《物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論》第4章-無線傳感網(wǎng)絡(luò)

無線傳感網(wǎng)絡(luò)重慶郵電大學(xué)第五章 無線傳感網(wǎng)絡(luò)重慶郵電大學(xué)知識要

點能力要

求無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)掌握傳感器網(wǎng)絡(luò)組成結(jié)構(gòu)了解傳感器網(wǎng)絡(luò)主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)理解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的基本結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備技術(shù)架構(gòu)掌握傳感節(jié)點技術(shù)參考架構(gòu)理解路由節(jié)點技術(shù)參考架構(gòu)了解傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)技術(shù)參考架構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)范了解傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)體系理解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議架構(gòu)IEEE

802.14.4

無線局域網(wǎng)技術(shù)了解

IEEE

802.15

系列標(biāo)準(zhǔn)理解

IEEE

802.14.4

協(xié)議棧及物理層、MAC

層協(xié)議IEEE802.11X系列無線局域網(wǎng)（1）了解IEEE802.11X

系列標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)要求：第五章 無線傳感網(wǎng)絡(luò)重慶郵電大學(xué)ZigBee

技術(shù)掌握

ZigBee

網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成掌握

ZigBee

協(xié)議體系6LoWPAN

技術(shù)掌握

6LoWPAN

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔莆?/p>

6LoWPAN

標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議棧架構(gòu)藍牙及藍牙

4.x

技術(shù)了解藍牙的工作原理及系統(tǒng)組成了解藍牙

4.0

技術(shù)的協(xié)議棧架構(gòu)了解藍牙

4.1

技術(shù)的主要特點了解藍牙

5.0

技術(shù)的主要特點體域網(wǎng)技術(shù)掌握體域網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)理解無線體域網(wǎng)的節(jié)點設(shè)計面向視頻通信的無線傳感網(wǎng)技術(shù)了解面向視頻通信的無線傳感網(wǎng)的應(yīng)用場景理解面向視頻通信的無線傳感網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)學(xué)習(xí)要求：第五章 無線傳感網(wǎng)絡(luò)重慶郵電大學(xué)目錄4.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展4.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)4.3 中高速無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范概述4.4 低速無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范概述4.5 IEEE 802.14.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)4.6 Z-Wave技術(shù)4.7 6LoWPAN 技術(shù)4.8 藍牙及藍牙 4.x 技術(shù)4.9 體域網(wǎng)技術(shù)4.10 面向視頻通信的無線傳感網(wǎng)技術(shù)4.1 傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展重慶郵電大學(xué)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)部或附近的大量廉價的、具有通信、感測及計算能力的微型傳感器節(jié)點通過自組織構(gòu)成的“智能”測控網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是通過無線通信方式形成的一種多跳自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對象的信息(如光強、溫度、濕度、噪音、震動和有害氣體濃度等物理現(xiàn)象)，并以無線的方式發(fā)送出去，通過骨干網(wǎng)絡(luò)最終發(fā)送給觀察者。4.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)重慶郵電大學(xué)4.2.1傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點（sensornode），匯聚節(jié)點（sink

node），和管理節(jié)點。傳感器節(jié)點是信息采集終端，也是網(wǎng)絡(luò)連接的起始點，各類傳感節(jié)點和路由節(jié)點通過各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫螒B(tài)將感知數(shù)據(jù)傳送至傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)。傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)是感知數(shù)據(jù)向網(wǎng)絡(luò)外部傳遞的有效設(shè)備，通過網(wǎng)絡(luò)適配和轉(zhuǎn)換連接至傳輸層，再通過傳輸層連接至傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層。傳感節(jié)點/路由節(jié)點傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)分層拓?fù)渲袑虞^高的傳感節(jié)點/路由節(jié)點傳感節(jié)點、路由節(jié)點和傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)構(gòu)成的感知層存在多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如星型、樹型、網(wǎng)狀拓?fù)涞龋鐖D中(a)、(b)、(c)。也可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大小定義層次性的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖中(d)所示的分層結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)采集模塊傳感器A/D轉(zhuǎn)換器供電模塊數(shù)據(jù)處理模塊微處理器存儲器通信模塊無線收發(fā)器組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點應(yīng)具備體積小、能耗低、無線傳輸、傳感和數(shù)據(jù)處理等功能，它一般由傳感器模塊(傳感器、A／D轉(zhuǎn)換器)、處理器模塊(微處理器、存儲器)、無線通信模塊(無線收發(fā)器)和能量供應(yīng)模塊(電池)等組成。根據(jù)功能，傳感器網(wǎng)絡(luò)可以把節(jié)點分成傳感器節(jié)點、路由節(jié)點（亦稱簇頭節(jié)點）和網(wǎng)關(guān)（亦稱匯聚節(jié)點）3種類型。4.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)重慶郵電大學(xué)跨層管理設(shè)備管理安全管理網(wǎng)絡(luò)管理標(biāo)識應(yīng)用層應(yīng)用1應(yīng)用2應(yīng)用3服務(wù)子層日志管理……安全服務(wù)代碼管理基本功能層硬件層時間同步自定位數(shù)據(jù)存儲資源發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理……網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧設(shè)備驅(qū)動操作系統(tǒng)……協(xié)同信息處理4.2.2

傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備技術(shù)架構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備技術(shù)架構(gòu)不僅對網(wǎng)絡(luò)元素（如傳感節(jié)點、路由節(jié)點和傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點）的結(jié)構(gòu)進行了描述，還定義各單元模塊之間的接口以及傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計評估的原則和指導(dǎo)路線。1.傳感節(jié)點技術(shù)參考架構(gòu)4.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)重慶郵電大學(xué)4.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)重慶郵電大學(xué)應(yīng)用層：位于整個技術(shù)架構(gòu)的頂層，由應(yīng)用子集和協(xié)同信息處理這兩個模塊組成。服務(wù)子層：包含具有共性的服務(wù)與管理中間件，典型的如數(shù)據(jù)管理單元、數(shù)據(jù)存儲單元、定位服務(wù)單元、安全服務(wù)單元等共性單元?；竟δ軐樱簞印崿F(xiàn)傳感節(jié)點的基本功能供上層調(diào)用，包含操作系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧等功能?？鐚庸芾恚禾峁φ麄€網(wǎng)絡(luò)資源及屬性的管理功能硬件層：包含傳感器、處理模塊、存儲模塊、通信模塊等，該層提供標(biāo)準(zhǔn)化的硬件訪問接口供基本功能層調(diào)用。2.路由節(jié)點技術(shù)參考架構(gòu)由于傳感節(jié)點也可兼?zhèn)鋽?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的路由功能，此處路由節(jié)點僅強調(diào)設(shè)備的路由功能，不說明數(shù)據(jù)采集和應(yīng)用層功能。跨層管理設(shè)備管理安全管理網(wǎng)絡(luò)管理標(biāo)識硬件層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧

基本功能層設(shè)備驅(qū)動操作系統(tǒng)……服務(wù)子層日志管理代碼管理時間同步自定位數(shù)據(jù)存儲資源發(fā)現(xiàn)……安全服務(wù)4.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)重慶郵電大學(xué)4.3 中高速無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范概述重慶郵電大學(xué)4.3.1 IEEE

802.11X系列無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)目前，無線局域網(wǎng)已經(jīng)形成了IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)，包括IEEE

802.11、IEEE

802.11a/b/c/d/e/f/g/h/i/n/ah等標(biāo)準(zhǔn)。

1990年IEEE802標(biāo)準(zhǔn)化委員會成立IEEE802.11WLAN標(biāo)準(zhǔn)工作組。（1）IEEE802.11：（Wi-Fi：WirelessFidelity）是在1997年6月由大量的局域網(wǎng)以及計算機專家審定通過的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)定義物理層和媒體訪問控制(MAC)規(guī)范。由于它在速率和傳輸距離上都不能滿足人們的需要，所以IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)被IEEE802.11b所取代了。4.3 中高速無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范概述重慶郵電大學(xué)4.3.1 IEEE

802.11X系列無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)目前，無線局域網(wǎng)已經(jīng)形成了IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)，包括IEEE

802.11、IEEE

802.11a/b/c/d/e/f/g/h/i/n/ah等標(biāo)準(zhǔn)。

1990年IEEE802標(biāo)準(zhǔn)化委員會成立IEEE802.11WLAN標(biāo)準(zhǔn)工作組。（1）IEEE802.11：（Wi-Fi：WirelessFidelity）是在1997年6月由大量的局域網(wǎng)以及計算機專家審定通過的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)定義物理層和媒體訪問控制(MAC)規(guī)范。由于它在速率和傳輸距離上都不能滿足人們的需要，所以IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)被IEEE802.11b所取代了。4.3 中高速無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范概述重慶郵電大學(xué)4.3.1 IEEE

802.11X系列無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（4）IEEE802.11g：IEEE推出最新版本IEEE802.11g認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)提出擁有IEEE802.11a的傳輸速率，安全性較IEEE802.11b好，采用2種調(diào)制方式，含802.11a中采用的OFDM與IEEE802.11b中采用的CCK，做到與802.11a和802.11b兼容。雖然802.11a較適用于企業(yè)，但WLAN運營商為了兼顧現(xiàn)有802.11b設(shè)備投資，選用802.11g的可能性極大。（5）IEEE802.11i：該標(biāo)準(zhǔn)是結(jié)合IEEE802.1x中的用戶端口身份驗證和設(shè)備驗證，對WLANMAC層進行修改與整合,定義了嚴(yán)格的加密格式和鑒權(quán)機制，以改善WLAN的安全性。IEEE802.11i新修訂標(biāo)準(zhǔn)主要包括兩項內(nèi)容："Wi-Fi保護訪問"(Wi-FiProtectedAccess：WPA)技術(shù)和"強健安全網(wǎng)絡(luò)"(RSN)。Wi-Fi聯(lián)盟計劃采用802.11i標(biāo)準(zhǔn)作為WPA的第二個版本，并于2004年初開始實行。IEEE802.11i標(biāo)準(zhǔn)在WLAN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的是相當(dāng)重要的，數(shù)據(jù)的安全性是WLAN設(shè)備制造商和WLAN網(wǎng)絡(luò)運營商應(yīng)該首先考慮的頭等工作。4.3 中高速無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范概述重慶郵電大學(xué)IEEE

802.11X系列無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11e/f/h：IEEE802.11e標(biāo)準(zhǔn)對WLANMAC層協(xié)議提出改進，以支持多媒體傳輸，以支持所有WLAN無線廣播接口的服務(wù)質(zhì)量保證QOS機制。IEEE802.11f，定義訪問節(jié)點之間的通訊，支持IEEE802.11的接入點互操作協(xié)議（IAPP）。IEEE802.11h用于802.11a的頻譜管理技術(shù)。IEEE802.11d/c：IEEE

802.11d根據(jù)各國無線電頻譜規(guī)定做的調(diào)整。IEEE802.11c則為符合802.11的媒體接入控制層(MAC)橋接(MAC

Layer

Bridging)。4.3 中高速無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范概述重慶郵電大學(xué)4.3.2 IEEE

802.11ah低頻段低功耗無線局域網(wǎng)技術(shù)隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，對于覆蓋范圍廣、容納節(jié)點數(shù)多、更低功率、優(yōu)化增強中低速的需求越來越大。IEEE802.11ah的制定滿足了物聯(lián)網(wǎng)的這種需求。2010年7月在美國圣地亞哥會議上，sub1GHz研究組完成了

802.11ah

立項建議的編寫工作，主要指標(biāo)包括：低于1GHz，傳輸距離達到1Km以及傳輸數(shù)率大于100Kbit/s。4.3 中高速無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范概述重慶郵電大學(xué)IEEE

802.11ah低頻段低功耗無線局域網(wǎng)技術(shù)IEEE

802.11ah應(yīng)用場景傳感器網(wǎng)絡(luò)：在室內(nèi)放入采用802.11ah技術(shù)的接入點，用于將傳感器或者智能電表的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴蠈泳W(wǎng)絡(luò)。傳感器和智能抄表的回傳鏈路：回傳網(wǎng)絡(luò)的作用是連接傳感器和數(shù)據(jù)收集設(shè)備，IEEE

802.15.4g為低速傳感器提供鏈路，而IEEE

802.11ah是提供無線回傳鏈路，將底層網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉?yīng)用平臺。4.3 中高速無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范概述重慶郵電大學(xué)4.3.2 IEEE

802.11ah低頻段低功耗無線局域網(wǎng)技術(shù)2.IEEE802.11ah信道分布IEEE

802.11ah是工作在低于1GHz頻段中的技術(shù)，在1GHz以下頻譜中，可用頻段因國家而異。美國分配的是902MHz至928MHz頻段，最大帶寬是16MHz；中國為802.11ah分配了從755MHz至787MHz總共32MHz的帶寬，最大帶寬是8MHz；韓國分配的是917.5MHz至923.5MHz頻段，最大帶寬是4MHz；日本分配的頻段是從916.5MHz至927.5MHz總共11個1MHz信道；新加坡有兩個頻段，分別是866MHz至869MHz和920MHz至925MHz，總共8MHz，最大帶寬是4MHz。4.3 中高速無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范概述重慶郵電大學(xué)4.3.2 IEEE

802.11ah低頻段低功耗無線局域網(wǎng)技術(shù)IEEE

802.11ah物理層IEEE

802.11ah是工作于降頻10倍的IEEE

802.11ac，IEEE

802.11ah的帶寬包括：2MHz，4MHz，8MHz，16MHz，對于擴展覆蓋功能又額外定義了1MHz。因此物理層被分為兩層：1MHz帶寬傳輸模式，其目的是進一步擴展傳輸距離；大于或者等于2MHz帶寬傳輸模式，可以滿足傳輸距離長達1Km的覆蓋范圍目標(biāo)。4.3 中高速無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范概述重慶郵電大學(xué)4.3.3 無線局域網(wǎng)的構(gòu)建如構(gòu)建IEEE

802.11g

的無線局域網(wǎng)需要產(chǎn)品包括：（1）WG602

802.11g

54M—無線局域網(wǎng)接入點(AP)；（2）WG511

802.11g

54M—無線CardBus

筆記本電腦卡；（3）WG311

802.11g

54M—無線

PCI卡；（4）WGE101

802.11g

54M—無線以太網(wǎng)客戶端橋接器；（5）WG121

802.11g

54M—無線USB

適配器；（6）MA701

802.11b—11MCF

卡。NETGEAR無線局域網(wǎng)應(yīng)用方案(1)PDA無線CF卡MA701無線CardBus卡WG511無線PCI網(wǎng)卡WG311無線接入點WG602無線USB適配器WG1214.3 中高速無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范概述重慶郵電大學(xué)；；4.3.3 無線局域網(wǎng)的構(gòu)建構(gòu)建家庭無線局域網(wǎng)需要產(chǎn)品包括：（1）WG602

802.11g

54M—無線局域網(wǎng)接入點(AP)；（2）WG511

802.11g54M—無線

CardBus

筆記本電腦卡（3）WG311

802.11g

54M—無線

PCI卡；（4）WGE101

802.11g54M—無線以太網(wǎng)客戶端橋接器（5）WG121

802.11g

54M—無線USB

適配器；（6）WGR614

802.11g

54M—無線寬帶路由器。無無無無無無無無4.3 中高速無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范概述重慶郵電大學(xué)4.3.3 無線局域網(wǎng)的構(gòu)建企業(yè)大樓無線局域網(wǎng)的構(gòu)建需要產(chǎn)品包括：WG302

Super

G

108M—企業(yè)級無線局域網(wǎng)接入點

(AP)；WG511

802.11g

54M—無線CardBus

筆記本電腦卡；（3）WG311

802.11g

54M—無線

PCI

卡；（4）WGE101

802.11g

54M—無線以太網(wǎng)客戶端橋接器；（5）WG121

802.11g

54M—無線USB

適配器；（6）ME103802.11b

11M—企業(yè)級無線局域網(wǎng)接入點

(AP)

；（7）FSM726S

24

個

10/

100M

端口、

2

個

10/100/

1000M端口、

2個

1000 Base-X

GBIC

槽，可堆疊可網(wǎng)管理交換機；（8）FVL328

Pro

Safe

VPN

防火墻。無無無無無無無無4.4 低速無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范概述重慶郵電大學(xué)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議概述為了協(xié)調(diào)傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化工作，

2007年底，ISO/IEC在JTC1下成立了傳感器網(wǎng)絡(luò)研究組（SGSN），致力于解決如下問題：確定傳感器網(wǎng)絡(luò)的特性以及與其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的共性和區(qū)別；根據(jù)功能劃分，建立傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)；確定組成傳感器網(wǎng)絡(luò)的實體及其特性；確定可用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有協(xié)議以及傳感器網(wǎng)絡(luò)僅有的協(xié)議元素；可被認(rèn)為是傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的范圍；確定傳感器網(wǎng)絡(luò)需要處理的、獲取的、傳輸?shù)摹⒋鎯Φ囊约斑f交的數(shù)據(jù)類型，以及這些不同的數(shù)據(jù)類型所需要的QoS屬性；確定傳感器網(wǎng)絡(luò)需要支持的接口類型；確定傳感器網(wǎng)絡(luò)需要支持的服務(wù)類型；與傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的安全、保密和標(biāo)識。4.4 低速無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范概述重慶郵電大學(xué)ITU-T在下一代網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)框架中將泛在傳感網(wǎng)絡(luò)作為其中的一個組成部分，尚處于框架性規(guī)劃階段ZigBee

聯(lián)盟主要制定

IEEE

802.14.4

的高層協(xié)議，包括：組網(wǎng)、應(yīng)用規(guī)范等。IEEE

1451

系列標(biāo)準(zhǔn)主要制定傳感器通用命令和操作集合，同時制定了一系列接口標(biāo)準(zhǔn)，包括模擬傳感器接口標(biāo)準(zhǔn)、無線傳感器接口標(biāo)準(zhǔn)和執(zhí)行器接口標(biāo)準(zhǔn)等。IETF

所開展的兩個研究項目與傳感器網(wǎng)絡(luò)有一定的關(guān)系，

分別是基于低功耗無線個域網(wǎng)的

IPv6

協(xié)議和低功耗網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議。網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換和接入?yún)f(xié)議MAC層術(shù)語農(nóng)業(yè)公共安全智能交通環(huán)境保護智能建筑醫(yī)療保健空間探測工業(yè)監(jiān)控水利安全智能電網(wǎng)接口通信與組網(wǎng)服務(wù)支持協(xié)同信息處理測試安全應(yīng)用輪廓基礎(chǔ)平臺標(biāo)準(zhǔn)傳感器接口物理層能力聲明協(xié)同策略通信資源要求說明共性服務(wù)標(biāo)識目錄服務(wù)數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)格式安全技術(shù)安全管理安全評估一致性測試互操作性測試系統(tǒng)測試網(wǎng)絡(luò)層體系架構(gòu)ISO/IEC

JTC1

傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)體系示意圖4.4 低速無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范概述重慶郵電大學(xué)ISO/IEC

JTC1

傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)體系示意圖802.15.4MAC層802.15.4物理層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用子層MLDE-SAP MLME-SAPDLDE-SAPNLDE-SAPASLDE-SAP設(shè)備管理應(yīng)用進程（DMAP）ASLDE-SAPNLME-SAPDLME-SAPASLME-SAPNLME-SAPDLME-SAP時隙通信（超幀、跳頻）時間同步安全管理網(wǎng)絡(luò)管理管理信息庫物理層數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用層用戶應(yīng)用對象

1用戶應(yīng)用對象

n尋址分段與重組通信模式管理服務(wù)鏈路/信道性能度量管理服務(wù)鏈路層安全路由管理服務(wù)聚合與解聚應(yīng)用層安全用戶應(yīng)用進程（UAP）……數(shù)據(jù)鏈路子層4.4.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議架構(gòu)典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議遵循ISO/OSI的層次結(jié)構(gòu)定義，但只定義了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。物理層和MAC層完全兼容IEEE

802.14.4協(xié)議；

網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議棧的數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等協(xié)議層實體以及各層實體間的數(shù)據(jù)接口和管理接口構(gòu)成則由ZigBee、6LoWPAN、ISA100、WIA-PA等無線傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)定義。4.4 低速無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范概述重慶郵電大學(xué)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議架構(gòu)物理層（Physical

layer）：一般直接采用802.14.4的物理層，負(fù)責(zé)傳送比特流，第二層MAC層接收數(shù)據(jù)幀，并將幀的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容串行發(fā)送。媒體訪問控制子層（MAC）：一般直接采用802.14.4的MAC層，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)成幀、幀檢測、介質(zhì)訪問和差錯控制，并實現(xiàn)載波偵聽的沖突檢測重發(fā)機制。數(shù)據(jù)鏈路層（Data

Link

layer）：一般兼容IEEE

802.14.4的超幀結(jié)構(gòu)，并對其進行了擴展。網(wǎng)絡(luò)層（Network

layer）：由尋址、路由、分段與重組、管理服務(wù)等功能模塊構(gòu)成。主要功能是實現(xiàn)面向工業(yè)應(yīng)用的端到端的可靠通信、資源分配。傳輸層（Transport

layer）：部分協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)支持UDP協(xié)議，為了實現(xiàn)設(shè)備與其他網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一編址和網(wǎng)絡(luò)的互通，傳輸層支持IP地址為IPv6。4.4 低速無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范概述重慶郵電大學(xué)4.4.2

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議架構(gòu)應(yīng)用層：由應(yīng)用子層、用戶應(yīng)用進程、設(shè)備管理應(yīng)用進程構(gòu)成。應(yīng)用子層提供通信模式、聚合與解決、應(yīng)用層安全和管理服務(wù)等功能；用戶應(yīng)用進程包含的功能模塊為多個用戶應(yīng)用對象；設(shè)備管理應(yīng)用進程包括：網(wǎng)絡(luò)管理模塊、安全管理模塊和管理信息庫。4.5

EEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)IEEE

802.15系列標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.14.4

規(guī)范特點：經(jīng)濟高效低速率2.4GHz用于個域網(wǎng)和對等網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)支持傳感器、遠(yuǎn)端控制和家用自動化等不適合傳輸語音，通常連接距離小于100m。802.14.4不僅是ZigBee應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的基礎(chǔ)，也為無線

HART、ISA100、WIA-PA

等工業(yè)無線技術(shù)提供了物理層（Physical

Layer，PHY）和媒體介入控制層（Meclia

Accers

Control，MAC）層協(xié)議。同時802.14.

4還是傳感器網(wǎng)絡(luò)使用的主要通信協(xié)議規(guī)范。4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)4.5.2 IEEE

802.14.4協(xié)議簇IEEE

802.14.4a--物理層為超寬帶的低功耗無線個域網(wǎng)技術(shù)：提供無線通信和高精確度的定位功能；高總吞吐量、低功率、數(shù)據(jù)速率的可測量性更大的傳輸范圍、更低的功耗、更低廉的價格等。IEEE

802.14.4b--低速家用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：致力于為IEEE

802.14.4-2003標(biāo)準(zhǔn)制定相關(guān)加強和解釋。IEEE

802.14.4c—中國特定頻段的低速無線個域網(wǎng)技術(shù)：對IEEE

802.14.4-2006物理層進行修訂。IEEE

802.14.4d--日本特定頻段的低速無線個域網(wǎng)技術(shù)：定義一個新的物理層和對MAC層的必要修改以支持在日本新分配的頻率。4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)IEEE802.14.4e--MAC層增強的低速無線個域網(wǎng)技術(shù)：提高和增加IEEE

802.14.4-2006的MAC層功能。IEEE

802.14.4f--

主動式RFID系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：為主動式射頻標(biāo)簽RFID系統(tǒng)的雙向通信和定位等應(yīng)用定義新的無線物理層；同時也對IEEE

802.14.4-2006標(biāo)準(zhǔn)的MAC層進行增強以使其支持該物理層。IEEE

802.14.4g--無線智能基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：建立IEEE

802.14.4

物理層的修正案提供一個全球標(biāo)準(zhǔn)以滿足超大范圍過程控制應(yīng)用需求。IEEE802.14.4k標(biāo)準(zhǔn)--低功耗關(guān)鍵設(shè)備監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)（LECIM）：主要應(yīng)用于對于大范圍內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備；減少基礎(chǔ)設(shè)施的投入。4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)PHYSSCS上層協(xié)議IEEE802.2LLCMAC物理媒介4.5.3 IEEE

802.14.4協(xié)議棧結(jié)構(gòu)OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層進一步化分為MAC和LLC兩個子層：MAC子層使用物理層提供的服務(wù)實現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)幀傳輸，LLC子層在MAC子層的基礎(chǔ)上，在設(shè)備間提供面向連接和非面向連接的服務(wù)。在MAC子層以上的特定服務(wù)器的業(yè)務(wù)相關(guān)聚合子層（SSCS，ServiceSpecificConvergenceSublayer）、鏈路控制子層（LLC，Logical

LinkControl）是IEEE

802.14.4標(biāo)準(zhǔn)可選的上層協(xié)議，并不在IEEE

802.14.4標(biāo)準(zhǔn)的定義范圍之內(nèi)。SSCS為IEEE

802.14.4的MAC層接入IEEE

802.2標(biāo)準(zhǔn)中定義的LLC子層提供聚合服務(wù)。LLC子層可以使用SSCS的服務(wù)接口訪問IEEE

802.14.4網(wǎng)絡(luò)，為應(yīng)用層提供鏈路層服務(wù)。LLC子層的主要功能：傳輸可靠性保障、控制數(shù)據(jù)包的分段和重組。4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)4.5.4 IEEE

802.14.4物理層協(xié)議物理層數(shù)據(jù)服務(wù)訪問點（PD-SAP）物理層管理實體服務(wù)訪問點（PLME-SAP）射頻服務(wù)訪問點（RF-SAP）物理層個人信息部分（PHY

PIB）物理層（PHY）物理層管理實體（PLME）1.物理層數(shù)據(jù)服務(wù)的功能：激活和休眠射頻收發(fā)器信道能量檢測（Energy

Detect）檢測接收數(shù)據(jù)包的鏈路質(zhì)量指示（Link

Quality

Indication，LQI）空閑信道評估（Clear

Channel

Assessment，CCA）收發(fā)數(shù)據(jù)4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)4.5.4 IEEE

802.14.4物理層協(xié)議2.物理層的載波調(diào)制PHY層定義3個載波頻段用于收發(fā)數(shù)據(jù)。在這3個頻段上發(fā)送數(shù)據(jù)使用的速率、信號處理過程以及調(diào)制方式等方面存在一些差異。3個頻段總共提供27個信道，868MHZ頻段

1

個信道，915MHz

頻段

10

個信道，2.4GHz

頻段

16

個信道。其具體分配見下表。載波信道特性一覽表4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)4.5.4 IEEE

802.14.4物理層協(xié)議在868MHZ和915MHZ的兩個頻段上，信號處理過程相同，只是數(shù)據(jù)率不同。處理過程如圖所示，868/915MHZ

頻段的調(diào)制過程2.4GHz頻段的處理過程如圖所示2.4GHz

頻段的調(diào)制過程4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)4

Octets0-127

Bytes

1

Octets1

Octets

同步頭部物理層頭部物理層負(fù)載前導(dǎo)碼SFD幀長度域(7

bit)預(yù)留(1

bit)PSDU4.5.4 IEEE

802.14.4物理層協(xié)議物理層幀結(jié)構(gòu)PHY各個域介紹前導(dǎo)碼

(32

bits)–

用于實現(xiàn)同步幀起始分隔符（SFD，Start

of

frame

delimiter）

(8

bits)

–用于標(biāo)識一個物理幀的開始，該字節(jié)固定為“11100101”。物理層頭部(8

bits)

–包括幀長度域（7bits）和1

bit的預(yù)留域，用于標(biāo)識物理層負(fù)載（PSDU）的長度，最大不超過127個字節(jié)PSDU

(0

-127

個字節(jié))

–

物理層實際所攜帶的負(fù)載數(shù)據(jù)。4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)4.5.5 IEEE

802.14.4的MAC協(xié)議IEEE802.14.4的MAC協(xié)議包括以下功能：設(shè)備間無線鏈路的建立、維護和結(jié)束；確認(rèn)模式的幀傳送與接收；信道接入控制；幀校驗；預(yù)留時隙管理；廣播信息管理。MAC子層提供兩個服務(wù)與高層聯(lián)系：通過MAC通用部分子層訪問MAC數(shù)據(jù)服務(wù)；用MAC層管理實體SAP(MLME-SAP)訪問MAC管理服務(wù)。4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)4.5.5 IEEE

802.14.4的MAC協(xié)議MAC通用部分子層服務(wù)訪問點（MCPS-SAP）MAC管理實體服務(wù)訪問點（MLME-SAP）物理層數(shù)據(jù)服務(wù)訪問點（PD-SAP）MAC

PAN信息庫MAC通用部分子層MAC管理實體（MLME）物理層管理實體服務(wù)訪問點（PLME-SAP）MAC

層參考模型MAC

子層主要功能包括下面

6個方面：協(xié)調(diào)器產(chǎn)生并發(fā)送信標(biāo)幀，普通設(shè)備根據(jù)協(xié)調(diào)器的信標(biāo)幀與協(xié)調(diào)器同步；支持PAN網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)（association）和取消關(guān)聯(lián)（disassociation）操作；支持無線信道通信安全；使用CSMA-CA機制訪問信道；支持時隙保障（Guaranteed

Time

Slot,GTS）機制；支持不同設(shè)備的MAC層間的可靠傳輸。4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)超幀持續(xù)時間長度(SD)信標(biāo)幀周期(BI)IEEE

802.14.4的MAC協(xié)議1.超幀在IEEE

802.

14.4中，可以選用以超幀為周期組織WPAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)設(shè)備間的通信。每個超幀都以網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器發(fā)出信標(biāo)幀(beacon)為始，在這個信標(biāo)幀中包含了超幀將持續(xù)的時間以及對這段時間的分配等信息。網(wǎng)絡(luò)中的普通設(shè)備接收到超幀開始時的信標(biāo)幀后，就可以根據(jù)其中的內(nèi)容安排自己的任務(wù)，例如進入休眠狀態(tài)直到這個超幀結(jié)束。信標(biāo)幀 非競爭接入 信標(biāo)幀競爭接入時段(CAP)

時段(CFP)

GTSGTS不活躍時段(Inactive)4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)4.5.5

IEEE

802.14.4的MAC協(xié)議每個超幀周期分為兩個階段：不活躍時段：所有的設(shè)備進入休眠狀態(tài)活躍時段：被劃分為16個等長的“超幀時隙”這16個超幀時隙可進一步分為兩個部分：?

競爭接入時段：（CAP，Contention

access

period）?

非競爭接入時段：（CFP，Contention

free

period）每個時隙的長度、競爭接入時段包含的時隙數(shù)等參數(shù)，都由協(xié)調(diào)器設(shè)定，并通過超幀開始時發(fā)出的信標(biāo)幀廣播到整個網(wǎng)絡(luò)。在非競爭時段，協(xié)調(diào)器根據(jù)上一個超幀期間PAN網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備申請GTS的情況，將非競爭時段劃分成若干個GTS。每個GTS由若干個時隙組成，時隙數(shù)目在設(shè)備申請GTS時指定。如果申請成功，申請設(shè)備就擁有了它指定的時隙數(shù)目。每個GTS中的時隙都指定分配給了時時隙申請設(shè)備，因而不需要競爭信道。IEEE

802.

14.4標(biāo)準(zhǔn)要求任何通信都必須在自己分配的GTS內(nèi)完成。GTS=時隙保障！4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)IEEE

802.14.4的MAC協(xié)議2.數(shù)據(jù)傳輸模型WPAN網(wǎng)絡(luò)中存在著三種數(shù)據(jù)傳輸方式：設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)給協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)給設(shè)備對等設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中只存在前兩種數(shù)據(jù)傳輸方式，因為數(shù)據(jù)只在協(xié)調(diào)器和設(shè)備之間交換；而在點對點拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中，三種數(shù)據(jù)傳輸方式都存在。在WPAN網(wǎng)絡(luò)中，有兩種通信模式可供選擇：信標(biāo)使能模式(beacon-enabled)：信標(biāo)不使能模式(non

beacon-enabled)4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)在信標(biāo)使能的網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)給協(xié)調(diào)器在信標(biāo)不使能的網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)給協(xié)調(diào)器IEEE

802.14.4的MAC協(xié)議設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)到協(xié)調(diào)器在信標(biāo)使能的網(wǎng)絡(luò)中，PAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器定時廣播信標(biāo)幀。PAN網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備都通過協(xié)調(diào)器發(fā)送的信標(biāo)幀進行同步。設(shè)備之間通信使用基于時隙的CSMA-CA（

slotted

CSMA/CA）信道訪問機制。在信標(biāo)不使能的通信網(wǎng)絡(luò)中，PAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器不發(fā)送信標(biāo)幀，各個設(shè)備使用非時隙的CSMA-CA（

unslotted

CSMA/CA）機制訪問信道。4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)在信標(biāo)不使能的網(wǎng)絡(luò)中協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)給設(shè)備IEEE

802.14.4的MAC協(xié)議協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)到設(shè)備在信標(biāo)不使能的網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)調(diào)器只是為相關(guān)的設(shè)備存儲數(shù)據(jù)，被動地等待設(shè)備來請求數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)幀和命令幀的傳送都使用無時隙的CSMA-CA機制。設(shè)備可根據(jù)應(yīng)用程序事先定義好的時間間隔，周期性地向協(xié)調(diào)器發(fā)送請求數(shù)據(jù)的MAC命令幀，查詢協(xié)調(diào)器是否存有屬于自己的數(shù)據(jù)。如果有屬于該設(shè)備的數(shù)據(jù)，則傳送數(shù)據(jù)幀；如果沒有數(shù)據(jù)，則發(fā)送一個0長度的數(shù)據(jù)幀給設(shè)備，表示沒有屬于該設(shè)備的數(shù)據(jù)。4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)4.5.5 IEEE

802.14.4的MAC協(xié)議3.MAC層幀結(jié)構(gòu)通用MAC層幀結(jié)構(gòu)Ocets:210/20/2/80/20/2/80/5/6/10/14可變2幀控制域(FrameControl)幀序列號(SeqNum)目標(biāo)PAN

ID目標(biāo)地址源PAN

ID源地址附加安全頭部幀負(fù)載FCS校驗地址域幀頭(MHR)MAC負(fù)載幀尾(MFR)每個MAC層的幀都由幀頭(MAC

header，MHR)、負(fù)載和幀尾(MAC

footer，MFR)三部分組成。幀頭由幀控制信息(frame

control)，幀序列號(sequence

number)和地址信息(addressingfields)組成。MAC層負(fù)載具有可變長度，具體內(nèi)容由幀類型決定。幀尾是幀頭和負(fù)載數(shù)據(jù)的16位CRC校驗序列。4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)超幀描述字段：規(guī)定了超幀持續(xù)時間、活躍部分持續(xù)時間、競爭訪問時段持續(xù)時間。GTS分配釋放信息：描述了CFP時段GTS的分配情況。轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)目標(biāo)地址：列出了與協(xié)調(diào)者保存的數(shù)據(jù)相對應(yīng)的設(shè)備地址。信標(biāo)幀負(fù)載數(shù)據(jù)：為上層協(xié)議提供數(shù)據(jù)傳輸接口，包括安全等信息，通常情況下這個域可以忽略。13+（4或10)+k+m+nPHY協(xié)議數(shù)據(jù)單元7+(4或10）+k+m+n1前導(dǎo)碼序列幀開始分割符幀長度PHY服務(wù)數(shù)據(jù)單元SHRPHRMPDUPHY層nm4k幀控制字段序列號地址信息字段超幀描述字段GTS分配字段待轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)目標(biāo)地址信標(biāo)幀負(fù)載FCSMHR4或1012字節(jié)數(shù)：MAC子層221字節(jié)數(shù)：4.5.5 IEEE

802.14.4的MAC協(xié)議信標(biāo)幀結(jié)構(gòu)4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)傳輸上層發(fā)送到MAC層的數(shù)據(jù)。MAC服務(wù)數(shù)據(jù)單元：數(shù)據(jù)負(fù)載傳送至MAC子層。MAC幀：

MAC服務(wù)數(shù)據(jù)單元+MHR頭信息+MFR尾信息。11+(4到20)+n5+(4到20）+n1PHY層n4序列號地址信息字段數(shù)據(jù)幀負(fù)載FCSMHRMPDU4到2012幀控制字段字節(jié)數(shù)：MAC子層21字節(jié)數(shù)：前導(dǎo)碼序列幀開始分割符幀長度MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元SHRPHRPSDUPHY協(xié)議數(shù)據(jù)單元4.5.5 IEEE

802.14.4的MAC協(xié)議數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)如果設(shè)備收到目的地址為其自身的數(shù)據(jù)幀或MAC命令幀，并且?guī)拇_認(rèn)請求位設(shè)置為1，設(shè)備需要回應(yīng)一個確認(rèn)幀。確認(rèn)幀的序列號應(yīng)該與被確認(rèn)幀的序列號相同，并且負(fù)載長度為0。確認(rèn)幀緊接著被確認(rèn)幀發(fā)送，不需要使用CSMA-CA機制競爭信道?？梢钥闯?，確認(rèn)幀的結(jié)構(gòu)非常簡單，所以一般由芯片硬件自動實現(xiàn)并發(fā)出。幀控制字段幀長度幀開始分割符MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元前導(dǎo)碼序列序列號FCS確認(rèn)幀結(jié)構(gòu)字節(jié)數(shù)：SHRPHR1151MFRPHY層4MHR12MAC子層21字節(jié)數(shù)：PSDU據(jù)單元PHY協(xié)議數(shù)4.5.5 IEEE

802.14.4的MAC協(xié)議4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)命令幀用于組建PAN，傳輸同步數(shù)據(jù)等。命令幀有9種類型，由命令幀ID指示。命令幀主要的功能：把設(shè)備關(guān)聯(lián)到PAN；與協(xié)調(diào)器交換數(shù)據(jù)；分配GTS。命令幀的具體功能由幀的負(fù)載數(shù)據(jù)表示。幀控制字段字節(jié)數(shù)：12+(4到20)+n6+(4到20）+n1PHY層n4M4到2012MAC子層21字節(jié)數(shù)：前導(dǎo)碼序列幀開始分割符幀長度MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元SHRPHRPSDUPHY協(xié)議數(shù)據(jù)單元序列號地址信息字段命令類型數(shù)據(jù)幀負(fù)載FCSHRMPDU14.5.5 IEEE

802.14.4的MAC協(xié)議命令幀結(jié)構(gòu)4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)應(yīng)用層應(yīng)用層接口網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層媒體訪問控制層物理層用戶IEEEZigBee聯(lián)盟

4.5.6 ZigBee技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成ZigBee技術(shù)是一種具有統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的短距離無線通信技術(shù)，其PHY層和MAC層協(xié)議為IEEE

802.14.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)層由ZigBee技術(shù)聯(lián)盟制定，應(yīng)用層的開發(fā)應(yīng)用根據(jù)用戶自己的應(yīng)用需要，對其進行開發(fā)利用，因此該技術(shù)能夠為用戶提供機動、靈活的組網(wǎng)方式。ZigBee突出特點：低功耗低成本低速率近距離短時延高容量高安全免執(zhí)照頻段IEEE

802.14.4

和ZigBee

的關(guān)系4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)媒體訪問控制層（MAC）PD-SAPPLME-SAPMLDE-SAPMLME-SAP2.4GHz868/915MHz物理層（PHY）網(wǎng)絡(luò)層（NWK）NWK安全管理路由管理NWK消息者網(wǎng)絡(luò)管理安全服務(wù)支持者ZigBee設(shè)備目標(biāo)（ZDO）MLDE-SAPZDO管理平面應(yīng)用目標(biāo)240應(yīng)用目標(biāo)1應(yīng)用結(jié)構(gòu)…應(yīng)用層（APL）終端240ZDO公共接口終端0APSME-SAPNLME-SAP終端1APSDE-SAP APSDE-SAP APSDE-SAP應(yīng)用支持子層（APS）APS安全管理 APS消息者 反射管理

IEEEZigBee聯(lián)盟管理實體接口（ME-SAP）數(shù)據(jù)實體接口（DE-SAP）(1)

ZigBee協(xié)議架構(gòu)4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)星形結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)樹型結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)器全功能器件精簡的功能器件(2)

ZigBee網(wǎng)絡(luò)層ZigBee網(wǎng)絡(luò)層（NWK

，Network

layer）負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)設(shè)備和配置網(wǎng)絡(luò)。ZigBee允許使用星形結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，也允許使用兩者的組合（稱為樹網(wǎng)絡(luò)）。ZigBee網(wǎng)絡(luò)層定義了兩種相互配合使用的物理設(shè)備，為全功能設(shè)備（Full-Function

Device；FFD）與精簡功能設(shè)備（Reduced-Function

Device；RFD）。相較于FFD，RFD的電路較為簡單且存儲容量較小。FFD的節(jié)點具備控制器的功能，能夠提供數(shù)據(jù)交換，而RFD則只能傳送數(shù)據(jù)給FFD或從FFD接收數(shù)據(jù)。4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)MAC子層實體下一個高層實體網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實體（NLDE）MAC公用部分子層服務(wù)訪問點（MCPS-SAP）網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實體服務(wù)訪問點（NLDE-SAP）MAC子層管理實體服務(wù)訪問點（MLME-SAP）網(wǎng)絡(luò)層管理實體服務(wù)訪問點（NLME-SAP）網(wǎng)絡(luò)層管理實體（NLME）網(wǎng)絡(luò)層信息部分（NWK

IB）①網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實體生成網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（NPDU-NetWork

ProtocolData

Unit），網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實體通過增加一個適當(dāng)?shù)膮f(xié)議頭，從應(yīng)用支持層協(xié)議數(shù)據(jù)單元中生成網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元。指定拓?fù)鋫鬏斅酚桑W(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實體能夠發(fā)送一個網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元到一個合適的設(shè)備，該設(shè)備可能是最終目的通信設(shè)備，也可能是在通信鏈路中的一個中間通信設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)層接口模型4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)②網(wǎng)絡(luò)層管理實體（NLME，Network

Layer

Management

Entity）網(wǎng)絡(luò)層管理實體提供網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)，允許應(yīng)用與堆棧相互作用。配置一個新的設(shè)備。初始化一個網(wǎng)絡(luò)。使之具有建立一個新網(wǎng)絡(luò)的能力。加入或離開網(wǎng)絡(luò)。尋址。鄰居設(shè)備發(fā)現(xiàn)。路由發(fā)現(xiàn)。接收控制。子域長度說

明路由請求ID1路由請求命令幀的序列號，每次器件在發(fā)送路由請求后自動加一源地址2路由請求發(fā)送方的16位網(wǎng)絡(luò)地址發(fā)送方地址2這個子域用來決定最終重發(fā)命令幀的路徑前面代價1路由請求源器件到當(dāng)前器件的路徑開銷剩余代價1當(dāng)前器件到目的器件的開銷截止時間2以ms為單位，從初始值nwkcRouteDiscoveryTime開始倒計數(shù)，直至路由發(fā)現(xiàn)的終止網(wǎng)絡(luò)層通用數(shù)據(jù)格式網(wǎng)絡(luò)層路由子域字節(jié)：22211可變幀控制目標(biāo)地址源地址廣播半徑廣播序列號凈荷路由子域網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)頭應(yīng)用層凈荷4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)(3)

ZigBee應(yīng)用層應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)包括：安全與鑒權(quán)、多個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的會聚、設(shè)備發(fā)現(xiàn)、業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)。應(yīng)用層包含應(yīng)用支持子層(APS-

Application

Support

Sub-layer)，ZigBee設(shè)備對象(ZDO-ZigBee

Device

Object)及商家定義的應(yīng)用對象。應(yīng)用支持子層(APS)的作用是：維護設(shè)備綁定表；設(shè)備發(fā)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)層實體下一個高層實體應(yīng)用層數(shù)據(jù)實體（APSDE）網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實體服務(wù)訪問點（NLDE-SAP）應(yīng)用層數(shù)據(jù)實體服務(wù)訪問點（APSDE-SAP）網(wǎng)絡(luò)層管理實體服務(wù)訪問點（NLME-SAP）應(yīng)用層管理實體服務(wù)訪問點（APSME-SAP）應(yīng)用層管理實體（APSME）應(yīng)用層信息部分（APS

IB）應(yīng)用層接口模型應(yīng)用層

APDU

幀格式字節(jié)：10/10/10/20/1可變幀控制目標(biāo)端點簇標(biāo)示符協(xié)議子集標(biāo)示符源端點凈荷地址子域應(yīng)用層數(shù)據(jù)頭應(yīng)用層凈荷4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)只能用來構(gòu)建星型網(wǎng)絡(luò)無法擔(dān)任網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器只能與FFD進行通信適合于能量和資源受限的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)組件和拓?fù)潢P(guān)系ZigBee網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成全功能設(shè)備(FFD)可以用來構(gòu)建任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)能夠擔(dān)任網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器既能與RFD通信，也能與其它FFD通信簡化功能設(shè)備(RFD)全功能設(shè)備精簡功能設(shè)備通信信道4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成ZigBee

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞男纬蛇^程星型網(wǎng)絡(luò)的形成星型網(wǎng)絡(luò)以網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器為中心，所有設(shè)備只能與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器進行通信。星型網(wǎng)絡(luò)中；兩設(shè)備通訊：先把個字的數(shù)據(jù)包發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，再由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器發(fā)送給對方。點對點網(wǎng)絡(luò)的形成點對點網(wǎng)絡(luò)中，任意兩個設(shè)備只要能夠彼此收到對方的無線信號，就可以進行直接通信，不需要其他設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)。但點對點網(wǎng)絡(luò)中仍然需要一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器以完成設(shè)備注冊和訪問控制等基本的網(wǎng)絡(luò)管理功能。4.5

IEEE

802.15.4技術(shù)及ZigBee技術(shù)重慶郵電大學(xué)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成個域網(wǎng)協(xié)調(diào)器簇頭設(shè)備01112512310227894514CID=020CID=1CLH10

1234568CLH3CID=301235CID=2CLH2CLH6CID=6CLH4CID=4CID=5CLH5多級簇樹網(wǎng)絡(luò)4.6 Z-Wave技術(shù)重慶郵電大學(xué)4.6.1 Z-Wave

技術(shù)的發(fā)展Z-Wave技術(shù)是一種新興的基于射頻的、低功耗、高可靠、低成本、適于網(wǎng)絡(luò)的短距離無線通信技術(shù)。工作頻帶為908.42MHz(美國)~868.42MHz(歐洲，國內(nèi)使用的是歐洲頻段，目前這兩頻段都是免授權(quán)頻段)，采用FSK(BFSK/GFSK)調(diào)制方式，

數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6

kbps—40

kbps，信號的有效覆蓋范圍在室內(nèi)是30m，室外可超過100m，適合于窄帶寬應(yīng)用場合。Z-Wave技術(shù)技術(shù)特點如下：①

低成本。為了確保盡可能降低成本，Z-Wave在早期使用的帶寬僅為9.6

kbps，對于傳送控制命令來說已經(jīng)足夠。另外將Z-Wave置于集成模塊也保證了低成本。②

低功耗。Z-Wave利用輕量協(xié)議和壓縮幀格式實現(xiàn)了低能源的消耗。另外，Zensys采用單個Z-Wave模塊，有利于電池驅(qū)動設(shè)備（如傳感器）減低功耗。③

可靠性。由于許多射頻技術(shù)工作由于公共頻段，因而會產(chǎn)生通信干擾，而Z-Wave采用雙向應(yīng)答的傳送機制，壓縮幀格式等來減小干擾，保證了設(shè)備間的通信可靠。④

用途廣泛。由于Z-Wave可以利用基本指令和可變的幀結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)多樣性特征以便于更廣泛的應(yīng)用4.6 Z-Wave技術(shù)重慶郵電大學(xué)4.6.2

Z-Wave協(xié)議體系媒體訪問控制層媒體訪問控制層主要做到低成本，數(shù)據(jù)傳輸可靠，低功耗和容易實現(xiàn)。主要和無線媒介以9.6kbps傳輸，用于控制射頻媒介。媒體訪問控制層數(shù)據(jù)以8位數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)進行傳輸，一般只接收二進制曼徹斯特編碼及解碼的比特流，其主要數(shù)據(jù)就是以曼徹斯特碼存在，因而可以獲得直流自由信號。傳輸層傳輸層協(xié)議主要針對節(jié)點間的數(shù)據(jù)校驗確認(rèn)以及數(shù)據(jù)重傳，該層的數(shù)據(jù)包類型有5種。單播數(shù)據(jù)包，回應(yīng)數(shù)據(jù)包，多播數(shù)據(jù)包，廣播數(shù)據(jù)包以及探測數(shù)據(jù)包。4.6 Z-Wave技術(shù)重慶郵電大學(xué)4.6.2

Z-Wave協(xié)議體系路由層路由層的任務(wù)是通過正確的路由信息向目標(biāo)節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，并確保路徑上的節(jié)點正確發(fā)送了數(shù)據(jù)。Z-Wave路由層中有兩個數(shù)據(jù)包路由單播數(shù)據(jù)包和路由回應(yīng)數(shù)據(jù)包。路由單播數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包包含了所需要的路由信息，并且發(fā)送該數(shù)據(jù)包的節(jié)點需要得到路由回應(yīng)數(shù)據(jù)包來確保數(shù)據(jù)被正確的送達。路由回應(yīng)數(shù)據(jù)包，用來告知源節(jié)點當(dāng)前通信進行到哪一步。應(yīng)用層應(yīng)用層主要功能包括：曼徹斯特譯碼、指令識別、分配家庭ID和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點ID等。Z-Wave網(wǎng)絡(luò)中的控制器需要控制各種不同類型的傳感器節(jié)點，因此它需要采用不同結(jié)構(gòu)來描述節(jié)點的性能。其中的一些性能與協(xié)議相關(guān)，而另一些性能則與具體的應(yīng)用相關(guān)。所有的節(jié)點在收到發(fā)送指令的時候都可以自動發(fā)出節(jié)點信息，這樣控制器就可以接收到傳感器節(jié)點的信息并回復(fù)接收反饋幀。4.6 Z-Wave技術(shù)重慶郵電大學(xué)4.6.3

Z-Wave網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成1.

設(shè)備分類及功能控制節(jié)點（Controller）?？刂圃O(shè)備是網(wǎng)絡(luò)中的啟動控制命令和向外發(fā)送命令的節(jié)點，控制器節(jié)點分為主控制器節(jié)點和次控制器節(jié)點。主控制器是整個Z-Wave網(wǎng)絡(luò)中最重要的節(jié)點，它具有添加和刪除其他設(shè)備的功能，擁有整個

Z-Wave網(wǎng)絡(luò)的路由表，因此可以和所有的z-wave網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點進行通信，并且時刻維護著整個網(wǎng)絡(luò)最新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過主控制器加入到網(wǎng)絡(luò)的控制器節(jié)點稱為次控制器。次控制器節(jié)點只能進行命令的發(fā)送，不能向網(wǎng)絡(luò)中添加或者移除設(shè)備。受控節(jié)點（Slaver）。受控節(jié)點是在z-wave中通過主控節(jié)點進入網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點，可以接收命令和執(zhí)行命令的動作。不能發(fā)送路由信息給其他的從設(shè)備，除非他們收到了此行為的命令。受控節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)一個路由器，該類節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中必須主電源供電（總是在監(jiān)聽）來從其他的裝置接收命令。（3）Z-Wave網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)識（Home

ID、Node

ID)。在Z-Wave網(wǎng)絡(luò)中是通過Home

ID來區(qū)分不同的網(wǎng)絡(luò)。在恢復(fù)出廠設(shè)置的時候會隨機生成主控制器的Home

ID，成為本網(wǎng)絡(luò)的Home

ID。當(dāng)受控節(jié)點進入到網(wǎng)絡(luò)中時，主控節(jié)點會為其分配Home

ID進行通信。其余節(jié)點的Node

ID由控制節(jié)點分配。4.6 Z-Wave技術(shù)重慶郵電大學(xué)4.6.3

Z-Wave網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成2.

Z-Wave網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Z-Wave網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中需要主控制器節(jié)點，路由受控節(jié)點以及受控設(shè)備。主控制器進入網(wǎng)絡(luò)將恢復(fù)出廠設(shè)置時的Home

ID作為整個Z-Wave網(wǎng)絡(luò)的Home

ID，其余受控節(jié)點經(jīng)過主控制器及誒點加入網(wǎng)絡(luò)并得到分配的Home

ID或Node

ID。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)也成“多跳”網(wǎng)絡(luò)，具有高度的靈活性，任何一個設(shè)備都可以經(jīng)過主控節(jié)點動態(tài)加入網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)其中一個節(jié)點因為擁擠或者能量耗光而不能進行通信時，其余節(jié)點可以經(jīng)過其他路徑節(jié)點進行通信，而不因為一個節(jié)點的失效導(dǎo)致信息的阻隔。4.7 LowPAN技術(shù)重慶郵電大學(xué)工作組研究內(nèi)容和現(xiàn)存標(biāo)準(zhǔn)文檔6LoWPAN工作組為了解決將IPv6技術(shù)應(yīng)用到低速率無線個域網(wǎng)而成立；目前已經(jīng)提出了三個RFC標(biāo)準(zhǔn)文檔（RFC4919、RFC4944、RFC6282）；并針對低功耗有損耗網(wǎng)絡(luò)提出了一些改進的draft文檔。ROLL工作組針對工業(yè)應(yīng)用、城市應(yīng)用、家居自動化和樓宇自動化應(yīng)用的低功耗有損耗網(wǎng)絡(luò)路由需求提出了四個RFC文檔；四個關(guān)于RPL的RFC，分別介紹了RPL框架、指標(biāo)、滴機制以及目標(biāo)函數(shù)；跟進提出了一些針對低功耗有損耗網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)的draft文檔CORE工作組提出的草案開始考慮對6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)提供支持；提出了適應(yīng)6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的改進的COAP協(xié)議、IPFIX協(xié)議壓縮方法、以及安全模式下的資源受限設(shè)備自舉方法。LWIG工作組剛成立，為Internet協(xié)議的輕量化、在DNS實施輕量化服務(wù)、以及設(shè)計輕量級嵌入式IP編程接口提供指導(dǎo)。4.7.1 6LoWPAN技術(shù)的發(fā)展IETF在2005年成立了6LoWPAN工作組制定適用于IPv6的低功耗、無線Mesh網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。6LoWPAN旨在IEEE802.14.4的網(wǎng)絡(luò)中傳輸IPv6報文，但是底層標(biāo)準(zhǔn)并不局限于IEEE802.14.4標(biāo)準(zhǔn)，也支持其他的鏈路層標(biāo)準(zhǔn)。與

6LoWPAN相關(guān)的

IETF

工作組的主要研究內(nèi)容4.7 LowPAN技術(shù)重慶郵電大學(xué)4.7.1 6LoWPAN技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)存的其他傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比，6LoWPAN具有以下明顯的技術(shù)優(yōu)勢：地址空間方面，6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)基于IPv6地址，擁有廣闊的地址空間，可以滿足海量節(jié)點的部署需要。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)方面，6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)為每個設(shè)備配置了IP地址，可以方便的與其他基于IP的網(wǎng)絡(luò)（例如3G網(wǎng)絡(luò)、Internet網(wǎng)絡(luò)）互聯(lián)，構(gòu)建異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)互相通信。3）重用和基礎(chǔ)驗證方面，IP網(wǎng)絡(luò)可以保證6LOWPAN重用其他IP網(wǎng)絡(luò)的設(shè)施和IP調(diào)試、診斷工具，并且IP技術(shù)已經(jīng)穩(wěn)定運行多年，為6LoWPAN標(biāo)準(zhǔn)提供了基礎(chǔ)驗證。4）標(biāo)準(zhǔn)開放性方面，6LoWPAN是IETF制定的開放標(biāo)準(zhǔn)，為其快速發(fā)展、完善提供了保障。4.7 LowPAN技術(shù)重慶郵電大學(xué)應(yīng)用層傳輸層IP層適配層IEEE802.15.4MAC層IEEE802.15.4物理層網(wǎng)絡(luò)層底層COAPXMPPIPFIX協(xié)議壓縮方法UDPICMPRoute-overMesh-under鄰居發(fā)現(xiàn)資源預(yù)留組網(wǎng) 移動性分片重組報頭壓縮確定性調(diào)度4.7.2 6LoWPAN標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議棧架構(gòu)6LoWPAN的標(biāo)準(zhǔn)草案主要描述了適配層和IP層的幀格式和關(guān)鍵技術(shù)，而對底層和上層協(xié)議沒有做過多的介紹，只是在標(biāo)準(zhǔn)中聲明底層參照IEEE802.14.4標(biāo)準(zhǔn)，傳輸層采用TCP或者UDP的傳輸協(xié)議。6LoWPAN協(xié)議棧架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)層功能4.7 LowPAN技術(shù)重慶郵電大學(xué)4.7.2 6LoWPAN標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議棧架構(gòu)應(yīng)用層：IETF專門成立了CORE工作組改進應(yīng)用層協(xié)議（例如COAP協(xié)議，IPFIX壓縮方法等），使其適應(yīng)低功耗有損耗網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。傳輸層：實際應(yīng)用中多采用UDP的傳輸方式，并且[RFC

4944]標(biāo)準(zhǔn)[7]和最新的[RFC

6282]標(biāo)準(zhǔn)[8]都設(shè)計了針對UDP的壓縮機制。IP層：6LoWPAN的IP層一般采用標(biāo)準(zhǔn)的IP協(xié)議，方便與其他的IP協(xié)議互聯(lián)互通。適配層：適配層主要是為了協(xié)調(diào)IP層和IEEE802.14.4底層之間的不一致，使1280個字節(jié)的IPv6報文可以在127個字節(jié)的IEEE802.14.4封裝包中傳送。IEEE802.14.4底層：底層標(biāo)準(zhǔn)參照IEEE802.14.4-2003標(biāo)準(zhǔn)，但并不僅限于支持IEEE802.14.4標(biāo)準(zhǔn)，也支持其他的鏈路層技術(shù)。LoWPAN網(wǎng)絡(luò)可以泛指應(yīng)用6LoWPAN機制的低功率、有損耗Mesh網(wǎng)絡(luò)。4.7 LowPAN技術(shù)重慶郵電大學(xué)RRRRRRRR

R6LBRR6LBRRRRRRR6LBR6LoWPAN

Mesh

子網(wǎng)R6LBR6LoWPAN邊界路由器子網(wǎng)路由器終端設(shè)備6LoWPAN網(wǎng)關(guān)4.7.3 6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吐酚蓞f(xié)議6LoWPAN支持Mesh、Star等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。左圖所示每個6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)包含了多個Mesh子網(wǎng)。Mesh子網(wǎng)有一個被稱為6LoWPAN邊界路由器（6LBR）的出口路由器，在Mesh子網(wǎng)內(nèi)，所有的子網(wǎng)節(jié)點位于同一條鏈路上，共享IPv6前綴等網(wǎng)絡(luò)信息，路由器可以根據(jù)鏈路參數(shù)、節(jié)點特性進行鏈路層路由選擇，節(jié)點地址采用鏈路層地址。6LoWPAN網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)與其他IP網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。4.7 LowPAN技術(shù)重慶郵電大學(xué)不同點相同點優(yōu)勢IETF路由協(xié)議鏈路特性IPv6路由器節(jié)點特性Mesh-under節(jié)點位于一條鏈路上6LoWPAN邊界路由器（6LBR）節(jié)點不參與路由選擇和報文轉(zhuǎn)發(fā)，只是普通的主機模擬廣播域，在同一個鏈路范圍內(nèi)高效；可以應(yīng)用較短的鏈路層地址目前IETF沒有定義基于Mesh-under的路由協(xié)議Router-over節(jié)點位于多條鏈路上，鏈路環(huán)境復(fù)雜、多變，可能包含了多個重復(fù)的本地鏈路范圍6LoWPAN邊界路由器（6LBR）和6LoWPAN路由器（6LR）依賴鄰居發(fā)現(xiàn)形成的本地Mesh拓?fù)?，為IP網(wǎng)絡(luò)互連提供了可能RPL路由協(xié)議4.7.3 6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吐酚蓞f(xié)議在6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)根據(jù)實現(xiàn)路由選擇的協(xié)議層分為Mesh-under和Route-over兩種路由機制，Mesh-under指基于鏈路的Mesh路由機制，包括LoWPAN

Mesh路由和鏈路層Mesh路由；而基于IP地址的路由機制被稱為Route-rover。Mesh-under

和Route-over

特性對比4.7 LowPAN技術(shù)重慶郵電大學(xué)4.7.4 6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)層幀格式當(dāng)設(shè)備加入了同一個6LoWPAN子網(wǎng)，所有的設(shè)備將共享一些鏈路信息，[RFC4944]定義了LoWPAN_HC1壓縮算法，通過壓縮IPv6幀頭，減少子網(wǎng)的通信負(fù)擔(dān)。適配層幀格式和LoWPAN_HC1壓縮：1）地址壓縮；2）Next

Header壓縮；3）其他域壓縮。在最大壓縮程度下，LoWPAN_HC1的壓縮算法可以將原本40個字節(jié)的IPv6幀頭壓縮成2-4個字節(jié)，大大減小了頭部開銷。但是，這種壓縮算法僅僅只用于子網(wǎng)內(nèi)，當(dāng)設(shè)備的前綴信息不一致時，壓縮效率就會降低。因此，IETF制定了另一種基于IP的壓縮算法LoWPAN_IPHC。4.7 LowPAN技術(shù)重慶郵電大學(xué)4.7.4 6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)層幀格式IPv6頭類型說明IPv6頭負(fù)載HC1頭類型說明HC1頭負(fù)載Mesh類型說明Mesh頭HC1頭類型說明HC1頭負(fù)載6LoWPAN頭順序Mesh頭廣播頭分片頭完整的6LoWPAN幀格式舉例IPv6標(biāo)準(zhǔn)報文HC1壓縮報文Mesh+HC1壓縮報文Frag+HC1壓縮報文