无线传感器网络传感器网络协议的技术标准
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6.2 IEEE 1451系列标准
1、IEEE 1451标准的诞生
基于各种现场总线标准的分布式测量和控制系统得到了 广泛的应用，这些系统所采用的控制总线网络多种多样、千 差万别，其内部结构、通讯接口、通讯协议等各不相同。
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6.2 IEEE 1451系列标准
传统的分布式测量控制系统结：
由于这种系统的构造和设计是基于各种网络总线标准而定， 如I2C，HART，SPI，LonWorks及CAN等，每种总线标准都有自 己规定的协议格式，相互不兼容，给系统的扩展、维护等带 来不利的影响。
6.1 技术标准的意义
无线传感器网络的价值就在于它的低成本和可以大量部 署。为了降低产品成本、扩大市场和实现规模效益，传感器 网络的某些特征和共性技术必须实现标准化，这样来自不同 产商的产品才能协同工作。
无线传感器网络的标准化工作受到了许多国家及国际标 准组织的普遍关注，已经完成了一系列草案甚至标准规范的 制定。其中最出名的就是IEEE 802.15.4/ZigBee规范，它甚 至已经被一部分研究及产业界人士视为传感器网络的标准。 IEEE 802.15.4定义了短距离无线通信的物理层及链路层规 范，ZigBee则定义了网络互联、传输和应用规范。 目前传感器网络标准化工作的两个公认成果是IEEE 1451接口标准和IEEE 802.15.4低速率无线个域网协议。
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6.2 IEEE 802.15.4标准
WLAN(无线局域网络)基于IEEE 802.11系列标准 802.11，1997年，原始标准(2Mb/s 工作在2.4GHz)。 802.11a，1999年，物理层补充(54Mb/s工作在5GHz)。 802.11b，1999年，物理层补充(11Mb/s工作在2.4GHz)。 802.11c，符合802.1d的媒体接入控制层(MAC)桥接。 802.11d，根据各国无线电规定做的调整。 802.11e，对服务等级(QoS)的支持。 802.11f，基站的互连性(Interoperability)。 802.11g，物理层补充(54Mb/s工作在2.4GHz)。 802.11h，无线覆盖半径的调整，室内(indoor)和室外 (outdoor)信道(5GHz频段)。 802.11i，安全和鉴权(Authentification)方面的补充。 802.11n，导入多重输入输出(MIMO)和40Mbit通道宽度技 术。
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6.2 IEEE 1451系列标准
国际电子电气工程师协会(IEEE)面对目前传感器市场上 总线接口互不兼容, 互操作性差难以统一的难题, 专门建立 专家组制定IEEE1451协议族, 以此来解决传感器接口的标准 化问题。
IEEE1451协议族共分五个协议标准,目前,IEEE1451.1、 IEEE1451.2、IEEE1451.3、IEEE1451.4已被IEEE组织通过。
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6.2 IEEE 1451系列标准
IEEE 1451系列标准的组成结构如图所示，这些标准可以在 一起应用，构成多种网络类型的智能传感器系统，也可以 单独使用。
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6.2 IEEE 1451系列标准
IEEE还在着手制定无线连接各种传感设备的接口标准。该 标准的名称为“IEEE P1451.5”，主要用于利用电脑等主 机设备综合管理建筑物内各传感设备获得的数据。 IEEE 1451.5提议标准主要是为智能传感器的连接提供无线 解决方案，尽量减少有线传输介质的使用。
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6.2 IEEE 802.15.4标准
6.2.1 IEEE 802.15标准概述 IEEE 8.2.15工作组于1998年成立，致力于无线个人区域 网络（WPAN）物理层和媒体访问子层的标准化工作。主 要分为四个工作组，研究不同应用需求下的标准： 802.15.1 蓝牙无线个人区域网络标准，中速、近距离， 适用于手机、PDA等。 802.15.2 是802.15.1的补充，研究802.15.1与802.11 WLAN的共存问题。 802.15.3 高传输速率无线个人区域网络，多媒体方面的 应用。 802.15.4 低速无线个人区域网络，低能耗，低速率和低 成本，针对个人和家庭范围内不同设备间的低速传输。
这个标准提供了将变送器(传感器和执行器)连接到一个 数字系统,尤其是到网络的方式, 简化了现场变送器到微处 理器以及网络的连接,提供一个适合各种网络的工业标准接 口,有效的实现现场各种不同的智能变送器的网络互连、即 插即用, 最终实现各个传感器或执行器厂家的产品相互兼容 , 降低了构建网络化测控系统的总成本。
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6.2 IEEE 1451系列标准
电子数据表格(TEDS)存储了变送器自身信息和制造商信息
有八个可寻址的单元，其中前两项是必选且只读的，其余 是可选的：
MetaTEDS:STIM的整体描述符
ChannelTEDS:包括STIM的量程、单位、启动时间等参数
其余六项包括:最后校准日期、校准周期和校准参数， 满足特殊功能的要求，在将来工业应用EE 1451系列标准
IEEE 1451.2 标准称为变送器与微处理器通信协议和变送 器电子数据表格式。 IEEE 1451.3 标准称为分布式多点系统数字通信和变送器 电子数据表格式。
IEEE 1451.4 标准称为混合模式通信协议和变送器电子数 据表格式。这是一项实用的技术标准，它使变送器电子数 据表格与模拟测量相兼容。
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6.2 IEEE 1451系列标准
IEEE1451协议族定义了一个较为完整的通用模型, 在这个 模型中采用分层体系结构。 IEEE1451.2智能传感器接口模块标准的功能框架:
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6.2 IEEE 1451系列标准
第一层模块结构为网络适配器NCAP(Network Capable Application Processor), 用来运行网络协议和应用软件 第二层模块为智能变送器模块 STIM(Smart Transducer Interface Module), 其中包括变送器和电子数据表格 TEDS(Transducer Electronic Data Sheet)。 这种划分使得在基于各种现场总线的分布式测量控制系统 中, 各种变送器的设计、制造无须考虑系统的网络结构, 从而智能化范围的得以延伸, 更加接近实际测量和控制点 。其中TEDS的设计是整个协议族的精华所在,使传感器模块 同时具有即插即用的兼容性。
6.2 IEEE 1451系列标准
1、IEEE 1451标准的诞生
基于各种现场总线标准的分布式测量和控制系统得到了 广泛的应用，这些系统所采用的控制总线网络多种多样、千 差万别，其内部结构、通讯接口、通讯协议等各不相同。
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6.2 IEEE 1451系列标准
传统的分布式测量控制系统结：
由于这种系统的构造和设计是基于各种网络总线标准而定， 如I2C，HART，SPI，LonWorks及CAN等，每种总线标准都有自 己规定的协议格式，相互不兼容，给系统的扩展、维护等带 来不利的影响。
6.1 技术标准的意义
无线传感器网络的价值就在于它的低成本和可以大量部 署。为了降低产品成本、扩大市场和实现规模效益，传感器 网络的某些特征和共性技术必须实现标准化，这样来自不同 产商的产品才能协同工作。
无线传感器网络的标准化工作受到了许多国家及国际标 准组织的普遍关注，已经完成了一系列草案甚至标准规范的 制定。其中最出名的就是IEEE 802.15.4/ZigBee规范，它甚 至已经被一部分研究及产业界人士视为传感器网络的标准。 IEEE 802.15.4定义了短距离无线通信的物理层及链路层规 范，ZigBee则定义了网络互联、传输和应用规范。 目前传感器网络标准化工作的两个公认成果是IEEE 1451接口标准和IEEE 802.15.4低速率无线个域网协议。
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6.2 IEEE 802.15.4标准
WLAN(无线局域网络)基于IEEE 802.11系列标准 802.11，1997年，原始标准(2Mb/s 工作在2.4GHz)。 802.11a，1999年，物理层补充(54Mb/s工作在5GHz)。 802.11b，1999年，物理层补充(11Mb/s工作在2.4GHz)。 802.11c，符合802.1d的媒体接入控制层(MAC)桥接。 802.11d，根据各国无线电规定做的调整。 802.11e，对服务等级(QoS)的支持。 802.11f，基站的互连性(Interoperability)。 802.11g，物理层补充(54Mb/s工作在2.4GHz)。 802.11h，无线覆盖半径的调整，室内(indoor)和室外 (outdoor)信道(5GHz频段)。 802.11i，安全和鉴权(Authentification)方面的补充。 802.11n，导入多重输入输出(MIMO)和40Mbit通道宽度技 术。
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6.2 IEEE 1451系列标准
国际电子电气工程师协会(IEEE)面对目前传感器市场上 总线接口互不兼容, 互操作性差难以统一的难题, 专门建立 专家组制定IEEE1451协议族, 以此来解决传感器接口的标准 化问题。
IEEE1451协议族共分五个协议标准,目前,IEEE1451.1、 IEEE1451.2、IEEE1451.3、IEEE1451.4已被IEEE组织通过。
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6.2 IEEE 1451系列标准
IEEE 1451系列标准的组成结构如图所示，这些标准可以在 一起应用，构成多种网络类型的智能传感器系统，也可以 单独使用。
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6.2 IEEE 1451系列标准
IEEE还在着手制定无线连接各种传感设备的接口标准。该 标准的名称为“IEEE P1451.5”，主要用于利用电脑等主 机设备综合管理建筑物内各传感设备获得的数据。 IEEE 1451.5提议标准主要是为智能传感器的连接提供无线 解决方案，尽量减少有线传输介质的使用。
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6.2 IEEE 802.15.4标准
6.2.1 IEEE 802.15标准概述 IEEE 8.2.15工作组于1998年成立，致力于无线个人区域 网络（WPAN）物理层和媒体访问子层的标准化工作。主 要分为四个工作组，研究不同应用需求下的标准： 802.15.1 蓝牙无线个人区域网络标准，中速、近距离， 适用于手机、PDA等。 802.15.2 是802.15.1的补充，研究802.15.1与802.11 WLAN的共存问题。 802.15.3 高传输速率无线个人区域网络，多媒体方面的 应用。 802.15.4 低速无线个人区域网络，低能耗，低速率和低 成本，针对个人和家庭范围内不同设备间的低速传输。
这个标准提供了将变送器(传感器和执行器)连接到一个 数字系统,尤其是到网络的方式, 简化了现场变送器到微处 理器以及网络的连接,提供一个适合各种网络的工业标准接 口,有效的实现现场各种不同的智能变送器的网络互连、即 插即用, 最终实现各个传感器或执行器厂家的产品相互兼容 , 降低了构建网络化测控系统的总成本。
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6.2 IEEE 1451系列标准
电子数据表格(TEDS)存储了变送器自身信息和制造商信息
有八个可寻址的单元，其中前两项是必选且只读的，其余 是可选的：
MetaTEDS:STIM的整体描述符
ChannelTEDS:包括STIM的量程、单位、启动时间等参数
其余六项包括:最后校准日期、校准周期和校准参数， 满足特殊功能的要求，在将来工业应用EE 1451系列标准
IEEE 1451.2 标准称为变送器与微处理器通信协议和变送 器电子数据表格式。 IEEE 1451.3 标准称为分布式多点系统数字通信和变送器 电子数据表格式。
IEEE 1451.4 标准称为混合模式通信协议和变送器电子数 据表格式。这是一项实用的技术标准，它使变送器电子数 据表格与模拟测量相兼容。
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6.2 IEEE 1451系列标准
IEEE1451协议族定义了一个较为完整的通用模型, 在这个 模型中采用分层体系结构。 IEEE1451.2智能传感器接口模块标准的功能框架:
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6.2 IEEE 1451系列标准
第一层模块结构为网络适配器NCAP(Network Capable Application Processor), 用来运行网络协议和应用软件 第二层模块为智能变送器模块 STIM(Smart Transducer Interface Module), 其中包括变送器和电子数据表格 TEDS(Transducer Electronic Data Sheet)。 这种划分使得在基于各种现场总线的分布式测量控制系统 中, 各种变送器的设计、制造无须考虑系统的网络结构, 从而智能化范围的得以延伸, 更加接近实际测量和控制点 。其中TEDS的设计是整个协议族的精华所在,使传感器模块 同时具有即插即用的兼容性。