IEEE802.15 規格

IEEE 802.15は、米国電気電子学会(IEEE)のIEEE 802標準委員会のワーキング グループであり、ワイヤレス スペシャリティ ネットワーク (WSN) 標準を規定しています。このワーキング グループは、以前はワイヤレス パーソナル エリア ネットワーク ワーキング グループと呼ばれていました。

IEEE 802.15 のタスク グループの数は、アクティブなプロジェクトの数によって異なります。現在アクティブなプロジェクトの一覧は、IEEE 802.15 の Web サイトで確認できます。

タスクグループ 1 はBluetooth技術に基づいています。個人操作空間内または個人操作空間に入る固定、ポータブル、移動デバイスとのワイヤレス接続のための物理層 (PHY) とメディア アクセス制御(MAC) の仕様を定義します。標準は 2002 年と 2005 年に発行されました。^{[1] [2]}

タスクグループ2は、無線パーソナルエリアネットワーク（ WPAN ）と、無線ローカルエリアネットワーク（ WLAN ）などの無認可周波数帯域で動作する他の無線デバイスの共存に取り組んでいます。IEEE 802.15.2-2003規格は2003年に公開され^[3]、タスクグループ2は「休止状態」に入りました。^[4]

IEEE 802.15.3-2003は、高速（11～55Mbit/s）WPAN用のMACおよびPHY標準です。この標準は、IEEE 802ボランティアによって資金提供されている IEEE Getプログラム^{[5]からダウンロードできます。}

IEEE P802.15.3a は、イメージングやマルチメディアを含むアプリケーション向けに、IEEE 802.15.3 のより高速な超広帯域PHY 拡張修正を提供する試みでした。タスク グループのメンバーは、2 つの異なる業界連合によって支持された 2 つの技術提案、マルチバンド直交周波数分割多重 (MB-OFDM) とダイレクト シーケンス UWB (DS-UWB) のどちらかを選択することで合意に達することができず、2006 年 1 月に撤回されました。^[6] IEEE 802.15.3a の開発に関連するドキュメントは、IEEE ドキュメント サーバーにアーカイブされています。^[7]

IEEE 802.15.3b-2005 修正版は 2006 年 5 月 5 日にリリースされました。これは 802.15.3 を拡張し、MAC の実装と相互運用性を改善しました。この修正版には、下位互換性を維持しながら、多くの最適化、エラーの修正、あいまいさの明確化、編集上の明確化が含まれています。その他の変更点の中でも、この修正版では次の新機能が定義されました: ^[8]

• 新しい MAC 層管理エンティティ (MLME)サービス アクセス ポイント(SAP)
• ポーリングを許可する暗黙の確認ポリシー
• 論理リンク制御/サブネット アクセス プロトコル(LLC/SNAP) ヘッダー
• マルチキャストアドレス割り当て
• スーパーフレーム内の複数の競合期間
• PAN内の別のデバイスにチャネル時間を譲渡する方法
• ピコネットコーディネータ（PNC）が突然切断された場合のネットワーク回復が速くなる
• デバイスが受信したパケットの信号品質に関する情報を返す方法。

IEEE 802.15.3c-2009 は、2009 年 9 月 11 日に公開されました。タスク グループ TG3c は、既存の 802.15.3 ワイヤレス パーソナル エリア ネットワーク (WPAN) 標準 802.15.3-2003 のミリ波ベースの代替物理層 (PHY) を開発しました。IEEE 802.15.3 タスク グループ 3c (TG3c) は、2005 年 3 月に結成されました。この mmWave WPAN は、57～66 GHz の範囲で動作するように定義されています。地理的な地域に応じて、2～9 GHz の帯域幅が利用可能です (たとえば、北米では、FCC 47 CFR 15.255 で定義されている無認可帯域として 57～64 GHz が利用可能です)。ミリ波WPANは、高速インターネットアクセス、ストリーミングコンテンツのダウンロード（ビデオオンデマンド、HDTV、ホームシアターなど）、リアルタイムストリーミング、ケーブル代替用のワイヤレスデータバスなどのアプリケーションで、非常に高いデータレートと短距離（10m）を可能にします。この標準では、合計3つのPHYモードが定義されています。^[9]

• シングルキャリア（SC）モード（最大5.3 Gbit/s）
• 高速インターフェース (HSI) モード (シングル キャリア、最大 5 Gbit/s)
• オーディオ/ビジュアル (AV) モード (OFDM、最大 3.8 Gbit/s)。

IEEE Std 802.15.3d-2017 では、この修正で、スイッチド ポイントツーポイント リンク用の 252 GHz から 325 GHz の低い THz 周波数範囲での代替物理層 (PHY) を定義しています。2.16 GHz から 69.12 GHz までの 8 つの異なる帯域幅を使用して最大 100 Gb/s のデータ レートを可能にする 2 つの PHY モードが定義されています。

IEEE Std 802.15.3e-2017 は代替物理層 (PHY) を提供し、この修正では修正されたメディア アクセス制御 (MAC) 層が定義されています。60 GHz 帯域を使用して最大 100 Gb/s のデータ レートを可能にする 2 つの PHY モードが定義されています。MIMO と集約方法は、達成可能な最大通信速度を上げるために定義されています。スタック確認応答は、2 つのデバイス間のポイントツーポイント (P2P) トポロジで使用される場合にメディア アクセス制御 (MAC) の効率を向上させるために定義されています。

IEEE Std 802.15.3f-2017 は、ミリ波 PHY の RF チャネル化を拡張して、最大 71 GHz のスペクトルの使用を可能にします。802.15.3f は、いくつかの規制ドメインがライセンス免除の 60 GHz 帯域を最大 71 GHz まで拡張したために開始されました。

IEEE 802.15.4-2003 (低速 WPAN) は、データ レートは低いがバッテリー寿命が非常に長く (数か月または数年)、複雑さが非常に低いという特徴があります。この規格では、OSI モデルの物理層 (レイヤー 1) とデータ リンク層 (レイヤー 2) の両方が定義されています。802.15.4 規格の最初のエディションは、2003 年 5 月にリリースされました。IEEE 802.15.5、 Zigbee、Thread、6LoWPAN、WirelessHART、ISA100.11aなど、いくつかの標準化された独自のネットワーク層プロトコルが 802.15.4 ベースのネットワーク上で実行されます。

IEEE 802.15.4a (正式には IEEE 802.15.4a-2007 と呼ばれる) は、元の標準に追加の物理層 (PHY) を指定した IEEE 802.15.4 の修正版です。主な関心は、高精度の測距と位置特定機能 (1 メートル以上の精度)、高い総スループット、データ レートのスケーラビリティの向上、より長い範囲、および消費電力とコストの削減を提供することでした。選択されたベースラインは、UWBパルス無線 (無認可の UWB スペクトルで動作) とチャープ拡散スペクトル (無認可の 2.4 GHz スペクトルで動作) で構成される 2 つのオプションの PHY です。パルス UWB 無線は、連続パルス UWB 技術 ( C-UWBを参照) に基づいており、通信と高精度の測距を提供できます。^[10]

IEEE 802.15.4b は 2006 年 6 月に承認され、2006 年 9 月に IEEE 802.15.4-2006 として公開されました。IEEE 802.15 タスク グループ 4b は、あいまいさの解決、不要な複雑さの軽減、セキュリティ キーの使用における柔軟性の向上、新たに利用可能な周波数割り当ての考慮など、IEEE 802.15.4-2003 標準に対する特定の機能強化と明確化のためのプロジェクトを作成するために設立されました。

IEEE 802.15.4c は 2008 年に承認され、2009 年 1 月に公開されました。これは、中国国内でのワイヤレス PAN 使用のために 314 ～ 316 MHz、430 ～ 434 MHz、および 779 ～ 787 MHz 帯域を開放した中国の規制変更に対応するために、新しい RF スペクトル仕様を追加する PHY 修正を定義します。

IEEE 802.15 タスク グループ 4d は、802.15.4-2006 標準の修正を定義するために設立されました。修正では、新しい PHY と、帯域内のパッシブ タグ システムと共存しながら日本における新しい周波数割り当て (950 MHz -956 MHz) をサポートするために必要な MAC の変更を定義します。

IEEE 802.15 タスク グループ 4e は、既存の標準 802.15.4-2006 の MAC 修正を定義するために設立されました。この修正の目的は、802.15.4-2006 MAC の機能を強化して追加し、a) 産業市場をより適切にサポートし、b) 中国の WPAN 内で提案されている変更との互換性を実現することです。チャネル ホッピングと ISA100.11a と互換性のある可変タイム スロット オプションを追加するための具体的な機能強化が行われました。これらの変更は 2011 年に承認されました。

IEEE 802.15.4f アクティブ RFID システム タスク グループは、アクティブRFIDシステムの双方向および位置決定アプリケーション 用の新しい PHY をサポートするために必要な、新しいワイヤレス物理 (PHY) レイヤーと 802.15.4-2006 標準 MAC レイヤーの拡張機能を定義するために設立されました。

IEEE 802.15.4g スマ​​ートユーティリティネットワーク (SUN) タスクグループは、802.15.4 の PHY 修正版を作成し、最小限のインフラストラクチャで、潜在的に数百万の固定エンドポイントを持つ大規模で地理的に分散したネットワークをサポートできるユーティリティスマートグリッドネットワークなどの非常に大規模なプロセス制御アプリケーションを容易にする標準を提供 するように設立されました。2012 年に、彼らは 802.15.4g 無線標準をリリースしました。^[11]電気通信業界協会TR-51 委員会は、同様のアプリケーションの標準を開発しています。^[12]

2020年に承認された^[13] UWB PHYの修正（コーディングオプションなど）により、精度が向上し、参加デバイス間で測距関連情報が交換されます。

IEEE 802.15.5 は、WPAN デバイスが相互運用可能で安定したスケーラブルなワイヤレスメッシュ ネットワーキングを促進できるようにするアーキテクチャ フレームワークを提供します。この標準は、低速 WPAN メッシュと高速 WPAN メッシュ ネットワークの 2 つの部分で構成されています。低速メッシュはIEEE 802.15.4-2006 MAC に基づいて構築され、高速メッシュは IEEE 802.15.3/3b MAC を利用します。両方のメッシュに共通する機能には、ネットワークの初期化、アドレス指定、およびマルチホップ ユニキャストがあります。さらに、低速メッシュはマルチキャスト、信頼性の高いブロードキャスト、ポータビリティ サポート、トレース ルート、および省エネ機能をサポートし、高速メッシュはマルチホップ時間保証サービスをサポートします。

IEEE 802.15.1 ネットワークのメッシュ ネットワーキングは IEEE 802.15.5 の範囲外であり、代わりにBluetooth メッシュワーキング グループ内で実行されます。

2011年12月、IEEE 802.15.6タスクグループは、ボディエリアネットワーク（BAN）技術の標準の草案を承認しました。草案は、スポンサー投票プロセスを開始するためのレター投票によって2011年7月22日に承認されました。 ^[14]タスクグループ6は、医療、民生用電子機器、個人用エンターテイメントなど、さまざまなアプリケーションに対応するために、人体（ただし、人間に限定されない）の上、中、または周囲のデバイスと操作に最適化される低電力および短距離のワイヤレス標準に焦点を当てて、2007年11月に結成されました。

タスクグループ 7 の最初の会議は 2009 年 1 月に開催され、可視光を使用した自由空間光通信の標準を作成するために設立されました。 ^[15] 802.15.7-2011 標準は 2011 年 9 月に公開されました。2015 年には、光学カメラ通信 (OCC) と光忠実度 (LiFi) をサポートするために、いくつかの新しい PHY レイヤーと MAC ルーチンを含む 802.15.7 標準を改訂するための新しいタスク グループが立ち上げられました。新しいドラフトが大きくなりすぎたため、2017 年 3 月に 802.15 ワーキング グループは、ブロードキャストのみである OCC のみで 802.15.7 を継続し、新しい PHY に加えて大幅に改訂された MAC レイヤーを必要とする LiFi の新しい標準に取り組むための新しいタスク グループ 802.15.13 を作成することを決定しました。 802.15.7-2018 の改訂版は 2019 年 4 月に公開されました。2020 年 9 月に新しい PAR が承認され、新しいタスク グループが、OCC のデータ レートの向上と範囲の拡大を目的とした最初の改訂版 P802.15.7a の作業を開始しました。

IEEE P802.15.8 は、2012 年 3 月 29 日に IEEE 標準委員会の承認を受け、11 GHz 未満の帯域で動作する完全分散調整によるピアツーピアおよびインフラストラクチャレス通信に最適化されたピア アウェア通信 (PAC) の標準を開発するためのタスク グループを形成しました。提案された標準は、100 kbit/s を超えるデータ レートを目標とし、最大 10 Mbit/s のスケーラブルなデータ レートを備えています。提案された機能は次のとおりです。

• 関連付けなしでピア情報を検出する
• ネットワーク内のデバイス数の検出
• 複数のグループ（通常最大 10 個）に同時に参加できるグループ通信
• 相対的な位置
• マルチホップリレー
• 安全

ドラフト標準は現在開発中です。詳細については、IEEE 802.15 タスク グループ 8 の Web ページをご覧ください。

IEEE P802.15.9は、2011年12月7日にIEEE標準委員会の承認を受け、キー管理プロトコル（KMP）データグラムの転送に関する推奨プラクティスを開発するためのタスクグループを結成しました。推奨プラクティスでは、キー管理プロトコル（KMP）データグラムの転送方法として情報要素に基づくメッセージフレームワークと、IEEE Std 802.15.4で既存のKMPを使用するためのガイドラインを定義します。推奨プラクティスでは、新しいKMPは作成されません。^[16]

IEEE Std 802.15.4 はデータグラム セキュリティを常にサポートしてきましたが、この機能で使用されるキーを確立するためのメカニズムは提供してきませんでした。IEEE Std 802.15.4 にキー管理サポートがないため、キーが弱くなり、セキュリティ システムを攻撃する一般的な手段となります。KMP サポートを追加することは、適切なセキュリティ フレームワークにとって重要です。対応可能な既存の KMP には、IETF の PANA、HIP、IKEv2、IEEE Std 802.1X、4 ウェイ ハンドシェイクなどがあります。

推奨プラクティスのドラフトは現在開発中です。詳細については、IEEE 802.15 の Web ページをご覧ください。

IEEE P802.15.10 は、2013 年 8 月 23 日に IEEE 標準委員会の承認を受け、動的に変化する 802.15.4 ワイヤレス ネットワーク (1 分単位の時間枠で変化) でパケットをルーティングするための推奨プラクティスを開発するためのタスク グループを結成しました。この推奨プラクティスは、ルート処理への影響を最小限に抑えます。目標は、ノード数の増加に応じてカバレッジ エリアを拡大することです。^[17]推奨プラクティスが提供するルート関連の機能には、次のものがあります。

• ルート確立
• 動的ルート再構成
• 新しいノードの発見と追加
• 確立されたルートの破壊
• ルートの喪失と再発
• リンクステータスのリアルタイム収集
• ネットワーク層でのシングルホップの出現を可能にする（標準の L3 メカニズムを破壊しない）
• 放送のサポート
• マルチキャストのサポート
• 効果的なフレーム転送

推奨プラクティスのドラフトは現在開発中です。詳細については、IEEE 802.15.10 Web ページをご覧ください。

タスクグループ 13 の最初の会議は、光を使ったモバイル通信である光忠実度 (LiFi) に関する新しい標準規格の策定を目的に、2017 年 3 月に開催されました。その目的は、次世代 IoT 向けの極めて信頼性が高く、ジッタが無視できる低遅延の接続など、産業用途に対応することです。802.15.7 と比較して、グループはこれらの目標を達成するために、既存および新しい貢献に基づいて標準規格を完全に書き直すことを決定しました。グループは最初に、周波数領域イコライゼーション (FDE) を備えたオンオフキーイング (OOK) を使用する低電力パルス変調 PHY (PM-PHY) と、ITU-T G.9991 から採用された直交周波数分割多重 (OFDM) に基づく高帯域幅 PHY (HB-PHY) に取り組みました。また、グループは、インフラストラクチャ内のアクセス ポイントとサービス エリア内のモバイル ユーザーを分散型多入力多出力 (D-MIMO) リンクの入力と出力として考慮することで、モビリティを実装することを決定しました。802.15.13 は、特殊なアプリケーションに適した最小限の設計で D-MIMO をネイティブにサポートしています。低コストの FPGA と市販のコンピューティング ハードウェアに実装できます。ワーキング グループのレター投票と IEEE SA 投票は、それぞれ 2019 年 11 月と 2020 年 11 月に開始されました。公開は 2022 年半ばの予定です。^{[更新が必要]}

IEEE P802.15ワイヤレス次世代常設委員会（SCwng）は、新しい802.15標準化プロジェクトの対象となる可能性のある新しいワイヤレス関連技術に関するプレゼンテーションと議論を促進し、刺激すること、または技術やテクノロジーに関する問題や懸念事項について802.15作業グループ全体に対処するために設立されました。^[18]

• IEEE 802.11  – ワイヤレスネットワーク規格
• IEEE 802.15.4  – 低速無線パーソナルエリアネットワークのIEEE標準
• IEEE 802.15.6  – IEEE 標準
• IEEE 802.11bb  – ワイヤレスネットワーク規格
• Bluetooth  – 短距離無線技術の標準規格
• DASH7  – オープンソースのワイヤレスセンサーおよびアクチュエータネットワークプロトコル
• エネルギーハーベスティング – 外部ソースからエネルギーを収集する
• EnOcean  – エネルギーハーベスティング無線技術
• デバイス帯域幅のリスト
• Sun SPOT  – ワイヤレスネットワークセンサーノード
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