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2008-10-15 16:29:32
概述
在《电子设计应用》创刊号中，笔者已经介绍了无线个人网络（WPAN）和无线分布式感知/控制网络（WDSCN）。与其他的网络一样，WPAN和WDSCN网络中的可能会由不同的公司进行开发生产，所以一个统一的或标准显得尤其重要。
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。2.4G物理层的数据传输率为250kb/s，868/915MHz物理层的数据传输率分别是20 kbps、40 kbps. 2.4GHz物理层的较高速率主要归因于一个较好的调制方案：基于DSSS方法（16个状态）的准正交调制技术。来自PPDU的二进制数据被依次（按字节从低到高）组成4位二进制数据符号，每种数据符号（对应16状态组中的一组）被映射成32位伪噪音CHIP，以便传输。然后这个连续的伪噪音CHIP序列被调制（采用最小移位键控方式MSK）到载波上，即采用半正弦脉冲波形的偏移四相移相键控（O_QPSK）调制方式。
868/915MHZ物理层使用简单DSSS方法，每个PPDU数据传输位被最大长为15的CHIP序列（m-序列）所扩展。即被多组+1，-1构成的 m-序列编码，然后使用二进制相移键控技术调制这个扩展的位元序列。不同的数据传输率适用于不同的场合。举例如下，868/915MHz物理层的低速率换取了较好的灵敏度（-85dbm/2.4G，-92dbm/868，915MHz）和较大的覆盖面积，从而减少了覆盖给定物理区域所需的节点数。2.4G物理层的较高速率适用于较高的数据吞吐量、低延时或低作业周期的场合。
介质访问层IEEE 802.15.4 MAC层的特征是：联合 ，分离，确认帧传递，通道访问机制， 帧确认，保证时隙管理，和信令管理。MAC子层提供两个服务与高层联系，即通过两个服务访问点（SAP）访问高层。通过MAC通用部分子层SAP（MCPS-SAP）访问MAC数据服务，用MAC层管理实体SAP（MLME-SAP）访问MAC管理服务。这两个服务为网络层和物理层提供了一个接口。
灵活的MAC帧结构适应了不同的应用及网络拓扑的需要，同时也保证了的简洁。MAC帧的通用格式如图2所示。
帧控制说明了如何看待帧的其余部分及它们包含什么。序列号是传输数据帧及确认帧的序号。仅当确认帧的序列号与上次数据传输帧的序列号一致时，才能判定数据传输业务成功。帧校验序列是16位循环冗余校验。净荷（payload）是MAC帧要承载的上层数据。它的字段长度可变。
MAC数据帧被送至物理层，作为物理层帧数据（PPDU）的一部分。
网络层网络层包括逻辑链路控制子层。802.2标准定义了LLC，并且通用于诸如802.3，802.11及802.15.1等802系列标准中，而MAC子层与硬件联系较为紧密，并随不同的物理层实现而变化。网络层负责拓扑结构的建立和维护、命名和绑定服务，它们协同完成寻址、及这些必须的任务。这个标准的网络层被期望能自己组织和维护。
IEEE 802.4标准支持多种网络拓扑结构，包括星型和点-点拓扑结构。应用的设计选择决定了拓扑结构；一些应用，诸如PC外设，适合低延时的星型连接，而对于别的，诸如涉及要求领域，适合大面积的点-点拓扑结构。
802.15.4 WPAN具有如下的特点：可升级 卓越的网络能力，可对多达254个的进行动态设备寻址。
适应性 与现有控制网络标准无缝集成。通过网络协调器（Coordinator）自动建立网络，采用CSMA-CA方式进行信道存取。
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