5--無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)講義無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)講義第五章、通信標(biāo)準(zhǔn)2010年8月20日 內(nèi)容提要1.IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)2.ZigBee標(biāo)準(zhǔn) 3.6LowPan草案 4.主要參考文獻(xiàn)內(nèi)容提要1.IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)2.ZigBee標(biāo)準(zhǔn) 3.6LowPan草案 4.主要參考文獻(xiàn)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)概述 網(wǎng)絡(luò)組成及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 協(xié)議棧架構(gòu) 功能概述 物理層規(guī)范 信道分配及調(diào)制方式 物理層幀格式 物理層功能實(shí)現(xiàn) MAC子層規(guī)范 MAC子層的信道訪問方式 MAC子層的幀格式 MAC子層的功能實(shí)現(xiàn) IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.15

2、.4標(biāo)準(zhǔn)概述 網(wǎng)絡(luò)組成及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)組成及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 協(xié)議棧架構(gòu)協(xié)議棧架構(gòu) 功能概述功能概述 物理層規(guī)范 信道分配及調(diào)制方式 物理層幀格式 物理層功能實(shí)現(xiàn) MAC子層規(guī)范 MAC子層的信道訪問方式 MAC子層的幀格式 MAC子層的功能實(shí)現(xiàn) IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn) 目標(biāo)：為在個(gè)人操作空間（POS）內(nèi)相互連通的無線設(shè)備提供通信標(biāo)準(zhǔn)。 IEEE 802.15任務(wù)組 TG1：制定IEEE 802.15.1標(biāo)準(zhǔn)（藍(lán)牙無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)）；中等速率、近距離的WPAN網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。 TG2：制定IEEE 802.15.2標(biāo)準(zhǔn)，研究IEEE 802.15.1與IEEE 802.11（無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)）的共存

3、問題 TG3：制定IEEE 802.15.3標(biāo)準(zhǔn)，研究高傳輸速率WPAN標(biāo)準(zhǔn)。 TG4：制定IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，研究低速WPAN標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的主要特征：實(shí)現(xiàn)20kbps、40kbps、100kbps、250kbps四種不同的傳輸速率；支持星型和點(diǎn)到點(diǎn)兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；在網(wǎng)絡(luò)中采取兩種地址方式：16位地址和64位地址。其中16位地址是有協(xié)調(diào)器分配的，64位地址是全球唯一的擴(kuò)展地址；采用可選的時(shí)槽保障（Guaranteed Time Slots，GTS）機(jī)制；采用帶沖突避免的載波偵聽多路訪問（Carrier sense multiple

4、 access with collision avoidance，CSMA-CA）的信道訪問機(jī)制；支持ACK機(jī)制以保證可靠傳輸；低功耗機(jī)制；信道能量檢測(cè)（Energy Detection，ED）；鏈路質(zhì)量指示（Link quality indication，LQI）；工作在ISM頻段上，其中在2450 MHz 波段上有16個(gè)信道，在915MHz波段上有30個(gè)信道，在868MHz上有3個(gè)信道；數(shù)據(jù)安全策略。IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)：在一個(gè)POS內(nèi)使用相同無線信道并通過IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)相互通信的設(shè)備集合。 全功能設(shè)備（FFD）和精簡(jiǎn)功能設(shè)備（

5、RFD） 協(xié)調(diào)器：與RFD相關(guān)聯(lián)的FFD設(shè)備 PAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器：成員身份管理、鏈路信息管理、分組轉(zhuǎn)發(fā)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 所有設(shè)備都與中心設(shè)備PAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通訊 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器持續(xù)供電，其他設(shè)備電池供電 適合家庭自動(dòng)化、個(gè)人計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、個(gè)人康護(hù)護(hù)理等小范圍的室內(nèi)應(yīng)用IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)到點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 任何兩個(gè)設(shè)備之間都可以通訊 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)管理鏈路狀態(tài)信息、認(rèn)證設(shè)備身份等功能 允許多跳路由的方式傳輸數(shù)據(jù) 適合于設(shè)備分布范圍廣的應(yīng)用（工業(yè)檢測(cè)與控制）IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.15.4 協(xié)議棧架構(gòu) 基于開放系統(tǒng)互連模型（OSI） 每一層都實(shí)

6、現(xiàn)部分通信功能，并向高層提供服務(wù) 物理層由射頻收發(fā)器和底層的控制模塊組成 數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層為高層訪問物理信道提供點(diǎn)到點(diǎn)通訊的服務(wù)接口 特定服務(wù)的聚合子層（SSCS）為IEEE 802.15.4的MAC層接入IEEE 802.2標(biāo)準(zhǔn)中定義的鏈路控制子層（LLC）子層提供聚合服務(wù) LLC為應(yīng)用層提供鏈路層服務(wù)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)功能概述 超幀結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)傳輸模型 MAC層幀結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)可靠傳輸機(jī)制 低功耗策略 數(shù)據(jù)的安全服務(wù) IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)以超幀為周期組織LR-WPAN內(nèi)設(shè)備間的通訊信標(biāo)幀包含超幀將持續(xù)的時(shí)間以及對(duì)這段時(shí)間的分配等信息超幀

7、將時(shí)間劃分為活躍和不活躍兩個(gè)部分不活躍階段：設(shè)備進(jìn)入休眠狀態(tài)活躍階段：信標(biāo)幀發(fā)送時(shí)段、競(jìng)爭(zhēng)訪問時(shí)段和非競(jìng)爭(zhēng)訪問時(shí)段；劃分為16個(gè)等長(zhǎng)時(shí)槽CSMA-CA訪問機(jī)制；IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)概述 網(wǎng)絡(luò)組成及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 協(xié)議棧架構(gòu) 功能概述 物理層規(guī)范 信道分配及調(diào)制方式信道分配及調(diào)制方式 物理層幀格式物理層幀格式 物理層功能實(shí)現(xiàn)物理層功能實(shí)現(xiàn) MAC子層規(guī)范 MAC子層的信道訪問方式 MAC子層的幀格式 MAC子層的功能實(shí)現(xiàn) IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)信道分配和調(diào)制方式頻段頻段 (MHz)擴(kuò)頻參數(shù)擴(kuò)頻參數(shù)數(shù)據(jù)參數(shù)數(shù)據(jù)參數(shù)片速率片速率 (kchip/s)調(diào)制方式

8、調(diào)制方式比特速率比特速率 (kb/s)符號(hào)速率符號(hào)速率 (ksymbol/s)符號(hào)符號(hào)868868.6300BPSK2020二進(jìn)制902928600BPSK4040二進(jìn)制868868.6*400ASK25012.520-bitSPSS902928*1600ASK250505-bitSPSS868868.6*400O-QPSK1002516-ary正交902928*1000O-QPSK25062.516-ary正交24002483.52000O-QPSK25062.516-ary正交注：*項(xiàng)為可選項(xiàng)目，系802.15.4-2006新增內(nèi)容IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)物理幀格式Ocets：4 字

9、節(jié)1 字節(jié)1 字節(jié)可變前導(dǎo)碼（preamble）SFD （幀起始分隔符）固定值：OXA7Frame length(7 比特)Reserved(1 比特)PSDU同步頭(SHR)物理幀頭(PHR)PHY 負(fù)載IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn) 物理層功能實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收 物理信道的能量檢測(cè)(ED：Energy Detection) 射頻收發(fā)器的激活與關(guān)閉 空閑信道評(píng)估(CCA：clear channel assessment) 鏈路質(zhì)量指示(LQI：link quality indication) 物理層屬性參數(shù)的獲取與設(shè)置IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)概述 網(wǎng)

10、絡(luò)組成及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 協(xié)議棧架構(gòu) 功能概述 物理層規(guī)范 信道分配及調(diào)制方式 物理層幀格式 物理層功能實(shí)現(xiàn) MAC子層規(guī)范 MAC子層的信道訪問方式子層的信道訪問方式 MAC子層的幀格式子層的幀格式 MAC子層的功能實(shí)現(xiàn)子層的功能實(shí)現(xiàn) IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的MAC子層功能 采用CSMA-CA機(jī)制來訪問物理信道； 協(xié)調(diào)器對(duì)網(wǎng)絡(luò)的建立與維護(hù)； 支持PAN網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)（association）與取消關(guān)聯(lián)（disassociation）； 協(xié)調(diào)器產(chǎn)生信標(biāo)幀，普通設(shè)備根據(jù)信標(biāo)幀與協(xié)調(diào)器同步； 間接傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)(Transaction handling)； 在兩個(gè)MAC實(shí)體

11、之間提供數(shù)據(jù)可靠傳輸； 可選的GTS支持； 支持安全機(jī)制；IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)中間協(xié)調(diào)器接收和發(fā)送信標(biāo)幀IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)MAC層幀結(jié)構(gòu)目標(biāo)：用最低復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)多噪聲無線信道環(huán)境下的可靠數(shù)據(jù)傳輸幀組成地址格式：16位短地址和64位擴(kuò)展地址幀控制字段的內(nèi)容指示地址類型幀的類型：信標(biāo)幀，數(shù)據(jù)幀，確認(rèn)幀，MAC命令幀IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)信標(biāo)幀格式超幀字段：持續(xù)時(shí)間；活躍部分持續(xù)時(shí)間；競(jìng)爭(zhēng)訪問時(shí)斷持續(xù)時(shí)間GTS分配釋放信息：將無競(jìng)爭(zhēng)時(shí)斷劃分為若干個(gè)GTS，并把每個(gè)GTS具體分配給某個(gè)設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)目標(biāo)地址：列出了與協(xié)調(diào)者保存的數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的設(shè)備地址信標(biāo)幀負(fù)載數(shù)據(jù)：為上層協(xié)議提

12、供數(shù)據(jù)傳輸接口IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀格式傳輸上層發(fā)送到MAC子層的數(shù)據(jù)MAC服務(wù)數(shù)據(jù)單元：數(shù)據(jù)負(fù)載傳送至MAC子層MAC幀： MAC服務(wù)數(shù)據(jù)單元+MHR頭信息+MFR尾信息IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)確認(rèn)幀格式 如果設(shè)備收到目的地址為其自身的數(shù)據(jù)幀或MAC命令幀，并且?guī)拇_認(rèn)請(qǐng)求位設(shè)置為1，設(shè)備需要回應(yīng)一個(gè)確認(rèn)幀。 確認(rèn)幀的序列號(hào)應(yīng)該與被確認(rèn)幀的序列號(hào)相同，并且負(fù)載長(zhǎng)度為0。 確認(rèn)幀緊接著被確認(rèn)幀發(fā)送，不需要使用CSMA-CA機(jī)制競(jìng)爭(zhēng)信道。IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)命令幀格式 命令幀用于組建PAN，傳輸同步數(shù)據(jù)等。 命令幀有9種類型。 命令幀的功能：把設(shè)備關(guān)聯(lián)到PAN；與協(xié)

13、調(diào)器交換數(shù)據(jù)；分配GTS。 命令幀的具體功能由幀的負(fù)載數(shù)據(jù)表示。IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn) MAC子層功能實(shí)現(xiàn) PAN的建立與維護(hù) 關(guān)聯(lián)請(qǐng)求與取消 與信標(biāo)幀的同步 數(shù)據(jù)的間接傳輸方式 數(shù)據(jù)的發(fā)送，接收與重傳 GTS的分配與管理 MAC子層PIB的維護(hù) MAC子層的安全策略IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備關(guān)聯(lián)的消息流程IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備發(fā)起取消關(guān)聯(lián)的消息流程IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)調(diào)器同步消息流程(信標(biāo)使能網(wǎng)絡(luò))IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)GTS分配過程消息流程圖IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)GTS釋放消息流程內(nèi)容提要1.IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)2.Zig

14、Bee標(biāo)準(zhǔn) 3.6LowPan草案 4.主要參考文獻(xiàn)ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介技術(shù)簡(jiǎn)介-什么是什么是ZigBee? ZigBeeZigBee是一種新興的短距離、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、是一種新興的短距離、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本、低復(fù)雜度的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。低成本、低復(fù)雜度的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 ZigBeeZigBee采取了采取了IEEE 802.15.4IEEE 802.15.4強(qiáng)有力的無線物理層所規(guī)強(qiáng)有力的無線物理層所規(guī)定的全部?jī)?yōu)點(diǎn)：省電、簡(jiǎn)單、成本又低的規(guī)格；定的全部?jī)?yōu)點(diǎn)：省電、簡(jiǎn)單、成本又低的規(guī)格； ZigBeeZigBee增加了邏輯網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)安全和應(yīng)用層。增加了邏輯網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)安全和應(yīng)用層。 ZigB

15、eeZigBee聯(lián)盟預(yù)測(cè)的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)控制、消費(fèi)聯(lián)盟預(yù)測(cè)的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)控制、消費(fèi)性電子設(shè)備、汽車自動(dòng)化、家庭和樓宇自動(dòng)化、醫(yī)用性電子設(shè)備、汽車自動(dòng)化、家庭和樓宇自動(dòng)化、醫(yī)用設(shè)備控制等。設(shè)備控制等。ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介技術(shù)簡(jiǎn)介-短程無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)短程無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)WWANWMANWLANWPAN傳傳輸輸范范圍圍0.011010. 11001000數(shù)據(jù)傳輸率（數(shù)據(jù)傳輸率（Mbps）ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介技術(shù)簡(jiǎn)介-短程無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)短程無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)文本文本因特網(wǎng)因特網(wǎng)/聲音聲音壓縮圖片壓縮圖片 多通道數(shù)字圖像多通道數(shù)字圖像低低 高高短程短程 長(zhǎng)程長(zhǎng)程ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介技術(shù)簡(jiǎn)介-無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)

16、的比較無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的比較ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介技術(shù)簡(jiǎn)介-ZigBeeZigBee與與IEEE 802.15.4IEEE 802.15.4 ZigBeeZigBee是一組基于是一組基于IEEE 802.15.4IEEE 802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的，無線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的，有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)，有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)，IEEE IEEE 802.15.4 802.15.4 僅處理僅處理MACMAC層和物理層協(xié)議，層和物理層協(xié)議，ZigBeeZigBee聯(lián)盟對(duì)聯(lián)盟對(duì)其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和APIAPI進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。 ZigBeeZigBee是由是由Zig

17、Bee AllianceZigBee Alliance所主導(dǎo)的標(biāo)準(zhǔn)，定義了網(wǎng)所主導(dǎo)的標(biāo)準(zhǔn)，定義了網(wǎng)絡(luò)層（絡(luò)層（Network Layer)Network Layer)、安全層（、安全層（Security LayerSecurity Layer）、）、應(yīng)用層（應(yīng)用層（Application Layer)Application Layer)、以及各種應(yīng)用產(chǎn)品的、以及各種應(yīng)用產(chǎn)品的資料（資料（ProfileProfile）; ;而由國(guó)際電子電機(jī)工程協(xié)會(huì)（而由國(guó)際電子電機(jī)工程協(xié)會(huì)（IEEEIEEE）所定制的所定制的802.15.4802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，則是定義了物理層（標(biāo)準(zhǔn)，則是定義了物理層（PHY

18、PHY Layer)Layer)及媒體存取層（及媒體存取層（Media Access Control Media Access Control Layer;MAC Layer)Layer;MAC Layer)。ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介技術(shù)簡(jiǎn)介-ZigBeeZigBee協(xié)議棧協(xié)議棧 8 8位處理器位處理器 協(xié)議棧簡(jiǎn)介緊湊協(xié)議棧簡(jiǎn)介緊湊 4K- 4K-32k32k 網(wǎng)絡(luò)主節(jié)點(diǎn)容納網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)主節(jié)點(diǎn)容納網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的設(shè)備信內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的設(shè)備信息、數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)表、息、數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)表、設(shè)備關(guān)聯(lián)表、與安全設(shè)備關(guān)聯(lián)表、與安全有關(guān)的密鑰存儲(chǔ)等。有關(guān)的密鑰存儲(chǔ)等。ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介技術(shù)簡(jiǎn)介-ZigBee頻帶和數(shù)據(jù)傳輸率頻

19、帶和數(shù)據(jù)傳輸率ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介技術(shù)簡(jiǎn)介-ZigBee物理信道物理信道ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介技術(shù)簡(jiǎn)介-ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星型星型網(wǎng)狀型網(wǎng)狀型簇狀型簇狀型網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器全功能設(shè)備全功能設(shè)備(FFD,Router):(FFD,Router):可以支持可以支持任何一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以作為網(wǎng)絡(luò)任何一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)商者和普通協(xié)商者，并且可以和協(xié)商者和普通協(xié)商者，并且可以和任何一種設(shè)備進(jìn)行通信任何一種設(shè)備進(jìn)行通信精簡(jiǎn)功能設(shè)備精簡(jiǎn)功能設(shè)備(RFD):(RFD):只支持星型結(jié)只支持星型結(jié)構(gòu)，不能成為任何協(xié)商者，可以和構(gòu)，不能成為任何協(xié)商者，可以和網(wǎng)絡(luò)協(xié)商者進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單網(wǎng)

20、絡(luò)協(xié)商者進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介技術(shù)簡(jiǎn)介-ZigBeeZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類型網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器：網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器：包含所有的網(wǎng)絡(luò)消息，是包含所有的網(wǎng)絡(luò)消息，是3 3種設(shè)備類型中最復(fù)雜的一種，存種設(shè)備類型中最復(fù)雜的一種，存儲(chǔ)容量最大、計(jì)算能力最強(qiáng)。發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)儲(chǔ)容量最大、計(jì)算能力最強(qiáng)。發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息、節(jié)點(diǎn)、存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息、尋找一對(duì)尋找一對(duì)節(jié)點(diǎn)間的路由消息、不斷地接收信節(jié)點(diǎn)間的路由消息、不斷地接收信息。息。全功能設(shè)備（全功能設(shè)備（FFDFFD）：）：可以擔(dān)任網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者，形成網(wǎng)絡(luò)，讓其他的可以擔(dān)任網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者，形成網(wǎng)

21、絡(luò)，讓其他的FFDFFD或或是精簡(jiǎn)功能裝置（是精簡(jiǎn)功能裝置（RFDRFD）連結(jié)，）連結(jié)，F(xiàn)FDFFD具備控制器的功能，可提供信息雙向具備控制器的功能，可提供信息雙向傳輸。傳輸。 . .附帶由標(biāo)準(zhǔn)指定的全部附帶由標(biāo)準(zhǔn)指定的全部802.15.4802.15.4功能和所有特征功能和所有特征 . .更多的存儲(chǔ)器、計(jì)算能力可使其在空閑時(shí)起網(wǎng)絡(luò)路由器作用更多的存儲(chǔ)器、計(jì)算能力可使其在空閑時(shí)起網(wǎng)絡(luò)路由器作用 . .也能用作終端設(shè)備也能用作終端設(shè)備精簡(jiǎn)功能設(shè)備（精簡(jiǎn)功能設(shè)備（RFDRFD）：）：RFDRFD只能傳送信息給只能傳送信息給FFDFFD或從或從FFDFFD接收信息。接收信息。 . .附帶有限的功能來

22、控制成本和復(fù)雜性附帶有限的功能來控制成本和復(fù)雜性 . .在網(wǎng)絡(luò)中通常用作終端設(shè)備。在網(wǎng)絡(luò)中通常用作終端設(shè)備。 .ZigBee .ZigBee相對(duì)簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)自然節(jié)省了費(fèi)用。相對(duì)簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)自然節(jié)省了費(fèi)用。RFDRFD由于省掉了內(nèi)存和其由于省掉了內(nèi)存和其 他電路，降低了他電路，降低了ZigBeeZigBee部件的成本，而簡(jiǎn)單的部件的成本，而簡(jiǎn)單的8 8位處理器和小協(xié)議位處理器和小協(xié)議 棧也有助于降低成本。棧也有助于降低成本。ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介技術(shù)簡(jiǎn)介-ZigBeeZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類型設(shè)備類型設(shè)備類型拓?fù)漕愋屯負(fù)漕愋涂煞癯蔀閰f(xié)調(diào)器可否成為協(xié)調(diào)器通話對(duì)象通話對(duì)象全功能設(shè)備全功能設(shè)備（F

23、FD）（FFD）星形，樹形，網(wǎng)狀星形，樹形，網(wǎng)狀可以可以任何ZigBee設(shè)備任何ZigBee設(shè)備簡(jiǎn)化功能設(shè)簡(jiǎn)化功能設(shè)備（RFD）備（RFD）星形星形不可以不可以只能與協(xié)調(diào)器通話只能與協(xié)調(diào)器通話ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介技術(shù)簡(jiǎn)介-ZigBeeZigBee網(wǎng)狀（網(wǎng)狀（MESHMESH）網(wǎng)絡(luò)）網(wǎng)絡(luò)MESHMESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的功能，網(wǎng)絡(luò)可以通過多級(jí)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的功能，網(wǎng)絡(luò)可以通過多級(jí)跳的方式來通信；該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還可以組成極為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)還跳的方式來通信；該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還可以組成極為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)還具備自組織、自愈功能。具備自組織、自愈功能。ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介技術(shù)簡(jiǎn)介-

24、ZigBeeZigBee網(wǎng)狀（網(wǎng)狀（MESHMESH）網(wǎng)絡(luò)）網(wǎng)絡(luò)MeshMesh是一種特殊的、按接力方式傳輸?shù)狞c(diǎn)對(duì)點(diǎn)的是一種特殊的、按接力方式傳輸?shù)狞c(diǎn)對(duì)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其路由可自動(dòng)建立和維護(hù)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其路由可自動(dòng)建立和維護(hù)。通過以上通過以上ZigBee MeshZigBee Mesh結(jié)構(gòu)圖可以得知，一個(gè)結(jié)構(gòu)圖可以得知，一個(gè)ZigBeeZigBee網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，但可以有若干個(gè)網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，但可以有若干個(gè)路由器。路由器。協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的建網(wǎng)，同時(shí)它也可作為與協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的建網(wǎng)，同時(shí)它也可作為與其它類型網(wǎng)絡(luò)的通訊節(jié)點(diǎn)（網(wǎng)關(guān)）。其它類型網(wǎng)絡(luò)的通訊節(jié)點(diǎn)（網(wǎng)關(guān)）。構(gòu)成協(xié)調(diào)器和

25、路由器的器件必須是全功能器件構(gòu)成協(xié)調(diào)器和路由器的器件必須是全功能器件（FFDFFD），而構(gòu)成終端設(shè)備的器件可以是全功能器），而構(gòu)成終端設(shè)備的器件可以是全功能器件，也可是簡(jiǎn)約功能器件（件，也可是簡(jiǎn)約功能器件（RFD).RFD).ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介技術(shù)簡(jiǎn)介-ZigBeeZigBee網(wǎng)狀（網(wǎng)狀（MESHMESH）網(wǎng)絡(luò)）網(wǎng)絡(luò)ZigBeeZigBee采用按需路由算法采用按需路由算法AODVAODV，在節(jié)能和網(wǎng)絡(luò)性能上都有，在節(jié)能和網(wǎng)絡(luò)性能上都有著很大的優(yōu)勢(shì)。著很大的優(yōu)勢(shì)。AODVAODV路由協(xié)議是一種基于距離矢量的按需路由算法，只保路由協(xié)議是一種基于距離矢量的按需路由算法，只保持需要的路由，而不需要節(jié)

26、點(diǎn)維持通信過程中未達(dá)目的節(jié)點(diǎn)持需要的路由，而不需要節(jié)點(diǎn)維持通信過程中未達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由。節(jié)點(diǎn)僅記住下一跳，而非像源節(jié)點(diǎn)路由那樣記住整的路由。節(jié)點(diǎn)僅記住下一跳，而非像源節(jié)點(diǎn)路由那樣記住整個(gè)路由。它能在網(wǎng)絡(luò)中的各移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間動(dòng)態(tài)地、自啟動(dòng)地個(gè)路由。它能在網(wǎng)絡(luò)中的各移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間動(dòng)態(tài)地、自啟動(dòng)地建立逐跳路由。建立逐跳路由。當(dāng)鏈路斷開時(shí)，當(dāng)鏈路斷開時(shí)，AODVAODV會(huì)通知受影響的節(jié)點(diǎn)，從而使這些節(jié)會(huì)通知受影響的節(jié)點(diǎn)，從而使這些節(jié)點(diǎn)能被確認(rèn)為無效路由。點(diǎn)能被確認(rèn)為無效路由。AODVAODV允許移動(dòng)節(jié)點(diǎn)響應(yīng)鏈路的破損允許移動(dòng)節(jié)點(diǎn)響應(yīng)鏈路的破損情況，并以一種及時(shí)的方式更新網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。情況，并以一種及時(shí)的方式更

27、新網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹ODVAODV操作是無還操作是無還回的，并避免了當(dāng)回的，并避免了當(dāng)AdhocAdhoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘯r(shí)快速收斂的無限計(jì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘯r(shí)快速收斂的無限計(jì)算問題（特別是當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)）。算問題（特別是當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)）。ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介技術(shù)簡(jiǎn)介-ZigBeeZigBee通信可靠性保證通信可靠性保證物理層物理層RFRF通信連接通信連接直序擴(kuò)頻采用高處理增益直序擴(kuò)頻采用高處理增益明晰的信道檢測(cè)明晰的信道檢測(cè)對(duì)干擾能量進(jìn)行檢測(cè)對(duì)干擾能量進(jìn)行檢測(cè) 協(xié)議協(xié)議基于基于CRCCRC的誤碼監(jiān)測(cè)的誤碼監(jiān)測(cè)/ /校正校正采取了避免沖突的策略采取了避免沖突的策略CSMA/CACSMA/CA為固定

28、帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用的有保證的時(shí)隙為固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用的有保證的時(shí)隙發(fā)送的數(shù)據(jù)包都有待于接收方的確認(rèn)，如出現(xiàn)問題發(fā)送的數(shù)據(jù)包都有待于接收方的確認(rèn)，如出現(xiàn)問題進(jìn)行重發(fā)進(jìn)行重發(fā)保持?jǐn)?shù)據(jù)包的及時(shí)傳輸保持?jǐn)?shù)據(jù)包的及時(shí)傳輸Packet data freshnessPacket data freshnessZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介技術(shù)簡(jiǎn)介-ZigBeeZigBee通信可靠性保證通信可靠性保證通信可靠機(jī)制通信可靠機(jī)制ZigBeeZigBee采用了采用了CSMA-CACSMA-CA的碰撞避免機(jī)制，同時(shí)為需要固定帶的碰撞避免機(jī)制，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖寬

29、的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突；明晰的信道檢測(cè)突；明晰的信道檢測(cè)MACMAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接受方的確認(rèn)信息。都必須等待接受方的確認(rèn)信息。網(wǎng)絡(luò)的自組織自語能力強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的自組織自語能力強(qiáng)ZigBeeZigBee的自組織功能：無需人工干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠感知其的自組織功能：無需人工干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠感知其他節(jié)點(diǎn)的存在，并確定連結(jié)關(guān)系，組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)；他節(jié)點(diǎn)的存在，并確定連結(jié)關(guān)系，組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)；ZigBeeZigBee自愈功能：增加或者刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)位置發(fā)生變自愈功能：增加或者刪除

30、一個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)位置發(fā)生變動(dòng)，節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障等等，網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù)，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)，節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障等等，網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù)，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，無需人工干預(yù)，保證整個(gè)系統(tǒng)仍然能正結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，無需人工干預(yù)，保證整個(gè)系統(tǒng)仍然能正常工作。常工作。ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介技術(shù)簡(jiǎn)介-ZigBeeZigBee通信可靠性保證通信可靠性保證在低信噪比的環(huán)境下在低信噪比的環(huán)境下ZigBeeZigBee具有很強(qiáng)的抗干擾性能。具有很強(qiáng)的抗干擾性能。 誤碼率誤碼率信噪比信噪比dBdBbluetoothZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介技術(shù)簡(jiǎn)介-ZigBeeZigBee通信可靠性保證通信可靠性保證ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介技術(shù)

31、簡(jiǎn)介-ZigBeeZigBee技術(shù)優(yōu)勢(shì)技術(shù)優(yōu)勢(shì)數(shù)據(jù)傳輸速率低：數(shù)據(jù)傳輸速率低：10KB/10KB/秒秒-250KB/-250KB/秒，專注于低傳輸應(yīng)用秒，專注于低傳輸應(yīng)用功耗低：功耗低：在低功耗待機(jī)模式下，兩節(jié)普通在低功耗待機(jī)模式下，兩節(jié)普通5 5號(hào)電池可使用號(hào)電池可使用6-246-24個(gè)月個(gè)月成本低：成本低：ZigBeeZigBee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡(jiǎn)單，所以大大降低了成本數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡(jiǎn)單，所以大大降低了成本網(wǎng)絡(luò)容量大：網(wǎng)絡(luò)容量大：網(wǎng)絡(luò)可容納網(wǎng)絡(luò)可容納6500065000個(gè)設(shè)備個(gè)設(shè)備時(shí)延短：時(shí)延短：典型搜索設(shè)備時(shí)延為典型搜索設(shè)備時(shí)延為30ms30ms，休眠激活時(shí)延為，休眠激活時(shí)延為

32、15ms15ms，活動(dòng)設(shè)，活動(dòng)設(shè)備信道接入時(shí)延為備信道接入時(shí)延為15ms15ms。網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強(qiáng)，通信可靠網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強(qiáng)，通信可靠數(shù)據(jù)安全：數(shù)據(jù)安全：ZigBeeZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，采用提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，采用AES-AES-128128加密算法（美國(guó)新加密算法，是目前最好的文本加密算法之一），加密算法（美國(guó)新加密算法，是目前最好的文本加密算法之一），各個(gè)應(yīng)用可靈活確定其安全屬性各個(gè)應(yīng)用可靈活確定其安全屬性工作頻段靈活：工作頻段靈活：使用頻段為使用頻段為2.4GHz2.4GHz、86MHz86MHz（歐洲）和（歐洲）和915MHz915M

33、Hz（美（美國(guó)），均為免執(zhí)照（免費(fèi)）的頻段國(guó)），均為免執(zhí)照（免費(fèi)）的頻段ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介技術(shù)簡(jiǎn)介-ZigBeeZigBee應(yīng)用條件應(yīng)用條件低功耗；低功耗；低成本；低成本；較低的報(bào)文吞吐率；較低的報(bào)文吞吐率；需要支持大型網(wǎng)絡(luò)接點(diǎn)的數(shù)量級(jí)；需要支持大型網(wǎng)絡(luò)接點(diǎn)的數(shù)量級(jí)；對(duì)通信服務(wù)質(zhì)量對(duì)通信服務(wù)質(zhì)量QoSQoS要求不高（甚至無要求不高（甚至無QoSQoS）；）；需要可選擇的安全等級(jí)（采用需要可選擇的安全等級(jí)（采用AES-128AES-128），），+ +加密加密+ +發(fā)送鑒別發(fā)送鑒別+ +報(bào)文的完整性報(bào)文的完整性需要多方面的較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)用；需要多方面的較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)用；要求高的

34、網(wǎng)絡(luò)自組織、自恢復(fù)能力。要求高的網(wǎng)絡(luò)自組織、自恢復(fù)能力。ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介技術(shù)簡(jiǎn)介-ZigBeeZigBee應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)用場(chǎng)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSNWSN；帶負(fù)載管理功能的自動(dòng)抄表（帶負(fù)載管理功能的自動(dòng)抄表（AMRAMR）系統(tǒng)；）系統(tǒng)；智能交通、油氣生產(chǎn)遙測(cè)遙控通信系統(tǒng)；智能交通、油氣生產(chǎn)遙測(cè)遙控通信系統(tǒng)；監(jiān)控照明、監(jiān)控照明、HVACHVAC和寫字樓安全；和寫字樓安全；農(nóng)田耕作、環(huán)境監(jiān)測(cè)、水利水文監(jiān)測(cè)無線通信；農(nóng)田耕作、環(huán)境監(jiān)測(cè)、水利水文監(jiān)測(cè)無線通信；工業(yè)制造、過程控制遙測(cè)遙控；工業(yè)制造、過程控制遙測(cè)遙控；對(duì)患病、設(shè)備及設(shè)施進(jìn)行醫(yī)療和健康監(jiān)控；對(duì)患病、設(shè)備及設(shè)施進(jìn)行醫(yī)療和健康監(jiān)控；

35、家庭監(jiān)控、家庭監(jiān)控、HVACHVAC、安防報(bào)警系統(tǒng)運(yùn)用；、安防報(bào)警系統(tǒng)運(yùn)用；有源有源RFIDRFID應(yīng)用，用于產(chǎn)品運(yùn)輸、產(chǎn)品跟蹤、存儲(chǔ)較大物品應(yīng)用，用于產(chǎn)品運(yùn)輸、產(chǎn)品跟蹤、存儲(chǔ)較大物品和財(cái)產(chǎn)管理；和財(cái)產(chǎn)管理；軍事應(yīng)用，包括戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視和機(jī)器人控制；軍事應(yīng)用，包括戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視和機(jī)器人控制；汽車應(yīng)用，配合傳感器網(wǎng)絡(luò)報(bào)告汽車所有系統(tǒng)的狀態(tài)。汽車應(yīng)用，配合傳感器網(wǎng)絡(luò)報(bào)告汽車所有系統(tǒng)的狀態(tài)。內(nèi)容提要1.IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)2.ZigBee標(biāo)準(zhǔn) 3.6LowPan草案 4.主要參考文獻(xiàn)6LowPan草案 動(dòng)機(jī)與存在的問題 協(xié)議報(bào)文轉(zhuǎn)換適配層和幀格式 地址管理機(jī)制 Mesh網(wǎng)絡(luò)下的多跳傳輸方法及路由 鄰居

36、發(fā)現(xiàn)協(xié)議 6LowPan草案協(xié)議棧結(jié)構(gòu)底層采用IEEE 802.15.4規(guī)定的PHY層和MAC層，網(wǎng)絡(luò)層采用IPv6協(xié)議。由于IPv6中，MAC支持的載荷長(zhǎng)度遠(yuǎn)大干6LowPan底層所能提供的載荷長(zhǎng)度，為了實(shí)現(xiàn)MAC層與網(wǎng)絡(luò)層的無縫鏈接，6Low-Pan工作組建議在網(wǎng)絡(luò)層和MAC層之間增加一個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配層，用來完成包頭壓縮、分片與重組以及網(wǎng)狀路由轉(zhuǎn)發(fā)等工作。 6LowPan的優(yōu)勢(shì)普及性普及性：IP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用廣泛，作為下一代互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)的IPv6，也在加速其普及的步伐，在LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)中使用IPv6更易于被接受。 適用性適用性：IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧架構(gòu)受到廣泛的認(rèn)可，LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)完全可以基于此

37、架構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單、有效地開發(fā)。 更多地址空間更多地址空間：IPv6應(yīng)用于LR-WPAN最大亮點(diǎn)就是龐大的地址空間。這恰恰滿足了部署大規(guī)模、高密度LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的需要。 支持無狀態(tài)自動(dòng)地址配置支持無狀態(tài)自動(dòng)地址配置：IPv6中當(dāng)節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)時(shí)，可以自動(dòng)讀取MAC地址，并根據(jù)相關(guān)規(guī)則配置好所需的IPv6地址。這個(gè)特性對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)來說，非常具有吸引力，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，不可能對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)配置用戶界面，節(jié)點(diǎn)必須具備自動(dòng)配置功能。 易接入易接入：LR-WPAN使用IPv6技術(shù)，更易于接入其他基于IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)及下一代互聯(lián)網(wǎng)，使其可以充分利用IP網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)進(jìn)行發(fā)展易開發(fā)易開發(fā)：目前基于IPv6的許多技術(shù)已比較成熟，并被廣泛接受，針對(duì)LR-WPAN的特性對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)木?jiǎn)和取舍，簡(jiǎn)化了協(xié)議開發(fā)的過程。 6LowPan的關(guān)鍵技術(shù)IPv6和和IEEE 802.15