wsn通信標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)

《wsn通信標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、WSN通信標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)1.802.15.4802.15.4是為了適應(yīng)低吞吐量的應(yīng)用和WPAN的潛在需求而設(shè)計(jì)的短距離無線通信協(xié)議。它的特點(diǎn)是復(fù)雜度低、低能量消耗、數(shù)據(jù)傳輸率低、支持設(shè)備便宜，可支持物體移動(dòng)性。802.15.4僅對(duì)物理層和MAC層進(jìn)行了規(guī)定，更上層的規(guī)定可由Zigbee協(xié)議或者6LowPAN來繼續(xù)完成。1.1物理層物理層定義了物理無線信道和MAC子層之間的接口,提供物理層數(shù)據(jù)服務(wù)和物理層管理服務(wù)。物理層數(shù)據(jù)服務(wù)從無線信道上收發(fā)數(shù)據(jù)，物理層管理服務(wù)維護(hù)一個(gè)由物理層相關(guān)數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)庫。物理層數(shù)據(jù)服務(wù)包括以下五方面的功能（1）激活或者休眠射頻收發(fā)器

2、（2）信道能量檢測(cè)（3）檢測(cè)接收數(shù)據(jù)包的鏈路質(zhì)量指示（4）空閑信道評(píng)估（5）收發(fā)數(shù)據(jù)物理層用的是三個(gè)無牌照的頻段，用直接擴(kuò)頻技術(shù)來減少干擾。為了保持低能耗，802.15.4允許設(shè)備進(jìn)行周期性工作。802.15.4將三個(gè)頻段劃分成27個(gè)雙工信道。組織方式如下：頻段信道數(shù)速率通信距離（理想情況）868MHz120kbps1Km915MHz1040kbps同上2.4GHz16250kbps220m在868MHz和915MHz調(diào)制方式信號(hào)處理過程相同，只是數(shù)據(jù)速率不同。處理過程如下在2.4GHz的情況下先將PPDU的二進(jìn)制數(shù)據(jù)中每4位轉(zhuǎn)換為一個(gè)符號(hào)，然后將每個(gè)符

3、號(hào)轉(zhuǎn)換為長度為32的片序列，再進(jìn)行O-QPSK調(diào)制。1.2MAC層MAC子層提供兩種服務(wù)：MAC層數(shù)據(jù)服務(wù)和MAC層管理服務(wù)。MAC層數(shù)據(jù)服務(wù)保證MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元在物理層數(shù)據(jù)服務(wù)中的正確收發(fā)，MAC層管理服務(wù)負(fù)責(zé)維護(hù)一個(gè)存儲(chǔ)MAC子層協(xié)議狀態(tài)相關(guān)信息的數(shù)據(jù)庫。MAC層的主要功能包括下面六個(gè)方面的內(nèi)容：（1）協(xié)調(diào)器產(chǎn)生并發(fā)送信標(biāo)幀，普通設(shè)備根據(jù)協(xié)調(diào)器的信標(biāo)幀與協(xié)調(diào)器同步（2）支持PAN網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)和取消關(guān)聯(lián)操作（3）支持無線信道通信安全（4）使用CSMA-CA機(jī)制訪問信道（5）支持時(shí)槽機(jī)制（6）支持不同設(shè)備間的MAC層間可靠傳輸。在MAC層，802.15.

4、4應(yīng)用CSMA/CA算法。該算法要求在發(fā)送數(shù)據(jù)前先偵聽信道來減少?zèng)_突。802.15.4中，可以選用以超幀為周期組織PAN內(nèi)設(shè)備間通信，每個(gè)超幀都是以網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器發(fā)出的信標(biāo)幀開始。超幀分為活躍階段與不活躍階段，活躍階段又可分為信標(biāo)幀、競(jìng)爭(zhēng)訪問階段和非競(jìng)爭(zhēng)訪問階段。超幀的活躍階段被劃分為16個(gè)時(shí)槽，每個(gè)時(shí)槽的長度、競(jìng)爭(zhēng)訪問階段包含的時(shí)槽數(shù)都由協(xié)調(diào)器設(shè)定。在競(jìng)爭(zhēng)訪問階段，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用帶時(shí)槽的CSMA-CA訪問機(jī)制。在非競(jìng)爭(zhēng)訪問階段，，協(xié)調(diào)器根據(jù)上一個(gè)超幀期間PAN網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備申請(qǐng)GTS的情況，將非競(jìng)爭(zhēng)時(shí)段劃分成若干個(gè)GTS，每個(gè)GTS由若干個(gè)時(shí)槽組成。時(shí)槽數(shù)目在

5、申請(qǐng)GTS時(shí)就已經(jīng)確定。802.15.4定義了兩種通信模式：信標(biāo)使能通信和信標(biāo)不使能通信，它們分別對(duì)應(yīng)了兩種不同的信道接入模式。在無信標(biāo)模式中，采用非時(shí)槽的CSMA/CA協(xié)議來連接到信道和傳輸數(shù)據(jù)包。這種算法的操作模式為：首先每個(gè)節(jié)點(diǎn)將按一個(gè)隨機(jī)長時(shí)間進(jìn)行退避。退避時(shí)間到后，然后開始檢測(cè)信道狀態(tài)，如果信道空閑節(jié)點(diǎn)立即發(fā)送數(shù)據(jù)，如果信道繁忙，進(jìn)入下個(gè)退避階段。節(jié)點(diǎn)嘗試連接到信道存在一個(gè)最大的時(shí)間閾值，當(dāng)超過這個(gè)閾值的時(shí)候，算法結(jié)束，數(shù)據(jù)將不能發(fā)送。在有信標(biāo)模式中，采用協(xié)議。協(xié)調(diào)器會(huì)發(fā)送一個(gè)信標(biāo)幀，PAN網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備根據(jù)信標(biāo)幀來進(jìn)行同步。在時(shí)槽CSMA/CA

6、機(jī)制下，當(dāng)設(shè)備需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)首先定位下一個(gè)時(shí)槽的邊界，然后等待隨機(jī)數(shù)目個(gè)時(shí)槽。等待完畢后，信道開始檢測(cè)信道狀態(tài)，如果信道空閑，在下一個(gè)時(shí)槽開始發(fā)送數(shù)據(jù)。如果信道忙，則重復(fù)等待檢測(cè)過程1.3802.15.4支持的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)802.15.4定義了兩種節(jié)點(diǎn)，全功能節(jié)點(diǎn)（FFD）和簡化節(jié)點(diǎn)（RFD）。全功能節(jié)點(diǎn)包含了全部的MAC服務(wù)，可以作為一個(gè)協(xié)調(diào)者或者一個(gè)簡單的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，而簡化節(jié)點(diǎn)只能作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。802.15.2允許兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型結(jié)構(gòu)和點(diǎn)到點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。但是由于涉及到更高層功能的定義，在標(biāo)準(zhǔn)中這兩種結(jié)構(gòu)沒有被標(biāo)準(zhǔn)化。星型結(jié)構(gòu)中有一個(gè)FFD節(jié)點(diǎn)作為PAN協(xié)

7、調(diào)者，它是唯一一個(gè)可以連接超過兩個(gè)的設(shè)備。點(diǎn)到點(diǎn)結(jié)構(gòu)中可以形成多個(gè)直接的鏈路。星型結(jié)構(gòu)適合于小覆蓋范圍和低擴(kuò)展性的應(yīng)用中，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信適合于大覆蓋范圍。802.25.4的機(jī)制中支持一個(gè)PAN協(xié)調(diào)者來建立一個(gè)新的PAN，并利用一種連接程序讓其他設(shè)備連接到這個(gè)PAN。PAN的協(xié)調(diào)者需要獨(dú)占一個(gè)空閑信道，這種獨(dú)占方式可以防止干擾。協(xié)調(diào)者通過能量檢測(cè)掃描獲得每個(gè)信道極限能量值來看哪個(gè)信道是空閑的。協(xié)議中只是說明了能量檢測(cè)掃描能夠是可以使用的方式，但是沒有指定只能用這種方式。一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)協(xié)調(diào)者的程序可以總結(jié)如下：（1）需找有效的PANs（2）選擇一個(gè)加入（3）與協(xié)

8、調(diào)者或者已經(jīng)加入網(wǎng)絡(luò)的全能節(jié)點(diǎn)連接。通過協(xié)調(diào)者發(fā)出的掃描幀來發(fā)現(xiàn)有效PAN。在連