無線傳感器網(wǎng)絡通信標準v

《無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)》講義第五章、通信標準2007年8月20日內(nèi)容提要IEEE802.15.4標準ZigBee標準6LowPan草案主要參考文獻內(nèi)容提要IEEE802.15.4標準ZigBee標準6LowPan草案主要參考文獻IEEE802.15.4標準IEEE802.15.4標準的主要特征：實現(xiàn)20kbps、40kbps、100kbps、250kbps四種不同的傳輸速率；支持星型和點到點兩種拓撲結(jié)構(gòu)；在網(wǎng)絡中采取兩種地址方式：16位地址和64位地址。其中16位地址是有協(xié)調(diào)器分配的，64位地址是全球唯一的擴展地址；采用可選的時槽保障（GuaranteedTimeSlots，GTS）機制；采用帶沖突避免的載波偵聽多路訪問（Carriersensemultipleaccesswithcollisionavoidance，CSMA-CA）的信道訪問機制；支持ACK機制以保證可靠傳輸；低功耗機制；信道能量檢測（EnergyDetection，ED）；鏈路質(zhì)量指示（Linkqualityindication，LQI）；工作在ISM頻段上，其中在2450MHz波段上有16個信道，在915MHz波段上有30個信道，在868MHz上有3個信道；數(shù)據(jù)安全策略。IEEE802.15.4標準IEEE802.15.4標準概述網(wǎng)絡組成及拓撲結(jié)構(gòu)協(xié)議棧架構(gòu)功能概述物理層規(guī)范信道分配及調(diào)制方式物理層幀格式物理層功能實現(xiàn)MAC子層規(guī)范MAC子層的信道訪問方式MAC子層的幀格式MAC子層的功能實現(xiàn)IEEE802.15.4標準IEEE802.15.4標準概述網(wǎng)絡組成及拓撲結(jié)構(gòu)協(xié)議棧架構(gòu)功能概述

物理層規(guī)范信道分配及調(diào)制方式物理層幀格式物理層功能實現(xiàn)MAC子層規(guī)范MAC子層的信道訪問方式MAC子層的幀格式MAC子層的功能實現(xiàn)IEEE802.15.4標準圖5-1：星型和點到點拓撲結(jié)構(gòu)IEEE802.15.4標準圖5-2：IEEE802.15.4協(xié)議棧架構(gòu)IEEE802.15.4標準IEEE802.15.4標準功能概述超幀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)傳輸模型MAC層幀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)可靠傳輸機制低功耗策略數(shù)據(jù)的安全服務IEEE802.15.4標準圖5-3：超幀結(jié)構(gòu)IEEE802.15.4標準IEEE802.15.4標準概述網(wǎng)絡組成及拓撲結(jié)構(gòu)協(xié)議棧架構(gòu)功能概述物理層規(guī)范信道分配及調(diào)制方式物理層幀格式物理層功能實現(xiàn)MAC子層規(guī)范MAC子層的信道訪問方式MAC子層的幀格式MAC子層的功能實現(xiàn)IEEE802.15.4標準表格5?1信道分配和調(diào)制方式頻段(MHz)擴頻參數(shù)數(shù)據(jù)參數(shù)片速率(kchip/s)調(diào)制方式比特速率(kb/s)符號速率(ksymbol/s)符號868–868.6300BPSK2020二進制902–928600BPSK4040二進制868–868.6*400ASK25012.520-bitSPSS902–928*1600ASK250505-bitSPSS868–868.6*400O-QPSK1002516-ary正交902–928*1000O-QPSK25062.516-ary正交2400–2483.52000O-QPSK25062.516-ary正交注：*項為可選項目，系802.15.4-2006新增內(nèi)容IEEE802.15.4標準圖5-4：物理幀格式Ocets：4字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)可變前導碼（preamble）SFDFramelength(7比特)Reserved(1比特)PSDU同步頭(SHR)物理幀頭(PHR)PHY負載IEEE802.15.4標準圖5-5：物理層參考模型IEEE802.15.4標準物理層功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收物理信道的能量檢測(ED：EnergyDetection)射頻收發(fā)器的激活與關(guān)閉空閑信道評估(CCA：clearchannelassessment)鏈路質(zhì)量指示(LQI：linkqualityindication)物理層屬性參數(shù)的獲取與設置IEEE802.15.4標準IEEE802.15.4標準概述網(wǎng)絡組成及拓撲結(jié)構(gòu)協(xié)議棧架構(gòu)功能概述物理層規(guī)范信道分配及調(diào)制方式物理層幀格式物理層功能實現(xiàn)MAC子層規(guī)范MAC子層的信道訪問方式MAC子層的幀格式MAC子層的功能實現(xiàn)

IEEE802.15.4標準IEEE802.15.4標準的MAC子層功能采用CSMA-CA機制來訪問物理信道；協(xié)調(diào)器對網(wǎng)絡的建立與維護；支持PAN網(wǎng)絡的關(guān)聯(lián)（association）與取消關(guān)聯(lián)（disassociation）；協(xié)調(diào)器產(chǎn)生信標幀，普通設備根據(jù)信標幀與協(xié)調(diào)器同步；間接傳輸?shù)膶崿F(xiàn)(Transactionhandling)；在兩個MAC實體之間提供數(shù)據(jù)可靠傳輸；可選的GTS支持；支持安全機制；IEEE802.15.4標準圖5-6：中間協(xié)調(diào)器接收和發(fā)送信標幀IEE留E8紡02.刑15.縮慧4標準圖5-棟7：CS圍MA-C免A算法（概脾）IEE廣E8密02.役15.棒4標準圖5棉-7：牽CSM蓮A-C羊A算法IEEE撒802灣.15.去4標準圖5-般7：CS蘋MA-C憂A算法（清續(xù)）IEEE摔802環(huán).15.放4標準圖5脈-8：胳MAC唐幀格式IEE緒E8歇02.亂15.拉4標準圖5澤-10韻：數(shù)據(jù)砍幀格式圖5-冤9：信標方幀格式IEE炊E8孩02.差15.障4標準圖5-扣12：命俱令幀格式圖5-棒11：確升認幀格式IEE很E8套02.午15.母4標準圖5-鋤13：M耗AC層參電考模型IEEE萌802堤.15.峽4標準MAC子舊層功能實陡現(xiàn)PAN蒸的建立墓與維護關(guān)聯(lián)請鑄求與取終消與信標幀量的同步數(shù)據(jù)的間鈔接傳輸方潔式數(shù)據(jù)的坡發(fā)送，糞接收與學重傳GTS假的分配門與管理MAC椅子層P昆IB的管維護MAC子同層的安全枕策略IEE服E8痕02.養(yǎng)15.牌4標準圖5卻-14鬼：設備薪關(guān)聯(lián)的濱消息流陶程IEE充E8懶02.鐮15.奇4標準圖5攻-15鞠：設備窮發(fā)起取絮消關(guān)聯(lián)伯的消息叫流程IEEE當802蠢.15.慶4標準圖5荒-16此：與協(xié)輝調(diào)器同全步消息模流程(黎信標使存能網(wǎng)絡完)IEEE央802健.15.熟4標準圖5裙-17族：GTS分舒配過程消缸息流程圖IEE理E8歪02.術(shù)15.星4標準圖5-鼓18：GTS飽釋放消傳息流程內(nèi)容提要IEEE賽802摧.15.影4標準ZigB昂ee標準6Low蓄Pan草臉案主要參考售文獻Zig駛Bee桑標準圖5稻-19芳：ZigB烏ee協(xié)議嚴棧模型Zig放Bee頃標準Zigb耍ee網(wǎng)絡購層功能實語現(xiàn)ZigB映ee網(wǎng)絡籌的形成過帳程與設備泛的維護ZigB逗ee路由舒機制應用層規(guī)垂范簡介ZigB詢ee標準Zigb用ee網(wǎng)絡盤層功能實芽現(xiàn)Zig捆Bee流網(wǎng)絡的略形成過迫程與設拜備的維瘡護Zig隨Bee駁路由機父制應用層規(guī)黎范簡介Zig關(guān)Bee歸標準圖5-芽20：數(shù)程據(jù)實體與針管理實體ZigB絨ee標準圖5-愉21：Coo計rdi蹄nat翅or功襯能模塊表示意圖ZigB解ee標準圖5-料22：Rou影ter棋功能模喘塊示意溫圖Zig耳Bee彼標準圖5-葛23：End覽De趟vic然e功能廳模塊示即意圖ZigB真ee標準ZigB汽ee網(wǎng)絡殖的形成過餡程與設備急的維護網(wǎng)絡建立設備加入設備短辦地址分押配設備離開鄰居列表對的維護Zig域Bee尼標準表格謙5?2牽偏移魔量計算在網(wǎng)絡中的深度偏移量Cskip021152130Zig隆Bee掙標準圖5-尖24：地址分充配ZigB紡ee標準ZigB另ee網(wǎng)絡乓路由機制路由消及耗(R責out傲ing政Co巖st)怕的計算路由表處維護路由發(fā)現(xiàn)樹形路由見過程ZigB與ee標準路徑總軌的路由傾花費：每個子邪路段計銹算出的移內(nèi)部鏈刮接花費舌函數(shù)：ZigB水ee標準表格5陸?3:忽路由表名稱大小描述目的地址2字節(jié)該路徑的目的設備地址狀態(tài)3比特路由發(fā)現(xiàn)的狀態(tài)0x0：ACTIVE0x1：DISCOVERY_UNDERWAY0x2：DISCOVERY_FAILED0x3：INACTIVE0x4-0x7：RESERVED下一跳地址2字節(jié)通往目的設備路徑上的下一跳設備地址ZigB課ee標準圖5-2回5:樹球形路由Zig算Bee陷標準表格5劍?4:拉路由發(fā)現(xiàn)爆表名稱大小描述路由請求ID1byte路由請求命令幀的一個序列號，當設備每發(fā)起一個路由請求時，該序列號加1源設備地址2bytes發(fā)起路由請求設備的地址發(fā)送設備地址2bytes最后一次發(fā)送最小路由損耗路由請求命令幀的設備地址，用來確定路由回復命令幀最終的路徑前向損耗1byte從路由請求的源設備到當前設備的累積路由損耗剩余損耗1byte從當前設備到目的設備的累積路由損耗定時時間2bytes路由發(fā)現(xiàn)倒計時定時器Zig終Bee鮮標準圖5-答26:落通過廈路由發(fā)協(xié)現(xiàn)得到鉛的路徑Zig悶Bee穿標準Zig括bee烈網(wǎng)絡層爆功能實澆現(xiàn)ZigB賴ee網(wǎng)絡靜的形成過賤程與設備復的維護ZigB啄ee路由賀機制應用層己規(guī)范簡黎介ZigB偷ee標準圖5-2無7:A伸PS參考經(jīng)模型內(nèi)容提曠要IEE維E8能02.壟15.輪4標準ZigB金ee標準6Low蛙Pan草叔案主要參儉考文獻6Low懂Pan草陷案動機與存歇在的問題協(xié)議報文躁轉(zhuǎn)換適配鎖層和幀格廚式地址管理灑機制Mesh心網(wǎng)絡下的糠多跳傳輸批方法及路藍由鄰居發(fā)現(xiàn)膚協(xié)議6Low球Pan草述案圖5-皆28:協(xié)議棧鍬結(jié)構(gòu)6Lo脾wPa群n草案圖5-2吩9:各種封裝槳的IPv鉤6層數(shù)據(jù)鑄報文格式6Lo騎wPa乎n草案圖5-2高9:各種封裝攤的IPv立6層數(shù)據(jù)隱報文格式備（續(xù)）6Low殊Pan草和案圖5-3遵0:采用d犁isp態(tài)atc劉h類型號頭部的鵲幀格式標以及具裁體的d牲isp鑼atc炊h值6Low度Pan草舌案圖5-3禁1:Mes捐h傳輸陳的報文描格式6Lo糊wPa業(yè)n草案圖5-離32:煤分片拴傳輸?shù)淖h頭部幀哥格式6Low判Pan草夢案圖5-盤33:Low磚Pan雞HC1溉壓縮報題文格式6Low序Pan草不案圖5-殲34:LOA受D協(xié)議維的三種季消息格雷式內(nèi)容提疊要IEEE毀802范.15.余4標準Zig據(jù)Bee忙標準6Low確Pan草煩案主要參據(jù)考文獻主要參考捷文獻[1]I創(chuàng)EEE哪802.摧15.4總-200違6/20基03[2]繩Zig懼Bee食sp俗eci沫fic偵ati折on辜v1.判1[3]兇Tra落nsm州iss泳ion駁of山IP喚v6陡Pac懼ket嶄so蜻ver誼IE內(nèi)EE蘆802幫.15款.4尼Net梅wor液ks蜘(dr帖aft稼ie沃tf僑6lo貪wpa廉nf棉orm割at-堪13)唉(wo逮rk識in茶pro嶼gre要ss)[4]6核LoWP惱AN:欣Over貫view晶,As疼sump取tion辦s,P類robl肥emS寇tate虹ment擊and疊Goa貨ls(卻draf泡tie歉tf6選lowp除anp模robl覆em08凍.txt震)(wo玩rki物npr稈ogre據(jù)ss)[5]資Nei瓣ghb道or揀Dis恰cov腦ery顆fo我rI闊Pv訊ers切ion距6移(dr悅aft抄ie毫tf跡ipv慘62偽461扯bis狐-04初.tx捆t)架(wo蓬rk暮in降pro策g