传感器无线互联标准及实现

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1、传感器无线互联标准及实现

2、第1关键词：IEEE802.15.4Zigbee协议传感器为了满足类似于传感器的小型、低成本设备无线联网的要求，2000年12月IEEE成立了IEEE802．15．4工作组，致力于定义一种供廉价的固定、便携或移动设备使用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线连接技术。802．15．4无线发射／接收机及网络被Motorola、Philips、Eaton、Invensys和Honeys目的只支持数据通信功耗约45μA频段、数据率及信道数868MHz：20kbps1925MHz:40kbps102.4GHz:250kbps16MAC的控制方式星型网络对等网络每个网

3、络支持节点数65536寻址方式64bitIEEE地址8bit网络地址连接层结构开放式温度-40℃～-85℃传输范围室内：10m速率250kbps;+0dBmTX室外：30m-75m速率40kbps，300m速率20kbps应用传感器、玩具、控制领域……物理层：IEEE802．15．4定义了2．4GHz物理层和868／915MHz物理层两个物理层标准，它们都采用了DSSS(DirectSequenceSpreadSpectrum，直接序列扩频)。2．4GHz波段为全球统一的无需申请的ISM频段，有助于设备的推广和生产成本的降低。2．4GHz物理层通过采用高阶调制技术能够提供250kb

4、ps的传输速率，有助于获得更高的吞吐量、更小的通信时延和更短的工作周期，从而更加省电。868／915MHz物理层使用简单的DSSS方法，即二进制相移键控(BPSK)方式。868MHz的传输速率为20kbps，916MHz的传输速率为40kbps。这两个频段的引入避免了2．4GHz附近各种无线通信设备的相互干扰，且这两个频段上的无线信号传播损耗较小，因此可以降低对接收机灵敏度的要求，获得较远的有效通信距离，从而可以用较少的设备覆盖给定的区域。MAC层：IEEE802系列标准把数据链路层分成LLC(LogicalLinkControl，逻辑链路控制)和MAC(MediaAccessCo

5、ntrol，媒介接入控制)两个子层。LLC子层在IEEE802．6标准中定义，为802标准系列共用；而MAC子层协议则依赖于各自的物理层。IEEE802．15．4的MAC层支持多种LLC标准，通过SSCS(Service-SpecificConvergenceSublayer，业务相关的会聚子层)协议承载IEEE802．2类型的LLC标准，同时也允许其他LLC标准直接使用IEEE802．15．4的MAC层的服务。IEEE802．15．4的MAC协议包括以下功能：设备间无线链路的建立、维护和结束；确认模式的帧传送与接收；信道接入控制；帧校验；预留时隙管理；广播信息管理。MAC子层提供

6、两个服务与高层联系，即通过两个服务访问点(SAP)访问高层。通过MAC通用部分子层SAP(MCPS-SAP)访问MAC数据服务，用MAC层管理实体SAP(MLME-SAP)访问MAC管理服务。这两个服务为网络层和物理层提供了一个接口。灵活的MAC帧结构适应了不同的应用及网络拓扑的需要，同时也保证了协议的简洁。MAC帧的通用格式如图2所示。802．15．4标准上层协议由完整的Zigbee协议套件构成。网络层主要采用了基于Ad-hoe技术的网络协议，包含以下功能：通用的网络层功能；拓扑结构的搭建和维护，命名和关联业务，包含了寻址、路由和安全；与IEEE802．15．4标准一样，非常省电

7、；有自组织、自维护功能，最大程度地减少消费者的开支和维护成本。应用会聚层将主要负责把不同的应用映射到Zigbee网络上，具体包括：安全与鉴权、多个业务数据流的会聚、设备发现、业务发现。因此，IEEE802．15．4标准具有以下一些非常适用于无线传感器的特点：功耗低：由于工作周期较短、收发信息功耗较低且采用了休眠模式，可以确保两节五号电池支持长达六个月到两年左右的使用时间。当然不同的应用功耗是不同的。数据传输可靠性高：采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输机制，发送的每个数据包都必须等待接收方的确

8、认信息。网络容量大：一个Zigbee网络可以容纳最多65536个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在最多100个Zigbee网络。时延小：针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和休眠状态激活的时延都非常短。设备搜索时延典型值为30ms，休眠激活时延典型值为15ms，活动设备信道接入时延为15ms。兼容性：与现有的控制网络标准无缝集成。通过网络协调器(Coordinator)自动建立网络，采用CSMA-CA方式进行信道存取。为了可靠传递，提供全握手协议。安全性：Zi