無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

第6章傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第1頁。26.1技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的意義無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的價(jià)值就在于它的低成本和可以大量部署。為了降低產(chǎn)品成本、擴(kuò)大市場(chǎng)和實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益，傳感器網(wǎng)絡(luò)的某些特征和共性技術(shù)必須實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，這樣來自不同產(chǎn)商的產(chǎn)品才能協(xié)同工作。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化工作受到了許多國家及國際標(biāo)準(zhǔn)組織的普遍關(guān)注，已經(jīng)完成了一系列草案甚至標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定。其中最出名的就是IEEE802.15.4/ZigBee規(guī)范，它甚至已經(jīng)被一部分研究及產(chǎn)業(yè)界人士視為傳感器網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.15.4定義了短距離無線通信的物理層及鏈路層規(guī)范，ZigBee則定義了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、傳輸和應(yīng)用規(guī)范。目前傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化工作的兩個(gè)公認(rèn)成果是IEEE1451接口標(biāo)準(zhǔn)和IEEE802.15.4低速率無線個(gè)域網(wǎng)協(xié)議。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第2頁。36.2IEEE1451系列標(biāo)準(zhǔn)1、IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)的誕生基于各種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的分布式測(cè)量和控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，這些系統(tǒng)所采用的控制總線網(wǎng)絡(luò)多種多樣、千差萬別，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、通訊接口、通訊協(xié)議等各不相同。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第3頁。4傳統(tǒng)的分布式測(cè)量控制系統(tǒng)結(jié)：由于這種系統(tǒng)的構(gòu)造和設(shè)計(jì)是基于各種網(wǎng)絡(luò)總線標(biāo)準(zhǔn)而定，如I2C，HART，SPI，LonWorks及CAN等，每種總線標(biāo)準(zhǔn)都有自己規(guī)定的協(xié)議格式，相互不兼容，給系統(tǒng)的擴(kuò)展、維護(hù)等帶來不利的影響。6.2IEEE1451系列標(biāo)準(zhǔn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第4頁。5

國際電子電氣工程師協(xié)會(huì)(IEEE)面對(duì)目前傳感器市場(chǎng)上總線接口互不兼容,互操作性差難以統(tǒng)一的難題,專門建立專家組制定IEEE1451協(xié)議族,以此來解決傳感器接口的標(biāo)準(zhǔn)化問題。

IEEE1451協(xié)議族共分五個(gè)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),目前,IEEE1451.1、IEEE1451.2、IEEE1451.3、IEEE1451.4已被IEEE組織通過。

這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)提供了將變送器(傳感器和執(zhí)行器)連接到一個(gè)數(shù)字系統(tǒng),尤其是到網(wǎng)絡(luò)的方式,簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)變送器到微處理器以及網(wǎng)絡(luò)的連接,提供一個(gè)適合各種網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口,有效的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)各種不同的智能變送器的網(wǎng)絡(luò)互連、即插即用,最終實(shí)現(xiàn)各個(gè)傳感器或執(zhí)行器廠家的產(chǎn)品相互兼容,降低了構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)的總成本。6.2IEEE1451系列標(biāo)準(zhǔn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第5頁。66.2IEEE1451系列標(biāo)準(zhǔn)IEEE1451協(xié)議族定義了一個(gè)較為完整的通用模型,在這個(gè)模型中采用分層體系結(jié)構(gòu)。IEEE1451.2智能傳感器接口模塊標(biāo)準(zhǔn)的功能框架:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第6頁。76.2IEEE1451系列標(biāo)準(zhǔn)第一層模塊結(jié)構(gòu)為網(wǎng)絡(luò)適配器NCAP(NetworkCapableApplicationProcessor),用來運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和應(yīng)用軟件第二層模塊為智能變送器模塊STIM(SmartTransducerInterfaceModule),其中包括變送器和電子數(shù)據(jù)表格TEDS(TransducerElectronicDataSheet)。這種劃分使得在基于各種現(xiàn)場(chǎng)總線的分布式測(cè)量控制系統(tǒng)中,各種變送器的設(shè)計(jì)、制造無須考慮系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),從而智能化范圍的得以延伸,更加接近實(shí)際測(cè)量和控制點(diǎn)。其中TEDS的設(shè)計(jì)是整個(gè)協(xié)議族的精華所在,使傳感器模塊同時(shí)具有即插即用的兼容性。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第7頁。86.2IEEE1451系列標(biāo)準(zhǔn)電子數(shù)據(jù)表格(TEDS)存儲(chǔ)了變送器自身信息和制造商信息

有八個(gè)可尋址的單元，其中前兩項(xiàng)是必選且只讀的，其余是可選的：MetaTEDS:STIM的整體描述符ChannelTEDS:包括STIM的量程、單位、啟動(dòng)時(shí)間等參數(shù)其余六項(xiàng)包括:最后校準(zhǔn)日期、校準(zhǔn)周期和校準(zhǔn)參數(shù)，滿足特殊功能的要求，在將來工業(yè)應(yīng)用中的功能擴(kuò)展等無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第8頁。96.2IEEE1451系列標(biāo)準(zhǔn)IEEE1451.2標(biāo)準(zhǔn)稱為變送器與微處理器通信協(xié)議和變送器電子數(shù)據(jù)表格式。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。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。這是一項(xiàng)實(shí)用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它使變送器電子數(shù)據(jù)表格與模擬測(cè)量相兼容。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第9頁。106.2IEEE1451系列標(biāo)準(zhǔn)IEEE1451系列標(biāo)準(zhǔn)的組成結(jié)構(gòu)如圖所示，這些標(biāo)準(zhǔn)可以在一起應(yīng)用，構(gòu)成多種網(wǎng)絡(luò)類型的智能傳感器系統(tǒng)，也可以單獨(dú)使用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第10頁。116.2IEEE1451系列標(biāo)準(zhǔn)IEEE還在著手制定無線連接各種傳感設(shè)備的接口標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)的名稱為“IEEEP1451.5”，主要用于利用電腦等主機(jī)設(shè)備綜合管理建筑物內(nèi)各傳感設(shè)備獲得的數(shù)據(jù)。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。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第11頁。126.2IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)6.2.1IEEE802.15標(biāo)準(zhǔn)概述IEEE8.2.15工作組于1998年成立，致力于無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（WPAN）物理層和媒體訪問子層的標(biāo)準(zhǔn)化工作。主要分為四個(gè)工作組，研究不同應(yīng)用需求下的標(biāo)準(zhǔn)：802.15.1藍(lán)牙無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，中速、近距離，適用于手機(jī)、PDA等。802.15.2

是802.15.1的補(bǔ)充，研究802.15.1與802.11WLAN的共存問題。802.15.3

高傳輸速率無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，多媒體方面的應(yīng)用。802.15.4

低速無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，低能耗，低速率和低成本，針對(duì)個(gè)人和家庭范圍內(nèi)不同設(shè)備間的低速傳輸。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第12頁。13WLAN(無線局域網(wǎng)絡(luò))基于IEEE

802.11系列標(biāo)準(zhǔn)802.11，1997年，原始標(biāo)準(zhǔn)(2Mb/s工作在2.4GHz)。802.11a，1999年，物理層補(bǔ)充(54Mb/s工作在5GHz)。802.11b，1999年，物理層補(bǔ)充(11Mb/s工作在2.4GHz)。802.11c，符合802.1d的媒體接入控制層(MAC)橋接。802.11d，根據(jù)各國無線電規(guī)定做的調(diào)整。802.11e，對(duì)服務(wù)等級(jí)(QoS)的支持。802.11f，基站的互連性(Interoperability)。802.11g，物理層補(bǔ)充(54Mb/s工作在2.4GHz)。802.11h，無線覆蓋半徑的調(diào)整，室內(nèi)(indoor)和室外(outdoor)信道(5GHz頻段)。802.11i，安全和鑒權(quán)(Authentification)方面的補(bǔ)充。802.11n，導(dǎo)入多重輸入輸出(MIMO)和40Mbit通道寬度技術(shù)。6.2IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第13頁。14由于IEEE的網(wǎng)絡(luò)特征和傳感器網(wǎng)絡(luò)相似，因此科研機(jī)構(gòu)將它作為傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義的LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)：在不同的載波頻率下實(shí)現(xiàn)20kbps、40kbps和250kbps三種不同的傳輸速率；支持星型和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)兩種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；有16位和64位兩種地址格式，其中64位地址是全球惟一的擴(kuò)展地址；支持沖突避免的載波多路偵聽技術(shù)(CSMA-CA)；支持確認(rèn)機(jī)制，保證傳輸可靠性。6.2IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)6.2.1IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)概述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第14頁。15IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定物理層任務(wù)：激活和休眠射頻收發(fā)器；信道能量檢測(cè)：測(cè)量目標(biāo)信道中接收信號(hào)的功率強(qiáng)調(diào)，檢測(cè)結(jié)果為有效信號(hào)和噪聲信號(hào)功率之和；檢測(cè)接收數(shù)據(jù)包的鏈路質(zhì)量指示(LQI)，得出信噪比指標(biāo)；空閑信道評(píng)估；收發(fā)數(shù)據(jù)。如何評(píng)估信道是否空閑？方法1：判斷信號(hào)的信道能量，低于門限，則為空閑；方法2：判斷信號(hào)的特征(擴(kuò)頻信號(hào)特征和載波頻率)；方法3：同時(shí)判斷信道能量和信號(hào)的特征。6.2IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)6.2.2物理層標(biāo)準(zhǔn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第15頁。16IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義的信道0-26共27個(gè)；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。信道的頻段中心定義(其中k表示信道編號(hào))：

fc=868.3MHzk=0fc=906+2×(k－1)MHzk=1，2，…，10fc=2405+5×(k－11)MHzk=11，12，…，266.2IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)6.2.2物理層標(biāo)準(zhǔn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第16頁。17

頻帶

使用范圍

數(shù)據(jù)傳輸率

信道數(shù)2.4GHzISM 全世界250kbps16868MHz 歐洲 20kbps1915MHzISM 北美 40kbps106.2IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)6.2.2物理層標(biāo)準(zhǔn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第17頁。18Z-Stack中對(duì)頻道的設(shè)置6.2IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)6.2.2物理層標(biāo)準(zhǔn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第18頁。19物理層服務(wù)規(guī)范物理層(PHY)通過射頻連接件和硬件提供MAC層和無線物理信道之間的接口。物理層在概念上提供“物理層管理實(shí)體(PLME)”，該實(shí)體提供了用于調(diào)用物理層管理功能的管理服務(wù)接口。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)提供物理層的數(shù)據(jù)服務(wù)；通過PLME的服務(wù)接入點(diǎn)提供物理層的管理服務(wù)。6.2IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)6.2.2物理層標(biāo)準(zhǔn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第19頁。202、物理層幀結(jié)構(gòu)前導(dǎo)碼由32個(gè)0組成，用于收發(fā)器之間進(jìn)行同步。幀起始定界符（SFD）域由8位組成，表示同步結(jié)束，數(shù)據(jù)包開始傳輸。SFD與前導(dǎo)碼構(gòu)成同步頭。幀長度由7位組成，表示物理服務(wù)數(shù)據(jù)單元（PSDU）的字節(jié)數(shù)。幀長度域和1位的保留位構(gòu)成了物理頭。PSDU域是變長的，攜帶PHY數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)，包含介質(zhì)訪問控制協(xié)議數(shù)據(jù)單元。PSDU域是物理層的載荷。4字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)變

長前導(dǎo)碼SFD幀長度(7位)保留位(1位)PSDU同步頭物理幀頭PHY負(fù)載6.2IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)6.2.2物理層標(biāo)準(zhǔn)0xA7≤127字節(jié)承載MAC幀無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第20頁。216.2IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)6.2.3MAC層標(biāo)準(zhǔn)MAC層需要處理接入到物理無線信道等事務(wù)，并負(fù)責(zé)下列的任務(wù)：能產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)（如果設(shè)備是協(xié)調(diào)器）與信標(biāo)保持同步支持PAN（個(gè)人局域網(wǎng)）的連接和斷開連接支持設(shè)備的安全性信道接入采用CSMA-CA接入機(jī)制處理和維護(hù)GTS(保護(hù)時(shí)隙)機(jī)制在對(duì)等的MAC實(shí)體之間提供一個(gè)可靠的通信鏈路（單跳）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第21頁。22MAC層的幀結(jié)構(gòu)MAC層的通用幀結(jié)構(gòu)由幀頭、MAC負(fù)載和幀尾構(gòu)成。幀頭的域都以固定的順序出現(xiàn)尋址域不一定要在所有幀都出現(xiàn)6.2IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)6.2.3MAC層標(biāo)準(zhǔn)210/20/2/80/20/2/8變長2幀控制序列號(hào)目標(biāo)PAN標(biāo)識(shí)目標(biāo)地址源PAN標(biāo)識(shí)源地址幀負(fù)載FCS地址域MHRMAC負(fù)載MFR包含幀類型定義、尋址域和其它控制標(biāo)志為每個(gè)幀提供唯一的序列標(biāo)識(shí)接收方的唯一PAN地址接收方短地址或長地址發(fā)送方的唯一PAN地址發(fā)送方短地址或長地址長度可變，因不同幀類型其內(nèi)容各不相同CRC校驗(yàn)碼MAC幀頭

地址域（0－20字節(jié)）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第22頁。23幀控制域指明了MAC幀的類型、地址域的格式以及是否需要接收方確認(rèn)等控制信息。0-2幀類型3安全允許標(biāo)志4未處理數(shù)據(jù)標(biāo)志5請(qǐng)求確認(rèn)6PAN內(nèi)部標(biāo)記7-9保留10-11目的地址模式12-13保留14-15源地址模式000:信標(biāo)幀001:數(shù)據(jù)幀010:確認(rèn)幀011:命令幀1:加密0:不加密1:除本幀外，還有后續(xù)數(shù)據(jù)0:無后續(xù)數(shù)據(jù)1:需要確認(rèn)0:無需確認(rèn)1:該MAC幀在本身所屬的PAN內(nèi)傳輸，幀地址域中不包含源PAN標(biāo)識(shí)符；O:該幀是傳輸?shù)搅硪粋€(gè)PAN，幀中必須包含源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的PAN標(biāo)識(shí)符。00:PAN標(biāo)識(shí)符和地址子域不存在01:保留10:16位短地址11:64位物理地址6.2IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)6.2.3MAC層標(biāo)準(zhǔn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第23頁。24序列號(hào)域的長度為8位，它是幀的序列標(biāo)識(shí)，由設(shè)備自己的幀序列號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生，采用循環(huán)計(jì)數(shù)方式，范圍0到0xFF。接收方可以根據(jù)此序列號(hào)判斷接收的幀是否為新幀。地址域長度0到20字節(jié)，它有四個(gè)子域：目的PAN標(biāo)識(shí)符：長度16位，是接收該幀的設(shè)備所在PAN的唯一標(biāo)識(shí)。當(dāng)標(biāo)識(shí)符為0xFFFF時(shí)，表示該幀為廣播幀，在同一信道上的所有設(shè)備都可以接收該幀。目的地址：是接收幀設(shè)備的地址。根據(jù)幀地址控制子域不同的情況，目的地址可以為16位或64位。源PAN標(biāo)識(shí)符：長度16位，是發(fā)送該幀的設(shè)備所在PAN的唯一標(biāo)識(shí)符。源地址：是幀發(fā)送設(shè)備的地址。根據(jù)幀地址控制子域不同的情況，目的地址為16位或64位。6.2IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)6.2.3MAC層標(biāo)準(zhǔn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第24頁。25有效載荷域即幀傳送的數(shù)據(jù)，若幀的安全控制域值為l，則載荷采用AES-128加密方式進(jìn)行處理。AES內(nèi)部始終使用16字節(jié)的分組長度，加密時(shí)，如果明文字節(jié)長度不是16的整數(shù)倍，要填充到大于該長度的最接近的16的倍數(shù)，但是如果剛好等于16的倍數(shù)，就額外在添加一個(gè)完整的分組，也就是添加16字節(jié)。6.2IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)6.2.3MAC層標(biāo)準(zhǔn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第25頁。26幀校驗(yàn)子域包含一個(gè)16位的CRC校驗(yàn)碼。unsignedshortdo_crc(unsignedchar*message,unsignedintlen){inti,j;unsignedshortcrc_reg=0;unsignedshortcurrent;for(i=0;i<len;i++){current=message[i]<<8;for(j=0;j<8;j++){if((short)(crc_reg^current)<0)crc_reg=(crc_reg<<1)^0x1021;elsecrc_reg<<=1;current<<=1;}}returncrc_reg;}

6.2IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)6.2.3MAC層標(biāo)準(zhǔn)CRC的生成多項(xiàng)式：x16+x12+x5+110001000000100001=0x1021(忽略最高位)16位CRC計(jì)算方法

1．預(yù)置1個(gè)16位的寄存器為十六進(jìn)制FFFF（即全為1）；稱此寄存器為CRC寄存器；2．把第一個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)（既通訊信息幀的第一個(gè)字節(jié)）與16位的CRC寄存器的低8位相異或，把結(jié)果放于CRC寄存器；3．把CRC寄存器的內(nèi)容邏輯右移一位，并檢查右移后的移出位；4．如果移出位為0：重復(fù)第3步（再次右移一位）；如果移出位為1：CRC寄存器與多項(xiàng)式1021(0001

0000

0010

0001)進(jìn)行異或;5．重復(fù)步驟3和4，直到右移8次，這樣整個(gè)8位數(shù)據(jù)全部進(jìn)行了處理；6．重復(fù)步驟2到步驟5，進(jìn)行通訊信息幀下一個(gè)字節(jié)的處理；7．將該通訊信息幀所有字節(jié)按上述步驟計(jì)算完成后，得到的16位CRC。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第26頁。276.2IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)6.2.3MAC層標(biāo)準(zhǔn)MAC層定義了四種幀結(jié)構(gòu)，其長度不超過127字節(jié)：信標(biāo)幀在信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)調(diào)器通過向網(wǎng)絡(luò)中的所有從設(shè)備發(fā)送信標(biāo)幀，以保證這些設(shè)備能夠同協(xié)調(diào)器進(jìn)行同步（同步工作和同步休眠），以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)功耗最低。非信標(biāo)模式只允許終端設(shè)備進(jìn)行周期性休眠，協(xié)調(diào)器和所有路由器必須長期處于工作狀態(tài)。2幀控制1序列號(hào)4/10尋址域2超幀規(guī)范變長GTS域變長地址域變長信標(biāo)超載2校驗(yàn)碼MHRMAC負(fù)載MFR無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第27頁。28IEEE802.15.4MAC協(xié)議規(guī)定，對(duì)于信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，在超幀的第一個(gè)時(shí)隙，發(fā)送一個(gè)信標(biāo)幀，如果不需要同步，則不發(fā)送信標(biāo)幀。在超幀結(jié)構(gòu)中，活動(dòng)時(shí)間固定不變，CAP和CFP可變。時(shí)隙長度、CAP時(shí)段中時(shí)隙個(gè)數(shù)等參數(shù)均由協(xié)調(diào)器設(shè)定，并在信標(biāo)幀中廣播到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。在非信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中不使用超幀結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)采用CSMA/CA算法競(jìng)爭(zhēng)訪問信道，每個(gè)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙為20個(gè)符號(hào)長度。6.2IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)6.2.3MAC層標(biāo)準(zhǔn)GTS0123456789101112131415

GTSCFPCAP活動(dòng)時(shí)間非活動(dòng)時(shí)間信標(biāo)競(jìng)爭(zhēng)訪問時(shí)間，使用帶時(shí)隙的CSMA/CA算法競(jìng)爭(zhēng)信道非競(jìng)爭(zhēng)訪問時(shí)間(可選)使用時(shí)隙保護(hù)機(jī)制(GTS)，留給特定設(shè)備使用每個(gè)符號(hào)長度為4bit時(shí)間無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第28頁。29數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀由應(yīng)用層發(fā)起，在ZigBee設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)由應(yīng)用層生成，經(jīng)過逐層數(shù)據(jù)處理后發(fā)送給MAC層，形成MAC層服務(wù)數(shù)據(jù)單元(MSDU)。通過添加MAC層幀頭信息和幀尾，便形成了完整的MAC數(shù)據(jù)幀MPDU。6.2IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)6.2.3MAC層標(biāo)準(zhǔn)2幀控制1序列號(hào)4/10尋址域變長數(shù)據(jù)負(fù)載2校驗(yàn)碼MHRMAC負(fù)載MFR無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第29頁。30確認(rèn)幀如果設(shè)備收到目的地址為自身地址的數(shù)據(jù)幀或命令幀，并且?guī)拇_認(rèn)請(qǐng)求位為1，設(shè)備需要回復(fù)一個(gè)確認(rèn)幀。確認(rèn)幀緊接著被確認(rèn)的幀發(fā)送，不需要使用CSMA/CA機(jī)制競(jìng)爭(zhēng)信道。6.2IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)6.2.3MAC層標(biāo)準(zhǔn)2幀控制1序列號(hào)2校驗(yàn)碼MHRMFR無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第30頁。31命令幀MAC命令幀由MAC子層發(fā)起。在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，為了對(duì)設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行控制，同網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備進(jìn)行通信，MAC層將根據(jù)命令類型生成相應(yīng)的命令幀。6.2IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)6.2.3MAC層標(biāo)準(zhǔn)2幀控制1序列號(hào)4/10尋址域1命令幀標(biāo)識(shí)變長命令負(fù)載2校驗(yàn)碼MHRMAC負(fù)載MFR無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第31頁。32IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)包括物理層MAC層學(xué)習(xí)要求理解物理層的信道分配方案及任務(wù)，掌握物理層的幀結(jié)構(gòu)，各字段的作用。理解MAC層的任務(wù)，掌握MAC層四種類型的幀結(jié)構(gòu)及作用。6.2IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)小結(jié)解決信道評(píng)估和數(shù)據(jù)收發(fā)問題解決網(wǎng)絡(luò)接入問題無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第32頁。331、ZigBee的由來ZigBee技術(shù)是一種面向自動(dòng)化和無線控制的低速率、低功耗、低價(jià)格的無線網(wǎng)絡(luò)方案。在ZigBee方案被提出一段時(shí)間后，IEEE802.15.4工作組也開始了一種低速率無線通信標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。最終Zigbee聯(lián)盟和IEEE802.15.4工作組決定合作共同制定一種通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，該協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)被命名為“ZigBee”。6.3ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6.3.1ZigBee概述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第33頁。34ZigBee的通信速率要求低于藍(lán)牙，由電池供電設(shè)備提供無線通信功能，并希望在不更換電池并且不充電的情況下正常工作幾個(gè)月甚至幾年。ZigBee無線設(shè)備工作在公共頻段上(全球2.4GHz、美國915MHz、歐洲868MHz)，傳輸距離為10～75m，具體數(shù)值取決于射頻環(huán)境和特定應(yīng)用條件下的輸出功耗。ZigBee的通信速率在2.4GHz時(shí)為250kbps，在915MHz時(shí)為40kbps，在868MHz時(shí)為20kbps。6.3ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6.3.1ZigBee概述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第34頁。352、ZigBee協(xié)議框架ZigBee協(xié)議棧自上而下由應(yīng)用層（包括應(yīng)用子層、應(yīng)用架構(gòu)和ZigBee設(shè)備對(duì)象）、網(wǎng)絡(luò)層、MAC層和物理層組成。6.3ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6.3.1ZigBee概述應(yīng)用對(duì)象1應(yīng)用對(duì)象240…應(yīng)用架構(gòu)AF應(yīng)用子層APS網(wǎng)絡(luò)層WNKMAC層物理層PHYZigBee設(shè)備對(duì)象ZDO應(yīng)用層IEEE802.15.4ZigBee聯(lián)盟無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第35頁。36特殊應(yīng)用對(duì)象應(yīng)用對(duì)象0：用于整個(gè)ZigBee設(shè)備的配置和管理，附屬于對(duì)象0的對(duì)象稱為ZigBee設(shè)備對(duì)象(ZDO)。應(yīng)用對(duì)象255：用于對(duì)所有對(duì)象的廣播應(yīng)用對(duì)象241—254：保留6.3ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6.3.1ZigBee概述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第36頁。37ZigBee協(xié)議主要界定了網(wǎng)絡(luò)、安全和應(yīng)用框架層。支持三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型(Star)結(jié)構(gòu)，可提供很長時(shí)間的電池使用壽命。網(wǎng)狀(Mesh)結(jié)構(gòu)，有多條傳輸路徑，具有較高的可靠性。簇樹型(ClusterTree)結(jié)構(gòu)，結(jié)合了星型和網(wǎng)狀型結(jié)構(gòu)，既有較高的可靠性，又節(jié)省電池能量。6.3ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6.3.1ZigBee概述星型網(wǎng)狀型簇狀型協(xié)調(diào)器路由器終端設(shè)備無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第37頁。38按節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中擔(dān)當(dāng)?shù)慕巧珔f(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)發(fā)起并維護(hù)一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)，識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)。路由器支撐網(wǎng)絡(luò)鏈路結(jié)構(gòu)，完成數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)。終端設(shè)備是網(wǎng)絡(luò)的感知者和執(zhí)行者，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和可執(zhí)行的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)作。6.3ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6.3.1ZigBee概述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第38頁。39按節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜程度全功能設(shè)備（FFD）是一種功能完備的設(shè)備，可完成路由任務(wù)，充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。它可與其它的功能完備型設(shè)備或功能簡(jiǎn)化型設(shè)備連接通信，一般接有線電源。簡(jiǎn)化功能設(shè)備（RFD）是網(wǎng)絡(luò)中簡(jiǎn)單的發(fā)送接收節(jié)點(diǎn)，它一般由電池供電，只與功能完備型設(shè)備連接通信。6.3ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6.3.1ZigBee概述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第39頁。40星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由一個(gè)協(xié)調(diào)器和多個(gè)從設(shè)備組成，主協(xié)調(diào)器必須為一個(gè)FFD，從設(shè)備既可為FFD也可為RFD。在任何一個(gè)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)上，所有設(shè)備都有唯一的64位長地址（IEEE地址）和一個(gè)16位的短地址。短地址是一個(gè)相對(duì)地址，長地址是一個(gè)絕對(duì)地址。在ZigBee技術(shù)應(yīng)用中，PAN主協(xié)調(diào)器是主要的耗能設(shè)備，其他從設(shè)備均采用電池供電。ZigBee技術(shù)的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常在家庭自動(dòng)化、PC外圍設(shè)備、玩具、游戲以及個(gè)人健康檢查等方面得到應(yīng)用。6.3ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6.3.1ZigBee概述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第40頁。41網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)同樣也存一個(gè)協(xié)調(diào)器作為主設(shè)備，但不同于星型網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的任何一個(gè)設(shè)備，只要是在它的通信范圍內(nèi)，就可以和其它設(shè)備通信。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)能夠構(gòu)成較為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。一個(gè)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議可以是基于Ad

hoc技術(shù)的，也可以是自組織式的和自恢復(fù)的，并且，在網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)設(shè)備之間發(fā)送消息時(shí)，可通過多個(gè)中間設(shè)備中繼的方式進(jìn)行傳輸，即通常稱為多跳的傳輸方式，以增大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。6.3ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6.3.1ZigBee概述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第41頁。42樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由一個(gè)協(xié)調(diào)器，多個(gè)路由器和多個(gè)終端設(shè)備組成，在建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，主協(xié)調(diào)器將其自身設(shè)置成簇標(biāo)識(shí)符為0的簇頭，選擇一個(gè)沒有使用的PAN標(biāo)識(shí)符，并向鄰近設(shè)備以廣播的形式發(fā)送信標(biāo)幀，從而形成第一簇網(wǎng)絡(luò)。收到信標(biāo)幀的設(shè)備在簇頭中請(qǐng)求加入該網(wǎng)絡(luò)，如果協(xié)調(diào)器允許加入，那么主協(xié)調(diào)器會(huì)將該設(shè)備作為其子節(jié)點(diǎn)加到它的鄰近表中，同時(shí)，請(qǐng)求加入的設(shè)備將主協(xié)調(diào)器作為它的父節(jié)點(diǎn)加到鄰近列表中，成為該網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)從設(shè)備；同樣，其他的所有候選設(shè)備都按照同樣的方式，請(qǐng)求加入到該網(wǎng)絡(luò)中，作為網(wǎng)絡(luò)的從設(shè)備。樹狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于可以增加網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，缺點(diǎn)是會(huì)增加傳輸信息的延遲時(shí)間。6.3ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6.3.1ZigBee概述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第42頁。433、ZigBee的技術(shù)特點(diǎn)(1)數(shù)據(jù)傳輸速率低:

(20～250kbps)，專注于低速應(yīng)用。(2)有效范圍?。河行Ц采w范圍10～75m之間。(3)工作頻段靈活：使用的頻段分別為2.4GHz(全球)、868MHz(歐洲)及915MHz(北美)，均為ISM頻段。(4)省電：由于工作周期很短，收發(fā)信息功耗較低，以及采用了休眠模式，ZigBee可確保兩節(jié)五號(hào)電池支持長達(dá)6個(gè)月至2年左右的使用時(shí)間。6.3ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6.3.1ZigBee概述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第43頁。44(5)可靠：采用碰撞避免機(jī)制，避免發(fā)送時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。(6)成本低：由于數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡(jiǎn)單，降低了成本，另外使用ZigBee協(xié)議可免專利費(fèi)。(7)時(shí)延短：設(shè)備搜索時(shí)延的典型值為30ms，休眠激活時(shí)延的典型值是15ms，活動(dòng)設(shè)備信道接入時(shí)延為15ms。(8)網(wǎng)絡(luò)容量大：一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)可容納多達(dá)254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備，一個(gè)區(qū)域內(nèi)可同時(shí)布置多達(dá)100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)。(9)安全：ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和認(rèn)證功能，加密算法采用AES-128，應(yīng)用層安全屬性可根據(jù)需求配置。6.3ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6.3.1ZigBee概述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第44頁。451、ZigBee網(wǎng)絡(luò)層（NWK）功能節(jié)點(diǎn)加入、離開網(wǎng)絡(luò)的管理；幀的安全機(jī)制管理根據(jù)路由發(fā)送幀到目的節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)和維護(hù)路由發(fā)現(xiàn)鄰居節(jié)點(diǎn)和維護(hù)鄰居節(jié)點(diǎn)信息ZigBee執(zhí)行基于用于AODV專用網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議。6.3ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6.3.2網(wǎng)絡(luò)層規(guī)范無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第45頁。462、網(wǎng)絡(luò)層向應(yīng)用層提供的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體(NLDE)提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體(NLME)提供網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)6.3ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6.3.2網(wǎng)絡(luò)層規(guī)范無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第46頁。47網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)符合按照應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元(APDU)的格式在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的單個(gè)或多個(gè)設(shè)備之間傳送傳送目標(biāo)可以是終端設(shè)備，也可以是中間設(shè)備應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元(ApplicationProtocolDataUnit

，APDU)6.3ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6.3.2網(wǎng)絡(luò)層規(guī)范APDU頭地址信息APDU有效負(fù)載4字節(jié)16字節(jié)可變長度命令信息數(shù)據(jù)源和目標(biāo)的IEEE地址有效數(shù)據(jù)，如測(cè)量值等。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第47頁。48網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體

提供網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)配置一個(gè)新的設(shè)備:對(duì)設(shè)備初始化加入或離開網(wǎng)絡(luò)尋址:協(xié)調(diào)器和路由器為新入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分配地址鄰居發(fā)現(xiàn):發(fā)現(xiàn)、記錄和匯報(bào)一跳鄰居設(shè)備的信息接收控制:控制接收機(jī)的接收狀態(tài)6.3ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6.3.2網(wǎng)絡(luò)層規(guī)范無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第48頁。493、ZigBee網(wǎng)絡(luò)層的幀結(jié)構(gòu)幀控制域：包括幀種類、尋址等控制標(biāo)志位目標(biāo)地址域：存放目標(biāo)設(shè)備的短地址或廣播地址(0xffff)源地址域：存放發(fā)送設(shè)備自己的短地址半徑域：傳輸半徑（跳數(shù)）序列號(hào)域：每次發(fā)送幀時(shí)加1幀負(fù)載域：長度可變6.3ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6.3.2網(wǎng)絡(luò)層規(guī)范2字節(jié)幀控制2目標(biāo)地址2源地址1半徑1序列號(hào)變長幀負(fù)載路由域幀頭無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第49頁。506.3ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6.3.2網(wǎng)絡(luò)層規(guī)范4、協(xié)調(diào)器組網(wǎng)過程掃描信道指定PANID？是否是否有沖突？返回錯(cuò)誤信息選擇合適的PANID返回成功信息現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中有幾個(gè)節(jié)點(diǎn)？如何指定PANID？指定：0—0x3FFF未指定：0xFFFF僅協(xié)調(diào)器1個(gè)節(jié)點(diǎn)短地址設(shè)為0無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第50頁。515、設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)子設(shè)備父設(shè)備子設(shè)備發(fā)送信標(biāo)請(qǐng)求命令幀父設(shè)備發(fā)送信標(biāo)幀子設(shè)備發(fā)送連接請(qǐng)求命令幀父設(shè)備發(fā)送ACK應(yīng)答幀，若允許入網(wǎng)，則未處理數(shù)據(jù)位置1，否則置0.若ACK幀中未處理數(shù)據(jù)位為1，則子設(shè)備發(fā)送上位數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令幀父設(shè)備發(fā)送該設(shè)備所對(duì)應(yīng)的連接響應(yīng)命令幀子設(shè)備從響應(yīng)命令幀中獲取PANID和短地址，并更新父設(shè)備信息.6.3ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6.3.2網(wǎng)絡(luò)層規(guī)范無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第51頁。526、網(wǎng)絡(luò)地址分配

每個(gè)ZigBee設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，從其父設(shè)備那里獲得一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址（短地址）MAX_DEPTH網(wǎng)絡(luò)最大深度，協(xié)調(diào)器深度為0MAX_CHILDREN協(xié)調(diào)器或路由器的最多子節(jié)點(diǎn)數(shù)MAX_ROUTER協(xié)調(diào)器或路由器的子節(jié)點(diǎn)中最多路由器數(shù)6.3ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6.3.2網(wǎng)絡(luò)層規(guī)范MAX_ROUTER≤MAX_CHILDREN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第52頁。53兄弟節(jié)點(diǎn)之間的地址間隔Cskip的計(jì)算:

Cm:MAX_CHILDREN

Rm:MAX_ROUTER

Lm:MAX_DEPTH

d:設(shè)備深度

6.3ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6.3.2網(wǎng)絡(luò)層規(guī)范dCskip(d)021152130=4=4=3無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第53頁。54父節(jié)點(diǎn)利用Cskip(d)作為偏移，向子節(jié)點(diǎn)分配有效地址。A1=Aparent+1An=An-1+Cskip(d)6.3ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6.3.2網(wǎng)絡(luò)層規(guī)范無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第54頁。55Addr=18Cskip位置配置范例最多子節(jié)點(diǎn)=4，最多路由節(jié)點(diǎn)=3，最大深度=3Addr=0Addr=1Addr=35Addr=2Addr=19Addr=246.3ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6.3.2網(wǎng)絡(luò)層規(guī)范CRERRRR34569101187121314151617dCskip(d)017152130無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第55頁。56Cskip位置配方式優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，且可用來作為樹狀路由的依據(jù)。缺點(diǎn)是不適合大型網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)之前，最大深度、子節(jié)點(diǎn)數(shù)等參數(shù)無法確定。Cskip位置配置方法只適合星型和樹狀拓?fù)?，不支持網(wǎng)狀拓?fù)?。ZigBeePro對(duì)此作了改進(jìn)。6.3ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6.3.2網(wǎng)絡(luò)層規(guī)范無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第56頁。577、網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的發(fā)送根據(jù)不同的報(bào)文類型封裝相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文，其中源地址為本設(shè)備網(wǎng)絡(luò)地址，目的地址為最終的目的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)地址；調(diào)用MAC層數(shù)據(jù)幀的封裝函數(shù)組織MAC數(shù)據(jù)幀，其中數(shù)據(jù)幀的源地址為本設(shè)備地址，目的地址是通過相應(yīng)的路由算法計(jì)算出來的下一跳節(jié)點(diǎn)的地址；幀組織好后，將該數(shù)據(jù)幀發(fā)送給下一跳節(jié)點(diǎn)，由下一跳節(jié)點(diǎn)來負(fù)責(zé)接收、轉(zhuǎn)發(fā)。6.3ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6.3.2網(wǎng)絡(luò)層規(guī)范無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第57頁。588、網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的接收MAC層成功接收到數(shù)據(jù)幀后，去除幀頭、幀尾域，剩下數(shù)據(jù)載荷域作為網(wǎng)絡(luò)報(bào)文傳遞給網(wǎng)絡(luò)層。6.3ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6.3.2網(wǎng)絡(luò)層規(guī)范收到報(bào)文是合法報(bào)文？否丟棄并報(bào)錯(cuò)執(zhí)行是數(shù)據(jù)報(bào)文命令報(bào)文協(xié)調(diào)器/路由器終端設(shè)備是自己報(bào)文？否丟棄是自己報(bào)文？否根據(jù)路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)是是將數(shù)據(jù)載荷傳至上層無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第58頁。59ZigBee應(yīng)用層框架包括應(yīng)用支持層(APS)、ZigBee設(shè)備對(duì)象(ZDO)和制造商定義的應(yīng)用對(duì)象。應(yīng)用支持層的功能包括：維持綁定表、在綁定的設(shè)備之間傳送消息。ZigBee設(shè)備對(duì)象的功能包括：定義設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的角色(如ZigBee協(xié)調(diào)器和終端設(shè)備)，發(fā)起和響應(yīng)綁定請(qǐng)求，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間建立安全機(jī)制。ZigBee設(shè)備對(duì)象還負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，并且決定向他們提供何種應(yīng)用服務(wù)。ZigBee應(yīng)用層除了提供一些必要函數(shù)以及為網(wǎng)絡(luò)層提供合適的服務(wù)接口外，一個(gè)重要的功能是應(yīng)用者可在這層定義自己的應(yīng)用對(duì)象。6.3ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6.3.3應(yīng)用層無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第59頁。60應(yīng)用支持子層APS

APS層主要功能:（1）APS層協(xié)議數(shù)據(jù)單元APDU的處理。（2）APSDE提供在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用實(shí)體之間的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制。（3）APSME提供多種服務(wù)給應(yīng)用對(duì)象，這些服務(wù)包括安全服務(wù)何綁定設(shè)備，并維護(hù)管理對(duì)象的數(shù)據(jù)庫，也就是我們常說的AIB。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-第6章-傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全文共67頁，當(dāng)前為第60頁。61

應(yīng)用框架（ApplicationFramework）為各個(gè)用戶自定義的應(yīng)用對(duì)象提供了模板式的活動(dòng)空間，為每個(gè)應(yīng)用對(duì)象提供了鍵值對(duì)KVP服務(wù)和報(bào)文MSG服務(wù)兩種服務(wù)供數(shù)據(jù)傳輸使用。每個(gè)節(jié)點(diǎn)除了64位的IEEE地址，16位的網(wǎng)絡(luò)地址，每個(gè)節(jié)點(diǎn)還提供了8位的應(yīng)用層入口地址，對(duì)應(yīng)于用戶應(yīng)用對(duì)象。端點(diǎn)0為ZDO接口，端點(diǎn)1至240供用戶自定義用于對(duì)象使用，端點(diǎn)255為廣播地址，端點(diǎn)241-254保留將來使用。每一個(gè)應(yīng)用都對(duì)應(yīng)一個(gè)配置文件（Profile）。配置文件包括：設(shè)備ID（DeviceID），事務(wù)集群ID（clusterID），屬性ID（AttributeID）等。AF可以通過