wsn通信標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)

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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，可支持物體移動性。802.15.4僅對物理層和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（3）檢測接收數(shù)據(jù)包的鏈路質(zhì)量指示（4）空閑信道評估（5）收發(fā)數(shù)據(jù)物理層用的是三個無牌照的頻段，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將三個頻段劃分成27個雙工信道。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)換為一個符號，然后將每個符

3、號轉(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)一個存儲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沖突。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、競爭訪問階段和非競爭訪問階段。超幀的活躍階段被劃分為16個時槽，每個時槽的長度、競爭訪問階段包含的時槽數(shù)都由協(xié)調(diào)器設(shè)定。在競爭訪問階段，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用帶時槽的CSMA-CA訪問機(jī)制。在非競爭訪問階段，，協(xié)調(diào)器根據(jù)上一個超幀期間PAN網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備申請GTS的情況，將非競爭時段劃分成若干個GTS，每個GTS由若干個時槽組成。時槽數(shù)目在

5、申請GTS時就已經(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：首先每個節(jié)點(diǎn)將按一個隨機(jī)長時間進(jìn)行退避。退避時間到后，然后開始檢測信道狀態(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)入下個退避階段。節(jié)點(diǎn)嘗試連接到信道存在一個最大的時間閾值，當(dāng)超過這個閾值的時候，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)器會發(fā)送一個信標(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。在時槽CSMA/CA

6、機(jī)制下，當(dāng)設(shè)備需要發(fā)送數(shù)據(jù)時首先定位下一個時槽的邊界，然后等待隨機(jī)數(shù)目個時槽。等待完畢后，信道開始檢測信道狀態(tài)，如果信道空閑，在下一個時槽開始發(fā)送數(shù)據(jù)。如果信道忙，則重復(fù)等待檢測過程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)，可以作為一個協(xié)調(diào)者或者一個簡單的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，而簡化節(jié)點(diǎn)只能作為一個網(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FFD節(jié)點(diǎn)作為PAN協(xié)

7、調(diào)者，它是唯一一個可以連接超過兩個的設(shè)備。點(diǎn)到點(diǎn)結(jié)構(gòu)中可以形成多個直接的鏈路。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PAN協(xié)調(diào)者來建立一個新的PAN，并利用一種連接程序讓其他設(shè)備連接到這個PAN。PAN的協(xié)調(diào)者需要獨(dú)占一個空閑信道，這種獨(dú)占方式可以防止干擾。協(xié)調(diào)者通過能量檢測掃描獲得每個信道極限能量值來看哪個信道是空閑的。協(xié)議中只是說明了能量檢測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