第2章-WSN协议技术标准.ppt

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1、第6章WSN协议技术标准学习目标掌握IEEE1451系列标准了解IEEE802.15.4标准了解物理层了解MAC子层了解符合lEEE802.15.4标准的传感器网络实例了解ZigBee协议栈原理了解蓝牙(Bluetooth)了解WIFI技术了解UWB容了解红外线数据传输技术（IrDA）了解各种短距离无线通信技术特点6.1技术标准的意义在传感器网络标准方面，目前国际上已有的标准主要是ZigBee、802.15.4、超宽带(UltraWideband，UWB)，这些标准的频段各不相同，且都是针对某些行业、某

2、些领域的作用范围较小的标准。6.2IEEE1451系列标准1．IEEE1451标准的诞生目前市场上在通信方面所遵循的标准主要包括IEEE803.2(以太网)、IEEE802.4(令牌总线)、IEEEFDDI(光纤布式数据界面)、TCP/IP(传输控制协议/互联协议)等，以此来连接各种变送器(包括传感器和执行器)，要求所选的传感器/执行器必须符合上述标准总线的有关规定。一般说来，这类测控系统的构成都可以采用如图1所示的结构来描述。一种分布式测控系统结构的示例1．IEEE1451标准的诞生图1简单地表示了一

3、种分布式测量和控制系统的典型应用事例，是目前市场上比较常见的现场总线系统结构图。对传感器/执行器的生产厂家来说，希望自己的产品得到更大的市场份额；对于系统集成开发商来说，必须充分了解各种总线标准的优缺点；对于用户来说，经常根据需要来扩展系统的功能；对于智能网络化传感器接口内部标准和软硬件结构，IEEE1451标准中都作出了详细的规定。IEEE1451标准将传感器分成两层模块结构：第一层模块结构用来运行网络协议和应用硬件，称为“网络适配器”(NetworkCapableAppllcationProcess

4、or，NCAP)；第二层模块为“智能变送器接口模块”(SmartTransducerInterfaceModule，STIM)，其中包括变送器和电子数据表格TEDS。2．IEEE1451标准的发展历程在1994年3月，美国国家标准技术协会和IEEE共同组织一次关于制定智能传感器接口和智能传感器连接网络通用标准的研讨会。在1995年4月，成立了两个专门的技术委员会，即P1451.1工作组和P1451.2工作组。IEEE1451.1标准在1999年6月通过IEEE的审核批准。IEEE1451.2标准在199

5、7年9月通过IEEE的审核批准。IEEE1451.3标准称为分布式多点系统数字通信和变送器电子数据表格式，在2003年9月被IEEE核准。IEEE1451.4标准称为混合模式通信协议和变送器电子数据表格式，在2004年3月通过了IEEE的认可。3．IEEE1451标准的发展动向IEEE1451.5提议标准主要是为智能传感器的连接提供无线解决方案，尽量减少有线传输介质的使用。需要指出的是，IEEE1451.5提议标准描述的是智能传感器与NCAP模块之间的无线连接，并不是指NCAP模块与网络之间无线连接。I

6、EEE1451.5提议标准的工作重点在于制定无线数据通信过程中的通信数据模型和通信控制模型。它主要包括两个内容：一是为变送器通信定义一个通用的服务质量(QualityofService，QoS)机制，能够对任何无线电技术进行映射服务；另外是对于每种无线发送技术都有一个映射层，用来把无线发送具体配置参数映射到QoS机制。6.3IEEE802.15.4标准6.3.1IEEE802.15.4标准概述IEEE802.15.4标准为低速无线个域网制定了物理层和MAC子层协议。IEEE802.15.4标准定义的无线

7、个域网具有如下特点：(1)在不同的载波频率下实现20kb/s、40kb/s和250kb/s三种不同的传输速率；(2)支持星型和点对点两种网络拓扑结构；(3)有16位和64位两种地址格式，其中64位地址是全球唯一的扩展地址；(4)支持冲突避免的载波多路侦听技术(carriersensemultipleaccesswithcollisionavoidance，CSMA-CA)；(5)支持确认机制，保证传输可靠性。IEEE802.15.4标准主要包括物理层和MAC层的标准。6.3.2物理层IEEE802.15

8、.4标准规定物理层负责如下任务：①激活和取消无线收发器；②当前信道的能量检测；③发送链路质量指示；④CSMA/CA的空闲信道评估；⑤信道频率的选择；⑥数据发送与接收。IEEE802.15.4标准定义了27个信道，编号为0～26；跨越3个频段，具体包括2.4GHz频段的16个信道、915MHz频段的10个信道、868MHz频段的1个信道。1．物理层服务规范物理层提供两种服务：通过物理层数据服务接入点(PHYDataServiceAccessP