IEEE-802.15.4协议上课讲义.ppt

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1、IEEE802.15.4低速无线个人区域网络（LR-WPAN）提纲一三IEEE802.15.4概述IEEE802.15.4物理层规范二ZigBee与IEEE802.15.4四IEEE802.15.4MAC层规范IEEE802.15.4与ZigBeeZigBee是由ZigBeeAlliance所主导的标准，定义了网络层、安全层应用层、以及各种应用产品的架构;而由IEEE所定制的802.15.4标准，则是定义了物理层及MAC层。ZigBee每层基本功能物理层指定了网络的接口组成、参数和运算。MAC层遵循IEEE802．15．4协议，负责设备间无线数据链路的建立、维护和结束，确认模式的数

2、据传送和接收，可选时隙，实现低延迟传输，支持各种网络拓扑结构。网络层建立新的网络、处理节点的进入和离开网络、根据网络类型设置节点的协议堆栈、使网络协调器对节点分配地址、保证节点之间的同步、提供网络的路由。安全层依靠相称性密匙保护、应用保护机制、合适的密码机制以及相关的保密措施。应用层ZigBee的应用层由应用子层(APS)、设备对象(ZDO)以及制造商定义的应用设备对象组成。APS子层的作用包括维护绑定表、在绑定设备间传输信息。ZDO的作用包括在网络中定义一个设备的作用、发现网络中的设备并确定它们能提供何种服务、起始或回应绑定需求以及在网络设备中建立一个安全的连接。制造商定义的应用对象

3、根据ZigBee定义应用说明执行实际的应用。IEEE802.15.4标准IEEE802.15.4的物理层定义了物理信道和MAC子层间的接口，提供数据服务和物理层管理服务。物理层数据服务从无线物理信道上收发数据，物理层管理服务维护一个物理层相关数据组成的数据库。在IEEE802.15.4的MAC层中引入了超帧结构和信标帧的概念。这两个概念的引入极大了方便了网络管理，我们可以选用以超帧为周期组织LR-WPAN网络内设备间的通信。每个超帧都以网络协调器发出信标帧为始，在这个信标帧中包含了超帧将持续的时间以及对这段时间的分配等信息。网络中的普通设备接收到超帧开始时的信标帧后，就可以根据其中的内

4、容安排自己的任务，例如进入休眠状态直到这个超帧结束。MAC子层提供两种服务：MAC层数据服务和MAC层管理服务。前者保证MAC协议数据单元在物理层数据服务中正确收发，后者维护一个存储MAC子层协议相关信息的数据库。物理层频带参数在IEEE802.15.4，无线电线路可以运转在无需执照的三个频带上：868MHz，902到928MHz和2.4GHz。在868MHz和915MHz这两个频段上，信号处理过程相同，只是数据速率不同。处理过程，首先将数据单元的二制数据差分编码，然后再将差分编码后的每一个位转换为长度为15的片序列，最后BPSK调制到信道上。2．4GHz频段的处理过程，首行将数据单元

5、的二进制数据中每4位转换为一个符号（symbol），然后将每个符号转换成长度为32的片序列。在把符号转换片序列时，用符号在16个近似正交的伪随便噪声序列的映射表，这是一个直接序列扩频的过程。扩频后，信号通过O-QPSK调制方式调制到载波上。物理帧格式前导码（4字节）：用于符号同步。起始分隔符（1字节）：用于帧同步。物理头端（1字节）：指定了物理服务数据单元的长度。物理服务数据单元（<=127字节）：用于负载数据。前导码起始分隔符物理头端物理服务数据单元(PSDU)6字节0-127字节MAC层网络设备与网络拓扑MAC层帧类型超帧结构信标使能和信标不使能模式CSMA/CA算法MAC层网络设

6、备两种设备类型:精简功能设备(RFD)全功能设备(FFD)FFD与RFD的差别：FFD有能力成为协调者并选取一个频道建立新的网络，而RFD只能透过向协调者注册并连结后才能使用网络；另一个差别在于，并不是任何节点都有资格向协调者提出GTS使用申请，此节点必须属于FFD才可向协调者要求保证传输时槽使用权。三种设备角色:端设备Enddevice(RFDorFFD)：只具有简单的收发功能，不能进行分组的转发。协调器Coordinator(FFD)：通常通过发送信标实现与周围节点的同步，且具有转发分组的功能。网络协调器PANCoordinator(FFD)：为整个网络的主控节点，并且每个IEEE

7、802.15.4网络只能有一个网络协调点网络拓扑结构星型网状型簇状型网络协调器全功能设备(FFD,Router):可以支持任何一种拓扑结构，可以作为网络协商者和普通协商者，并且可以和任何一种设备进行通信精简功能设备(RFD):只支持星型结构，不能成为任何协商者，可以和网络协商者进行通信，实现简单。MAC帧格式MAC层帧结构目标：用最低复杂度实现多噪声无线信道环境下的可靠数据传输帧组成地址格式：16位短地址和64位扩展地址帧控制字段的内容指示地址