第12章-物联网通信技术(曾宪武)LXX2014.7全解.ppt

第12章　IEEE 802.15.4及ZigBee协议规范 　　　　12.1 IEEE802.15.4标准12.1.1 IEEE802.15.4主要性能　　IEEE802.15.4标准是短距离无线通信的个域网(Wireless Personal Area Network,WPAN)标准。 该标准规定了个域网(Personal Area Network, PAN)中设备间的无线通信协议和接口。 IEEE802.15.4标准采用了多址接入/冲突检测载波侦听（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection， CSMA/CA）的媒体接入或媒体访问控制方式， 网络的拓扑结构可以是点对点或星形结构。 　　IEEE802.15.4标准主要描述了物理层和MAC层标准， 通信距离一般在数十米的范围之内。 IEEE802.15.4的物理层是WSN的通信基础， MAC层实现对物理层的访问， 完成信标的同步， 支持个域网络关联和去关联， 提供MAC层实体间的可靠连接， 执行信道接入等任务。 　　IEEE802.15.4标准也采用了满足ISO/OSI参考模型的分层结构， 定义了单一的MAC层和多样的物理层。 该标准具有以下主要性能： 　　（1） 频段、 数据传输速率及信道个数。 　　在868 MHz频段， 传输为20 kb/s， 信道数为1个； 在915 MHz频段， 传输为40 kb/s，信道数为10个； 在2.4 GHz频段， 传输为250 kb/s， 信道数为16个。 　　（2） 通信范围。　　室内： 通信距离为10 m时， 传输速率为250 kb/s。　　室外： 当通信距离为30~75 m时， 传输速率为40 kb/s； 当通信距离为300 m时， 传输速率为20 kb/s。 　　（3） 拓扑结构及寻址方式。 该标准支持点对点及星型网络拓扑结构； 支持65 536个网络节点； 支持64 bit的IEEE地址， 8 bit的网络地址。 　　（4） 应用领域。 该标准可应用于传感器网络及现场控制等领域。 12.1.2 IEEE802.15.4物理层　　1. 物理层的主要功能　　 物理层主要具有以下功能： 　　（1） 激活和去激活无线收发器。 　　（2） 对当前信道进行能量检测。 　　（3） 发送链路质量指示。 　　（4） 载波侦听多址接入/冲突避免。 　　（5） 信道频率的选择。 　　（6） 数据的发送与接收。 　　（7） 媒质访问控制方式的空闲信道评估。 　　IEEE802.15.4标准所定义的物理层的工作频段、 传输速率及调制方式如表12.1.1所示。 　　IEEE802.15.4标准采用了三个频段， 每个频段包含若干个信道， 各信道划分如下：　　868 MHz频段： fc=868.3 MHz， k=0， 1个信道。　　915 MHz频段： fc=906+2(k－1) MHz， k=1, 2, …, 10， 10个信道。　　2.4 GHz频段： fc=2405+5(k－11) MHz，k=11, 12, …, 26， 16个信道 。 　　2. 物理服务规范　　IEEE802.15.4标准定义了2.4 GHz和868/915 MHz两个物理层标准， 均采用了DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum, 直接序列扩频)技术及相同的数据包格式， 但它们的工作频率、 调制技术、 扩频码片长度和传输速率却有所不同。 物理层提供了MAC层和物理信道之间的接口， 物理层的管理实体提供了用于调用物理层管理功能的管理服务接口。 物理层的参考模型如图12.1.1 所示。 图12.1.1 物理层参考模型 　　在物理层的参考模型中， PLME(Physical Layer Management Entity)为管理实体；PD-SAP(Physical Data Service Access Point)为物理层数据服务接入点； PIB(PAN Information Base)为物理层的个域网信息库。 　　物理层提供了物理层数据服务和物理层管理服务。 物理层数据服务是由PD-SAP（物理层数据服务接入点）提供的， 物理层管理服务是由PLME中的PD-SAP提供的。 　　物理层数据服务在无线信道上收发数据， 通过PD-SAP实现对等MAC层实体间的MPDU(MAC Protocol Data Unit)传输。 　物理层管理服务用于维护物理层相关数据组成的数据库， 通过PLME-SAP在MLME(MAC Layer Management Entit