムからパケットを作成する必要があります。それらの間の関係はで見られます
図 3.
図 3 —パケットとテレグラムの関係
パケットとテレグラムの違いは、フィールド LENGTH と DATA_PL で構成されるテレグラムでは、パケットのフィールド PRE と SYNCWD が欠落していることです。
7 レイヤ 2 - データ リンク層
7.1 概要
リンク層で送信されるデータの構造であるテレグラムには、2 つの異なる形式があります。 1 つは、長さが 8 B 未満の非常に短いテレグラム用です (7.2 を参照)他のテレグラムの長さは 8 B ~ 256 B です (7.3 を参照)データ リンク層は、データ整合性サービスも担当します。これについては、以下の 7.4 で説明します。
7.2 長さが 8 B 未満の電報の構造
長さが 8 B 未満のテレグラムは、フィールド LENGTH の値が 6 B 以下のテレグラムです。その構造を以下に示します。
図
図 4 — 8 B 未満の長さの電報の構造
テレグラムのさまざまなフィールドは次のとおりです。
LENGTH: このフィールドは、テレグラム内のこのフィールドに続くバイト数だけでなく、表 5 に示すようにテレグラムのタイプも指定します。このフィールドの長さは 1 B です。
ORIGID: このフィールドは、テレグラムのソースの ID を指定します。表 5 に示すように、フィールドの長さはテレグラムのタイプによって異なります。
DATA_DL: このフィールドには、テレグラムのペイロードが含まれます。フィールドの長さは、表 5 に示すテレグラム タイプによって異なります。
表5 -長さが8B未満の電報のフィールド値と意味
| の値 長さ | フィールドの長さ ORIGID ビット | フィールドの長さ DATA_DL ビット | 電報タイプの意味 |
|---|---|---|---|
| 0000 0001 | 8位 | 0 | 1 |
| 0000 0010 | 8位 | 8位 | 2 |
| 0000 0011 | 16 | 8位 | 3 |
| 0000 0100 | 24 | 8位 | 4 |
| 0000 0101 | 32 | 8位 | 5 |
| 0000 0110 | 32 | 16 | 6 |
繰り返し (8.3 を参照) やデータの完全性 (7.4 を参照) に関する情報がないため、これらのタイプのテレグラムは決して繰り返されません。また、上位層はデータの整合性を担当します。
電報タイプのセマンティクスは、この標準ではなく、アプリケーションによって指定されます。この規格は、テレグラムの構造とプロパティに対応する構文を指定します。
7.3 長さが 7 B を超える電文の構造
長さが 7 B を超えるテレグラムは、フィールド LENGTH が 6 B を超えています。構造が異なり、より多くの情報を転送できます。これにはデータ整合性チェックサムが含まれており、繰り返すことができます。その構造を次に示します。
図 5.
図 5 — 7 B を超える長さの電報の構造
テレグラムのさまざまなフィールドは次のとおりです。
LENGTH: これはテレグラムの最初のフィールドで、このフィールドに続くテレグラムのバイト数を指定します。その長さは 1 B です。
HDR: 長さ 1 B のヘッダーであるこのフィールドは、次を指定します (表 6 を参照)
- •電報の種類、
- •拡張テレグラム タイプ (ETELTYP) フィールドが存在する場合、
- •フィールド拡張ヘッダー (EXHDR) が存在する場合、
- •フィールド ソース ID (ORIGID) のバイト単位の長さ、および
- •フィールド Destination Identity (DESTID) が存在し、その長さ (バイト単位) が存在する場合。
EXHDR: 長さ 1 B の拡張ヘッダーであるこのフィールドは、指定します (表 7 を参照)
- •電報が元の電報である場合、
- •テレグラムが反復テレグラムの場合、反復の順序 (最大 15)、および
- •テレグラムにフィールド追加データ (ADDATA) が含まれており、その長さがバイト単位である場合。
ETELTYP: このフィールドは長さ 1 B の拡張テレグラム タイプで、HDR に含まれていない追加のテレグラム タイプを指定します (表 6 を参照)
ORIGID: このフィールドは、テレグラムのソースの ID を指定します。このフィールドの長さは、フィールド HDR で指定されます。
DESTID: このフィールドは、このテレグラムが対象とするデバイスの ID を指定します。その存在と長さはフィールド HDR で指定されます (表 6 を参照)
DATA_DL: このフィールドには、データ リンク層のペイロードが含まれます。このフィールドの長さは、フィールド LENGTH で指定された値と、テレグラム内の他のすべてのフィールドの存在と長さから推測する必要があります。
ADDATA: このフィールドには、テストおよびインストールの目的で使用できる追加データが含まれます。その存在とバイト単位の長さは、フィールド EXHDR で指定されます (表 7 を参照)
HASH: 長さ 1 B のこのフィールドには、整合性チェック値が含まれます。アルゴリズムは 7.4 で指定されています。
表 6 —ヘッダー (HDR) の説明
| HDR | 価値 | 意味 |
|---|---|---|
| ビット 7...5 | 000 | ORIGID 24 ビット (3B)、 |
| EXHDR | 価値 | 意味 |
| ビット 7...4 | 0000 | オリジナル電報 |
| 0001- | ||
| ETELTYPE | 価値 | 意味 |
| ビット 7...0 | 00000000 | 電報タイプ 22 |
| 00000001 | 電報タイプ 23 | |
| ... | ... | |
| 11111110 | 電報タイプ 276 | |
| 11111111 | 電報タイプ 277 |
ETELTYP は、テレグラム タイプ 22 ~ 277 を指定します。テレグラム タイプのセマンティクスは、この標準ではなく、アプリケーションによって指定されます。この規格は、テレグラムの構造とプロパティに対応する構文を指定します。
7.4 データの完全性
データの整合性は、フィールド HASH を含むテレグラム、つまり 7 B より長いテレグラムに対してのみ提供されます。これらの長いテレグラムの 1 つがそのまま到着したことを確認するために、テレグラムのハッシュが送信デバイス、つまり送信機または送信機によって計算されます。リピータ、送信前、テレグラムに添付 (フィールド HASH)添付されたハッシュ値は保護されていないため、送信の失敗を検出するためだけに機能し、悪意に対する保護には役立ちません。検証は、テレグラムを受信するデバイス、つまり受信機またはリピータによって行われます。サポートされているアルゴリズムは、8 ビット長の巡回冗長検査 (CRC) アルゴリズムです。このハッシュ関数をサポートするには、すべてのレシーバーとリピーターが必要です。
受信したテレグラムの完全性の検証に失敗した場合、テレグラムは無視されます。
アルゴリズムは、テレグラムのフィールド LENGTH の後の最初のバイトから開始し、生成多項式 x 8 + x 2 + x + 1 の生成多項式 x 8にテレグラムの最初のバイトを掛けたものによる除算の剰余 (モジュロ 2) を計算します。電報。
注CRC アルゴリズムは、ITU-T 勧告 I.432.1 で説明されている ATM ヘッダー エラー制御 (HEC) と同じ生成多項式 (x 8 + x 2 + x + 1) を使用します。
この計算の結果はテレグラムの次のバイトと XOR され、再び除算の余りが上記のように計算されます。
この手順は、テレグラムのフィールド HASH の前の最後のバイトに到達するまで繰り返されます。最後の除算の残りはハッシュ値として使用され、フィールド HASH の値でチェックされた受信デバイス用であり、フィールド HASH に挿入された送信デバイス用です。
附属書 A は、このハッシュ関数アルゴリズムの効率的な C コード実装の例を提供します。
8 レイヤ 3 - ネットワーク層
8.1 概要
ネットワーク層のデータユニットもテレグラムの形式です。ネットワーク層は、それらを送信するタイミングを担当します。このメディアへのアクセスについては、8.2 で説明されています。ネットワーク層は、リピーターも処理します。リピータは、トランスミッタとその宛先デバイス間の直接伝送が十分な品質で行われない場合に、FMWSP プロトコル システムに挿入されます。一部のリピーター要件は、以下の 8.3 で説明されています。
注記上位層との間で転送される情報は、短いテレグラム (完全なテレグラム) と長いテレグラム (フィールド HASH を除くテレグラム全体) 用です。
8.2 メディア アクセス
8.2.1 一般
FMWSP は、低デューティ サイクルで動作するネットワーク用に設計されています。各トランスミッタのデューティ サイクルは 1% 未満であると想定されています。このシナリオでは、衝突はほとんど起こりません。次の 2 つの節では、ネットワークにアクセスする方法について説明します。
8.2.2 話す前に聞く
リッスン ビフォア トーク (LBT) は、ワイヤレス通信で使用される技術であり、ワイヤレス トランスミッタまたはリピータは、送信を開始する前にまずワイヤレス環境を感知します。目的は、他の送信者との衝突を避けることです。これは、送信デバイスのオプション機能です。
テレグラムを送信する前に、送信デバイスは進行中の送信があるかどうかをチェックします。この場合、送信は一定時間停止されます。このプロセスは、FMWSP が使用される各アプリケーションのアプリケーション仕様に記載されています。
各テレグラム送信の前に LBT を実装して使用することをお勧めしますが、必須ではありません。一部のエナジー ハーベスティング デバイスなど、一部の送信デバイスはこの機能をサポートできません。
8.2.3 ランダムアクセス
ランダムアクセスは、送信機が電報を送信する必要があるときにいつでもネットワークにアクセスできるようにするプロセスです。
この方法は、送信が現在進行中であるかどうかを送信機が検出できない場合に使用できます。これは、送信機に受信機がない場合、または受信機に電力を供給するエネルギーが利用できない場合に発生します。
8.3 リピーター
適切なワイヤレス接続を確立するには、送信者と受信者の間の距離が大きすぎる場合、リピーターが必要です。リピータの機能は、送信者または別のリピータからテレグラムを受信し、フィールド LENGTH の値が 6 より大きく、テレグラムの EXHDR フィールドの最初の 4 ビットが「1111」と異なる場合、送信することです。メッセージの意図された受信者が、直接または別のリピーターを介してメッセージを取得できるようにします。各テレグラムは、元のテレグラムまたは繰り返されたテレグラムを複数回受信した場合でも、1 回だけ繰り返されます。
リピータの最大繰り返し数を 15 よりも小さい値に設定できること。リピータはテレグラムを送信する前に、着信テレグラムの繰り返し数の値をチェックする必要があります。このリピータに設定された最大値以上の場合、テレグラムは無視されます。それ以外の場合、テレグラムは、EXHDR フィールドの最初の 4 ビットの繰り返し数の値をインクリメントした後に繰り返されます。フィールド ORIGID の値は変更されません。リピーターはテレグラムの繰り返し回数を変更するため、データリンク層で新しいハッシュ値を計算する必要があることに注意してください (7.4 を参照)
環境内で繰り返されるテレグラムの量を制限するために、リピーターの数を制限し、各リピーターのテレグラムの最大繰り返し回数を制限することをお勧めします。リピーターの数は、システムの環境を完全にサポートするように、できるだけ少なく選択する必要があります。
参考文献
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| ISO/IEC 14543-3-1, 情報技術 - 家庭用電子システム (HES) アーキテクチャ - 3-1: 通信層—HES クラス 1 のアプリケーション層 | |
| ISO/IEC 14543-3-2, 情報技術 - 家庭用電子システム (HES) アーキテクチャ - 3-2: 通信層 - HES クラス 1 のデータリンク層のトランスポート、ネットワーク、一般部分 | |
| ISO/IEC 14543-3-3, 情報技術 - 家庭用電子システム (HES) アーキテクチャ - 3-3: HES クラス 1 のネットワーク ベース制御のユーザー プロセス | |
| ISO/IEC 14543-3-4, 情報技術 - 家庭用電子システム (HES) アーキテクチャ - 3-4: システム管理 - HES クラス 1 のネットワーク ベース制御の管理手順 | |
| ISO/IEC 14543-3-5, 情報技術 - 家庭用電子システム (HES) アーキテクチャ - 3-5: メディアおよびメディア依存層 – HES クラス 1 のネットワーク ベース制御用電力線 | |
| ISO/IEC 14543-3-6,情報技術 - 家庭用電子システム (HES) アーキテクチャ - 3-6: メディアおよびメディア依存層 – HES クラス 1 のネットワーク ベース制御用のツイスト ペア | |
| ISO/IEC 14543-3-7, 情報技術 - 家庭用電子システム (HES) アーキテクチャ - 3-7: メディアおよびメディア依存層 – HES クラス 1 のネットワーク ベース制御用の無線周波数 | |
| ISO/IEC 14543-3-10, 情報技術 - 家庭用電子システム (HES) アーキテクチャ - 3-10: エナジーハーベスティングに最適化された無線ショートパケット (WSP) プロトコル - アーキテクチャと下位層プロトコル | |
| ISO/IEC TR 14543-4, 情報技術 – 家庭用電子システム (HES) アーキテクチャ – 4: 混合用途の建物におけるホームおよびビルの自動化 | |
| ISO/IEC 14543-4-1, 情報技術 - 家庭用電子システム (HES) アーキテクチャ - 4-1: 通信層 - HES クラス 1 のネットワーク拡張制御デバイスのアプリケーション層 | |
| ISO/IEC 14543-4-2, 情報技術 - 家庭用電子システム (HES) アーキテクチャ - 4-2: 通信層 - HES クラス 1 のネットワーク拡張制御デバイス用のトランスポート、ネットワーク、およびデータ リンク層の一般部分 | |
| ISO/IEC 14543-5-1, 情報技術 - 家庭用電子システム (HES) アーキテクチャ - 5-1: HES クラス 2 およびクラス 3 のインテリジェントなグループ化とリソース共有 - コア プロトコル | |
| ISO/IEC 14543-5-22, 情報技術 - 家庭用電子システム (HES) アーキテクチャ - 5-22: HES クラス 2 およびクラス 3 のインテリジェントなグループ化とリソース共有 - アプリケーション プロファイル - ファイル プロファイル | |
| ITU-T I.432.1, シリーズ I, 統合サービス デジタル ネットワーク - B-ISDN ユーザー ネットワーク インターフェイス - 物理層仕様: 一般特性 | |
| IEEE 194-1977, IEEE 標準パルス用語と定義、1977 年 7 月 26 日 |
3 Terms, definitions and abbreviations
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document the following terms and definitions apply.
3.1.1
byte
represented by 8 bit
[SOURCE: ISO/IEC 14543-3-10: 2012, 3.1.4]
3.1.2
centre frequency
mean frequency between the mark and space frequency of the transmitter
3.1.3
collision
two wireless transmitters using the same wireless channel and transmitting data at the same time
3.1.4
cyclic redundancy check
CRC
integrity hash algorithm based on a polynomial division
[SOURCE: ISO/IEC 14543-3-10: 2012, 3.1.6]
3.1.5
DATA_DL
field in the telegram containing the payload data of the link layer
3.1.6
DATA_PL
field in the packet containing the payload data of the physical layer
3.1.7
data rate
number of bits per second
3.1.8
data rate error
difference between the actual data rate and the specified data rate divided by the specified data rate
3.1.9
energy harvesting
energy available in the environment of a device that is captured and stored (harvested) to power operation of the device
Note 1 to entry: 1 to entry: Examples of energy sources are mechanical actuation, solar radiation, temperature differences etc.
[SOURCE: ISO/IEC 14543-3-10: 2012, 3.1.8]
3.1.10
frequency deviation
FDEV
half the magnitude between the mark frequency and the space frequency
3.1.11
frequency error
difference between the centre frequency and the operating frequency
3.1.12
frequency modulation
representation of logical 1 and logical 0 by mark and space frequencies
3.1.13
frequency shift keying
FSK
transmission representing digital data by means of frequency modulation
3.1.14
HASH
field in which the hash value for the data integrity control of a transmitted telegram is specified
[SOURCE: ISO/IEC 14543-3-10: 2012, 3.1.10, modified –"Subtelegram" has been removed in the definition.]
3.1.15
identity of destination
DESTID
unique identity of the destination device of a FMWSP telegram
[SOURCE: ISO/IEC 14543-3-10: 2012, 3.1.14, modified – Both the term and the definition have been modified, not, however, the abbreviation.]
3.1.16
identity of source
ORIGID
unique identity of the device from which the telegram originates
3.1.17
LENGTH
field in a packet or a telegram specifying the number of remaining bytes in the packet respectively the telegram
3.1.18
listen before talk
LBT
technique of checking the occupancy of the wireless channel before transmitting any packets
[SOURCE: ISO/IEC 14543-3-10: 2012, 3.1.17, modified –"Frames" has been replaced by"packets" in the definition.]
3.1.19
mark frequency
frequency in a frequency modulated transmission representing a logical 1
3.1.20
maximum tolerated signal
maximum input level power a receiver is able to cope with
3.1.21
non-return-to-zero
NRZ
code used for transmission of digital data
3.1.22
operating frequency
frequency claimed by the system specification
3.1.23
optimum sampling point
middle of the transmitted bit
3.1.24
out of band spurious emissions
frequencies not deliberately created by the system
3.1.25
packet
set of data to be transmitted as a complete unit on the physical layer
3.1.26
packet error rate
average fraction of transmitted packets that has not been correctly received, where each packet contains arbitrary data
3.1.27
power amplifier ramp-off time
PA Ramp-Off Time
time between the end of the last symbol of the packet and the time the transmitter is powered down
3.1.28
power amplifier ramp-on time
PA Ramp-On Time
time between the transmitter has been powered on and the start of the first symbol of the preamble (PRE)
3.1.29
preamble
PRE
alternating sequence of bits in the beginning of a packet used for threshold generation and bit synchronisation
3.1.30
pulse shape
shape of the symbol
3.1.31
radio frequency power
RF power
strength of the transmitter
3.1.32
rated transmission power
transmission power claimed by the specification of the transmitter
3.1.33
receiver sensitivity
minimum input power level for which the specified packet error rate has been fulfilled
3.1.34
repeated telegrams
telegrams transmitted by a repeater
[SOURCE: ISO/IEC 14543-3-10: 2012, 3.1.28]
3.1.35
repeater
receives telegrams and sends refreshed signals to any FMWSP receiver
[SOURCE: ISO/IEC 14543-3-10: 2012, 3.1.29]
3.1.36
space frequency
frequency in a frequency modulated transmission representing a logical 0
3.1.37
symbol
bit transmitted by the sender representing either a logical 0 or a logical 1
3.1.38
synchronisation word
SYNCWD
word transmitted in the packet to identify the FMWSP protocol and also used to synchronize the receiver to the incoming signal
3.1.39
telegram
data unit of the network and data link layers
[SOURCE: ISO/IEC 14543-3-10: 2012, 3.1.34, modified – The definition has been changed and the note has been removed.]
3.1.40
telegram type
identifies the type of a telegram transmitted in the FMWSP protocol
Note 1 to entry: There are several types of telegrams that can be transmitted in the FMWSP protocol. Telegram types are used and defined by applications and chosen such that a minimum amount of energy is consumed. This standard specifies the syntax of the telegram types, but the semantics and which fields are supported are specified by the applications.
[SOURCE: ISO/IEC 14543-3-10: 2012, 3.1.35, modified – The abbreviation has been deleted, the definition has been modified and Notes 1 and 2 have been replaced by a new Note 1.]
3.1.41
transmission power
power of the emission during transmission
3.2 Abbreviations
| ADDATA | Additional Data |
| CRC | Cyclic Redundancy Check |
| DATA_DL | Payload Data of the data link and network layers |
| DATA_PL | Payload Data of the physical layer |
| DESTID | Destination device IDentity |
| EIRP | Effective Isotropic Radiated Power |
| ERP | Effective Radiated Power |
| ETELTYP | Extended Telegram Type |
| EXHDR | Extension Header |
| FDEV | Frequency deviation |
| FMWSP | Frequency Modulated Wireless Short-Packet Protocol |
| FSK | Frequency Shift Keying |
| HDR | Header |
| LBT | Listen Before Talk |
| LSB | Least Significant Bit |
| MSB | Most Significant Bit |
| NRZ | Non-Return-to-Zero |
| ORIGID | Transmitting device Identity |
| PRE | Preamble |
| RF | Radio Frequency |
| SYNCWD | Synchronisation Word |
4 Conformance
The three components of the FMWSP protocol system specified in this standard are the transmitter, the receiver and the repeaters. The repeaters shall be able to both transmit and receive telegrams and shall thus support the requirements for both the transmitters and receivers.
To conform to this International Standard the components shall support at least one of the three wireless frequencies 868,300 MHz, 902,875 MHz or 928,350 MHz unless another frequency is mandated by local regulations. For the frequency chosen, the transmitter shall support all the transmitter requirements that are not explicitly listed as optional, and the receiver shall support all the receiver requirements that are not explicitly listed as optional. These requirements are specified in Clauses 6, 7 and 8. The repeater shall, in addition to the requirements for a transmitter and for a receiver, also support the specifications in 8.3.
5 Architecture
5.1 Generic protocol description
5.1.1 Overview
This subclause provides a comprehensive overview of the Frequency Modulated Wireless Short-Packet (FMWSP) protocol stack (see Table 1). The FMWSP is a lightweight layered protocol designed to minimise both energy demand and the probability of a transmission collision. The FMWSP protocol stack accommodates the structure of the OSI reference model (see ISO/IEC 7498-1).
Table 1—The FMWSP protocol stack structure (OSI)
| Frequency Modulated Wireless Short-Packet protocol (FMWSP) stack | |||
|---|---|---|---|
| Standard | Layer | Services | Data units |
| Not defined in this standard | Application Presentation | ||
| Session | |||
| Transport | |||
| ISO/IEC 14543-3-11 | Network | Media access Listen Before Talk (LBT) | TELEGRAM |
| Data link layer | Data integrity | TELEGRAM | |
| Physical | Frequency modulation Preamble (PRE) Synchronisation word (SYNCWD) | BITS/ PACKET | |
5.1.2 Physical layer
At the physical layer the data are transmitted on the 868,3 MHz, the 902,875 MHz or the 928,35 MHz frequency band with 125 kbit/s data rate using Frequency Shift Keying (FSK). This may be subject to national regulations. One bit duration is 8 µs. The data are transmitted in packets. A packet consists of the preamble (PRE), the synchronisation word (SYNCWD), followed by a byte describing the length of the data message (LENGTH) and the actual data (DATA_PL).
The protocol is working plesiochronous. In a plesiochronous system the different parts of the system are almost, but not quite, synchronized. Within the limits of the maximum packet length the system can be considered as mesochronous (clocks have same frequency but different phase). After synchronisation based on the synchronisation word (SYNCWD) the system is considered synchronous. Thereby one can use a very energy efficient coding, namely the Non-Return-to-Zero (NRZ) coding.
For further details, see Clause 6.
5.1.3 Data link layer
A telegram is the part of a packet from which the preamble (PRE) and the synchronisation word (SYNCWD) have been removed. At the receiving end the telegram is transferred to the data link layer where the data integrity of the telegram is checked. If the data integrity check fails, the telegram is discarded.
5.1.4 Network layer
The network layer is responsible for routing, in this case primarily a repeating process, which is needed when the sender and recipient cannot communicate directly. This requires the existence of installed repeaters between them (see 8.3).
Another task of the network layer is to manage the timing of the received/transmitted telegrams. When possible, a listen-before-talk (LBT) technique is used to ensure that no transmission is initiated when the wireless channel is occupied.
5.1.5 Transport layer
This layer is not described in this standard.
5.1.6 Session layer
This layer is not described in this standard.
5.1.7 Presentation layer
This layer is not described in this standard.
5.1.8 Application layer
This layer is not described in this standard.
5.2 Data unit description
The communication protocol is based on units of data. The structure of the data units for each layer is described in Clause 6 (Physical layer), Clause 7 (Data link layer), and Clause 8 (Network layer).
A packet is the representation of the encoded data on the physical layer. It includes control and synchronisation information for the receiver. A packet is transmitted as a bit by bit serial sequence. At the receiving end, a telegram is the result of a decoding process, in which the fields preamble (PRE) and synchronisation word (SYNCWD) have been removed from the packet. At the transmitter side a packet is constructed by adding these two fields to the telegram.
6 Layer 1 – Physical layer
6.1 Overview
The physical parameters that shall be supported by the FMWSP protocol are described in this clause. The next subclause defines and illustrates the physical parameters that are specified in this standard. The requirements that a FMWSP transmitter shall fulfil are described in 6.3 and those for a FMWSP receiver in 6.4.
The physical layer is also responsible for the transformation between the transmitted data units in the physical layer, packets, and the transmitted data units in the link layer, telegrams. The structure and encoding of the FMWSP protocol packets are found in 6.5.
6.2 General description
This subclause describes the physical parameters for the FMWSP protocol, which shall be supported by the WSP signalling system. This includes all electrical parameters and associated tolerances for the transmitter and the receiver.
Figure 1—Illustration of a frequency modulated signal and various associated physical parameters
Figure 1 shows an FSK envelope. It also illustrates various physical parameters that are defined below. These are needed for the understanding of how the FMWSP protocol is defined.
Centre frequency is the mean frequency between the mark frequency and space frequency of the transmitter (see Figure 1).
Data rate error specifies the difference between the actual data rate and the specified data rate divided by the specified data rate. The shorter the telegram the larger the allowed data rate error.
Data rate is the number of bits per second.
Frequency deviation (FDEV) is half the magnitude between the mark frequency and the space frequency. It has a maximum and a minimum value between which the peaks of the symbols have to lie (see Figure 1).
Frequency error is the difference between the centre frequency and the operating frequency (see Figure 1). It is positive when the centre frequency is larger than the operating frequency and negative when the centre frequency is smaller than the operating frequency.
Frequency modulation is done such that a logical 1 and logical 0 are represented by the mark frequency and the space frequency, respectively (see Figure 1).
Mark frequency is representing the logical 1 and has the value of the centre frequency added by the frequency deviation (see Figure 1).
Maximum tolerated signal is the maximum input level power a receiver shall be able to cope with.
Operating frequency is the frequency claimed by the system specification (see Figure 1).
Optimum sampling points are in the middle of the transmitted bit (see Figure 1).
Out of band spurious emissions are the frequencies not deliberately created by the system and these shall conform to the local regulations.
Packet Error Rate is the average fraction of transmitted packets that has not been correctly received, where each packet contains arbitrary data.
PA Ramp Off-Time is the time between the end of the last symbol of the packet and the time the transmitter is powered down (see Figure 1).
PA Ramp On-Time is the time between the transmitter has been powered on and the start of the first symbol of the preamble (PRE) (see Figure 1).
Pulse shape is the shape of the symbol. It can have an arbitrary form, but shall have its peaks located between the maximum and minimum frequency deviation values (see Figure 1).
Radio Frequency (RF) power is the strength of the transmitter measured at the antenna connector, if present. It should be made with equipment that has either been matched to the impedance of the antenna connector or corrected for any mismatch. For devices without an antenna connector, the measurements shall be interpreted as effective isotropic radiated power (EIRP) (i.e. a 0 dBi gain antenna), and any radiated measurements shall be corrected to compensate gain in the implementation.
Rated transmission power is the transmission power specified for the transmitter.
Receiver sensitivity is the minimum input power level for which the specified packet error rate under the conditions specified in 6.4 has been fulfilled.
Space frequency is representing the logical 0 and has the value of the centre frequency subtracted by the frequency deviation (see Figure 1).
Symbol is the bit transmitted by the sender representing either a logical 0 or a logical 1.
Transmission power is the power of the emission during transmission (see Figure 1).
6.3 Physical specifications for a FMWSP transmitter
This subclause provides the requirements for a FMWSP transmitter. Table 2 lists all required parameter values that shall be supported for both a transmitter and a repeater. These parameters have all been described in 6.2 above.
Table 2—Requirements for a FMWSP transmitter
| Parameter | Minimum value | Typical value | Maximum value |
|---|---|---|---|
| Operating frequency for 868 MHz systems | 868,300 MHz | ||
| Operating frequency for 902 MHz systems | 902,875 MHz | ||
| Operating frequency for 928 MHz systems | 928,350 MHz | ||
| Frequency error (all operating frequencies) | −18 kHz | +18 kHz | |
| Data rate (intended) | 125 kbit/s | ||
| Data rate error | −7 680 × 10−6/ telegram length in bytes (-30 × 10−6 for maximum telegram length of 256 B) | +7 680 × 10−6/ telegram length in bytes (+30 × 10−6 for maximum telegram length of 256 B) | |
| Modulation type | FSK | ||
| Coding | NRZ | ||
| Frequency deviation (FDEV) | 55,0 kHz | 62,5 kHz | 70,0 kHz |
| logical ‘0’ (from centre frequency) | − FDEV | ||
| logical ‘1’ (from centre frequency) | + FDEV | ||
| Rated transmission power | 0 dBm | Limited by national regulations | |
| PA Ramp-On Time | 0 µs | 40 µs | |
| PA Ramp-Off Time | 0 µs | 40 µs |
6.4 Physical specifications for a FMWSP receiver
This subclause provides the requirements for a FMWSP receiver. A FMWSP receiver shall be able to cope with the transmitted signals within the tolerances given in 6.3. It shall also fulfil the requirements in Table 3. These parameters have all been described in 6.2 above.
Table 3—Requirements for a FMWSP receiver
| Parameter | Value |
|---|---|
| Receiver sensitivity | < -95 dBm |
| Maximum tolerated signal | > -20 dBm |
| Packet error rate | <0,1 % |
Conditions:
|
6.5 Packet structure
This subclause specifies the structure of a packet, i.e. the telegram as transmitted in the physical layer. Details for various aspects of the data encoding in the packet are described. The mode of transmission is with the most significant bit (MSB) first. The maximum length of a packet is 260 B.
Figure 2—The packet structure for the FMWSP protocol
The complete packet consists of the preamble (PRE), the synchronisation word (SYNCWD), the length (LENGTH) of the field DATA_PL followed by the payload DATA_PL as illustrated in
Figure 2 above and described in Table 4.
Table 4—Packet field values of the FMWSP protocol
| Field | Value | Bit/ Byte order |
|---|---|---|
| PRE (Preamble) (16 bit) | bit sequence “1010101010101010” (0xAAAA) | MSB transmitted first Byte transmission order from left to right |
| SYNCWD (Synchronisation word) (16 bit) | bit sequence “1010100100111100” (0xA93C) | |
| LENGTH (8 bit) | 1 - 255 | |
| DATA_PL (1 B to 255 B) | Payload data |
Every packet starts with the preamble (PRE) of length 16 bit (see Table 4).
PRE: This field, the preamble of length 2 B, is the start of packet and is used for threshold generation and bit synchronisation. Its value is seen in Table 4.
SYNCWD: This field is the synchronisation word, of length 2 B, serves to identify the FMWSP protocol and also used to synchronize the receiver to the incoming signal. Its value is seen in Table 4.
LENGTH: This field, of length 1 B, specifies the remaining number of bytes of the packet, which coincides with the length of the field DATA_PL.
DATA_PL: This field contains the payload data of the physical layer and will be described in detail in Clause 7. Its number of bytes is determined by the field LENGTH.
The relationship between a packet in the physical layer and a telegram in the link layer is described in 6.6.
6.6 Relationship between a packet and a telegram
A receiver needs to deduce the telegram from the packet, whereas a transmitter needs to create a packet out of a telegram. The relationship between them is seen in
Figure 3.
Figure 3—Relationship between a packet and a telegram
The difference between a packet and a telegram is that the fields PRE and SYNCWD of the packet are missing in the telegram, which consists of the fields LENGTH and DATA_PL.
7 Layer 2 – Data link layer
7.1 Overview
The structure of the transmitted data at the link layer, a telegram, exists in two different forms. One is for extremely short telegrams with a length of less than 8 B (see 7.2). The other telegrams can have a length between 8 B and 256 B (see 7.3). The data link layer is also responsible for the data integrity service, which is described in 7.4 below.
7.2 Structure of a telegram of length less than 8 B
A telegram of a length less than 8 B is a telegram in which the value of the field LENGTH is less than or equal to 6 B. Its structure is shown in
Figure 4.
Figure 4—Structure of a telegram length of less than 8 B
The various fields in the telegram are:
LENGTH: This field specifies not only the number of bytes following this field in the telegram, but also the type of the telegram as shown in Table 5. The length of this field is 1 B.
ORIGID: This field specifies the identity of the source of the telegram. The length of the field depends on the telegram type as seen in Table 5.
DATA_DL: This field contains the payload of the telegram. The length of the field depends on the telegram type a seen in Table 5.
Table 5—Field values and meaning of a telegram with less than 8 B of length
| Value of LENGTH | Length of field ORIGID bit | Length of field DATA_DL bit | Meaning Telegram type |
|---|---|---|---|
| 0000 0001 | 8 | 0 | 1 |
| 0000 0010 | 8 | 8 | 2 |
| 0000 0011 | 16 | 8 | 3 |
| 0000 0100 | 24 | 8 | 4 |
| 0000 0101 | 32 | 8 | 5 |
| 0000 0110 | 32 | 16 | 6 |
Since there is neither any information about either repetition (see 8.3) nor for data integrity (see 7.4), these types of telegrams shall never be repeated. Also the upper layers are responsible for data integrity.
The semantics of a telegram type is specified by the application and not by this standard. This standard specifies the syntax, which addresses structure and properties of the telegram.
7.3 Structure of a telegram length of more than 7 B
A telegram with more than 7 B length has a field LENGTH larger than 6 B. It has a different structure and is able to transfer more information. It includes a data integrity checksum, and it can be repeated. Its structure is shown in
Figure 5.
Figure 5—Structure of a telegram length of more than 7 B
The various fields in the telegram are:
LENGTH: This is the first field of the telegram and specifies the number of bytes of the telegram that follows this field. Its length is 1 B.
HDR: This field, the header, with a length 1 B, specifies (see Table 6)
- • the type of telegram,
- • if the field Extended Telegram Type (ETELTYP) is present,
- • if the field Extension Header (EXHDR) is present,
- • the length in bytes of the field source identity (ORIGID), and
- • if the field Destination Identity (DESTID) is present as well as its length in bytes.
EXHDR: This field, the Extension Header, of a length 1 B, specifies (see Table 7)
- • if the telegram is the original telegram,
- • if the telegram is a repeated telegram and then which order of repetition it is (maximum 15), and
- • if the telegram contains the field Additional Data (ADDATA) and then its length in bytes.
ETELTYP: This field, the extended telegram type, of a length 1 B, specifies additional types of telegram not included among those found in HDR (see Table 6).
ORIGID: This field specifies the identity of the source of the telegram. The length of this field is specified in the field HDR.
DESTID: This field specifies the identity of the device for which this telegram is intended. Its presence and length is specified in the field HDR (see Table 6).
DATA_DL: This field contains the payload of the data link layer. The length of this field has to be deduced from the value specified in the field LENGTH and presence and lengths of all the other fields in the telegram.
ADDATA: This field contains additional data, which can be used for testing and installation purposes. Its presence and length in bytes are specified in the field EXHDR (see Table 7).
HASH: This field, of length 1 B, contains the integrity check value. The algorithm is specified in 7.4.
Table 6—Header (HDR) description
| HDR | Value | Meaning |
|---|---|---|
| bit 7...5 | 000 | ORIGID 24 bit (3 B), |
| EXHDR | Value | Meaning |
| bit 7...4 | 0000 | Original telegram |
| 0001- | ||
| ETELTYP | Value | Meaning |
| bit 7...0 | 00000000 | Telegram Type 22 |
| 00000001 | Telegram Type 23 | |
| ... | ... | |
| 11111110 | Telegram Type 276 | |
| 11111111 | Telegram Type 277 |
ETELTYP specifies the telegram types 22 to 277. The semantics of a telegram type are specified by the application and not by this standard. This standard specifies the syntax, which addresses structure and properties of the telegram.
7.4 Data integrity
Data integrity is only provided for telegrams containing the field HASH, i.e. telegrams longer than 7 B. In order to check that one of these longer telegrams has arrived intact, a hash of the telegram is calculated by the transmitting device, i.e. a transmitter or a repeater, before transmission and attached to the telegram (field HASH). The attached hash value is not protected and thus only serves to detect transmission failures and not protection against malicious intent. The verification is done by the device receiving the telegram, i.e. a receiver or a repeater. The algorithm supported is an 8-bit long Cyclic Redundancy Check (CRC) algorithm. All receivers and repeaters are required to support this hash function.
If the verification of the intactness of the received telegram fails, the telegram is ignored.
The algorithm starts with the first byte after the field LENGTH of the telegram and calculates the remainder of the division (modulo 2) by the generator polynomial x8 + x2 + x + 1 of the product x8 multiplied by the first byte of the telegram.
NOTE The CRC algorithm uses the same generator polynomial (x8 + x2 + x + 1) as the ATM Header Error Control (HEC) described in ITU-T recommendation I.432.1.
The result of this calculation is XORed with the next byte in the telegram and again the remainder of the division is calculated as above.
This procedure is repeated until the last byte preceding the field HASH of the telegram is reached. The remainder of the final division is used as hash value and is for a receiving device checked with the value in the field HASH and for a sending device inserted in the field HASH.
Annex A provides an example of an efficient C code implementation of this hash function algorithm.
8 Layer 3 – Network layer
8.1 Overview
The data unit in the network layer is also in the form of telegrams. The network layer is responsible for the timing when to transmit them. This access to media is described in 8.2. The network layer also handles the repeaters. Repeaters are inserted in an FMWSP protocol system when a direct transmission between a transmitter and its destination device cannot be made with sufficient quality. Some repeater requirements are described in 8.3 below.
NOTE The information transferred to and from the upper layers is for shorter telegrams (the complete telegram) and for longer telegrams (the whole telegram with the exception of the field HASH).
8.2 Media access
8.2.1 General
The FMWSP is designed for networks operating with low duty cycles. It is assumed that each transmitter’s duty cycle is below 1 %. In this scenario collisions become very unlikely. The following two subclauses describe the possible ways of accessing the network.
8.2.2 Listen before talk
Listen-before-talk (LBT) is a technique used in wireless communications whereby a wireless transmitter or repeater first senses its wireless environment before starting a transmission. The aim is to avoid collisions with other senders. It is an optional feature of the transmitting device.
Prior to transmitting a telegram, the transmitting device checks whether there is an ongoing transmission. If this is the case, the transmission is suspended for a certain time. The process is described in the application specification for each application for which the FMWSP is used.
It is recommended to implement and use LBT before each telegram transmission, but it is not required. Some transmitting devices cannot support this feature such as some energy harvesting devices.
8.2.3 Random access
Random access is a process that allows a transmitter to access the network at any time it needs to transmit a telegram.
This method can be used if the transmitter is unable to detect if a transmission is currently going on. This happens if the transmitter has no receiver or if the energy to power the receiver is not available.
8.3 Repeater
Repeaters are necessary when the distance between sender and receiver is too large to establish an adequate wireless connection. The function of the repeater is to receive the telegram from the sender or another repeater and, if the value of the field LENGTH is larger than 6 and the first four bits of the EXHDR field of the telegram are different from ‘1111’, to send it again, so that the intended receiver of the message can get it, either directly or via another repeater. Each telegram is repeated only once even if it has received a telegram, the original or repeated, more than once.
It shall be possible to set a repeater so that it can have a lower value than 15 as its maximum repetition number. Before a repeater transmits a telegram it shall check the value of the repetition number of the incoming telegram. If it is larger or equal to the maximum value set for this repeater, the telegram is ignored. Otherwise, the telegram is repeated after incrementing the value of the repetition number in the first four bits of the EXHDR field. The value in the field ORIGID is not changed. It is noted that since the repeater changes the repetition number in the telegram it needs to calculate a new hash value in the data link layer (see 7.4).
In order to limit the amount of repeated telegrams in an environment, it is recommended that the number of repeaters be limited and also that the maximum telegram repetition number be limited for each repeater. The number of repeaters should be chosen as small as possible but in such a way that they fully support the environment of the system.
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