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无线传感器网络技术 讲义 第五章 通信标准 2007年8月20日 内容提要 IEEE802 15 4标准ZigBee标准6LowPan草案主要参考文献 内容提要 IEEE802 15 4标准ZigBee标准6LowPan草案主要参考文献 IEEE802 15 4标准 IEEE802 15 4标准的主要特征 实现20kbps 40kbps 100kbps 250kbps四种不同的传输速率 支持星型和点到点两种拓扑结构 在网络中采取两种地址方式 16位地址和64位地址 其中16位地址是有协调器分配的 64位地址是全球唯一的扩展地址 采用可选的时槽保障 GuaranteedTimeSlots GTS 机制 采用带冲突避免的载波侦听多路访问 Carriersensemultipleaccesswithcollisionavoidance CSMA CA 的信道访问机制 支持ACK机制以保证可靠传输 低功耗机制 信道能量检测 EnergyDetection ED 链路质量指示 Linkqualityindication LQI 工作在ISM频段上 其中在2450MHz波段上有16个信道 在915MHz波段上有30个信道 在868MHz上有3个信道 数据安全策略 IEEE802 15 4标准 IEEE802 15 4标准概述网络组成及拓扑结构协议栈架构功能概述物理层规范信道分配及调制方式物理层帧格式物理层功能实现MAC子层规范MAC子层的信道访问方式MAC子层的帧格式MAC子层的功能实现 IEEE802 15 4标准 IEEE802 15 4标准概述网络组成及拓扑结构协议栈架构功能概述物理层规范信道分配及调制方式物理层帧格式物理层功能实现MAC子层规范MAC子层的信道访问方式MAC子层的帧格式MAC子层的功能实现 IEEE802 15 4标准 图5 1 星型和点到点拓扑结构 IEEE802 15 4标准 图5 2 IEEE802 15 4协议栈架构 IEEE802 15 4标准 IEEE802 15 4标准功能概述超帧结构数据传输模型MAC层帧结构数据可靠传输机制低功耗策略数据的安全服务 IEEE802 15 4标准 图5 3 超帧结构 IEEE802 15 4标准 IEEE802 15 4标准概述网络组成及拓扑结构协议栈架构功能概述物理层规范信道分配及调制方式物理层帧格式物理层功能实现MAC子层规范MAC子层的信道访问方式MAC子层的帧格式MAC子层的功能实现 IEEE802 15 4标准 表格5 1信道分配和调制方式 注 项为可选项目 系802 15 4 2006新增内容 IEEE802 15 4标准 图5 4 物理帧格式 IEEE802 15 4标准 图5 5 物理层参考模型 IEEE802 15 4标准 物理层功能实现数据的发送与接收物理信道的能量检测 ED EnergyDetection 射频收发器的激活与关闭空闲信道评估 CCA clearchannelassessment 链路质量指示 LQI linkqualityindication 物理层属性参数的获取与设置 IEEE802 15 4标准 IEEE802 15 4标准概述网络组成及拓扑结构协议栈架构功能概述物理层规范信道分配及调制方式物理层帧格式物理层功能实现MAC子层规范MAC子层的信道访问方式MAC子层的帧格式MAC子层的功能实现 IEEE802 15 4标准 IEEE802 15 4标准的MAC子层功能采用CSMA CA机制来访问物理信道 协调器对网络的建立与维护 支持PAN网络的关联 association 与取消关联 disassociation 协调器产生信标帧 普通设备根据信标帧与协调器同步 间接传输的实现 Transactionhandling 在两个MAC实体之间提供数据可靠传输 可选的GTS支持 支持安全机制 IEEE802 15 4标准 图5 6 中间协调器接收和发送信标帧 IEEE802 15 4标准 图5 7 CSMA CA算法 概 IEEE802 15 4标准 图5 7 CSMA CA算法 IEEE802 15 4标准 图5 7 CSMA CA算法 续 IEEE802 15 4标准 图5 8 MAC帧格式 IEEE802 15 4标准 图5 10 数据帧格式 图5 9 信标帧格式 IEEE802 15 4标准 图5 12 命令帧格式 图5 11 确认帧格式 IEEE802 15 4标准 图5 13 MAC层参考模型 IEEE802 15 4标准 MAC子层功能实现PAN的建立与维护关联请求与取消与信标帧的同步数据的间接传输方式数据的发送 接收与重传GTS的分配与管理MAC子层PIB的维护MAC子层的安全策略 IEEE802 15 4标准 图5 14 设备关联的消息流程 IEEE802 15 4标准 图5 15 设备发起取消关联的消息流程 IEEE802 15 4标准 图5 16 与协调器同步消息流程 信标使能网络 IEEE802 15 4标准 图5 17 GTS分配过程消息流程图 IEEE802 15 4标准 图5 18 GTS释放消息流程 内容提要 IEEE802 15 4标准ZigBee标准6LowPan草案主要参考文献 ZigBee标准 图5 19 ZigBee协议栈模型 ZigBee标准 Zigbee网络层功能实现ZigBee网络的形成过程与设备的维护ZigBee路由机制应用层规范简介 ZigBee标准 Zigbee网络层功能实现ZigBee网络的形成过程与设备的维护ZigBee路由机制应用层规范简介 ZigBee标准 图5 20 数据实体与管理实体 ZigBee标准 图5 21 Coordinator功能模块示意图 ZigBee标准 图5 22 Router功能模块示意图 ZigBee标准 图5 23 EndDevice功能模块示意图 ZigBee标准 ZigBee网络的形成过程与设备的维护网络建立设备加入设备短地址分配设备离开邻居列表的维护 ZigBee标准 表格5 2偏移量计算 ZigBee标准 图5 24 地址分配 ZigBee标准 ZigBee网络路由机制路由消耗 RoutingCost 的计算路由表维护路由发现树形路由过程 ZigBee标准 路径总的路由花费 每个子路段计算出的内部链接花费函数 ZigBee标准 表格5 3 路由表 ZigBee标准 图5 25 树形路由 ZigBee标准 表格5 4 路由发现表 ZigBee标准 图5 26 通过路由发现得到的路径 ZigBee标准 Zigbee网络层功能实现ZigBee网络的形成过程与设备的维护ZigBee路由机制应用层规范简介 ZigBee标准 图5 27 APS参考模型 内容提要 IEEE802 15 4标准ZigBee标准6LowPan草案主要参考文献 6LowPan草案 动机与存在的问题协议报文转换适配层和帧格式地址管理机制Mesh网络下的多跳传输方法及路由邻居发现协议 6LowPan草案 图5 28 协议栈结构 6LowPan草案 图5 29 各种封装的IPv6层数据报文格式 6LowPan草案 图5 29 各种封装的IPv6层数据报文格式 续 6LowPan草案 图5 30 采用dispatch类型头部的帧格式以及具体的dispatch值 6LowPan草案 图5 31 Mesh传输的报文格式 6LowPan草案 图5 32 分片传输的头部帧格式 6LowPan草案 图5 33 LowPanHC1压缩报文格式 6LowPan草案 图5 34 LOAD协议的三种消息格式 内容提要 IEEE802 15 4标准ZigBee标准6LowPan草案主要参考文献 主要参考文献 1 IEEE802 15 4 2006 2003 2 ZigBeespecificationv1 1 3 TransmissionofIPv6PacketsoverIEEE802 15 4Networks draftietf6lowpanformat 13 workinprogress 4 6LoWPAN Overview Assumptions ProblemStatementandGoals draftietf6lowpanproblem08 txt workinprogress 5 NeighborDiscoveryforIPversion6 draftietfipv62461bis 04 t