传感器无线互联标准及实现

设备间无线链路的建立、维护和结束；确认模式的帧传送与接收；信道接入控制；帧校验；预留时隙管理；广播信息管理。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，同时也保证了协议的简洁。MAC帧的通用格式如图2所示。

802．15．4标准上层协议由完整的Zigbee协议套件构成。网络层主要采用了基于Ad-hoe技术的网络协议，包含以下功能：通用的网络层功能；拓扑结构的搭建和维护，命名和关联业务，包含了寻址、路由和安全；与IEEE802．15．4标准一样，非常省电；有自组织、自维护功能，最大程度地减少消费者的开支和维护成本。应用会聚层将主要负责把不同的应用映射到Zigbee网络上，具体包括：安全与鉴权、多个业务数据流的会聚、设备发现、业务发现。

因此，IEEE802．15．4标准具有以下一些非常适用于无线传感器的特点：

功耗低：由于工作周期较短、收发信息功耗较低且采用了休眠模式，可以确保两节五号电池支持长达六个月到两年左右的使用时间。当然不同的应用功耗是不同的。

数据传输可靠性高：采用了碰撞避免机制，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。MAC层采用了完全确认的数据传输机制，发送的每个数据包都必须等待接收方的确认信息。

网络容量大：一个Zigbee网络可以容纳最多65536个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在最多100个Zigbee网络。

时延小：针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和休眠状态激活的时延都非常短。设备搜索时延典型值为30ms，休眠激活时延典型值为15ms，活动设备信道接入时延为15ms。

兼容性：与现有的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。为了可靠传递，提供全握手协议。

安全性：Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES-128，同时各个应用可以灵活确定其安全属性。

实现成本低：模块的初始成本估计在6美元左右，很快就能降到1．5~2．5美元，且Zigbee协议是免专利费的。

    协议套件紧凑而简单：其具体实现的要求很低。Zigbee协议套件的需求估计：8位微处理器，如80c51；全协议套件软件需要32K字节的ROM；最小协议套件软件大约4K字节的ROM。

2 802．15．4标准传感器的实现

2．1基于802．15．4标准传感器的实现

传感器的实现机理是以802．15．4传输模块代替传统的串行通信模块，将采集的数据以无线方式发送出去。其主要包括802．15．4无线通信模块、微控制器模块、传感器模块及接口、直流电源模块以及外部存储器等。

802．15．4无线通信模块负责数据的无线收发，主要包括射频和基带两部分，前者提供数据通信的空中接口，后者主要提供链路的物理信道和数据分组。微控制器负责链路管理与控制，执行基带通信协议和相关的处理过程，包括建立链接、频率选择、链路类型支持、媒体接入控制、功率模式和安全算法等。经过调理的传感器模拟信号经过AD转换后暂存于缓存中，由802．15．4无线通信模块通过无线信道发送到主控节点，再进行特征提取、信息融合等高层决策处理。整个节点可由外部直流电源供电或采用电池组，视具体情况而定。若要增加通信距离，可添加功率放大器以提高天线发射功率。如图3所示。

《传感器无线互联标准及实现(第2页)》