第2章-WSN協(xié)議技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).ppt

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1、第6章WSN協(xié)議技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握IEEE1451系列標(biāo)準(zhǔn)了解IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)了解物理層了解MAC子層了解符合lEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)例了解ZigBee協(xié)議棧原理了解藍(lán)牙(Bluetooth)了解WIFI技術(shù)了解UWB容了解紅外線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)（IrDA）了解各種短距離無線通信技術(shù)特點(diǎn)6.1技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的意義在傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)方面，目前國(guó)際上已有的標(biāo)準(zhǔn)主要是ZigBee、802.15.4、超寬帶(UltraWideband，UWB)，這些標(biāo)準(zhǔn)的頻段各不相同，且都是針對(duì)某些行業(yè)、某

2、些領(lǐng)域的作用范圍較小的標(biāo)準(zhǔn)。6.2IEEE1451系列標(biāo)準(zhǔn)1．IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)的誕生目前市場(chǎng)上在通信方面所遵循的標(biāo)準(zhǔn)主要包括IEEE803.2(以太網(wǎng))、IEEE802.4(令牌總線)、IEEEFDDI(光纖布式數(shù)據(jù)界面)、TCP/IP(傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)協(xié)議)等，以此來連接各種變送器(包括傳感器和執(zhí)行器)，要求所選的傳感器/執(zhí)行器必須符合上述標(biāo)準(zhǔn)總線的有關(guān)規(guī)定。一般說來，這類測(cè)控系統(tǒng)的構(gòu)成都可以采用如圖1所示的結(jié)構(gòu)來描述。一種分布式測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的示例1．IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)的誕生圖1簡(jiǎn)單地表示了一

3、種分布式測(cè)量和控制系統(tǒng)的典型應(yīng)用事例，是目前市場(chǎng)上比較常見的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。對(duì)傳感器/執(zhí)行器的生產(chǎn)廠家來說，希望自己的產(chǎn)品得到更大的市場(chǎng)份額；對(duì)于系統(tǒng)集成開發(fā)商來說，必須充分了解各種總線標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)缺點(diǎn)；對(duì)于用戶來說，經(jīng)常根據(jù)需要來擴(kuò)展系統(tǒng)的功能；對(duì)于智能網(wǎng)絡(luò)化傳感器接口內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)和軟硬件結(jié)構(gòu)，IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)中都作出了詳細(xì)的規(guī)定。IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)將傳感器分成兩層模塊結(jié)構(gòu)：第一層模塊結(jié)構(gòu)用來運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和應(yīng)用硬件，稱為“網(wǎng)絡(luò)適配器”(NetworkCapableAppllcationProcess

4、or，NCAP)；第二層模塊為“智能變送器接口模塊”(SmartTransducerInterfaceModule，STIM)，其中包括變送器和電子數(shù)據(jù)表格TEDS。2．IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程在1994年3月，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)協(xié)會(huì)和IEEE共同組織一次關(guān)于制定智能傳感器接口和智能傳感器連接網(wǎng)絡(luò)通用標(biāo)準(zhǔn)的研討會(huì)。在1995年4月，成立了兩個(gè)專門的技術(shù)委員會(huì)，即P1451.1工作組和P1451.2工作組。IEEE1451.1標(biāo)準(zhǔn)在1999年6月通過IEEE的審核批準(zhǔn)。IEEE1451.2標(biāo)準(zhǔn)在199

5、7年9月通過IEEE的審核批準(zhǔn)。IEEE1451.3標(biāo)準(zhǔn)稱為分布式多點(diǎn)系統(tǒng)數(shù)字通信和變送器電子數(shù)據(jù)表格式，在2003年9月被IEEE核準(zhǔn)。IEEE1451.4標(biāo)準(zhǔn)稱為混合模式通信協(xié)議和變送器電子數(shù)據(jù)表格式，在2004年3月通過了IEEE的認(rèn)可。3．IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展動(dòng)向IEEE1451.5提議標(biāo)準(zhǔn)主要是為智能傳感器的連接提供無線解決方案，盡量減少有線傳輸介質(zhì)的使用。需要指出的是，IEEE1451.5提議標(biāo)準(zhǔn)描述的是智能傳感器與NCAP模塊之間的無線連接，并不是指NCAP模塊與網(wǎng)絡(luò)之間無線連接。I

6、EEE1451.5提議標(biāo)準(zhǔn)的工作重點(diǎn)在于制定無線數(shù)據(jù)通信過程中的通信數(shù)據(jù)模型和通信控制模型。它主要包括兩個(gè)內(nèi)容：一是為變送器通信定義一個(gè)通用的服務(wù)質(zhì)量(QualityofService，QoS)機(jī)制，能夠?qū)θ魏螣o線電技術(shù)進(jìn)行映射服務(wù)；另外是對(duì)于每種無線發(fā)送技術(shù)都有一個(gè)映射層，用來把無線發(fā)送具體配置參數(shù)映射到QoS機(jī)制。6.3IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)6.3.1IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)概述IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)為低速無線個(gè)域網(wǎng)制定了物理層和MAC子層協(xié)議。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義的無線

7、個(gè)域網(wǎng)具有如下特點(diǎn)：(1)在不同的載波頻率下實(shí)現(xiàn)20kb/s、40kb/s和250kb/s三種不同的傳輸速率；(2)支持星型和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)兩種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；(3)有16位和64位兩種地址格式，其中64位地址是全球唯一的擴(kuò)展地址；(4)支持沖突避免的載波多路偵聽技術(shù)(carriersensemultipleaccesswithcollisionavoidance，CSMA-CA)；(5)支持確認(rèn)機(jī)制，保證傳輸可靠性。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)主要包括物理層和MAC層的標(biāo)準(zhǔn)。6.3.2物理層IEEE802.15

8、.4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定物理層負(fù)責(zé)如下任務(wù)：①激活和取消無線收發(fā)器；②當(dāng)前信道的能量檢測(cè)；③發(fā)送鏈路質(zhì)量指示；④CSMA/CA的空閑信道評(píng)估；⑤信道頻率的選擇；⑥數(shù)據(jù)發(fā)送與接收。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義了27個(gè)信道，編號(hào)為0～26；跨越3個(gè)頻段，具體包括2.4GHz頻段的16個(gè)信道、915MHz頻段的10個(gè)信道、868MHz頻段的1個(gè)信道。1．物理層服務(wù)規(guī)范物理層提供兩種服務(wù)：通過物理層數(shù)據(jù)服務(wù)接入點(diǎn)(PHYDataServiceAccessP