IEEE.802.15.4网络协议栈及物理层

IEEE.802.15.4网络协议栈及物理层

IEEE 802.15.4网络协议栈基于开放系统互连模型（OSI），如图5-4所示，每一层都；实现一部分通信功能，并向高层提供服务。

IEEE 802.15.4标准只定义了PHY层和数据链路层的MAC子层。PHY层由射频收发器以及底层的控制模块构成。MAC子层为高层访问物理信道提供点到点通信的服务接口。

MAC子层以上的几个层次，包括特定服务的聚合子层（service specific convergence sublayer, SSCS），链路控制子层（logical link control , LLC）等，只是IEEE 802.15.4标准可能的上层协议，并不在IEEE 802.15.4标准的定义范围之内。SSCS为IEEE 802.15.4的MAC层接入IEEE 802.2标准中定义的LLC子层提供聚合服务。LLC子层可以使用SSCS的服务接口访问IEEE 802.15.4网络，为应用层提供链路层服务。

5.3.1物理层

物理层定义了物理无线信道和MAC子层之间的接口，提供物理层数据服务和物理层管理服务。物理层数据服务从无线物理信道上收发数据，物理层管理服务维护一个由物理层相关数据组成的数据库。

物理层数据服务包括以下五方面的功能：

（1）激活和休眠射频收发器；

（2）信道能量检测（energy detect）；

（3）检测接收数据包的链路质量指示（link quality indication , LQI）；

（4）空闲信道评估（clear channel assessment, CCA）；

（5）收发数据。

信道能量检测为网络层提供信道选择依据。它主要测量目标信道中接收信号的功率强度，由于这个检测本身不进行解码操作，所以检测结果是有效信号功率和噪声信号功率之和。

链路质量指示为网络层或应用层提供接收数据帧时无线信号的强度和质量信息，与信道能量检测不同的是，它要对信号进行解码，生成的是一个信噪比指标。这个信噪比指标和物理层数据单元一道提交给上层处理。

空闲信道评估判断信道是否空闲。IEEE 802.15.4定义了三种空闲信道评估模式：第一种简单判断信道的信号能量，当信号能量低于某一门限值就认为信道空闲；第二种是通过判断无线信号的特征，这个特征主要包括两方面，即扩频信号特征和载波频率；第三种模式是前两种模式的综合，同时检测信号强度和信号特征，给出信道空闲判断。

1.物理层的载波调制

PHY层定义了三个载波频段用于收发数据。在这三个频段上发送数据使用的速率、信号处理过程以及调制方式等方面存在一些差异。三个频段总共提供了27个信道（channel）：868MHz频段1个信道，915MHz频段10个信道，2450MHz频段16个信道。具体分配如表在868MHz和915MHz这两个频段上，信号处理过程相同，只是数据速率不同。处理过程，首先将物理层协议数据单元（PHY protocol data unit，PPDU）的二制数据差分编码，然后再将差分编码后的每一个位转换为长度为15的片序列（chip sequence），最后BPSK调制到信道上。

差分编码是将数据的每一个原始比特与前一个差分编码生成的比特进行异或运算：En=Rn ⊕En-1 ，其中En是差分编码的结果，Rn为要编码的原始比特，En-1是上一次差分编码的结果。对于每个发送的数据包，R1是第一个原始比特，计算E1时假定E0=0。差分解码过程与编码过程类似：Rn=En⊕En-1，对于每个接收到的数据包，E1是第一个需要解码的比特，计算R1时假定E0=0。

差分编码以后，接下来就是直接序列扩频。每一个比特被转换为长度为15的片序列。扩频过程按下表进行，扩频后的序列使用BPSK调制方式调制到载波上。

868/915MHz比特到片序列转换表

输入比特片序列值（C1 C2 (14)

01 111101011001000000010100110111

2．4GHz频段的处理过程，首行将PPDU的二进制数据中每4位转换为一个符号（symbol），然后将每个符号转换成长度为32的片序列。

在把符号转换片序列时，用符号在16个近似正交的伪随便噪声序列的映射表，这是一个直接序列扩频的过程。扩频后，信号通过O-QPSK调制方式调制到载波上。

2．物理层的帧结构

物理帧第一个字段是四个字节的前导码，收发器在接收前导码期间，会根据前导码序列的特征完成片同步和符号同步。帧起始分隔符（start-of-frame delimiter, SFD）字段长度为一个字节，其值固定为0xA7，标识一个物理帧的开始。收发器接收完前导码后只能做到数据的位同步，通过搜索SFD字段的值0xA7才能同步到字节上。帧长度（frame length）由一个字节的低7位表示，其值就是物理帧负载的长度，因此物理帧负载的长度不会超过127个字节。物理帧的负载长度可变，称之为物理服务数据单元（PHY service data unit, PSDU），一般用来承载MAC帧。

物联网中的无线传感器网络协议介绍

物联网中的无线传感器网络协议介绍 随着物联网（Internet of Things，IoT）技术的迅速发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）作为物联网中的核心组成部分，正在广泛应用于各个领域，如环境监测、智能家居、智能交通等。无线传感器网络协议则是保障网络通信的基石，它定义了传感器节点之间的通信规则和协议栈，使得节点之间能够高效地传输数据、协同工作并实现物联网的目标。本文将对物联网中常用的无线传感器网络协议进行介绍。 1. IEEE 80 2.15.4 IEEE 802.15.4是一种低速、低功耗的无线传感器网络协议，是物联网中最基础的协议标准之一。它定义了物理层和MAC层协议，提供了低复杂性、低功耗、低数据传输速率的网络通信能力。IEEE 802.15.4协议适用于近距离的传感器节点通信，具有自组织网络的特性，能够实现多节点间的数据采集和通信。 2. ZigBee ZigBee是基于IEEE 802.15.4标准的一种高层次协议，它在物理层和MAC层之上添加了网络层、应用层和安全层等协议。ZigBee协议具有低功耗、低数据传输速率、低成本和自组织网络等特性，适用于传感器节点数量庞大、网络层次结构复杂的应用场景。ZigBee协议广泛应用于家庭自动化、智能电表和工业自动化等领域。 3. Z-Wave Z-Wave是一种用于物联网的无线通信协议，专注于家庭自动化领域。它使用中心控制器架构，支持大量的设备和传感器，并提供了可靠的网络覆盖范围和低功耗的通信模式。Z-Wave协议采用单向无线通信方式，通过建立一个稳定的网络网状拓扑结构，实现设备间的联动控制。目前，Z-Wave协议已经成为家居自动化领域的主流无线通信协议。

IEEE802.15.4协议规范

基于IEEE 802.15.4的IPv6协议栈 随着互联网的普及，Internet对人们生活方式的影响越来越巨大，并将继续在未来得各领域持续发挥其影响力，集成了网络技术，嵌入式技术、微机电系统（MEMS）及传感器技术的无线传感器网络将Internet为从虚拟世界延伸到物理世界，从而将逻辑上的信息世界与真实物理世界融合在一起，改变了人与自然交互的方式，满足了人们对“无处不在”的网络的需求。2000年12月IEEE成立了IEEE 802.15.4 工作组，致力于定义一种供廉价、固定、便捷或移动设备使用的，复杂度、成本和功耗极低的低速率无线连接技术，产品的方便灵活，易于连接、实用可靠及可继承延续是市场的驱动力，一般认为短距离的无线低功耗通信技术最适合传感器网络使用，传感器网络是IEEE 802.15.4标准的主要市场对象。 一方面，无线传感器网络具有“无处不在”和节点数量庞大等特点，部署无线传感器网络需要数量巨大的IP地址资源，另一方面，由于无线传感器网络的应用领域往往对安全性要求较高，而无线传感器网络自组织的先天性缺乏应有的安全机制，IPv6作为下一代网络协议，具有地址资源丰富、地址自动配置、安全性高、移动性好等优点，可以满足无线传感器网络在地址和安全方面的需求，所以IETF于2004年11月成立了一个6LowPan（IPv6 over IEEE 802.15.4或IPv6 over LR_PAN）工作组，它规定了6lowPan技术底层采取IEEE 802.15.4，MAC层以上采取IPv6协议栈，致力于如何将Ipv6与IEEE 802.15.4展开，实现Ipv6数据包在IEEE 802.15.4上的传输，研究基于IPv6 over IEEE 802.15.4的无线传感器网络的关键问题。目前这方面研究成为了一个很活跃的方向，其中，通过分析无线传感器网络对IPv6协议栈基本需求，借助协议工程学理论和软件工程的方法，设计并实现体积小、功能全、效率高，适用于IPv6无线传感器网络节点的嵌入式IPv6协议栈，已经成为一个很关键的问题。 本文在分析了无线传感器网络和IPv6 over IEEE 802.15.4的技术特点之后，重点提出了一种能够适用于无线传感器网络，且底层采用IEEE 802.15.4的嵌入式IPv6协议栈设计方案，最后，还总结了基于IPv6 over IEEE 802.15.4无线传感器网络协议栈设计的核心原则。 1 无线传感器网络和IPv6 over IEEE 802.15.4的技术节点 1.1 无线传感器网络简介 无线传感器网络由大量低功耗、低速率、低成本、高密度的微型节点组成，节点通过自我组织、自我愈合的方式组成网络，图1给出了无线传感器网络的工作原理，图中分散的无线传感器节点通过自组织方式形成传感器网络。节点负责采集周围的相关信息，并采用多跳方式将这些信息通过Internet或其他网络传递到远端的监控设备。

IEEE.802.15.4网络协议栈-MAC子层

IEEE.802.15.4网络协议栈-MAC子层 在IEEE 802系列标准中，OSI参考模型的数据链路层进一步划分为MAC和LLC两个子层。MAC子层使用物理层提供的服务实现设备之间的数据帧传输，而LLC在MAC子层的基础上，在设备间提供面向连接和非连接的服务。 MAC子层提供两种服务：MAC层数据服务和MAC层管理服务（MAC sublayer management en tity, MLME）。前者保证MAC协议数据单元在物理层数据服务中的正确收发，后者维护一个存储MAC子层协议状态相关信息的数据库。 MAC子层主要功能包括下面六个方面： （1）协调器产生并发送信标帧，普通设备根据协调器的信标帧与协议器同步； （2）支持PAN网络的关联（association）和取消关联（disassociation）操作； （3）支持无线信道通信安全； （4）使用CSMA-CA机制访问信道； （5）支持时槽保障（guaranteed time slot, GTS）机制； （6）支持不同设备的MAC层间可靠传输。 关联操作是指一个设备在加入一个特定网络时，向协调器注册以及身份认证的过程。LR-WP AN网络中的设备有可能从一个网络切换到另一个网络，这时就需要进行关联和取消关联操作。 时槽保障机制和时分复用（time division multiple access, TDMA）机制相似，但它可以动态地为有收发请求的设备分配时槽。使用时槽保障机制需要设备间的时间同步，IEEE 80 2.15.4中的时间同步通过下面介绍的“超帧”机制实现。 1．超帧 在IEEE 802.15.4中，可以选用以超帧为周期组织LR-WPAN网络内设备间的通信。每个超帧都以网络协调器发出信标帧（beacon）为始，在这个信标帧中包含了超帧将持续的时间以及对这段时间的分配等信息。网络中普通设备接收到超帧开始时的信标帧后，就可以根据其中

zigbee 协议栈

zigbee 协议栈 Zigbee是一种基于IEEE 802.15.4标准的无线通信协议，它是一种低功耗、短距离的无线网络协议，可以用于物联网中各种设备的通信。Zigbee协议栈是指一套软件的层次结构，用于实现Zigbee协议的功能和特性。 Zigbee协议栈由四个层次组成：应用层，网络层，MAC层和物理层。 应用层是Zigbee协议栈的最高层，它提供了应用程序与其他网络层之间的接口。应用层负责处理数据的收发，以及定义数据的格式和协议。应用层也负责处理设备与设备之间的通信，例如传感器与控制器之间的通信。 网络层是Zigbee协议栈的中间层，它负责网络的发现和路由选择。网络层的主要功能是将数据传输到目标设备，以及维护网络拓扑结构。网络层使用一种叫做AODV（Ad-hoc On-Demand Distance Vector）的路由选择算法来决定数据的传输路径。 MAC层是Zigbee协议栈的第二层，它负责实现对数据的传输和控制。MAC层的主要功能包括数据的处理、帧的编码和解码、对信道的管理等。MAC层使用CSMA-CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）协议来控制数据的传输，并通过BEACON帧来管理设备之间的通信。 物理层是Zigbee协议栈的最底层，它负责将数据从电子信号

转换为无线信号，并传输到接收设备。物理层的主要功能包括信号的调制和解调、信道编码和解码、信号的传输和接收等。 Zigbee协议栈还支持一种叫做ZDO（Zigbee Device Object）的设备对象。ZDO是一个与设备相关的软件模块，提供了设备的管理和控制功能。ZDO负责设备的发现、加入网络、离开网络、重置等操作，并通过指定的应用程序接口来与设备进行通信。 总的来说，Zigbee协议栈是一个非常复杂的系统，包含了多个层次和各种功能。它通过不同的层次和模块来实现Zigbee协议的各种特性和功能，从而使得物联网设备之间可以方便地进行通信和控制。通过使用Zigbee协议栈，可以实现低功耗、短距离和互联互通的物联网应用。

IEEE 802.15.4无线传感器网络性能分析

IEEE 802.15.4无线传感器网络性能分析 无线传感器网络是由大量分散在空间中的微小传感器节点组成，这些节点通过无线通信和处理，可以实现对环境的监测、控制和数据采集等功能。IEEE 802.15.4是一种为无线传感器网络设计的低功耗、低数据率、短距离的通信协议。 一、覆盖范围 IEEE 802.15.4协议采用2.4GHz频段，可达30米至100米的通信范围，具有很强的抗干扰能力。由于其短距离的特点，更适合在小范围内部署传感器节点。 二、数据传输速率 由于无线传感器网络需要低耗电，因此IEEE 802.15.4协议的数据传输速率较低，最大可达250kbps。这一速率足以满足对低速数据传输的需求，如温度、湿度、光照等传感器数据的采集。但对于高速数据传输，如视频等，需要采用其他协议。 三、可靠性 IEEE 802.15.4协议采用星型拓扑结构，其中每个传感器节点都直接连接到一个中心节点。这种结构保证了数据传输的可靠性，即使某个节点发生故障，其他节点也不会受到太大影响。此外，IEEE 802.15.4协议还采用了CSMA/CA（载波监听多路接入/碰撞避免）技术，有效避免了信号的碰撞和丢失，提高了信号传输的可靠性。 四、能耗 无线传感器网络的节点需要依靠电池等能量供应，而IEEE 802.15.4协议的设计目标之一就是降低节点的能耗。该协议采用了子帧、信标、休眠等传输机制，通过对传输过程中的空闲时间进行优化，有效减少了节点的能耗。此外，IEEE 802.15.4协议还支持多种工作模式，包括低功耗模式、睡眠模式等，可进一步降低节点的能耗。 五、安全性 无线传感器网络中，节点通常面临着多种安全威胁，如窃听和欺骗攻击。而IEEE 802.15.4协议则提供了多种安全机制，如数据加密、身份验证等，能够保证数据在传输过程中的安全性和完整性。 总体来说，IEEE 802.15.4无线传感器网络性能上佳，适合在小范围内进行传感器节点的部署。但应根据具体应用场景的需求，选择合适的协议和网络拓扑。同时，还应考虑传感器节点间数据的可靠性、能耗和安全性等方面的问题。

对比分析Zigbee协议与802.15.4协议的联系与区别

对比分析Zigbee协议与802.15.4协议的联系与区别 许多设计人员都听说过zigbee 与IEEE 802.15.4协议标准，但不清楚到底应该选择zigbee，还是802.15.4，抑或是开发自己的专有网络协议。甚至还有出现将两者混为一谈，分不清楚的状况，下文将来详细介绍zigbee 与IEEE 802.15.4协议标准，并从中总结其关系对比与区别。 802.15.4802.15.4 标准是由IEEE 802.15第4任务组（IEEE 802.15 Task Group 4）开发的低功耗无线网络标准。原始标准于2003 年发布，后经修改由2006 年版取代。随着越来越多的电子设计人员要求一种适用于低复杂性、低数据速率以及（大多数情况下）电池供电应用的实施方案，该标准应运而生。具休而言，开发该标准旨在面向家庭自动化、工业控制、农业以及安全监控等领域的应用。包括ZigBee和ZigBee Pro 等在内的若干种其它协议也采用802.15.4 作为物理层和数据链路层。 也有人将802.15.4 标准称为MAC，即媒体接入控制（Medium Access Control）标准，因为其可定义网络中任意两个对等设备的通信协议。从概念上讲，我们能够以全功能设备（FFD）或简约功能设备（RFD）的方式实施802.15.4 个人局域网（PAN）中的设备。FFD 节点具备网络协调器的能力，一般由主电源供电。不过由于每个星型配置的PAN 只能有一个FFD 节点，所以FFD 一般不会始终用作网络协调器。FFD 可用作通用节点。RFD 节点在设计上相对简单，因而不能充分发挥网络协调器的全部功能，只能与FFD 节点通信。RFD 节点对于应用的实施要求很低，从而可降低IC 的成本，有可能作为应用中启用传感器或制动器的节点，而且由于运行占空比极低，也比较有可能适合采用电池供电。如错误！未找到引用源。所示，若FFD 协调器向子节点之一（也必须为FFD）分配新的PAN 标识（PAN ID）后就能够对802.15.4 网络的星型拓朴进行扩展，从而创建仅有协调器节点才可以交换信息的PAN 群集。注意该标准不直接支持路由。 通过定义两个节点之间的通信，如网络管理基础，802.15.4 标准可为开发ZigBee 等更高级别的网络实施提供灵活的基础。 虽然802.15.4 标准是开发更高级别网络的良好基础，但其存在一定的复杂性，这在适当

IEEE.802.15.4网络协议栈及物理层

IEEE.802.15.4网络协议栈及物理层 IEEE 802.15.4网络协议栈基于开放系统互连模型（OSI），如图5-4所示，每一层都；实现一部分通信功能，并向高层提供服务。 IEEE 802.15.4标准只定义了PHY层和数据链路层的MAC子层。PHY层由射频收发器以及底层的控制模块构成。MAC子层为高层访问物理信道提供点到点通信的服务接口。 MAC子层以上的几个层次，包括特定服务的聚合子层（service specific convergence sublayer, SSCS），链路控制子层（logical link control , LLC）等，只是IEEE 802.15.4标准可能的上层协议，并不在IEEE 802.15.4标准的定义范围之内。SSCS为IEEE 802.15.4的MAC层接入IEEE 802.2标准中定义的LLC子层提供聚合服务。LLC子层可以使用SSCS的服务接口访问IEEE 802.15.4网络，为应用层提供链路层服务。 5.3.1物理层 物理层定义了物理无线信道和MAC子层之间的接口，提供物理层数据服务和物理层管理服务。物理层数据服务从无线物理信道上收发数据，物理层管理服务维护一个由物理层相关数据组成的数据库。 物理层数据服务包括以下五方面的功能： （1）激活和休眠射频收发器； （2）信道能量检测（energy detect）； （3）检测接收数据包的链路质量指示（link quality indication , LQI）； （4）空闲信道评估（clear channel assessment, CCA）； （5）收发数据。 信道能量检测为网络层提供信道选择依据。它主要测量目标信道中接收信号的功率强度，由于这个检测本身不进行解码操作，所以检测结果是有效信号功率和噪声信号功率之和。 链路质量指示为网络层或应用层提供接收数据帧时无线信号的强度和质量信息，与信道能量检测不同的是，它要对信号进行解码，生成的是一个信噪比指标。这个信噪比指标和物理层数据单元一道提交给上层处理。 空闲信道评估判断信道是否空闲。IEEE 802.15.4定义了三种空闲信道评估模式：第一种简单判断信道的信号能量，当信号能量低于某一门限值就认为信道空闲；第二种是通过判断无线信号的特征，这个特征主要包括两方面，即扩频信号特征和载波频率；第三种模式是前两种模式的综合，同时检测信号强度和信号特征，给出信道空闲判断。 1.物理层的载波调制

802.15.4 协议

这个802.15.4.c是中国按照IEEE 802.15.4（低速率无线个人区域网（LR - WPAN））的精神和要求，在不违背法律法规的前提下，通过线局域网媒体访问控制（MAC）和物理层（PHY）拓展的方法，以支持一个或多个中国314-316兆赫，430-434兆赫和779-787 MHz频段。这篇PDF中提到了实现这种支持的方法以及一些类似代码的东西。这里面好像也没有什么太实质性的内容。以下为比较重要的一段的信息。我把他复制粘贴在这里。 此次推出的是没有IEEE 802.15.4c标准，2009年，信息技术，电信和信息交换系统之间的局部和城域网网络的具体要求，部分15.4 IEEE标准的一部分：无线局域网媒体访问控制（MAC）和物理层（PHY）规格低速率无线个人区域网（LR - WPAN）的修订2：替代物理层扩展，以支持一个或多个中国314-316兆赫，430-434兆赫和779-787 MHz频段。该修正案规定除IEEE标准802.15.4-2006和IEEE标准802.15.4aTM - 2007的备用的物理层。这些备用的PHY被指定为中国的780 MHz频段。通知用户的法律和法规，这些文件的用户应咨询所有适用法律和法规。本标准规定并不意味着遵守任何适用的监管要求。负责观察或适用的法规要求标准的实现。，其标准的出版，IEEE并不打算呼吁的行动，是不是在遵守适用法律，这些文件可能不被理解，因为这样做。版权这份文件是由IEEE版权保护。它是由多种的公共和私人使用。这些措施包括使用法律，法规，都参考，并使用私人自律，标准化，和工程实践和方法的推广。通过本文件可用于使用和通过公共机构和私人用户，IEEE 并没有放弃在本文档的版权任何权利。更新IEEE标准IEEE文件的用户应该知道，这些文件可能随时被取代或通过发行新版本可能会不时修订通过，修订，更正或勘误发行时间。官方的IEEE在任何时间点的文件包括文档的当前版本的任何修订，更正，或勘误表，然后连同生效。为了确定一个给定的文件是否是目前的版本，是否已通过发行，修订，更正或勘误修订的，请在http:// https://www.docsj.com/doc/b119139940.html, / XPL /标准的IEEE标准协会的网站。JSP或接触的IEEE在前面列出的地址。更多关于IEEE标准协会或IEEE标准制定过程的信息，在https://www.docsj.com/doc/b119139940.html,访问IEEE - SA的网站。勘误表勘误表，这和所有其他的标准，如果有的话，可以在以下网址：http:// https://www.docsj.com/doc/b119139940.html, /读/ IEEE /更新/勘误/ index.html 的访问。我们鼓励用户定期检查勘误表的网址。第四版权所有? 2009年IEEE。保留所有权利。

ZigBee协议简介

ZigBee协议简介 一、ZigBee协议体系结构 ZigBee协议基于IEEE802.15.4标准，由IEEE802.15.4和ZigBee联盟共同制定。ZigBee协议栈由物理层（PHY）、媒体介质访问层（MAC）、网络层（NWK）和应用层（APL）共4层构成，其中PHY层和MAC层由IEEE802.15.4标准工作组制订，而NWK层和APL层由ZigBee联盟自行制订。每一层都完成其各自特定的任务并且向上一层提供服务，数据服务实体主要负责数据传输服务，管理服务实体则主要负责所有的其他管理服务。每个服务实体为其上层提供需要的接口都是通过其相应的服务接入点（SAP）实现的，每个SAP所对应的功能通过服务原语来完成，且每个SAP支持许多种不同的服务原语。ZigBee协议体系结构如图2.1所示：

IEEE802.15.4制定终端制造商制定ZigBee联盟制定各层接口 图2.1 ZigBee协议体系结构图 1物理层（PHY） 物理层定义了物理无线信道和MAC 层之间的接口，提供三种不同的通信频段：868MHz-868.6MHz、902MHz-928MHz和2400MHz-24835MHz，以及1个、10个以及16个不同的信道。 物理层提供两种服务：物理层数据服务（PD）和物理层管理服务（PLME）。通过无线信道的发送和接收以及物理层协议数据单元（PPDU）来实现物理层数据服务。PLME主要通过调用物理层管理功能函数来提供管理和服务，其中物理层数据服务接入点（PD-SAP）给MAC层提供数据服务接口，而物理层管理实体服务接入点（PLME-SAP）给MAC层提供管理服务接口。驱动程序为物理层提供的接口是无线射频服务接入点（RF-SAP），从外界接收到数据包后，从物理

zigbee协议栈

zigbee协议栈 Zigbee协议栈是一种基于IEEE 802.15.4无线技术的低功耗通 信协议，用于构建无线传感器网络和物联网设备。它由几个层次的协议组成，包括物理层、MAC层、网络层和应用层。 物理层是Zigbee协议栈的最底层，负责无线信号传输和接收。它定义了无线模块和设备的硬件要求，包括频率、调制方式、传输速率等。 在物理层之上是MAC层，负责网络节点之间的数据传输和管理。它提供了一系列函数，用于数据包的发送和接收，以及网络节点的寻址和路由。 网络层位于MAC层之上，负责整个网络的拓扑结构和数据路由。每个节点都有一个唯一的网络地址，用于标识和寻址。网络层使用路由算法决定最佳的数据传输路径，以确保数据的可靠传输。 最上层是应用层，这是开发人员编写应用程序的层次。它提供了一系列应用程序程序接口（API），用于数据的发送和接收。开发人员可以利用这些API实现各种应用程序，如传感器数 据采集、远程控制等。 Zigbee协议栈具有以下几个特点。 第一，低功耗。由于无线传感器网络和物联网设备通常是由电池供电，因此低功耗是一个非常重要的设计考虑。Zigbee协议

栈通过最小化数据传输以及使用睡眠和唤醒机制来实现低功耗。 第二，短距离通信。Zigbee协议栈的设计目标是用于部署在短距离范围内的网络，通常不超过100米。这使得它非常适用于家庭自动化、智能电网等场景。 第三，高可靠性。Zigbee协议栈支持多路径数据传输，以确保数据能够在网络中快速可靠地传输。此外，它还支持自动路由和包重传机制，以应对网络中节点的故障或丢失。 第四，安全性。Zigbee协议栈支持数据加密和身份验证功能，确保数据在传输过程中的保密性和完整性。这对于保护物联网设备和网络免受黑客攻击非常重要。 总的来说，Zigbee协议栈是一种可靠、低功耗、安全的通信协议，适用于构建无线传感器网络和物联网设备。它的设计目标是满足家庭自动化、智能电网等应用场景中的通信需求。随着物联网的快速发展，Zigbee协议栈将继续扮演重要的角色，并为智能家居、工业控制等应用领域带来更多的创新。

zigbee协议栈

zigbee协议栈 2010-03-10 15:11 zigbee协议栈结构由一些层构成，每个层都有一套特定的服务方法和上一层连接。数据实体(data entity) 提供数据的传输服务，而管理实体(managenmententity)提供所有的服务类型。每个层的服务实体通过服务接入点(Service Access Point．SAP)和上一层相接，每个SAP提供大量服务方法来完成相应的操作。 ZigBee协议栈基于标准的OSI七层模型，但只是在相关的范围来定义一些相应层来完成特定的任务。IEEE 802．15．4—2003标准定义了下面的两个层：物理层(PHY层)和媒介层(MAC层)。ZigBee联盟 在此基础上建立了网络层(NWK层)以及应用层(APL层)的框架(framework)。APL层又包括应用支持子层(Application Support Sub—layer，APS)、ZigBee的设备对象(ZigBee Device 0bjects。ZD0)以及制造商定义的应用对象。 1物理层(PHY) IEEE802．15．4协议的物理层是协议的最底层，承担着和外界直接作用的任务。它采用扩频通信的调制方 式，控制RF收发器工作，信号传输距离约为50m(室内)或150m(室外)。 IEEE802．15．4．2003有两个PHY层，提供两个独立的频率段：868／915MHz和2．4GHz。868／915MHz频段包括欧洲使用的868MHz频段以及美国和澳大利亚使用的915MHz频段，2．4GHz频段世界通用。 2媒体访问控制层(MAC) MAC层遵循IEEE802．15．4协议，负责设备间无线数据链路的建立、维护和结束，确认模式的数据传送和接收，可选时隙，实现低延迟传输，支持各种网络拓扑结构，网络中每个设备为16位地址寻址。它可完成对无线物理信道的接入过程管理，包括以下几方面：网络协调器(coordinator)产生网络信标、网络中设备与网络信标同步、完成PAN的入网和脱离网络过程、网络安全控制、利用CSMA—CA机制进行信道接入控制、处理和维持GTS(Guaranteed Time Slot)机制、在两个对等的MAC实体间提供可靠的链路连接。 数据传输模型： MAC规范定义了三种数据传输模型：数据从设备到网络协调器、从网络协调器到设备、点对点对等传输模型。对于每一种传输模型，又分为信标同步模型和无信标同步模型两种情况。 在数据传输过程中，ZigBee采用了CSMA／CA碰撞避免机制和完全确认的数据传输机制，保证了数据的可靠传输。同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。 帧结构定义： MAC规范定义了四种帧结构：信标帧、数据帧、确认帧和MAC命令帧。 3网络层(NWK层) 网络层的作用是：建立新的网络、处理节点的进入和离开网络、根据网络类型设置节点的协议堆栈、使网络协调器对节点分配地址、保证节点之间的同步、提供网络的路由。 网络层确保MAC子层的正确操作，并为应用层提供合适的服务接口。为了给应用层提供合适的接口，网络层用数据服务和管理服务这两个服务实体来提供必需的功能。网络层数据实体(NLDE)通过相关的服务接入点(SAP)来提供数据传输服务，即NLDE．SAP；网络层管理实体(NLME)通过相关的服务接入点(SAP)来提供管理服务，即NLME．SAP。NLME利用NLDE来完成一些管理任务和维护管理对象的数据库，通常称作网络信息库

IEEE802.15.4简述

IEEE 802.15.4 简述 简述包括： 1IEEE 802.15.4标准概述 2IEEE 802.15.4网络简介 3IEEE 802.15.4网络拓扑结构及形成过程 4IEEE.802.15.4网络协议栈及物理层 5IEEE.802.15.4网络协议栈-MAC子层 6IEEE802.15.4的安全服务 IEEE 802.15.4标准概述 随着通信技术的迅速发展，人们提出了在人自身附近几米范围之内通信的需求，这样就出现了个人区域网络（personal area network, PAN）和无线个人区域网络（wireless personal area network, WPAN）的概念。WPAN网络为近距离范围内的设备建立无线连接，把几米范围内的多个设备通过无线方式连接在一起，使它们可以相互通信甚至接入LAN或Internet。1998年3月，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。POS一般是指用户附近10米左右的空间范围，在这个范围内用户可以是固定的，也可以是移动的。 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，旨在为个人或者家庭范围内不同设备之音的低速互连提供统一标准。 任务组TG4定义的LR-WPAN网络的特征与传感器网络有很多相似之处，很多研究机构把它作为传感器的通信标准。 LR-WPAN网络是一种结构简单、成本低廉的无线通信网络，它使得在低电能和低

zigbee方案

Zigbee方案 简介 Zigbee是一种低功耗、短距离无线通信技术，适用于物联网设备之间的通信。 它基于IEEE 802.15.4标准，并提供对应用层的协议栈，包括网络层、应用层和设 备描述层。Zigbee方案具有低功耗、低成本、简单的网络拓扑结构和广阔的应用 领域等特点，广泛应用于家庭自动化、智能电网等领域。 Zigbee网络结构 Zigbee网络由一个协调器（Coordinator）和多个终端设备（End Device）组成，协调器负责组网和网络管理，终端设备负责数据采集和传输。Zigbee还支持中继 设备（Router），用于扩展网络的覆盖范围。 Zigbee的网络拓扑结构可以是星型、网状型或混合型。在星型网络中，所有终 端设备都直接与协调器相连；在网状网络中，终端设备可以通过中继设备与协调器通信；混合型网络结构则是星型和网状型的组合。 Zigbee协议栈 Zigbee协议栈包括物理层、MAC层、网络层、应用层和设备描述层。 •物理层（PHY）：负责无线信号的发送与接收。Zigbee使用2.4 GHz、915 MHz或868 MHz的无线频谱进行通信，支持多种调制技术，如BPSK、 O-QPSK和CSS等。 •MAC层：负责媒体访问控制，实现自适应频率跳频（AFH）和多址访问（CSMA/CA）等机制，确保数据的可靠传输。 •网络层：负责网络拓扑管理、路由选择和数据传输，以及网络发现和设备加入等功能。Zigbee网络采用星型或网状型的路由算法进行数据的多 跳传输。 •应用层：负责定义应用数据的格式和协议。Zigbee联盟制定了一系列应用层标准，如家庭自动化、智能电网、工业控制等。 •设备描述层：描述设备的功能和属性，包括设备识别信息、输入输出点和数据格式等。设备描述层允许不同厂商的设备在同一个网络中互操作。 Zigbee的优势 Zigbee方案在物联网领域具有以下优势：

ieee802.15.4 2020标准中文

IEEE 802.15.4是一种用于低功耗、低数据速率的无线个人局域网（WPAN）的标准。它使用了低功耗、低复杂度的传输技术，能够支持大量的设备之间的数据传输和通信。该标准在物联网（IoT）和传感器网络中得到了广泛的应用，因为它能够提供可靠的、低成本的无线通信解决方案。 1. 发展历程 IEEE 802.15.4标准最初于2003年发布，随后在2011年和2015年进行了修订。2020年，IEEE 802.15.4标准再次经过大规模的更新和完善，以应对快速发展的物联网需求。新标准考虑了对更多设备的支持、更高的能效和更强的安全性等方面的要求，使得其在各种应用场景中更加实用和可靠。 2. 技术特点 IEEE 802.15.4 2020标准中文版在技术方面进行了多项升级和改进。首先是数据速率的提升，新标准支持更高的数据传输速率，这对于一些对数据传输速率有要求的应用来说，是一个重大的突破。其次是能耗的优化，新标准在能耗管理方面进行了更细致的设计，使得设备在低功耗状态下能够更加高效地工作。在网络拓扑结构方面也进行了优化，支持更加灵活的拓扑结构，能够更好地适应不同场景下的网络布置需求。 3. 应用场景

IEEE 802.15.4 2020标准中文版适用于各种物联网和传感器网络的应 用场景。智能家居领域，通过该标准可以实现各种智能设备之间的互 联互通，如智能灯具、温控设备、智能家电等。在工业领域，可以应 用于物联网设备的监测和控制，实现生产流程的智能化。在农业领域，可以用于环境监测、农作物生长监测等方面。在医疗、交通、环保等 各个领域都有广泛的应用前景。 4. 个人观点 我认为IEEE 802.15.4 2020标准中文版的发布对于推动物联网和传感器网络的发展具有重要意义。随着物联网应用的普及和传感器网络的 发展，对于低功耗、低数据速率的无线通信解决方案的需求也越来越大。新标准在提高数据速率和能耗管理的也更加注重安全性和灵活性，能够更好地满足各种应用场景下的需求。我期待看到该标准在各个领 域的应用，为人们的生活、工作和生产带来更多便利和可能。 总结回顾 通过对IEEE 802.15.4 2020标准中文版的全面评估和探讨，我们了解到该标准在数据速率、能耗管理、网络拓扑结构等方面都有了重大突 破和改进。它适用于各种物联网和传感器网络的应用领域，对于推动 物联网和传感器网络的发展具有重要意义。在未来，我们可以期待看 到更多根据该标准开发的物联网设备和解决方案的应用，为各个领域 带来更多的便利和可能。IEEE 802.15.4 2020标准中文版的发布，将 进一步推动物联网和传感器网络的发展。IEEE 802.15.4 2020标准中

ieee15.4标准

ieee15.4标准 IEEE 802.15.4标准是一种针对低速、低功耗无线个人局域网（WPAN）的通信 技术标准。它主要应用于物联网、传感器网络、工业自动化等领域，为这些领域提供了一种低成本、低功耗、低速率的无线通信解决方案。 IEEE 802.15.4标准的核心特性包括低功耗、低数据速率、低成本和简单的网络拓扑结构。这些特性使得它非常适合于需要长时间运行、节点分布广泛、通信距离较短的应用场景。在物联网中，大量的传感器和执行器需要长时间运行，而且它们通常需要距离较近的通信。IEEE 802.15.4标准正是为这样的场景而设计的。 在IEEE 802.15.4标准中，定义了两种工作模式，非信标模式和信标模式。非 信标模式下的设备可以在任何时间进行通信，而信标模式下的设备则需要按照信标的时间进行通信。这种灵活的工作模式设计，使得IEEE 802.15.4标准可以适应不 同的应用场景，既可以满足实时性要求较高的应用，也可以满足对功耗要求较高的应用。 IEEE 802.15.4标准还定义了多种物理层和介质访问控制层的选择，包括 2.4GHz频段和868/915MHz频段的物理层，以及CSMA/CA和时间分割多址访问 的介质访问控制层。这种灵活的选择机制，使得IEEE 802.15.4标准可以在不同的 频段和不同的环境中工作，从而更好地适应不同的应用场景。 除了上述核心特性外，IEEE 802.15.4标准还定义了网络拓扑结构、数据格式、安全机制等内容，为用户提供了完整的通信解决方案。用户可以根据自己的需求选择合适的网络拓扑结构，可以灵活地定义数据格式，还可以根据需要启用安全机制，保护通信内容的机密性和完整性。 总的来说，IEEE 802.15.4标准是一种非常适合于物联网、传感器网络、工业自动化等领域的无线通信技术标准。它的低功耗、低成本、灵活的工作模式和丰富的功能特性，使得它可以满足不同应用场景的需求，为各种设备之间的无线通信提供

工业无线终端ZigBee和IEEE 802.15.4的关系

典型的ZigBee应用的体系框架 ZigBee和IEEE 802.15.4的关系 IEEE 802.15.4标准的优点 A:低功耗 B:低价格 C:低数据传输率 IEEE 802.15.4标准制定小组的任务 A：物理层(DSSS)：数据的调制发送和接收解调，介质选择，信道选择。 B：MAC层(CSMA/CA)：产生网络信标，支持设备的安全性等。 ZigBee 是建立在IEEE802.15.4标准之上，由于IEEE 802.15.4标准只定义了物理层协议和MAC层协议，于是成立了zigbee联盟，ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了标准化，还开发了安全层。经过ZigBee联盟对IEEE 802.15.4的改进，这才真正形成了ZigBee协议栈(Zstack)。 某些领域对数据吞吐量的要求很低，功率消耗也比现有标准提供的功率消耗低。因此设计一个维持最小流量的通信链路和低复杂度的无线收发信机；要考虑的核心问题是低功耗和低价格的设计。这就要求该标准应提供低带宽低数据传输速率的应用。数据传输速率低：10KB/秒~250KB /秒，专注于低传输应用 功耗低：在低功耗待机模式下，两节普通5 号电池可使用6~24 个月

IEEE 802.15.4（ZigBee）工作在ISM频带，定义了两个频段，2.4GHz频段和896/915MHz频带。在IEEE 802.15.4中共规定了27个信道： λ 在2.4GHz频段，共有16个信道，信道通信速率为250kbps； λ 在915MHz频段，共有10个信道，信道通信速率为40kbps； λ 在896MHz频段，有1个信道，信道通信速率为20kbps。 ZigBee 网络拓扑结构主要有星形网络和网型网络。不同的网络拓扑对应于不同的应用领域，在ZigBee 无线网络中，不同的网络拓扑结构对网络节点的配置也不同，网络节点的类型：协调器、路由器和终端节点，具体配置根据需要决定，具体内容会在后面章节中进行讲解，在此，读者只需要对网络拓扑结构有个概念性的认识即可。

IEEE 802.15.4关键技术及标准进展

IEEE 802.15.4关键技术及标准进展 杜加懂 【摘要】无线个人区域网络（WPAN）把几米范围内的多个设备通过无线的方式连接在一起,使它们可以相互通信。IEEE 802.15工作组致力于WPAN的网络的物理层和媒体访问层的标准化工作。而802.15.4主要对低速WPAN相关技术进行研究和标准化工作。本文在对802.15工作组介绍的基础上,重点介绍802.15.4工作组研究的相关技术和及其标准化情况。%WPAN（Wireless Personal Area network） makes the devices within a few meters connected together via wireless,so that they can communicate with each other.IEEE 802.15 WPAN Working Group is responsible for the standardization of the physical layer and media access layer.IEEE 802.15.4 work group mainly study thephy and mac layers technologies of the low-speed.In this article, we introduce 802.15 working group in first,and then introduce the 802.15.4 work group and related technologies. 【期刊名称】《现代电信科技》 【年(卷),期】2011(041)010 【总页数】5页(P48-52) 【关键词】WPAN;IEEE;802.15;IEEE;802.15.4 【作者】杜加懂 【作者单位】工信部电信研究院通信标准所

IEEE802.15.4协议MAC层介绍

1.１。1超帧结构 低速无线个域网允许可选择性的使用超帧（ｓuperfraｍｅ)结构．超帧的格式由协调器决定.在使用超帧结构的模式下,协调器会根据设置周期性的发送信标帧(ｂｅacｏn),而超帧正是由网络中的信标帧划分的，中间的区域称为竞争接入期(CAP,coｎtenｔｉｏn aｃcｅｓs perｉｏd）,如图1.1所示。如果协调器不需要使用超帧结构,它可以停止发送信标帧。信标帧可以用来识别个域网,同步个域网中的设备，描述超帧结构等。 图1。１不包含GＴＳs的超帧结构 针对网络负荷较低的情况或要求特定传输带宽的情况,协调器可以从超帧中划分出一部分时间，专门为这样的传输请求服务。被划分出的时间称为保证时隙（GTSs．Guarａnteed ｔime slots)。一个超帧中保证时隙的集合称为非竞争接入(CＦＰ,conteｎtｉｏn-free peｒiｏｄ），它往往紧跟在竞争接入期的后面，如图 1.２所示.保证时隙传输模式也是可选的,由普通设备向个域网协调器申请,协调器会根据当前的资源状况给予答复,并通过信标帧将下一个超帧的结构广播到网络中。竞争接入期中的数据传输必须在非竞争接入

期开始之前结束：同样,非竞争接入期中每个保证时隙里的数据传输也要在下一个保证时隙开始之前或非竞争接入期的终点之前结束。 图1。２包含GTSs的超帧结构 超帧往往被分为活跃期(aｃｔiｖe)和非活跃期（ｉｎacｔiv ｅ)。在活跃期，协调器负责组织维持该网络，个域网中的各设备间可以进行数据通信；而在非活跃期中，个域网协调器和普通设备可以进入低功耗模式,个域网中各设备不进行数据传输。一个完整的超帧结构如图1。３所示。 图1.3 完整的超帧结构 描述超帧结构的量为BO(Beacon Ｏｒder)和SＯ（SuperframｅOrｄeｒ）.其中,BＯ决定发送信标帧的周期，也即一个超帧的长度