《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教程》第5章 無線網(wǎng)絡(luò)-2

《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教程》電子教案

第五章無線網(wǎng)絡(luò)GPRS與無線個人區(qū)域網(wǎng)主要內(nèi)容

5.2移動通信通用分組無線業(yè)務(wù)GPRS

5.3無線個人區(qū)域網(wǎng)WPAN概述藍(lán)牙Zigbee2通用分組無線業(yè)務(wù)GPRS高速電路數(shù)據(jù)（HSCSD）每個用戶同時分配多個信道，提供高達(dá)57.6kbps的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。但GSM和HSCSD中一旦信道分配給用戶使用后就被該用戶獨占通用分組無線業(yè)務(wù)GPRS采用分組交換技術(shù)不需要建立端到端的連接，用戶可以“永久”在線GPRS只在有數(shù)據(jù)傳輸時才動態(tài)分配無線資源，適合各種突發(fā)性強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳輸無線帶寬可以供多個用戶同時共享，頻譜利用率較高，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)171.2kbpsGPRS提供兩類服務(wù)PTP提供兩點之間的分組傳輸服務(wù)PTM用于有多個接收者的數(shù)據(jù)傳輸PTM-M（Point-To-Multicast）用于發(fā)送信息給當(dāng)前位于某一區(qū)域的所有用戶PTM-G（Point-To-MultipointGroup）用于發(fā)送信息給某一區(qū)域的一組用戶IP-M（IPMulticast）提供IP組播服務(wù)。3GPRS體系結(jié)構(gòu)GPRS使用原有GSM網(wǎng)絡(luò)的頻譜資源，在原有的GSM網(wǎng)絡(luò)的FDMA/TDMA幀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上通過引入一些新的邏輯信道來支持突發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸4GPRS服務(wù)支持節(jié)點SGSN相當(dāng)于GSM中的MSC，是GPRS核心網(wǎng)絡(luò)與移動臺之間的接口GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點GGSN主要負(fù)責(zé)與其它分組交換網(wǎng)絡(luò)的連接以及存儲用戶的位置（所在SGSN）信息，是GSM網(wǎng)絡(luò)與外部的IP網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)關(guān)GGSN與SGSN之間通過基于IP的GRPS骨干網(wǎng)相連，通過GGSN與SGSN的隧道傳輸GPRS分組。原有GSM的HLR進(jìn)行更新，以便保存GPRS的用戶信息以及包括移動臺正在訪問的GGSN等在內(nèi)的當(dāng)前位置信息GPRS協(xié)議棧GPRS在物理層定義了4種不同的信道編碼方案，即使用不同數(shù)據(jù)速率的CS-1（9.05kbps）、CS-2（13.4kbps）、CS-3（15.6kbps）、CS-4（21.4kbps），最多可以使用8個時槽，從而支持最高171.2kbps的數(shù)據(jù)速率。無線鏈路控制RLC層是LLC和MAC層之間的接口，允許選擇重傳RLC數(shù)據(jù)塊。邏輯鏈路控制LLC層提供了一條MS到SGSN的鏈路，基于LAPD，包括差錯控制、流量控制、負(fù)載加密和邏輯鏈路維護(hù)等功能子網(wǎng)匯聚協(xié)議SNDCP將網(wǎng)絡(luò)層的PDU封裝成適合LLC傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組5GPRS基站系統(tǒng)協(xié)議BSSGP為SGSN和BSS之間提供一條無連接的邏輯鏈路GPRS隧道協(xié)議GPRS空中接口GPRS使用與GSM相同的TDMA幀結(jié)構(gòu)，分組數(shù)據(jù)信道PDCH用于傳輸GPRS數(shù)據(jù)和相關(guān)的控制信令信息分組公共控制信道PCCCH包括尋呼、入網(wǎng)請求、多播通知和無線資源分配等功能包括分組尋呼信道PPCH、分組接入許可信道PAGCH分組通知信道PNCH用于通知點到多點-組播(PTM-M)分組分組隨機(jī)接入信道PRACH：分組廣播控制信道PBCCH用于廣播相關(guān)的系統(tǒng)信息分組專用控制信道PDCCHPACCH分組隨路控制信道用于傳送移動臺分組傳送期間所需要的信令和其他控制信息PTCCH/U、PTCCH/D（分組上下行定時控制信道）：用于傳送時間提前分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道PDTCH則用于在上行鏈路或下行鏈路上經(jīng)空中接口傳送實際的用戶數(shù)據(jù)。6GPRS復(fù)幀結(jié)構(gòu)GPRS系統(tǒng)采用由52個TDMA幀組成的復(fù)幀結(jié)構(gòu)，包括12個用來傳遞用戶數(shù)據(jù)和信令信息的無線塊，每個無線塊包括4個時槽2個用于傳送時間提前量的PTCCH幀T2個用于進(jìn)行鄰區(qū)BSIC測量的空閑幀X。7GPRS工作過程GPRS定義了三種不同的移動性管理狀態(tài)空閑(Idle)狀態(tài):用戶尚未完全接入GPRS網(wǎng)絡(luò)，GPRS還沒有存儲該用戶相關(guān)的當(dāng)前位置或路由信息。MS只能收到PTM-M的信息，也無法尋呼該用戶等待(Standby)狀態(tài)手機(jī)已經(jīng)接入到GPRS網(wǎng)絡(luò)，與SGSN建立了邏輯連接，并且維護(hù)相應(yīng)的PDP環(huán)境MS不能進(jìn)行PTP數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，但是可以接收PTM-M和PTM-G數(shù)據(jù)，同時也可以尋呼該MS。SGSN記錄MS所在的路由區(qū)域就緒(Ready)狀態(tài)：已經(jīng)接入GPRS網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行正常的GRPS數(shù)據(jù)傳輸SGSN記錄MS所在的小區(qū)（基站）8GPRS移動性管理狀態(tài)轉(zhuǎn)換GPRS接入過程：MS狀態(tài)從空閑轉(zhuǎn)為就緒狀態(tài)。MS建立到SGSN的邏輯鏈路，驗證移動用戶和移動設(shè)備是否合法，然后MS發(fā)起一個過程來PDP環(huán)境包括PDP類型（如IPv4）、分配給MS的PDP地址、請求的QoS參數(shù)和GGSN地址。PDP地址可是靜態(tài)地址，也可由GGSN動態(tài)分配。用戶在同一時間可以接入到多個PDN網(wǎng)絡(luò)9就緒狀態(tài)計時器超時，從就緒狀態(tài)轉(zhuǎn)移到等待狀態(tài)。等待狀態(tài)計時器超時，從等待狀態(tài)轉(zhuǎn)移到空閑狀態(tài)。接入GRPS的節(jié)點引入就緒/等待狀態(tài)的主要目的是減少移動用戶在移動過程中由于位置的變動而需要進(jìn)行的位置更新消息的開銷。SGSN覆蓋的區(qū)域進(jìn)一步分為多個路由區(qū)域，每個路由區(qū)域可以包含一個或者多個基站?；緯ㄆ趶V播其所在的路由區(qū)域標(biāo)識，移動臺通過該標(biāo)識可以知道其是否穿越了路由區(qū)域的邊界，知道是否穿越了BSS的邊界移動臺暫時沒有數(shù)據(jù)要傳輸而處于等待狀態(tài)下時只有在穿越路由區(qū)域時才向SGSN更新位置就緒狀態(tài)下，在跨越BSS的邊界時就更新位置。第三代移動網(wǎng)絡(luò)ITU規(guī)定第三代移動通信系統(tǒng)的無線傳輸必須滿足以下三種速率要求：在快速移動環(huán)境下（車載用戶），最高速率達(dá)到144Kbps步行環(huán)境下，最高速率達(dá)到384Kbps固定位置環(huán)境下，最高速率達(dá)到2Mbps業(yè)務(wù)種類涉及話音、數(shù)據(jù)、圖像以及多媒體等業(yè)務(wù)。第三代移動通信系統(tǒng)分成無線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)2000年5月，ITU最終通過IMT-2000無線接口規(guī)范（M.1457），包括美國TIA提交的cdma2000、歐洲ETSI和日本ARIB提交的WCDMA和中國電信科學(xué)技術(shù)研究院（CATT）提交的TD-SCDMA核心網(wǎng)主要由3GPP和3GPP2進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，兩個核心網(wǎng)之間的互連互通通過NNI接口進(jìn)行。103GPP1998年3GPP成立，以歐洲為主體，負(fù)責(zé)以GSMMAP核心網(wǎng)為基礎(chǔ)制定第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)UMTS1999年12月3GPP發(fā)布的第一個協(xié)議版本Release99確定采用WCDMA作為無線傳輸技術(shù)的接口，核心網(wǎng)以GSM的移動交換中心和分組交換網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)中國于1999年加入3GPP,提出的TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)被3GPP采納，作為UTRATDD的低碼片速率選項，以區(qū)別于WCDMA的TDD方式。2001年3月發(fā)布的Release4中納入了中國提交的TD-SCDMA技術(shù)，在核心網(wǎng)電路域中實現(xiàn)了軟交換2002年3月發(fā)布的Release5采用全I(xiàn)P核心網(wǎng)，引入了IP多媒體子系統(tǒng)（IMS），以更好的對多媒體業(yè)務(wù)進(jìn)行控制，同時在無線接口部分支持高速下行分組接入（HighSpeedDownlinkPacketAccess，HSDPA）技術(shù)，可以提供最高可達(dá)14Mbps的下行數(shù)據(jù)傳輸速率。2005年4月發(fā)布的Release6支持最高可達(dá)5.7Mbps的高速上行分組接入（HighSpeedUplinkPacketAccess，HSUPA）技術(shù)，Release7支持下行可達(dá)28Mbps、上行可達(dá)11Mbps的HSPA+技術(shù)。3GPP的無線接口稱為陸地?zé)o線接入網(wǎng)(UniversalTerrestrialRadioAccess,UTRA),UTRA支持TDD和FDD兩種工作方式，分別稱為UTRAFDD與UTRATDD。11GSM向UMTS的演進(jìn)UMTS采用WCDMA標(biāo)準(zhǔn)，與基于TDMA技術(shù)的GSM系統(tǒng)相比，只有核心網(wǎng)部分可以比較平滑的過渡。GSM可以先升級到GPRS或最高可達(dá)384kbps的增強(qiáng)型數(shù)據(jù)速率的GSM演化方案（EnhancedDatarateforGSMEvolution，EDGE），再最終過渡到UMTS。123GPP2以ANSI-41核心網(wǎng)為基礎(chǔ)，以cdma2000為空中接口制定第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)1999年成立，以美國為主，包括美國、日本和韓國等。3GPP2已經(jīng)發(fā)布了Release0、A、B、C和D五個支持CDMA20001X及其增強(qiáng)型技術(shù)的版本獨立使用一個1.25MHz載波的方式稱為cdma20001x傳統(tǒng)的CDMA20001x（

CDMA20001xRTT）可以支持144kbps的數(shù)據(jù)速率CDMA20001xEV（

Evolution）是cdma20001x的增強(qiáng)型技術(shù)1xEV-DO（Dataonly）針對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)作了優(yōu)化，下行鏈路最高可達(dá)2.4Mbps1xEV-DV則同時改善了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語音業(yè)務(wù)的性能，下行鏈路最高可達(dá)3.08Mbps將三個1.25MHz載波捆綁在一起使用的方式稱為cdma20003x。13UMTS-WCDMATD-SCDMACDMA2000多址技術(shù)直接序列擴(kuò)頻CDMA時分CDMA多載波直接序列擴(kuò)頻CDMA信道帶寬5MHz1.6MHzN×1.25MHz，N=1,3,6,9,12碼片速率3.84Mcps1.28McpsN×1.2288Mcps最高數(shù)據(jù)速率2Mbps2Mbps（步行速度）2.4Mbps雙工方式FDD/TDDTDDFDD基站間同步方式異步/同步同步，一般采用GPS同步擴(kuò)頻方式下/上行：Walsh序列劃分信道；Gold序列區(qū)分用戶/小區(qū)正交可變擴(kuò)頻因子（OVSF）碼SF=1/2/4/8/16下行：Walsh序列或準(zhǔn)正交函數(shù)劃分信道上行：Walsh劃分信道PN長/短碼的不同相位偏移區(qū)分小區(qū)/用戶調(diào)制方式下行鏈路：QPSK上行鏈路：BPSKQPSK高速率（2Mbps）8PSK下行鏈路：QPSK上行鏈路：BPSK檢測方式相干檢測聯(lián)合檢測相干檢測導(dǎo)頻方式下行鏈路：公共導(dǎo)頻信道和用戶專用的時分復(fù)用導(dǎo)頻上行鏈路：用戶專用的時分復(fù)用導(dǎo)頻公共導(dǎo)頻信道下行鏈路：公共導(dǎo)頻信道和輔助導(dǎo)頻上行鏈路：用戶專用的導(dǎo)頻信道功率控制開環(huán)結(jié)合快速閉環(huán)功率控制（1.5kHz）上行為開環(huán)功率控制下行為閉環(huán)功率控制（1.4KHz）開環(huán)結(jié)合快速閉環(huán)功率控制（800Hz）信道編碼卷積碼、RS碼和Turbo碼卷積碼和Turbo碼卷積碼和Turbo碼話音編碼AMR話音編碼AMR話音編碼QCELP或EVRC語音編碼14無線個人區(qū)域網(wǎng)

（WirelessPersonalAreaNetwork，WPAN)IEEE802.15負(fù)責(zé)指定相對較短的距離（10米范圍）內(nèi)通過無線鏈路進(jìn)行通信的WPAN的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)802.15WPAN工作在屬于ISM頻帶的2.4GHz，無需申請執(zhí)照就可以使用IEEE802.15制定的是個人工作區(qū)域POS內(nèi)的便攜和移動設(shè)備等之間的無線連接的物理層和MAC層標(biāo)準(zhǔn)在這些層次上面構(gòu)建相應(yīng)的協(xié)議棧以支持不同的應(yīng)用，則一般由那些由許多廠商聯(lián)合的WPAN技術(shù)推廣聯(lián)盟（比如藍(lán)牙、Zigbee等）來負(fù)責(zé)15IEEE802.15WPANTG1:802.15.1藍(lán)牙TG2:WPAN與WLAN共存TG3802.15.3HR-WPANTG3a:802.15.3aUWB-WPANTG3c:mm-WPANTG4:802.15.4LR-WPANTG5:802.15.5WPANMeshTG6:802.15.6BAN藍(lán)牙藍(lán)牙（Bluetooth）技術(shù)的發(fā)展最早始于1994年的愛立信公司的研究1999年藍(lán)牙特別興趣組發(fā)布了超過1500頁的藍(lán)牙1.0A規(guī)范，2001年發(fā)布藍(lán)牙1.1版本，采用GFSK調(diào)制IEEE802.15工作組采納了藍(lán)牙1.1作為IEEE802.15.1WPAN標(biāo)準(zhǔn)，2005年吸納藍(lán)牙1.2。2004年11月發(fā)布藍(lán)牙2.0，支持2Mbps（最高3Mbps）數(shù)據(jù)速率，采用GFSK和PSK結(jié)合的調(diào)制策略2009年4月發(fā)布藍(lán)牙3.0，采用802.11MAC/PHY來傳輸數(shù)據(jù)，最高支持24Mbps藍(lán)牙工作在2.4GHz的ISM頻帶，能夠提供低功耗、短距離（小于10米，如果外接功率放大器可達(dá)到100米）、中等傳輸速度（最多723.2kbps，2.0提高到2Mbps）的無線通信服務(wù)。藍(lán)牙設(shè)備可以在不要（或者幾乎不要）用戶干預(yù)的情況下和其他藍(lán)牙設(shè)備構(gòu)建一個WPAN，即支持自組織技術(shù)藍(lán)牙通過全向的無線信號傳輸信息藍(lán)牙可以支持64kbps的同步電路交換方式的語音通信，也支持對稱或者不對稱的無連接方式的數(shù)據(jù)傳輸。16藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)藍(lán)牙技術(shù)中的基本聯(lián)網(wǎng)單元是一個微微網(wǎng)（Piconet）Piconet中最多8個藍(lán)牙設(shè)備，其中一個設(shè)備為主設(shè)備，其他稱為從設(shè)備。主設(shè)備負(fù)責(zé)控制當(dāng)前Piconet的通信，包括確定所有設(shè)備使用的信道（跳頻序列）和相位（時槽）。從設(shè)備只可以與主設(shè)備通信，并且由主設(shè)備確定在哪個時槽發(fā)送數(shù)據(jù)。所有藍(lán)牙設(shè)備都可能作為主設(shè)備或者從設(shè)備在同一個區(qū)域可以有多個Piconet一個藍(lán)牙設(shè)備可以同時加入一個或者多個Piconet散布網(wǎng)（Scatternet）通過那些加入到多個Piconet的藍(lán)牙設(shè)備連接起來的多個PiconetScatternet中的Piconet之間不需要同步，同時加入到多個Piconet的藍(lán)牙設(shè)備可以在不同的時刻進(jìn)行傳輸17藍(lán)牙協(xié)議棧藍(lán)牙核心協(xié)議描述了從底層的無線接口到鏈路控制之間的層次的細(xì)節(jié)藍(lán)牙profile建立在核心協(xié)議之上描述如何從藍(lán)牙協(xié)議棧中選取不同的協(xié)議組合來支持不同類型的應(yīng)用模型。常用的應(yīng)用模型包括服務(wù)發(fā)現(xiàn)、無繩電話、傳真、撥號網(wǎng)絡(luò)、耳機(jī)、文件傳輸、同步、局域網(wǎng)訪問等。藍(lán)牙無線電：確定藍(lán)牙設(shè)備所采用的頻率、跳頻的使用、調(diào)制模式和發(fā)送功率等空中接口細(xì)節(jié)，傳輸比特流18

基帶層：負(fù)責(zé)管理RF信道，確定所采用的跳頻序列、如何同步以及幀的封裝，如何尋找其他藍(lán)牙設(shè)備，并且建立連接，進(jìn)行差錯控制、流量控制和安全機(jī)制等。鏈路管理協(xié)議LMP：負(fù)責(zé)管理鏈路的狀態(tài)，建立鏈路，協(xié)商藍(lán)牙設(shè)備之間的空中接口有關(guān)參數(shù)，建立設(shè)備間的安全信任關(guān)系，進(jìn)行功率控制等可選HCI使得高層訪問基帶、LMP等提供的服務(wù)L2CAP向高層協(xié)議隱藏底層的細(xì)節(jié)，提供面向連接和無連接的數(shù)據(jù)服務(wù)服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議SDP采用請求/應(yīng)答模型，用來查詢其它設(shè)備的信息、所能提供的服務(wù)藍(lán)牙鏈路2.400～2.4835GHz的頻帶分成79個間隔為1MHz的信道，采用高斯頻移鍵控GFSK（藍(lán)牙2.0采用相移鍵控PSK）調(diào)制，波特率為1Msps。采用跳頻擴(kuò)頻，Piconet中的所有設(shè)備都使用由主設(shè)備選擇的同一個跳頻序列跳頻速度1600Hz，跳頻過程中每條信道的使用時間為一個時槽（625微秒）采用時分雙工TDD方式，主設(shè)備使用偶數(shù)時槽，從設(shè)備使用奇數(shù)時槽分組長度為奇數(shù)（最多為5）個時槽。多時槽分組傳輸過程中頻率保持不變使用短幀和FEC以及快速ARQ技術(shù)來處理由于干擾和沖突出現(xiàn)的分組丟失基帶層支持兩種類型的物理鏈路主設(shè)備和從設(shè)備間的同步面向連接SCO鏈路：用于那些有固定帶寬要求、低延遲、不需要可靠傳輸?shù)男畔CO鏈路的帶寬是固定的，為64kbps，不需要使用CRC和ARQ主設(shè)備和所有從設(shè)備間的異步無連接ACL鏈路支持對稱和非對稱負(fù)載主設(shè)備采用輪詢方式，在需為每個從設(shè)備分配相應(yīng)的時槽支持廣播以發(fā)送信息給同一個piconet中的所有從設(shè)備。19藍(lán)牙多時槽分組主設(shè)備在偶數(shù)個時槽開始傳輸，而從設(shè)備在奇數(shù)個時槽開始傳輸為了減少頭部的開銷，允許多時槽分組，每個分組的長度為奇數(shù)個時槽（分別為1，3，5）ACL鏈路使用那些尚未被SCO鏈路占用的時槽，支持對稱和非對稱負(fù)載注意：ACL和SCO鏈路可以混合使用20fk表示第k個時槽所采用的載波頻率M表示主設(shè)備S表示從設(shè)備單時槽分組三時槽非對稱三時槽對稱五時槽非對稱ACL鏈路ACL支持6種類型的鏈路，每種鏈路支持對稱和非對稱兩種方式鏈路Dxn：x為M/H表示采用/不采用FEC，n（=1,3,5)表示該鏈路上數(shù)據(jù)分組的時槽數(shù)（即DM1/DH1/DM3/DH3/DM5/DH5）對稱DH1鏈路每個時槽攜帶216比特的數(shù)據(jù)，每秒使用1600/2=800個時槽數(shù)據(jù)速率為216*800=172.8kbps。非對稱DM5鏈路：總共使用6個時槽，每秒時槽數(shù)為1600/6主設(shè)備到從設(shè)備采用5個時槽的分組，每個分組攜帶1792比特的信息從設(shè)備到主設(shè)備使用一個時槽的分組，攜帶136比特數(shù)據(jù)21鏈路對稱非對稱分組DM1108.8108.8108.8單時槽分組DH1172.8172.8172.8DM3258.1387.254.4三時槽分組DH3390.4585.686.4DM5286.7477.836.3五時槽分組DH5433.9723.257.6非對稱DH5鏈路：主設(shè)備發(fā)送的5時槽分組攜帶2712比特數(shù)據(jù)723.2kbps從設(shè)備的1時槽分組攜帶216比特的數(shù)據(jù)16*1600/6=57.6kbps藍(lán)牙分組訪問碼：同步字段通過48比特藍(lán)牙地址的低24位地址、跳頻的偽噪聲序列等生成，具有比較好的抗干擾能力。ID分組僅僅包含68比特的訪問碼詢問訪問碼IAC：預(yù)留的詢問地址，用于詢問設(shè)備訪問碼DAC：藍(lán)牙地址，用于尋呼以及尋呼的響應(yīng)72比特的信道訪問碼CAC唯一標(biāo)識那個piconet，后面緊隨分組頭和數(shù)據(jù)FEC1/3

FEC:采用比特重復(fù)方法，分組頭部都是采用1/3FEC編碼的2/3:(15,10)海明碼，可以糾正單比特差錯，檢測出雙錯訪問碼（68或72比特）分組頭部（0或54比特）負(fù)載（0～2745比特）前綴同步尾部4464地址類型流ARQNSEQNHEC314181哪個從設(shè)備，全0表示所有從設(shè)備停止/恢復(fù)ACL分組傳輸NAK/ACK藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)維護(hù)詢問79個載波頻率的32個還充當(dāng)了喚醒載波的功能主設(shè)備定期在32個喚醒載波中廣播一個帶查詢訪問碼IAC的ID消息來詢問是否有藍(lán)牙設(shè)備。處于低功耗的初始（待機(jī)）狀態(tài)的設(shè)備每隔1.28秒喚醒并且在32個跳頻中監(jiān)聽藍(lán)牙設(shè)備收到查詢時發(fā)送回一個包含地址和發(fā)送者時鐘等信息的FHS分組。藍(lán)牙設(shè)備也可以設(shè)置不回應(yīng)IAC

ID消息，從而不可被發(fā)現(xiàn)尋呼主設(shè)備在對應(yīng)從設(shè)備的跳頻序列（根據(jù)前面從設(shè)備的FHS消息）上發(fā)送DAC

ID尋呼從設(shè)備從設(shè)備發(fā)送DAC

ID分組確認(rèn)加入主設(shè)備發(fā)送FHS分組，給出piconet使用的跳頻序列從設(shè)備在主設(shè)備的跳頻序列上發(fā)送DAC

ID分組，轉(zhuǎn)為連接狀態(tài)23藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)維護(hù)連接狀態(tài)，引入了4個工作模式來降低功耗，能耗從高到低順序：活躍（Active）：正常數(shù)據(jù)傳輸嗅探（SNIFF）:從設(shè)備每隔一段時間才在它的時槽（可設(shè)定時槽間隔）進(jìn)行監(jiān)聽以接收數(shù)據(jù)，主設(shè)備也相應(yīng)的只在指定的時槽才會發(fā)送數(shù)據(jù)保持（HOLD）只能使用SCO鏈路，ACL鏈路不再使用保持與，直到有數(shù)據(jù)傳輸時重回活躍模式。從設(shè)備在某個piconet保持，但可在另一Piconet活躍?？浚≒ARK）保持與主設(shè)備同步只能接收主設(shè)備發(fā)出的廣播分組。通過一個8比特的PM_ADDR來標(biāo)識，活躍地址被回收給主設(shè)備一個piconet最多支持255個停靠設(shè)備和7個從設(shè)備。24Zigbee2003年5月正式發(fā)布針對低速無線個人區(qū)域網(wǎng)（LR-WPAN）的IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，給出了LR-WPAN的物理層和MAC層協(xié)議2001年9月，菲利普、三星、摩托羅拉等廠商成立ZigBee聯(lián)盟推廣802.15.4，在802.15.4的基礎(chǔ)上進(jìn)一步定義了網(wǎng)絡(luò)層、安全管理、應(yīng)用層等協(xié)議IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)主要具有如下基本特征：低數(shù)據(jù)速率：在不同的載波頻率下支持20kbps、40kbps和250kbps功耗低：發(fā)射功率僅1mW，通過采用較小（如1%）的任務(wù)周期減少功率消耗。成本低：協(xié)議簡單，成本較低，ZigBee協(xié)議無需象藍(lán)牙一樣付專利費。時延短：典型搜索設(shè)備時延為30ms，睡眠激活時延為15ms，設(shè)備的信道接入時延為15ms。網(wǎng)絡(luò)容量大：支持星形和點對點兩種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，星形拓?fù)渲锌扇菁{最多255臺設(shè)備，通過點對點網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展所覆蓋的范圍，最多可容納6萬多臺設(shè)備。傳輸可靠：支持沖突避免的載波多路監(jiān)聽技術(shù)，同時也可為需要固定帶寬的業(yè)務(wù)預(yù)留專用時槽，支持確認(rèn)機(jī)制，保證傳輸可靠性。安全：采用AES-128加密算法，各個應(yīng)用可靈活確定其安全屬性。25Zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銯FD實現(xiàn)了規(guī)范中的所有功能，可以與RFD以及其他FFD通信RFD僅僅實現(xiàn)了其中最少一部分功能，RFD設(shè)備之間不能直接通信，只能和網(wǎng)絡(luò)中的FFD通信協(xié)調(diào)器一定是FFD，通過傳輸信標(biāo)幀來提供同步功能，并且完成成員的加入和退出、地址分配以及分組轉(zhuǎn)發(fā)等PAN協(xié)調(diào)器是LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)中的主控制器，負(fù)責(zé)選取唯一的PAN標(biāo)識。設(shè)備可以是一個FFD或者RFD。26協(xié)調(diào)器FFDRFDa.星型b.點對點（網(wǎng)狀）c.簇樹Zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫切瓮負(fù)渥疃嗫梢杂?55個成員，其中一個成員作為PAN協(xié)調(diào)器所有設(shè)備的通信都要通過PAN協(xié)調(diào)器適合家庭自動化、PC外設(shè)、交互式玩具以及個人健康護(hù)理等小范圍的室內(nèi)應(yīng)用。點對點網(wǎng)絡(luò)任意兩個設(shè)備只要信號允許可直接通信協(xié)調(diào)器只是完成網(wǎng)絡(luò)初始化、控制節(jié)點的加入和退出可采取自組織方式構(gòu)造更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，適合于那些需要覆蓋較大范圍的工業(yè)控制、傳感器網(wǎng)絡(luò)、固定資產(chǎn)跟蹤等應(yīng)用。多級簇樹結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)大多數(shù)設(shè)備是FFD，RFD作為簇樹的葉設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)中。設(shè)備的加入維持簇樹結(jié)構(gòu)，實際的通信并不一定要按照簇樹來進(jìn)行，而是可以采用網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)27Zigbee協(xié)議棧IEEE802.15.4定義物理層和MAC。邏輯鏈路控制LLC在IEEE802.2標(biāo)準(zhǔn)中定義，為上層提供一個統(tǒng)一的接口Zigbee聯(lián)盟定義了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層規(guī)范網(wǎng)絡(luò)層包括發(fā)現(xiàn)和維護(hù)設(shè)備間的路由，發(fā)現(xiàn)單跳鄰居并保存鄰居信息，對于發(fā)送的幀加入相應(yīng)的安全機(jī)制等；應(yīng)用層定義了一個應(yīng)用框架，同時定義了Zigbee設(shè)備對象以及廠商定義的應(yīng)用對象來描述設(shè)備以及應(yīng)用的屬性并進(jìn)行相應(yīng)的處理。28物理媒體IEEE802.15.4868/915MHzPHYIEEE802.15.42400MHzPHYIEEE802.15.4MACZigbee網(wǎng)絡(luò)層NWKZigbee應(yīng)用框架Zigbee應(yīng)用邏輯鏈路控制LLCIEEE802.15.4Zigbee協(xié)議Zigbee用戶數(shù)據(jù)鏈路層物理層頻段/MHz帶寬/KHz直接序列擴(kuò)頻數(shù)據(jù)參數(shù)碼片速率/kcps調(diào)制方式數(shù)據(jù)速率波特率符號868/915868~868.6(1信道，歐洲)600300BPSK2020二進(jìn)制902~928(10信道，北美)2000600BPSK4040二進(jìn)制24502400~2483.5(16信道，全球)50002000OQPSK25062.516級正交ZigbeeMAC層主要提供如下6個方面的服務(wù)：信標(biāo)幀的管理，定期或收到請求發(fā)送信標(biāo)幀，使得設(shè)備可以與協(xié)調(diào)器同步。PAN網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)和取消關(guān)聯(lián)操作，設(shè)備在加入PAN時需要通過關(guān)聯(lián)操作向協(xié)調(diào)器注冊以及進(jìn)行身份認(rèn)證，離開PAN時取消關(guān)聯(lián)。采用CSMA/CA的信道訪問機(jī)制，可以支持盡力遞交的數(shù)據(jù)傳輸。支持確保時槽機(jī)制，支持有時延要求的數(shù)據(jù)傳輸。通過確認(rèn)支持可靠數(shù)據(jù)傳輸。為應(yīng)用提供相應(yīng)的安全機(jī)制。MAC的最大幀長為127字節(jié)定義了四種類型的幀：信標(biāo)幀、數(shù)據(jù)幀、確認(rèn)幀和MAC命令幀MAC命令幀用于MAC層的控制，包括關(guān)聯(lián)和取消關(guān)聯(lián)、信標(biāo)請求、數(shù)據(jù)請求、GTS請求設(shè)備可以采用長地址(64比特的IEEE地址)或(加入PAN時由協(xié)調(diào)器分配的16比特的)短地址標(biāo)識地址信息字段根據(jù)需要可以進(jìn)一步分為目的PANID（0/2）、目的地址（0/2/8）、源PANID（0/2）和源地址（0/2/8）。29210～20可變2

幀控制順序號地址信息MAC幀負(fù)載FCS

MAC幀數(shù)據(jù)幀用于傳輸高層發(fā)到MAC子層的數(shù)據(jù)；確認(rèn)幀：在收到目的地址為自身的數(shù)據(jù)幀或者M(jìn)AC命令幀，且控制信息字段的確認(rèn)請求位為1時發(fā)送，其順序號設(shè)為收到的幀的順序號信標(biāo)幀地址信息：16比特的PANID+16比特或64比特的協(xié)調(diào)器地址超級幀描述：給出了超級幀的持續(xù)時間、活躍部分持續(xù)時間、競爭訪問階段的持續(xù)時間GTS分配字段給出了無競爭階段分成了多少個時槽，每個時槽分配給哪個設(shè)備待轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)字段給出了目前暫時在協(xié)調(diào)器處保存的數(shù)據(jù)對應(yīng)的設(shè)備地址30214/102Kmn2幀控制順序號地址信息超級幀描述GTS分配待轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)負(fù)載FCS超級幀機(jī)制31無信標(biāo)開啟（nonbeacon-enabled）網(wǎng)絡(luò)PAN的管理仍然需要信標(biāo)幀來完成，但不是定期發(fā)送信標(biāo)幀。數(shù)據(jù)和命令幀采用標(biāo)準(zhǔn)的CSMA/CA信道訪問機(jī)制：首先等待一段隨機(jī)的時間，監(jiān)聽信道是否空閑，如信道空閑則