无线传感器网络 第6章 传感器网络协议的技术标准课件.ppt

第6章;6.1 技术标准的意义;6.2 IEEE 1451系列标准; 传统的分布式测量控制系统结： 由于这种系统的构造和设计是基于各种网络总线标准而定，如I2C，HART，SPI，LonWorks及CAN等，每种总线标准都有自己规定的协议格式，相互不兼容，给系统的扩展、维护等带来不利的影响。; 国际电子电气工程师协会(IEEE)面对目前传感器市场上总线接口互不兼容, 互操作性差难以统一的难题, 专门建立专家组制定IEEE1451协议族, 以此来解决传感器接口的标准化问题。 IEEE1451协议族共分五个协议标准,目前,IEEE1451.1、IEEE1451.2、IEEE1451.3、IEEE1451.4已被IEEE组织通过。 这个标准提供了将变送器(传感器和执行器)连接到一个数字系统,尤其是到网络的方式, 简化了现场变送器到微处理器以及网络的连接,提供一个适合各种网络的工业标准接口,有效的实现现场各种不同的智能变送器的网络互连、即插即用, 最终实现各个传感器或执行器厂家的产品相互兼容, 降低了构建网络化测控系统的总成本。;6.2 IEEE 1451系列标准;6.2 IEEE 1451系列标准;6.2 IEEE 1451系列标准;6.2 IEEE 1451系列标准;6.2 IEEE 1451系列标准;6.2 IEEE 1451系列标准;6.2 IEEE 802.15.4标准;WLAN(无线局域网络)基于IEEE 802.11系列标准 802.11，1997年，原始标准(2Mb/s 工作在2.4GHz)。 802.11a，1999年，物理层补充(54Mb/s工作在5GHz)。 802.11b，1999年，物理层补充(11Mb/s工作在2.4GHz)。 802.11c，符合802.1d的媒体接入控制层(MAC)桥接。 802.11d，根据各国无线电规定做的调整。 802.11e，对服务等级(QoS)的支持。 802.11f，基站的互连性(Interoperability)。 802.11g，物理层补充(54Mb/s工作在2.4GHz)。 802.11h，无线覆盖半径的调整，室内(indoor)和室外(outdoor)信道(5GHz频段)。 802.11i，安全和鉴权(Authentification)方面的补充。 802.11n，导入多重输入输出(MIMO)和40Mbit通道宽度技术。;由于IEEE 8.2.15.4的网络特征和传感器网络相似，因此科研机构将它作为传感器网络的通信标准。 IEEE 802.15.4标准定义的LR-WPAN网络特点： 在不同的载波频率下实现20kbps、40kbps和250kbps三种不同的传输速率； 支持星型和点对点两种网络拓扑结构； 有16位和64位两种地址格式，其中64位地址是全球惟一的扩展地址； 支持冲突避免的载波多路侦听技术(CSMA-CA)； 支持确认机制，保证传输可靠性。;IEEE 802.15.4标准规定物理层任务： 激活和休眠射频收发器； 信道能量检测：测量目标信道中接收信号的功率强调，检测结果为有效信号和噪声信号功率之和； 检测接收数据包的链路质量指示(LQI)，得出信噪比指标； 空闲信道评估； 收发数据。 如何评估信道是否空闲？ 方法1：判断信号的信道能量，低于门限，则为空闲； 方法2：判断信号的特征(扩频信号特征和载波频率)； 方法3：同时判断信道能量和信号的特征。;IEEE 802.15.4标准定义的信道 0-26共27个；跨越3个频段，具体包括2.4GHz频段的16个信道、915MHz频段的10个信道、868MHz频段的1个信道。 信道的频段中心定义 (其中k表示信道编号)： fc = 868.3MHz k = 0 fc = 906 + 2×(k－1)MHz k = 1，2，…，10 fc = 2405 + 5×(k－11)MHz k = 11，12，…，26 ;;Z-Stack中对频道的设置;物理层服务规范 物理层(PHY)通过射频连接件和硬件提供MAC层和无线物理信道之间的接口。物理层在概念上提供“物理层管理实体(PLME)”，该实体提供了用于调用物理层管理功能的管理服务接口。 物理层提供两种服务： 通过物理层数据服务接入点提供物理层的数据服务； 通过PLME的服务接入点提供物理层的管理服务。;2、物理层帧结构 前导码由32个0组成，用于收发器之间进行同步。 帧起始定界符（SFD）域由8位组成，表示同步结束，数据包开始传输。SFD与前导码构成同步头。 帧长度由7位组成，表示物理服务数据单元（PSDU）的字节数。帧长度域和1位的保留位构成了物理头。 PSDU域是变长的，携带PHY数据包的数据，包含介质