Para alcançar o mercado de forma mais rápida e robusta é preciso contar com ferramentas e protocolos que facilitem o desenvolvimento de suas soluções. Neste webinar você será apresentado aos mais modernos kits de desenvolvimento e protocolos de rede mesh já desenvolvidos pela Microchip. Objetivo do Webinar Entender os principais padrões de redes sem fio, aplicação de redes sem fio em mesh, topologias de rede, questões de segurança da informação e kits de desenvolvimento disponíveis para tal finalidade. Assista em: https://www.embarcados.com.br/webinars/redes-mesh-para-monitoramento-e-controle-de-sensores/

1. Redes Mesh para
monitoramento e
controle de
sensores
Diogo Branquinho Ramos
TecSUS
Jul/2020

2. Objetivos do Webinar
• Os tipos de Redes Sem Fio
• As características de redes mesh em IEEE
802.15.4
• As características do Protocolo MiWi
• Ferramentas de análise de rede
• Decisões de Design de HW e SW

3. Agenda
• Redes Sem Fio
• Fundamentos do IEEE 802.15.4
• Microchip MiWiTM
• Ferramentas de Análise de Rede
• Decisões de Design
• Componentes e Kits de Desenvolvimento
• Perguntas & Respostas

4. Redes Sem Fio

5. Crescimento de IoT

6. Smart Egg

7. A vida sem fios...
Mas em qual padrão?

8. Guia de Seleção Rede Sem Fio
© 2017 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 21083 IoT6 Slide 4
Wireless Selection Guide
Range
30km200m100m20m
100m
Data Rate
100-600bit/s 72Mb/s<1Mb/s
Battery Life
Longer Shorter
Directly
Connect with a
Mobile Device
Direct
Internet/Cloud
Connection
250Kb/s100m 250Kb/s
Gateway
Needed for
Internet/Cloud
Connection

9. Topologias de Redes de Sensores
Sem Fio

10. Rede Mesh em Linha
Pluviômetros
Distância
• 3 km
• front end 22 dBm
Bateria
• 3,6V (1 ano)
Sem painel solar
802.15.4
Lightweight Mesh
Prevenção
Ferrugem da Soja

11. Rede Mesh Cluster Tree
Utilidades (água,
energia e gás)
Distância
• 100 m
Bateria
• 3,6V (5 anos)
Roteadores 110/220V
802.15.4
MiWi
Medidores inteligentes,
eficiência energética,
hídrica e

12. Fundamentos do IEEE
802.15.4

13. Características IEEE 802.15.4
• Tipos de dispositivo
– Full Function Device – FFD
• Inicia a rede
• Manipula o Roteamento
• Gerencia outras funções
– Reduced Function Device – RFD
• Operação simples
• Associação entre FFD
• Memória mínima

14. Características IEEE 802.15.4
• Topologias

15. Características IEEE 802.15.4
• Tipos de Mensagens
– Broadcast: envio de dados para todos os nós da
rede
– Unicast: envio de dados para um nó exclusivo
• Segurança
– Mensagens encriptadas (CTR ATSAMR21 AES
128 bits)
– Mensagens autenticadas (ATECC608A ECDH e
ECDSA)

16. Microchip MiWiTM

17. Microchip MiWiTM
• Pilha de Protocolo de Rede Sem Fio Proprietária
• Suporta
– IEEE 802.15.4 – 2.4 GHz
– Sub-GHz – 315/433/700/868/915MHz
• Projetado para
– Taxa de transmissão 250 kbps
– Baixo consumo de energia
• Topologia de Rede
– Peer-2-Peer
– Star
– Mesh – 8000 nós – 100 saltos

18. Características MiWiTM
• Active Scan
– Coleta informações de redes PAN próximas
– Coleta informações de Canal, Potência de Sinal e
PAN-ID
• Energy Scan
– Determina o Least Noisy Channel para operação da
rede PAN
– Evita conflitos de interferência de canais no Wi-Fi

19. Características MiWiTM
• Frequency Agility
– Salto de canais
– Resincronização
– Gerenciado pelo Pan Coordinator
• Network Freezer
– Quando um device é desligado…
– Restaura os parâmetros de rede após a falta de
energia
– Armazena essas informações em EEPROM virutal ou
externa

20. Características MiWiTM
• Sleeping End Devices (RFDs)
– Coloca o device no modo sleep para economia
de energia
• Indirect Messaging
– Messagens são salvas temporaiamente até que
o RFD acorde
• MCU + TRx em Modo Sleep
– ~4uA in SAMR21
– ~700nA in SAMR30
• Criptografia Simétrica AES 128

21. Aplicações

22. Porque utilizar o MiWiTM

23. API MiApp
• Abstrai os detalhes da pilha MiWiTM
• Quatro categorias de APIs
orated. All Rights Reserved. 21083 IoT6 Slide 22
What is MiApp?
e API set
cts the MiWi ack de ail
Microchip Proprietary
Protocols (MiWi
P2P/Star/Mesh)
Application
MiApp
Designing With MiAp
Four Categories of APIs
Configuration
Connection
TX/RX Operation
Special Functions

24. Aplicação MiApp
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Typical MiApp Application
// Configuration
MiApp_ProtocolInit(DISABLE_NETFREEZE);
MiApp_SetChannel(CHANNEL_NUM);
// Get Connected
MiApp_ConnectionMode(ENABLE_ALL_CONN);
MiApp_EstablishConnection(CONN_ANY_ADDR, CONN_MODE_DIR);
// Receive Data
if( MiApp_MessageAvailable() )
{
LED = RxMessage.PayLoad[DATA_BYTE_X];
MiApp_DiscardMessage();
}
// Transmit DATA_BYTE to Peer
MiApp_FlushTx();
MiApp_WriteData(DATA_BUFFER_BYTE_Y);
MiApp_UnicastConnection(CONN_INDEX, SECURITY_ENABLE);

25. P2P MiWiTM

26. P2P MiWiTM

27. Start MiWiTM

28. Start MiWiTM

29. Mesh MiWiTM

30. Mesh MiWiTM Tipos de Devices
• PAN Coordinator
– Inicia a rede
– Associa e mantém os endereços dos
Coordenadores e End-Devices
– Comporta-se como roteador de frames
– Controla quais devices podem entrar na rede

31. Mesh MiWiTM Tipos de Devices
• Coordinator
– Entra na rede como um End-device
– Solicita para o PAN Coordinator promoção para
Coordinator
– Comporta-se como roteador de frames
– Controla quais devices podem entrar na rede
através das informações do PAN Coordinator
– Mantém os End-devices e seus endereços
– Mantém dados para os end-devices que estão
dormindo

32. Mesh MiWiTM Tipos de Devices
• End-Device
– Entra na rede através dos Coordinators disponíveis
– Suporta modo Rx-On e modo Sleeping para
devices com operação por bateria
– Suporta troca dinânmica entre os modos Rx-On e
Sleeping

33. Mesh MiWiTM

34. Mesh MiWiTM

35. Ferramentas
de Análise de Redes

36. Wireless Performance Analyzer
• Integrada ao Atmel Studio 7
• Funções: teste de taxa de erro de pacotes,
transmissão contínua e teste de alcance

37. Wireless Performance Analyzer
• Integrada ao Atmel Studio 7
• Funções: detecção de energia por canal

38. Atmel Studio Wireshark Sniffer
• Intregrado ao Wireshark Sniffer
• Funções: visualização dos pacotes 802.15.4
trafegando na rede
ATZB-X-212B-US

39. Power Debugger
• Integrada ao Atmel Studio 7 e MPLAB X
• Realiza o registro de consumo de energia em 2x
canais (1.62 até 5.5V)
– 100nA – 100mA
– 1mA – 1A

40. Principais
decisões de design

41. Principais decisões de design
• Qual tecnologia sem fio utilizar?
– Duração da bateria
– Distância de transmissão
– Largura de banda de dados
– Frequência de transmissão de dados
– Chip ou módulo (Impostos, PPP, Portaria 950)
• Qual a necessidade de segurança / autenticação?
– ATECC608A ECDH e ECDSA
• Como faço para comissionar a rede?
• Como fazer upload de milhões de dados?
• Como gerenciar e monetizar dados?
• Como visualizar as informações em dashboards?

42. Cloud e Fog Computing

43. Arquitetura da IoT com Mesh
gateway
pan
coord
coord

44. Componentes e Kits de
Desenvolvimento

45. ATSAMR21
© 2017 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 21083 IoT6 Slide 62
ATSAMR21 Device Family
Cortex® M0+ with 2.4Ghz 802.15.4 Transceiver
Parameters SAMR21
CPU Core Cortex-M0+ @ 48MHz
Max PHY rate 250kbps (IEEE 802.15.4)
Frequency 2.4GHz
Stacks
Zigbee / BitCloud , MiWi
Applications
Lighting, Sensor Networks,
Home Automation
Interfaces SPI, UART
RF Tx/Rx peak 14mA/12mA @ 3.0V
Tx Pout +4dBm
Rx Sensitivity -99dBm
Sleep Mode <4uA (RTC+RAM)
Package
7x7 QFN48
5x5 QFN32
Power Supply 1.8V 3.6V
Temp Range -40 o +125 C
Availability NOW
A cortex M0+ MCU + 2.4 GHz Transceiver
in a single package!
ATSAMD21 + AT86RF233
Memories
64kB/128kB/256kB Flash
8k/16k/32kB SRAM
Peripherals
4-SERCOM Interfaces
I2C, SPI, and USART
4x16 bit timers
4-Ch 12-Bit ADC
Analog Comparator
Key Features
HW AES
Antenna Diversity
Capacitive Touch HW engine (PTC)
USB FS Host & Device
Phase Measurement Unit (PMU)

46. ATSAMR30
© 2017 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 21083 IoT6 Slide 63
SAMR30
Single-chip MCU with Sub GHz
Transceiver
A Cortex® M0+ MCU + Sub-GHz
Transceiver in a single package!
ATSAML21 + AT86RF212B
256 KB flash / 32KB RAM
8KB Low Power Mode Retained
RAM
USB Host and Device
Ultra Low Power Consumption
700nA Typical with RTC
Hardware AES crypto accelerators
True Random Number Generator
High performance ADC and analog
peripherals for sensor nodes
IEEE® 802.15.4-2003/2006/2011
compliant
769-935MHz band support
App Code
Protocol Stack (ex. MiWi)
48MHz
CortexM0+
12b ADC (8ch)
12b DAC (2ch) USB
SERCOM (4)
LP SERCOM
769-935MHz BPSK / O-QPSK Transceiver
RTCC/WDT
256KB Flash
32KB RAM
8KB LP-RAM
AES Crypto
16b Timer
CCL
True RNG

47. Transceivers Compatíveis 802.15.4
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New 802.15.4 Complaint
Transceivers
AT86RF212B AT86RF233 AT86RF215
Frequency 76 35 2.4G
3 510
77 1020
2400 24 3
Operating Voltage 1.8-3.6V 1.8-3.6V 1.8-3.6V
Tx Power 10 dBm 4 dBm 14 dBm
Rx Sensitivity -94 dBm -104 dBm -104 dBm
Power Consumption
0.2 uA Sleep
9.2 mA Rx
17.0 mA Tx
0.2 uA Sleep
6 mA Rx
13.8 mA Tx
30 uA Sleep
28 mA Rx
65 mA Tx
Pack QFN32 QFN32 QFN48
Comments IEEE 802.15.4-2006/2011 IEEE 802.15.4-2006/2011
IEEE 802.15.4g-2012;
IEEE 802.15.4-2006/2011;

48. Kits de Desenvolvimento
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Development Platforms
supporting MiWi P c l
MRF24J40MB
Part # AC164134-2
ATA8510-EK1
Explorer 16 Dev Board
Part # DM240001-2
MRF24J40MA
Part # AC164134-1
Add RF to
Microchip
Dev Boards
SAMR21 Xplained Pro
(ATSAMR21-XPRO)
ZENA Wireless Adapter with
Wireless Development Studio (WDS) Utility
MiWi Demo Boards
(DM182016-2)MRF89XAMxA
Part # AC164138-2
MRF89XAMxA
Part # AC164138-1
SAMR30 Xplained Pro
(ATSAMR30-XPRO)

49. Módulos Mesh da TecSUS
Mesh 916MHz
11/27dBm Module
- EEPROM
- Crypto Device
- RTC
- 1x PWM
- 9x GPIOs
- 1x I2C
- 1x SPI
- 1x ADC
- 1x INT
- 1x USART
- Antenna
U.FL/Chip
- 20 pins
Castellation
Comandos AT
Mesh 2.4GHz
22 dBm Module
- EEPROM
- Crypto Device
- RTC
- 2x Motor Drive
- 8x GPIOs
- 1x I2C

50. Como começar?
• Documentação
– MiWi™ Quick Start Guide
– MiWi™ Software Design Guide
• MiWi Código Fonte
– Exemplos no ASF Atmel Studio 7
• Suporte da Artimar
• Github da TecSUS
– https://github.com/tecsusbr

51. Perguntas & Respostas

52. Contatos
Diogo Branquinho Ramos
diogobranquinho@tecsus.com.br
Andreia Fernandes (Comercial)
andreiafernandes@tecsus.com.br
Artimar
artimar@artimar.com.br

53. OBRIGADO