第9章协议标准剖析.ppt

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第9章 协议标准 9.1 标准概述与网络简介 9.1.1 IEEE 802.15.4标准概述 1998年3月,IEEE标准化协会正式批准成立了IEEE 802.15工作组。这个工作组致力于WPAN网络的物理层(PHY)和媒体访问子层(MAC)的标准化工作,目标是为在个人操作空间(personal operating space, POS)内相互通信的无线通信设备提供通信标准。 第9章 协议标准 在IEEE 802.15工作组内有四个任务组(task group, TG),分别制定适合不同应用的标准。这些标准在传输速率、功耗和支持的服务等方面存在差异。下面是四个任务组各自的主要任务: (1)任务组TG1:制定IEEE 802.15.1标准,又称蓝牙无线个人区域网络标准。这是一个中等速率、近距离的WPAN网络标准,通常用于手机、PDA等设备的短距离通信。 (2)任务组TG2:制定IEEE 802.15.2标准,研究IEEE 802.15.1与IEEE 802.11(无线局域网标准,WLAN)的共存问题。 (3)任务组TG3:制定IEEE 802.15.3标准,研究高传输速率无线个人区域网络标准。该标准主要考虑无线个人区域网络在多媒体方面的应用,追求更高的传输速率与服务品质。 (4)任务组TG4:制定IEEE 802.15.4标准,针对低速率无线个人区域网络(low-rate wireless personal area network,LR-WPAN)制定标准。该标准把低能量消耗、低速率传输、低成本作为重点目标,旨在为个人或家庭范围内不同设备之间低速互连提供统一标准。 第9章 协议标准 IEEE 802.15.4标准定义的LR-WPAN网络具有如下特点: (1)在不同的载波频率下实现了20kbps、40kbps和250kbps三种不同的传输速率; (2)支持星型和点对点两种网络拓扑结构; (3)16位和64位两种地址格式,其中64位地址是全球唯一的扩展地址; (4)支持冲突避免的载波多路侦听技术(carrier sense multiple access with collision avoidance,CSMA-CA); (5)支持确认(ACK)机制,保证传输可靠性。 第9章 协议标准 9.1.2 IEEE 802.15.4网络简介 IEEE 802.15.4网络是指在一个POS内使用相同无线信道并通过IEEE 802.15.4标准相互通信的一组设备的集合,又名LR-WPAN网络。在这个网络中,根据设备所具有的通信能力,可以分为全功能设备(full-function device, FFD)和精简功能设备(reduced-function device, RFD)。FFD设备之间以及FFD设备与RFD设备之间都可以通信。RFD设备之间不能直接通信,只能与FFD设备通信,或者通过一个FFD向外发送数据。这个与RFD相关联的FFD设备称为该RFD的协调器(coordinator)。RFD设备主要用于简单的控制应用,如灯的开关、被动式红外传感器等,传输的数据量较少,对传输资源和通信资源占用不多,这样的RFD设备可以采用非常低廉的实现方案。 在IEEE 802.15.4网络中,有一个称为PAN网络协调器(PAN coordinator)的FFD设备,是LR-WPAN网络中的主控制器。PAN网络协调器(以后简称网络协调器)除了直接参与应用以外,还要完成成员身份管理、链路状态信息管理以及分组转发等任务 第9章 协议标准 1.IEEE 802.15.4网络的拓扑结构 IEEE 802.15.4网络根据应用的需要可以组织成星型网络,也可以组织成点对点网络,如图9-2所示。在星型结构中,所有设备都与中心设备PAN网络协调器通信。在这种网络中,网络协调器一般使用持续电力系统供电,而其它的设备采用电池供电。星型网络适合家庭自动化、个人计算机的外设以及个人健康护理等小范围的室内应用。 第9章 协议标准 与星型网络不同,点对点网络只要彼此都在对方的无线辐射范围之内,任何两个设备之间都可以直接通信。点对点网络中也需要网络协调器,负责实现管理链路状态信息,认证设备身份等功能。点对点网络模式可以支持ad hoc网络,允许通过多跳路由的方式在网络中传输数据。不过一般认为自组织问题由网络层来解决,不在IEEE 802.15.4标准讨论的范围之类。点对点网络可以构造更复杂的网络结构,适合于设备分布范围广的应用,比如在工业检测与控制、货物库存跟踪和智能农业等方面有非常好的应用前景。 第9章 协议标准 2.网络拓扑的形成过程 虽然网络拓扑结构的形成过程属于网络层的功能,但IEEE 802.15.4为形成各种网络拓扑结构提供了充分的支持。这部分主要讨

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