IEEE 802.15.4e: a Survey

Several studies have highlighted that the IEEE 802.15.4 standard presents a number of limitations such as low reliability, unbounded packet delays and no protection against interference/fading, that prevent its adoption in applications with stringent requirements in terms of reliability and latency. Recently, the IEEE has released the 802.15.4e amendment that introduces a number of enhancements/modifications to the MAC layer of the original standard in order to overcome such limitations. In this paper we provide a clear and structured overview of all the new 802.15.4e mechanisms. After a general introduction to the 802.15.4e standard, we describe the details of the main 802.15.4e MAC behavior modes, namely Time Slotted Channel Hopping (TSCH), Deterministic and Synchronous Multi-channel Extension (DSME), and Low Latency Deterministic Network (LLDN). For each of them, we provide a detailed description and highlight the main features and possible application domains. Also, we survey the current literature and summarize open research issues

MAC-Schicht Optimierung zur Nutzung eines auf UWB basierenden drahtlosen Kommunikationsnetzwerks innerhalb von Satelliten

Raumfahrzeuge bestehen nach gangiger Praxis aus unterschiedlichen Subsystemen, die ¨ miteinander verbunden sind und uber Bussysteme, wie SpaceWire, Daten miteinander ¨ austauschen. Ein großer Kostenfaktor bei der Konstruktion ist dabei die Verkabelung, um die Kommunikation zwischen diesen Systemen sicherzustellen. Zur Reduzierung des Verkabelungsaufwandes bietet sich die Verwendung energiesparender, drahtloser Sensornetzwerke an, wie sie auch auf der Erde bereits in vielen Anwendungsbereichen zum Einsatz kommen. Eine neue vielversprechende Ubertragungstechnik ¨ in diesem Bereich stellen impulsbasierte Ultrabreitband Funkverbindungen dar. Prinzipbedingt sind diese sehr robust und bspw. nahezu immun gegen Signalabschw¨ achung durch Mehrwegeausbreitung. Uber dieser physischen Zugriffsebene definieren Standards ¨ wie der IEEE 802.15.4 auch MAC Layer, die fur diese Betriebsart besonders geeignet sind ¨ und die Verteilung des Mediums zwischen den Teilnehmern organisieren. Insbesondere die jungsten Erweiterungen dieses Standards zielen auf die Erh ¨ ohung der Robustheit ¨ dieser Netze ab, um sie z.B. in Industriesteuerungen verwenden zu konnen. ¨ Diese Arbeit zeigt die Implementierung der LLDN Erweiterung des 802.15.4e Standards fur Ultrabreitband Transceiver. Dieser auf einem TDMA Verfahren basierende MAC Layer ¨ zeichnet sich durch besonders geringen Protokoll-Overhead aus. In Kombination mit einer Ultrabreitbandverbindung lasst sich so ein sehr leistungsf ¨ ahiges und gleichzeitig ¨ robustes Netz realisieren, das auch fur kritische Prozesse an Bord eines Raumfahrzeuges ¨ eingesetzt werden kann. Die implementierte Losung wurde mit dem weit verbreiteten ¨ TSCH MAC des Standards verglichen und zeigt neben einer signifikant geringeren Latenz auch ein deterministisches Latenzverhalten bei gleichzeitig niedrigem Energieverbrauch pro Paket. Die Kombination von LLDN und Ultrabreitband zeigt das Potential, um auf dieser Basis einen angepassten MAC Layer fur die Intra-Satellitenkommunikation zu ¨ entwickeln

Improving network formation in IEEE 802.15.4e DSME

Wireless Sensor and Actuator Networks are becoming attractive also for industrial applications, since recent standardization efforts have introduced significant improvement to reliability and deterministic communication delays. In this context, IEEE 802.15.4e is widely considered the major improvement, introducing many enhancements to the original IEEE 802.15.4 standard aimed at supporting critical applications. Among the new defined MAC protocols, Deterministic and Synchronous Multi-channel Extension (DSME) represents the most suitable option for applications with time-varying requirements. In this paper, an analysis of the IEEE 802.15.4 DSME MAC protocol during network formation is presented. The goal is to study the protocol performance and propose solutions to reduce the network formation time, improving energy and resource efficiency. To carry out the performance evaluation, DSME has been fully implemented in Contiki OS, an actual operating system for sensor nodes. The study has highlighted issues and inefficiencies in the network formation process, allowing to consequently propose effective solutions. In particular, it is proposed a set of guidelines for DSME configuration to the original MAC protocol that are proved to increase significantly the network formation efficiency