电子科技大学WSN课件05标准

11UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaWirelessSensorNetworks第五章通信标准2UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaProf.ShuishengLin,2010WirelessSensorNetworks概述“传感器网络中的应用一般不需要很高的信道带宽，却要求具有较低的传输延时和极低的功率消耗，使用户能在有限的电池寿命内完成任务“IEEE802.15.4/ZigBee标准把低功耗、低成本作为主要目标，为传感器网络提供了一种互连互通的平台，各大射频芯片厂商也陆续推出支持该标准的无线收发芯片“另外，现有成熟的IPv6协议也可以很好地满足传感器网络中节点地址数量庞大以及网络安全性等要求，IEEE于2004年11月成立了一个6Lowpan（IPv6overIEEE802·15·4或IPv6overLRPAN）工作组，专门致力于如何实现IPv6数据包在IEEE802.15.4上的传输，研究基于1Pv6overIEEE与无线传感器网络协议相关的通信标准23UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaProf.ShuishengLin,2010WirelessSensorNetworks内容提要一．IEEE802.11标准二．IEEE802.15.4标准三．ZigBee标准四．6LowPan草案4UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaProf.ShuishengLin,2010WirelessSensorNetworksThe802.15.4/ZigbeesandboxRangePeakDataRateCloserFartherSlowerFasterUWBHomeRFWirelessDataApplicationsWirelessVideoApplicationsIrDA802.11g802.11b802.11a2.5G/3GZigBee802.15.4BluetoothISMLinkWiFi35UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaProf.ShuishengLin,2010WirelessSensorNetworksWirelessTechnologiesCompared82^16Devices10meters100meters*100metersOver1200metersRange4095359132MaxPacketSize(bytes)secondssecondsmsNetworkJoin/FormationStarStar(8nodesmax)Star,Cluster,MeshNetworkType100+KB100+KB8-60KBStackSize20ma200ua3uaStandbyIdd400+ma40+ma30+maTXpower1000+Mbps54Mbps750Kbps250KbpsMaxDataRate802.15.3802.11802.15.1802.15.4IEEEstandardUWBWiFiBluetoothZigbeeCommonName6UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaProf.ShuishengLin,2010WirelessSensorNetworks无线网络标准47UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaProf.ShuishengLin,2010WirelessSensorNetworks无线局域网(wirelesslocalareanetworks，WLAN)“局部区域是距离受限的区域，是相对于广域（widearea）而言的。两者的区别主要在于数据传输的范围不同（但覆盖范围界限的区别并不十分明显），由此而引起网络设计和实现方面的一些区别“介于广域网WAN和局域网LAN之间还有一种局部网络，称为城域网（metropolitanareanetworks,MAN）,比局域网覆盖范围更小的局部网络称为个域网(personalareanetworks，PAN）“广义的无线局域网还包含无线城域网（WMAN）和无线个域网（WPAN）“无线网络则可以粗略地分为无线广域网和无线局域网8UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaProf.ShuishengLin,2010WirelessSensorNetworks无线局域网(WLAN)“WLAN就是在局部区域内以无线（nowireorwireless)媒体或介质进行通信的无线网络“WLAN是一种能在几十米到几千米范围内支持较高数据速率（如2Mb/s以上）的无线网络,可以采用微蜂窝（microcell)、微微蜂窝(Picocell）结构，也可以采用非蜂窝（如AdHoc）结构“目前无线局域网领域的两个典型标准是IEEE802系列标准和HiperLAN系列标准59UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaProf.ShuishengLin,2010WirelessSensorNetworksWLAN的需求“吞吐量“节点数量“与主干LAN连接“服务区域“电池能量消耗“鲁棒性和安全性“配置网络操作“非许可操作“切换/漫游“动态配置10UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaProf.ShuishengLin,2010WirelessSensorNetworksIEEE802.11系列标准“IEEE802.11系列标准指由IEEE802.11标准任务组提出的协议族，它们是IEEE802.11、EEE802.11a、IEEE802.11b和IEEE802.11g等“IEEE802.11和IEEE802.11b用于无线以太网(wirelessethernet)，其工作频率大多在2.4GHz上，传输速度为：IEEE802.11是1~2Mb/s；IEEE802.11b的速率为5.5~11Mb/s，并兼容IEEE802.11速率“IEEE802.11a的工作频率为5~6GHz，使用正交频分复用(orthogonalfrequencydivisionmultiplex,OFDM)技术，使传输速率可以达到54Mb/s“IEEE802.11g工作在2.4GHz频率上,采用CCK、OFDM、PBCC(分组二进制卷积码，packetbinaryconvolutionalcode)调制，可提供54Mb/s的速率并兼容IEEE802.11b标准“HiperLAN是欧洲ETSI开发的标准611UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaProf.ShuishengLin,2010WirelessSensorNetworksIEEE802.11协议系列12UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaProf.ShuishengLin,2010WirelessSensorNetworksIEEE802网络标准713UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaProf.ShuishengLin,2010WirelessSensorNetworksIEEE802.11a14UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaProf.ShuishengLin,2010WirelessSensorNetworksIEEE802.11b815UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaProf.ShuishengLin,2010WirelessSensorNetworksIEEE802.11g16UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaProf.ShuishengLin,2010WirelessSensorNetworks传输距离与速度的关系917UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaProf.ShuishengLin,2010WirelessSensorNetworks内容提要一．IEEE802.11标准二．IEEE802.15.4标准三．ZigBee标准四．6LowPan草案18UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaProf.ShuishengLin,2010WirelessSensorNetworksIEEE802.15.4“为满足低功耗、低成本的无线网络要求，城服标准委员会在2000年12月正式批准并成立802.15.4工作组，工作组的任务是开发一个低速率数据传输的WPN(LR-WPAN)标准“IEEE802.15.4标准就是802.15.4工作小组开发出的标准，它具有复杂度低，成本极少，功耗很小的特点，能在低成本设备之间低速率传输数据“标准满足国际标准组织开放系统互联（OSI）参考模式,包括物理层、介质访问、网络层和高层“802.I5.4标准定义了无线个域网中的设备互联进行无线通信的协议，它采用了CSMA/CA介质访问机制和支持星型和对等拓扑结构网络1019UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaProf.ShuishengLin,2010WirelessSensorNetworksIEEE802.15.4标准的主要特征z四种传输速率：20kbps、40kbps、100kbps、250kbps支持星型和点到点两种拓扑结构z在网络中采取两种地址方式：16位地址和64位地址z采用可选的时槽保障(GuaranteedTimeSlots,GTS)机制z采用CSMA/CA信道访问机制z支持ACK机制以保证可靠传输；z低功耗机制；z信道能量检测（EnergyDetection，ED）；z链路质量指示（Linkqualityindication，LQI）；z工作在ISM频段上，其中在2450MHz波段上有16个信道,在915MHz波段上有10个信道，在868MHz上有1个信道z数据安全策略20UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaProf.ShuishengLin,2010WirelessSensorNetworks802.15.4has16channelsinthe2.4Ghzband1121UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaProf.ShuishengLin,2010WirelessSensorNetworksIEEE802.15.4标准“IEEE802.15.4标准概述“网络组成及拓扑结构“协议栈架构“物理层规范“信道分配及调制方式“物理层帧格式“物理层功能实现“MAC子层规范“MAC子层的信道访问方式“MAC子层的帧格式“MAC子层的功能实现22UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaProf.ShuishengLin,2010WirelessSensorNetworksIEEE802.15.4TopologiesClusterTreeMeshStarPANCoordinatorFullFunctionDevice(