802154及ZigBee协议工作原理及特点分析

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1、ZigBee及802.15.4协议分析大学牛.创新计划阶段总结报告信息科学与技术学院电子信息工程专业2012IEEE802.15.4（介绍丿802.15.4标准定义了一个OSI模型中的第二层通信协议，位于物理层之上。他的主要目的在于建立两个器件间的通信，而如何通信则由一些其它的上层协议控制。他由IEEE即电气电子工程师协会制定。ZigBee（介绍丿这个协议定义了OSI参考模型中口第三层往上的内容。他的主要冃标是：创建具冇层次结构的网络拓扑，实现一定数量的设备进行相互间通信，并且具有身份认证、数据加密、设备绑定并且提供了一个开发上层应用的框架。他有ZigBee联盟的诸多公司一同制定。

2、1・理解802.15.4正如上面所说的，802.15.4是一个位于OSI参考模型屮第二层上的协议，一般成为数据链路层。这一层中数据比特被汇总组织成为下一层即物理层中的电磁脉冲（波形）。这一层的功能类似于一些较为常用的协议如：802.11,即通常说的WiFi,或者是802.3,即以太网。他的工作频率分布与三个主频段屮的27个不同的通道上。&868.0・868.6MHz->1通道（欧洲）人902.0-928.0MHz・>10通道（EEUU）龙2.40-2.48GHz->16通道（世界范圉内通用）数据比特率:a868.0・868.6MHza902.0-928.0MHz龙2.40-2.48

3、GHz->20/100/250Kb/s->40/250Kb/s->250Kb/s1-1为什么802.15.4抗噪声性能好？802.15.4在将信号送往物理层发送出去前，使用了直接频谱扩展（DSSS）技术来调制信息。实际上,每比特信息都被映射成了另一个4比特的编码（使用另一种编码方案），这一过程使得每一比特所占据的带宽显著增大，但同时信号在频谱范围内的功率密度下降。这样做使得所使用的频带宽带内的干扰所带来的不利影响显著减小，提高了接受端信噪比（SNR）,因为更容易侦测解码发送端传输的消息。根据电路物理层硬件的限制以及在给定时间内能同时处理的码元数量的限制，通常有不同种类的DSSS直接

4、扩频方式。采用二进制相移键控(BPSK)、差分正交相移键控(O-QPSK)以及PSSS可以获得20Kb/s到250Kb/s的数据传输速率。1-2为什么802.15.4协议抗干扰性能好？802.15.4使用了两种技术来避免所冇节点同时发送信息：载波侦听多路复用•冲突避免以及时隙分配。最为常见的技术就是载波侦听多路复用-冲突避免。这种方法是这样的：每个节点在发送前都要先监听媒质上的信号。如果监听到的信号强度高于某一特定值，那么则认为当前通道被占用，等待一段时间，具体等待的时间长度是随机的，然后再次尝试发送。通常在协议栈的实现中有一个参数可以设定等待时间的长度变化。另一种技术就是：保证性

5、时隙分配。这种系统中使用一个中央节点即局域网协调器来分配各个节点的吋隙，从而是的每个节点都知道自己应该在何时传输数据，从而避免冲突发生。总共可以分配的时隙有16个。对于一个节点来说，首先要做的就是向局域网协调器发送一个时隙请求，作为回应，协调器会发送一个Beacon消息，其中包含了新开辟的时隙以及己开辟的时隙数量。在802.15.4协议中实现了一个称为信道能量扫描的功能。这个功能设立的目的在于获得一种可以在启用一个新信道前获取该信道中当前能量强度的方法，这个能量强度包括有效信号、噪声、干扰等。通过选择一个相对空闲信道，可以使新建立的网络使用较低的传输功率来通信，从而节省电源。一般有

6、三种不同的扫描方式：瓦能量扫描：扫描信道中的信号强度，然后报告。不管这信号是由ZigBee节点还是由其他类型的网络产生的或者是噪声Z类的。总之如果信道上有超过一定强度的信号在传输，则认为有信号在传输，否则则可以启用该信道进行通信。人载波侦听：扫描并且当信道屮有802.15.4类型的通信时，则认为忙，只有当空闲时在使用其进行传输。龙载波侦听+能量扫描：扫描信道，当信道中有基于802.15.4的通信并且其信号能量高于一个阈值时，认为信道忙，否则则使用该信道。1-3为什么802.15.4协议是一个低功耗的协议？因为802.15.4协议是一个可以工作在低占空比的协议。这意味着收发器可以在绝

7、大多数时间里处于休眠状态(最多可达99%),从而有效降低能量消耗。这个工作比例取决于所采用的通信模型。如果采用Beacon模式，那么用于收发Beacon数据包的时间将会使收发器总的工作时间延长。1-4TransmissionPowerandReceptionSensibilityforthe802.15.4transceivers802.15.4setstheminimumamountofenergyneededtotransmitin・3dBm,(0*5mW)and