基于IEEE802.15.4的家庭自动化网络性能研究
IEEE802.15.4标准及其应用
IEEE802.15.4标准及其应⽤IEEE 802.15.4标准及其应⽤2002年，IEEE 802.15 ⼯作组成⽴，专门从事WPAN标准化⼯作。
它的任务是开发⼀套适⽤于短程⽆线通信的标准，通常我们称之为⽆线个⼈局域⽹（WPANs）。
⽬前，IEEE 802.15 WPAN共拥有4个⼯作组：蓝⽛WPAN⼯作组蓝⽛是⽆线个⼈局域⽹的先驱。
在初始阶段，IEEE并没有制定蓝⽛相关的标准，所以经过⼀段快速发展时期后，蓝⽛很快就有了产品兼容性的问题。
现在，IEEE决定制定⾏业标准来开发能够相互兼容的蓝⽛芯⽚、⽹络和产品。
⾼数据率WPAN⼯作组其802.15.3标准适⽤于⾼质量要求的多媒体应⽤领域。
802.15.4⼯作组为了满⾜低功耗、低成本的⽆线⽹络要求，IEEE标准委员会在2000年12⽉份正式批准并成⽴了802.15.4⼯作组，任务就是开发⼀个低数据率的WPAN（LR-WPAN）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（固定、便携或可移动的）之间进⾏低数据率的传输。
表1中概括了⼀些802.15.4的特点。
⽬前该标准仍处于不断改善和修订阶段，预计于2003年初推出正式标准。
802.15.4⽆线发射/接收机及⽹络被Motorola、Philips、Eaton、Invensys和Honeywell这些国际通信与⼯业控制界巨头们极⼒推崇。
IEEE 802.15.4 标准及其技术特点IEEE 802.15.4 满⾜国际标准组织（ISO）开放系统互连（OSI）参考模式。
它包括物理层、介质访问层、⽹络层和⾼层。
图1是对这些层的描述。
物理层IEEE 802.15.4 提供两种物理层的选择（868/915 MHz和2.4GHz），物理层与MAC 层的协作扩⼤了⽹络应⽤的范畴。
这两种物理层都采⽤直接序列扩频（DSSS）技术，降低数字集成电路的成本，并且都使⽤相同的包结构，以便低作业周期、低功耗地运作。
IEEE_802.15.4协议原理与应用
IEEE 802.15.4不同版本
IEEE 802.15.4 Version IEEE 802.15.4 - 2003 Details and comments This was the initial release of the IEEE 802.15.4 standard. It provided for two different PHYs - one for the lower frequency bands of 868 and 915 MHz, and the other for 2.4 GHz. ------ZigBee使用的是这个版本。 This 2006 release of the IEEE 802.15.4 standard provided for an increase in the data rate achievable on the lower frequency bands. This release of the standard updated the PHY for 868 and 915 MHz. It also defined four new modulation schemes that could be used - three for the lower frequency bands, and one for 2.4 GHz. This version of the IEEE 802.15.4 standard defined two new PHYs. One used UWB technology and the other provided for using chirp spread spectrum at 2.4 GHz. Updates for 2.4 GHz, 868 MHz and 915 MHz, UWB and the China 779-787 MHz band. 2.4 GHz, 868 MHz, 915 MHz and Japanese 950 - 956 MHz band. This release defines MAC enhancements to IEEE 802.15.4 in support of the ISA SP100.11a application.
IEEE802.15.4协议—帧类型和数据传输模型
IEEE802.15.4协议帧类型和数据传输模型1.数据传输模型存在三种类型的数据传输方式。
第一个，设备发送数据给协调器，第二个，协调器发送数据给设备，第三个，对等设备之间的数据传输（比如ZigBee网络中的路由之间的数据传输）。
1.1设备发送数据给协调器当设备把数据发送给支持信标的协调器时，它首先需要监听网络信标帧，当找到信标帧时设备与超帧结构同步，在适当的时间设备发送数据给协调器。
协调器接收到数据后向设备回复一个ACK表示已经成功收到，具体流程如上图所示。
当设备把数据发送给不支持信标的协调器时，只需要把数据发送给协调器，协调器收到数据时给设备回复一个ACK表示成功接收，具体流程如上图所示。
1.2协调器发送数据给设备在启用信标的网络中当协调器希望把数据发送给设备时，首先，协调器在网络信标中指示数据消息已经挂起。
其次，设备定期监听网络信标，如果有消息等待，就发送MAC 请求数据帧。
其次，当协调器收到设备发送的MAC请求数据帧时，回复ACK帧给设备确认数据请求的成功接收。
然后，协调器把准备好的数据发送给设备，设备收到后回复一帧ACK。
具体流程如上图。
在不启用信标的网络中当协调器希望将数据传输到设备时，首先，协调器把准备发送给设备的数据暂时存储以便设备发送数据请求帧来请求数据。
其次，当协调器接收到设备发送的数据请求帧时，协调器先回复一个ACK给设备表示收到数据请求。
然后，协调器把数据发送给设备。
最后，设备接收到数据时给协调器回复一个ACK表示接收到数据。
具体流程如上图所示。
1.3对等设备之间的数据传输在对等网络中，每一个设备都可以和它无线电范围内其他设备进行通信，为了实现这一点需要网络中的设备保持同步，比如在ZigBee网络中路由设备会周期性的广播路由信息来同步。
2.帧结构介绍设计帧结构主要考虑两方面，其一是使帧结构尽可能简单，其二是保证在具有噪声的信道中传输时保持健壮性。
每一层的协议都会在这个结构上添加本层相关的头部和尾部。
ZigBee路由协议分析及仿真实现-毕业论文
ZigBee路由协议分析及仿真实现-毕业论文摘要作为无线传感器网络（WSN Wireless Sensor Networks）的一项新型技术，ZigBee技术具有低功耗、低速率、低延时、低成本等特性，具有强大的组网能力和超大的网络容量，可以广泛应用在消费电子产品、家居与楼宇自动化、工业控制、医疗设备等领域。
由于其独有的特性，ZigBee无线技术也是无线传感器网络的首先技术，具有广阔的发展前景。
ZigBee协议标准采用开放系统接口（0SI）分层结构，其中物理层和媒体接入层由IEEE802.15.4工作小组制定，而网络层，安全层和应用框架层由ZigBee联盟制定。
本文根据IEEE802.15.4标准规范与ZigBee 标准规范，简单扼要地阐述了ZigBee协议栈的协议栈架构，重点讲解了ZigBee网络层树路由和网状网路由。
然后讲解了NS2网络仿真软件的工作原理，详细介绍了仿真环境的搭建和仿真分析的过程。
通过对CLUSTER-TREE路由算法和AODVjr路由算法在不同发包间隔下的平均延时、丢包率和控制包数量模拟，获得仿真结果。
AbstractAs a WSN(Wireless Sensor network), a new technology, ZigBee technology with low power consumption, low speed, low latency, low cost features, is a powerful networking capabilities and large network capacity, and can be widely used in consumer electronics, home and building automation, industrial control, medical equipment and other fields.Because of its unique properties, ZigBee wireless technology is the first technology of wireless sensor network, has a broad development prospects.ZigBee protocol standard using open system interface (OSI) hierarchical structure, including the physical layer and the media access layer shall be formulated by the IEEE802.15.4 working group, and the network layer, security and application framework layer shall be formulated by the ZigBee alliance.In this paper, based on IEEE802.15.4 standard specification and ZigBee standards,briefly expounds the simple ZigBee protocol stack protocol stack architecture, focusing on the ZigBee network layer routing and mesh networks by the tree.Then explained the working principle of NS2 network simulation software, introduces in detail the process of the construction of the simulation environment and simulation analysis.Routing algorithm based on CLUSTER - TREE and AODVjr routing algorithm under different contract awarding interval average delay, packet loss rate and the control packet number simulation, the simulation results.KEYWORDS: NS2，ZigBee，CLUSTER-TREE，AODVjr目录摘要......................................................................... I I Abstract. (III)目录 (VI)1 绪论 (1)1.1 背景介绍 (1)1.2 课程设计环境和工作内容 (1)2 ZigBee技术及仿真软件介绍 (3)2.1 ZigBee技术概述 (3)2.2 ZigBee协议栈架构 (3)2.3 ZigBee网络层路由协议 (5)2.3.1 ZigBee支持的网络拓扑 (5)2.3.2 ZigBee网络编址方式 (6)2.3.3 ZigBee网络路由算法介绍 (6)2.4 NS2网络仿真软件介绍 (7)2.4.1 NS2软件概述 (7)2.4.2 trace文件格式介绍 (8)3 仿真环境搭建过程 (10)3.1 Fedora 21安装过程 (10)3.2 NS2的安装过程 (18)3.3 NS2中添加ZBR路由协议的过程 (21)3.3.1 协议底层文件 (21)3.3.2 需要修改的文件 (21)3.3.3 需要修改的具体内容 (22)3.3.4 编译 (27)3.3.5 测试脚本 (27)3.4 gnuplot的安装 (27)3.5 本章小结 (27)4 仿真过程与仿真结果分析 (29)4.1 使用NS2进行模拟的基本流程 (29)4.2 星型拓扑环境搭建和模拟 (30)4.2.1 任务分析 (30)4.2.2 编写Tcl脚本 (30)4.2.3 执行模拟 (35)4.2.4 修改路由算法 (35)4.2.5 再次执行模拟 (36)4.3 星型拓扑仿真结果分析 (36)4.3.1 gawk工具介绍 (36)4.3.2 传输延时 (39)4.3.3 丢包率 (40)4.3.4 控制包数量 (41)4.4 树形拓扑环境的搭建和执行 (42)4.4.1 任务分析 (42)4.4.2 编写Tcl脚本 (42)4.4.3 执行模拟 (47)4.4.4 修改路由算法 (48)4.4.5 再次执行模拟 (48)4.5 树形拓扑仿真结果分析 (48)4.5.1 平均延时 (49)4.5.2 丢包率 (49)4.5.3 控制包数量 (50)4.6 本章小结 (51)5 总结和展望 (53)5.1 总结 (53)5.2 展望 (53)参考文献 (54)致谢 (56)1 绪论1.1 背景介绍随着科技的发展、文明的进步，人类对于信息的需求也日益增大，推广了信息的蓬勃发展。
基于IEEE-802.15.4-协议标准的星型定位网络
§1.1.基于IEEE 802.15.4 协议标准的星型定位网络(1)实验目的本实验是在基于Gainz教学开发平台的定位系统上操作完成的。
在此过程中，我们进一步地在实践中证明了定位实验在Gainz平台上的可行性（从理论上讲是可以的）。
而我们实验的目的，简要而言就是在一个基于IEEE 802.15.4协议标准的星型网络中，通过Coordinator取得RSSI（接收信号强度指示器）的值，结合参考节点的位置坐标来大致判断出待测End_device的位置。
(2)实验设备硬件：PC机一台GAINZ教学开发平台一套软件：WINA VR 20050214A VRStudio V4.07串口调试助手(3)实验内容由于读者已在前面系统学习过IEEE802.15.4协议规范的内容，并做了大量实验进行验证，这里就不再对这方面内容进行叙述了，我们这里的定位实验是在前面实验的基础上，通过串口调试助手打印出Coordinator的RSSI的值，并结合参考End_device和Coordinator的位置坐标来判断出待End_device的大致位置（这里的实验是根据二维的情况设置的）。
代码以库文件形式给出，同前面的实验一样，其中的Main.c文件需要读者自己编写。
(4)实验原理本定位网络是基于802.15.4协议规范搭建的，网络环境由一个Coordinator，若干参考End_device以及一个待测End_devica组成。
在实验开始前，我们会先测量出各节点的电池电压看看是否相同，这里建议各节点都采用新电池供电，避免由于电池电压的不同给实验结果带来偏差。
然后将除待测节点外的所有节点的位置坐标进行详细记录，这样，我们就做好实验开始之前的准备工作了。
本实验的原理，就是通过串口调试助手打印出Coordinator收到End_device 的帧时其RSSI（接收信号强度指示）的值，通过比较收到的来自各参考End_device 的RSSI值与待测End_device的RSSI值，以及在实验前记录好的节点位置坐标，大致判断出待测End_device的位置。
IEEE_802.11及802.15.4协议
IEEE802.11
使用扩频技术的好处
扩频是一种在信号传输前先将信号的带宽进行扩展的技术。采用扩频的好处是：❏ 抗干扰。若使用窄频，容易受到使用相同频率的通信干扰导致完全无法通信(“盖台”)❏ 对于非特定的目的接收器，扩展了带宽的信号混在背景噪声中，让蓄意想侦听窃取数据资料的人不易判别真正的信号，避免了他人的截听❏ 提供了供多个用户使用同一传输波段的方法，保证了无线设备在频段上的可用性和可靠的吞吐量，也保证使用同一频段的设备不互相影响。
IEEE802.11
距离越远、信号越弱、速率越低
11Mbps 5.5Mbps2Mbps1Mbps
距离
802.11b 采用了动态速率漂移技术，可以根据环境噪声变化对传输速率进行自动调整。在理想情况下，发送节点以最高速率11Mb/s进行发射。当设备移动到覆盖范围之外，或者出现重大干扰时，发送节点将自动逐次降低速率，以 5.5Mb/s、2Mb/s
Transmitter
Receiver
IEEE802.11
DSSS（直接序列扩频）
Direct Sequence Spread Spectrum（Chip code 也称为 pseudo-noice 或 spreading code）DSSS系统则将要传输的数据流通过扩展码调制而人为地扩展带宽，即使在传输波段中存在部分噪声信号，接收机也可以无错误地接收数据。
自组网络
A
E
D
C
F
源结点
目的结点
转发结点B
转发结点
转发结点
IEEE802.11
IEEE802.11的物理层❏ WLAN 传输方式有 红外线 (Infra Red, IR) 和 无线电射频 两种❏ 红外系统的优点：不受无线电干扰；视距传输，检测和窃听困难，保密性好。缺点是：对非透明物体的透过性极差，传输距离受限；易受日光、荧光灯等干扰；半双工通信。❏ 无线电射频系统采用 扩频 (Spread Spectrum) 技术进行调制。扩频技术的频率范围开放在 ISM 频段，此频段不需申请：
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【正文语种】中文【中图分类】TN925.931 IEEE 802.15工作组概述1998年，IEEE 802.15（以下简称 802.15）工作组成立,专门从事无线个人局域网（WPAN）标准化工作。
IEEE_802.15.4协议解析
4/10
0/5/6/10 /14 附加安 全头部
2 超帧 描述
可变 GTS分 配释放 信息
可变 待发数 据目标 地址信 息
可变
2
地址 域
帧负载
FCS校 验 帧尾 (MFR)
帧头(MHR)
MAC 负载
信标帧格式 超帧字段：持续时间；活跃部分持续时间；竞争访问时断持续时间 GTS分配释放信息：将无竞争时断划分为若干个GTS，并把每个GTS 具体分配给某个设备 转发数据目标地址：列出了与协调者保存的数据相对应的设备地址 信标帧负载数据：为上层协议提供数据传输接口
以及相关的保密措施。
应用层 ZigBee的应用层由应用子层(APS)、设备对象(ZDO)以
及制造商定义的应用设备对象组成。
APS子层的作用包括维护绑定表、在绑定设备间传输信息。 ZDO的作用包括在网络中定义一个设备的作用、发现网络中的设备 并确定它们能提供何种服务、起始或回应绑定需求以及在网络设备中 建立一个安全的连接。 制造商定义的应用对象根据ZigBee定义应用说明执行实际的应用。
MAC层网络设备
两种设备类型:
精简功能设备(RFD) 全功能设备(FFD)
FFD 与RFD 的差别：FFD 有能力成为协调者并选取一个频道建 立新的网络，而RFD 只能透过向协调者注册并连结后才能使用网 络；另一个差别在于，并不是任何节点都有资格向协调者提出 GTS使用申请，此节点必须属于FFD 才可向协调者要求保证传输 时槽使用权。 三种设备角色:
超帧结构
在IEEE 802.15.4中，可以选用超帧为周期组织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开始，在信 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。 网络中的普通设备接收到包含超帧结构的信标帧后，就可以根据 其中的配置信息安排自己的任务。 超帧将通信时间划分为活跃和不活跃两个部分。
IEEE802.15.4 协议规范
基于IEEE802.15.4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IEEE802.15.4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IEEE802.15.4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（IPv6over IEEE802.15.4或IPv6over LR_PAN）工作组，它规定了6lowPan技术底层采取IEEE802.15.4，MAC层以上采取IPv6协议栈，致力于如何将Ipv6与IEEE802.15.4展开，实现Ipv6数据包在IEEE802.15.4上的传输，研究基于IPv6over IEEE802.15.4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。
IEEE802.15.4 协议规范
基于IEEE802.15.4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IEEE802.15.4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IEEE802.15.4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（IPv6over IEEE802.15.4或IPv6over LR_PAN）工作组，它规定了6lowPan技术底层采取IEEE802.15.4，MAC层以上采取IPv6协议栈，致力于如何将Ipv6与IEEE802.15.4展开，实现Ipv6数据包在IEEE802.15.4上的传输，研究基于IPv6over IEEE802.15.4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。
EnOcean,Zigbee,Z-wave,WIFI：轻家居主流无线通信技术介绍与对比
EnOcean、Zigbee、Z-wave、WIFI：轻家居主流无线通信技术介绍与对比近几年，随着面向家庭控制及自动化短距离无线技术的发展，家庭智能化所带来的机遇正成为现实。
轻家居相比传统智能家居很明显的两个优势就是在易安装和易交互。
在已出现的各种短距离无线通信技术中,EnOcean、Zigbee，Z-Wave和Bluetooth(蓝牙)是当前连接智能家居产品的主要手段。
ZigbeeZigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。
根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。
其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。
是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。
Zigbee使用频段为2.4G，868MHz以及915MHz。
在不使用功率放大器的前提下，Zigbee的有效传输范围为10-75m。
Z-WaveZ-Wave是由丹麦公司Zensys所主导的无线组网规格, Z-Wave是一种新兴的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。
工作频带为908.42MHz，868.42MHz信号的有效覆盖范围在室内是30m，室外可超过100m，适合于窄带宽应用场合。
Z-Wave技术也是低功耗和低成本的技术，有力地推动着低速率无线个人区域网。
Bluetooth(蓝牙)蓝牙技术主要分为BT3.0+HS和4.0版本中加入的Wibree标准也就是Bluetooth Low Energy(BLE)。
在轻家居领域，主要讨论BLE部分。
低功耗蓝牙(BLE)技术是低成本，短距离，可互操作的鲁棒性无线技术，工作在2.4G频段。
BLE采用可变连接时间间隔，几毫秒到几秒，利用快速的连接方式，平时可以处于“非连接”状态节省能源，此时链路两端相互间只是知晓对方，只有在必要时才开启链路，然后在尽可能短的时间内关闭链路，因此拥有极低的运行和待机功耗。
EnOceanEnOcean无线通信标准被采纳为国际标准“ISO/IEC 14543-3-10”，这也是世界上唯一使用能量采集技术的无线国际标准。
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。
IEEE_802.15.4原理解析
安全层 依靠相称性密匙保护、应用保护机制、合适的密码机制
IEEE 802.15.4 标准
IEEE 802.15.4的物理层定义了物理信道和MAC子层间的接口， 提供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物理层相关数据组成的 数据库。 在IEEE 802.15.4的MAC层中引入了超帧结构和信标帧的概念。 这两个概念的引入极大了方便了网络管理，我们可以选用以超帧 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。网络中的普通设备接收到超帧 开始时的信标帧后，就可以根据其中的内容安排自己的任务，例 如进入休眠状态直到这个超帧结束。 MAC子层提供两种服务：MAC层数据服务和MAC层管理服务。 前者保证MAC协议数据单元在物理层数据服务中正确收发，后者 维护一个存储MAC子层协议相关信息的数据库。
端设备 End device (RFD or FFD)：只具有简单的收发功能，不能进 行分组的转发。 协调器 Coordinator (FFD)：通常通过发送信标实现与周围节点的同 步，且具有转发分组的功能。 网络协调器 PAN Coordinator (FFD)：为整个网络的主控节点，并且 每个IEEE 802.15.4网络只能有一个网络协调点
IEEE 802.15.4 与 ZigBee
ZigBee是由ZigBee Alliance所 主导的标准，定义了网络层、安全 层应用层、以及各种应用产品的架 构;而由IEEE所定制的802.15.4标准， 则是定义了物理层及MAC层。
无线远传燃气表-无线抄表
无线远传燃气表-无线抄表简介无线远传燃气表是一种新型的智能燃气表。
它引入了无线抄表技术，使燃气抄表更加方便、快捷、省力，无需再为人工抄表而烦恼。
本文将介绍无线远传燃气表的原理、优势和应用场景。
原理无线远传燃气表是基于Zigbee技术的，Zigbee是一种基于IEEE 802.15.4标准的低功耗、自组织的无线网络协议，它在工业自动化、家庭自动化等领域得到广泛应用。
燃气表通过Zigbee模块与远程集中器连接，将数据传输给远程服务器，实现了无线化远传的目的。
优势使用无线远传燃气表的优势主要有以下几个方面：1.智能化：在无线远传燃气表中，传感器和智能芯片的使用，让燃气表变得更加智能化，能够自动记录燃气的用量、温度、压力等参数。
2.省时省力：燃气表自动抄表，省去了人工抄表的繁琐过程，同时也减少了人力成本。
3.准确性高：燃气表在自动抄表的过程中，能够通过智能算法对数据进行处理，数据的准确度更高。
4.安全性高：燃气表自动抄表，避免了人工抄表时可能造成的安全事故。
应用场景目前，无线远传燃气表已经在很多地方得到了应用，例如：1.居民小区：燃气表安装在各个家庭，方便小区物业进行燃气计量与管理。
2.工业用气：对于一些大型企业来说，燃气的用量很大，采用自动化抄表可以大大提高工作效率。
3.公共建筑：燃气表安装在公共场所，如学校、医院、商场等，简化了管理流程，提高了用气安全。
操作方法1.安装燃气表：首先将燃气表按照说明书正确安装在燃气管道上。
2.连接Zigbee模块：将Zigbee模块插在燃气表上，与其进行连接。
3.连接远程集中器：将Zigbee模块与远程集中器进行连接。
4.抄表：启动无线远传燃气表后，可以通过远程服务器实时查看燃气的使用情况。
无线远传燃气表实际上是一种智能化、自动化的燃气计量仪表，它在无需人工干预的情况下即可完成燃气的抄表、计量、统计等任务。
它的使用不仅改善了人们的生活，也方便了工作和管理。
ZigBee简介
1.概述：ZigBee译为"紫蜂"，它与蓝牙相类似，是一种新兴的短距离无线通信技术，用于传感控制应用(Sensor and Control)。
Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。
ZigBee这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。
2.ZigBee发展历程：在蓝牙技术的使用过程中，人们发现蓝牙技术尽管有许多优点，但仍存在许多缺陷。
对工业，家庭自动化控制和遥测遥控领域而言，蓝牙技术显得太复杂，功耗大，距离近，组网规模太小等，而工业自动化对无线通信的需求越来越强烈。
2000年12月，IEEE成立了802.15.4工作组，制定了Zigbee的物理层（PHY）和MAC协议层。
2001年8月，ZigBee Alliance成立。
2002年下半年，英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司共同宣布加入ZigBee联盟，研发名为“ZigBee”的下一代无线通信标准，这一事件成为该技术发展过程中的里程碑。
2004年，ZigBee V1.0诞生。
它是Zigbee规范的第一个版本。
由于推出仓促，存在一些错误。
2006年，推出ZigBee 2006，比较完善。
2007年底，ZigBee PRO推出。
2009年3月，Zigbee RF4CE推出，具备更强的灵活性和远程控制能力。
2009年开始，Zigbee采用了IETF的IPv6 6Lowpan标准作为新一代智能电网Smart Energy(SEP 2.0)的标准，致力于形成全球统一的易于与互联网集成的网络，实现端到端的网络通信。
ZigBee联盟现有的理事公司包括BM Group，Ember公司，飞思卡尔半导体，Honeywell，三菱电机，摩托罗拉，飞利浦，三星电子，西门子，及德州仪器。
802.15.4技术详解
100,000
ZigBee/802.15.4协议结构
ZigBee 协议栈
应用层 网络层 MAC 层 物理层
ZigBee 联盟定义 IEEE 802.15.4 定义
ZigBee与IEEE 802.15.4之间的关系
ZigBee使用IEEE 802.15.4所定义的物理层和MAC层技术。 ZigBee在IEEE 802.15.4的基础上添加网络层、应用层、安全等
ZigBee
LOW DATA-RATE RADIO DEVICES
PC & PERIPHERAL
S
mouse keyboard joystick
consoles portables educational
TOYS & GAMES
HOME AUTOMATION
security HVAC lighting closures
实现起来非常简单，适合于能量和资源受限的设备
星型拓扑结构
网络协调器
主/从关系
全功能设备(FFD) 简化功能设备(RFD) 数据流
点到点拓扑结构
点到点（Mesh型）
树型
全功能设备(FFD) 数据流
混合拓扑结构
簇型拓扑 – 例如在一个酒店部署无线 控制系统，每个房间里有一个簇头， 房间里的无线设备通过星型网连接到 簇头，各个房间的簇头再通过树型网 或Mesh网相互连接。
无线个域网各项技术对比
各种无线标准的市场定位
SHORT < RANGE > LONG
TEXT GRAPHICS INTERNET HI-FI STREAMING DIGITAL MULTI-CHANNEL
工业IEEE802.15.4a标准无线网络性能测试设计与实现
工业IEEE802.15.4a标准无线网络性能测试设计与实现吴丽琴;徐胜;姜得志【摘要】基于IEEE 802.15.4a标准的短距离无线传输技术在工业中得到了广泛的应用,然而,针对IEEE802.15.4a协议工业无线网络的性能测试研究较少,评判工业无线控制系统是否符合工业场合的应用缺乏精确的描述;为评价基于IEEE 802.15.4a 标准的工业无线网络的性能,搭建了基于该标准的无线网络测试平台,基于ARM处理器开发了工业无线网络性能测试装置,给出了测试装置的软硬件设计,通过测试获得工业无线网络控制系统的丢包率、吞吐率、协议转换时间等性能指标,测试结果表明该装置能够有效地实现对基于该标准的无线网络进行性能测试,为改善和优化工业无线网络的应用、保证系统的稳定运行提供了有力的依据.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2014(022)012【总页数】4页(P3900-3902,3905)【关键词】工业无线网络;性能测试;IEEE802.15.4a【作者】吴丽琴;徐胜;姜得志【作者单位】南通职业大学电子信息工程学院,江苏南通226007;南通职业大学电子信息工程学院,江苏南通226007;上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海200072【正文语种】中文【中图分类】TP3920 引言工业无线技术是面向工厂自动化和过程自动化设备间信息交互的无线通信技术，是工业自动化系统的又一次技术革新，拓展了有线技术使用范围，降低了对复杂环境监控的难度，节约了成本，已广泛地应用于石油化工、冶金、物流、电力等领域［1］。
但是，在一些使用环境复杂和存在强干扰的工业现场中，工业无线网络还存在信号传输不稳定、存在延时及延时的不确定性等一些问题［2］。
因此，测试和验证工业无线网络接入到控制系统中的性能，获取网络的性能指标，进一步通过性能指标来检验工业无线控制系统是否符合工业场合的应用，显得格外重要。