通信標準與規范精選(五篇)
發布時間：2023-10-11 15:53:49
序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨特的藝術，我們為您準備了不同風格的5篇通信標準與規范，期待它們能激發您的靈感。
篇1
引言
電力通信是保障電網安全生產、優質運行的重要支撐，電力通信網建設水平關系到電網堅強智能。在智能電網和能源互聯網“兩化融合”大力推進的形勢下，電力通信作為推動電力企業集約化經營與精細化管理的重要基礎，迎來新的機遇和挑戰。電力系統信息化、數字化、自動化、互動化建設，將實現在發電、輸電、變電、配電、用電和調度等各個環節的數據采集數字化、生產過程自動化、業務處理互動化、經營管理信息化、戰略決策科學化，開創電力智能化新時代。
1、電力系統通信標準現狀
我國電力通信技術標準體系起步于20世紀90年代左右，是隨著電力企業的整頓、安全文明生產達標、創一流活動的開展而進行，特別是在創一流的時候對通信等技術標準有了一個明確的要求，從此電力通信的技術標準逐漸在電力企業當中逐步推廣實施，在電力通信技術的發展中發揮著至關重要的作用。相關技術標準也從較為單一的通信電纜和電力線載波通信技術標準到包含光纖、數字微波、衛星等多種通信手段并用，從局部點線通信方式到覆蓋全國的干線通信網和以程控交換為主的全國電話網、移動電話網、數字數據網相關標準。
2電力通信標準體系方案研究
2.1設計目標
緊密結合電力行業和通信技術發展趨勢，建立電力通信技術標準體系框架和頂層設計，適時組建相關標委會或工作組，為電力行業通信領域發展提供技術支持；依據電網發展方向和工作重點，持續推進重點領域和重點標準突破，提高標準水平；通過政策引導和市場推動加強標準宣貫，為電力通信領域發展提供標準化技術支撐。
2.2設計要求
電力通信標準體系應服務于電力行業發展需求、突出電力行業特色，除了具有標準體系的繼承性、完整性、先進性、可操作性等基本要求外，還需考慮以下要求：（1）覆蓋廣泛。電力通信標準體系構建是一個綜合化的過程，覆蓋電力通信全過程，需要滿足電力行業各專業的通信需求，這是由電力通信服務于電力生產的本質所決定的。此外，電力通信網絡自身的網絡規劃、建設、運維與管理等工作也是電力通信標準體系中的重要組成部分。因此電力通信標準體系需要兼顧各環節、各類業務類型的需求，形成最佳的體系方案，使每個環節、每類業務的需求都能夠在標準體系中得到充分體現。（2）協調推進。電力通信標準體系雖然涉及領域廣泛，但作為體系而言，其功能更強調并反映出整體性。電力通信標準體系內各個具體通信標準的功能是相互協調、銜接的，不協調之處應及時調整，以利于功能互補，形成合力，共同推進電力通信領域乃至電力行業的全面發展。
2.3設計特征
電力通信標準體系旨在加強科學管理、提高規劃效率、促進通信網安全穩定、推進電力通信領域標準化工作，需具備以下特征：（1）充分考慮國行標體系要求，與現有的電力標準體系和信息通信標準體系具有良好的集成性。已有的通信標準分散于其他標準體系的不同分支中，該標準體系能夠與其他的標準體系進行匹配，便于標準的管理與應用。（2）根據電力通信業務流程進行分類，便于電力通信專業理解和使用。各個標準子系統有利于在本專業內實行有序化管理，利于各企業采用標準來規范各區域電力通信網絡的規劃建設、運維管理，有利于網絡資源的合理有效配置以及規范化操作，從而減少重復性、不必要的技術浪費，從整體上提高電力通信網絡的建設運維水平。（3）借鑒國際通信標準研究成果，重點開展電力通信需求研究。電力通信標準體系中的通用技術標準將引用國際通信標準組織的研究成果，重點開展電力通信網絡規劃、建設、運行中的技術研究，進一步降低技術風險，突出重點方向。
3、標準體系發展方向
3.1實時可靠
特高壓、大電網的建設，對駕馭大電網安全、穩定、經濟運行的能力提出了更高的要求，“電網運行分析在線化、動態化、全過程化，電網調度智能化，電網運行管理精益化，主備調運行一體化”，需要電力通信網提供更可靠、更優質的服務。
3.2靈活泛在
（1）在能源開發方式變革方面。未來電力系統的一次能源將轉變為以風能、太陽能等可再生能源為主的能源開發方式，家庭、樓宇、工廠中的分布式可再生能源成為重要的能源供給方式。能源開發方式的變革，對電網的可再生能源消納能力提出了更高要求，覆蓋更廣泛的通信網絡、面向復雜負荷預測的分析能力，是支持能源開發方式變革的必不可少信息通信環節。（2）在能源配置方式變革方面。未來電力系統的生產方式，從發、用分開的長距離電能配置方式，轉變為電能大規模輸送和就地平衡相結合的電能配置模式，電網調度將向配用電側延伸，為用戶側電源及就地消納提供管控支持。能源配置方式的變革要求電網信息通信需要完善用戶側的接入與終端間信息交互能力，加強通信的實時性，在電網全面數據采集、分析的支持下，實現基于數據驅動的更加精確的電網調度新模式。（3）在能源消費變革方面。未來電力系統將徹底改變電網電能轉售的盈利模式，電網成為開放的能源配置和交易平臺，豐富多彩的能源交易業務在該平臺上得以實現。電網信息通信需要對未來更加廣泛、實時的雙向電能計量提供支持，同時，必須依托電網信息能力，構建能源交易平臺，為能源交易各參與方提供開放、公平的交易環境，在此基礎上，海量的用電、交易數據將成為電網寶貴的資產，對數據的挖掘、分析和利用，將成為營銷場景中的最重要的業務，形成不可估量的價值。
結語
電力通信標準化工作對于支撐電力行業可靠、安全、優質、智能發展具有戰略意義。
篇2
作為智能ODN產品通信標準制定的參與者，江蘇亨通光網科技有限公司產品線高級工程師雷非日前在接受《通信產業報》（網）記者獨家專訪時表示，智能ODN通信標準已經陸續確定下來了，其中設備類的三個標準已經；接口類的六個標準中已有五個通過審查，待。
然而，據了解，接口類仍有一個通信標準尚未通過審查，有待標準制定和評審部門進一步討論。
技術方案難分高下
尚未審查通過的這條通信標準是接口類六大標準之一，主要規定了光纖活動連接器上的智能標簽與插座之間的接口標準。據介紹，該標準候選方案主要有兩個，分別是插頭簧片方案和插頭金手指方案，它們的優劣勢正好形成互補，勢均力敵，但是又不能相互兼容，使得標準制定和評審專家組分歧嚴重，至今未能形成統一意見。
另外，在接口協議方面也存在爭議。華為、中興等廠商主推的1-wire接口標簽的接口觸點只有兩個，而亨通等廠商主推的I2C接口標簽的接口觸點有四個。
雷非指出，華為方案的優勢在于接口觸點少，可靠性高，但是該方案所使用的芯片目前全球僅有一家供應商，產量低、成本高，市場吸引力有限；而亨通方案所使用的芯片供應商較多，成本不到前者的1/4，而且隨著工藝進步，未來還有更大的下降空間。
事實上，目前制約智能ODN產業發展的重要原因之一就是成本過高，如果能夠有效降低成本，對智能ODN產品的推廣是非常有利的。然而從目前國內智能ODN產業發展來看，盡管產業鏈希望能夠制定出統一的通信標準，但是由于目前智能ODN廠商眾多，制作方法各異，且均投入了大量資金，因而都希望自己的方案成為通信標準。不過從目前幾大主流方案來看，并沒有哪一個方案具有絕對優勢能脫穎而出，從而導致通信標準遲遲無法最終確定。
在雷非看來，標準制定初期不需要設置更多限制，應給予幾大方案平等競爭的機會，最終由市場決定孰優孰劣。
其實，在通信行業，統一標準下存在多技術方案的案例屢見不鮮。例如，4G通信標準就包括TD-LTE、LTE FDD等多個標準制式。
亨通智能ODN進行時
通信標準不能落地，對國內智能ODN產業的發展會產生很大影響。雷非表示，原則上各運營商招標都需要一個技術規范，廠商可以根據運營商的規范生產供貨，但是廠商還是希望有一個統一的行業標準來指導生產。
目前，國內ODN產業基本形成兩大陣營，分別是以華為、中興為代表的大型設備商，以及以亨通為代表的線纜廠商，其中以華為的技術實力最為強大。在這一背景下，作為該行業的新兵，亨通沒有選擇與華為正面競爭，而是主推成本較低的I2C接口標簽。而且值得注意的是，在采用該方案的同時，亨通的智能ODN產品還采用了集中控制方案這一設備架構體系。雷非表示，該方案具有結構簡單、成本低、功耗低等特點，在行業內同樣具備很強的競爭力。
目前，亨通正在全力研發自有的智能ODN產品。據介紹，該產品由設備、網絡管理服務器、智能終端三部分組成，其中設備分成三類，分別是智能光配線架、智能光纜交接箱和智能光纜分纖箱。目前，該產品的硬件部分已經研發完畢，亨通正在研發其軟件部分，預計2015年年底開發完畢。
智能ODN市場需要培育
近兩年來，中國寬帶發展如火如荼，國內智能ODN產業也一直在進步，但是由于成本過高，并沒有得到運營商大規模部署。事實上，國內三大運營商對智能ODN的態度始終沒有同步。
據了解，中國電信對智能ODN一直持觀望態度，因為中國電信現網建設起步較早，運維管理流程較為完善，但是現網光纖基礎設施存量大，智能化改造成本較高。
中國移動則是智能ODN積極響應者。據悉，隨著大規模光網絡建設，中國移動在今年年初規劃全年ODN網絡建設中有1/3采用智能ODN設備，而且起標已經全部完成，部分地方子公司已經進行了設備招標，然而從目前發展來看，仍沒有大規模部署智能ODN。
中國聯通對智能ODN的態度一直比較曖昧。盡管現在已經開始起標，進行了網絡測試，但是由于智能ODN成本過高，中國聯通也沒有實現大規模部署，不過明年會有FTTH方面的大規模投資，而ODN則是FTTH中的基礎設備之一。
篇3
當然，它的前提是，只討論大國技術的抉擇，不涉及行業管理與政策制度。
1999年，經過投票推選，原中國郵電部代表中國政府，向國際電信聯盟（ITU）提出的TD-SCDMA正式成為第三代國際通信標準。
TD-SCDMA純屬技術名詞，但在草擬人李世鶴（原郵電部科學技術研究院副院長，大唐電信集團首席科學家）在美國向周寰（原郵電部科技司司長，后調任大唐電信集團董事長）介紹時，它被賦予了另外一個涵義：超越（Super）CDMA。
CDMA也是國際第三代通信標準，這個由高通公司提出的技術規范，是到目前為止，全球通信行業唯一一個由公司技術，越過了企業標準、行業標準、國家標準，直接一步上升為國際標準的技術規范。
CDMA給高通公司帶來的成功，一直延續到今天。但在4G時代，CDMA將退出主流市場。盡管從CDMA技術向LTE FDD仍然存在平滑演進途徑，但最佳的平滑演進技術，仍然屬于WCDMA—由歐洲陣營主導的3G標準。
TD-SCDMA的起步較晚，是無法回避的事實。WCDMA的早期性研究，從1988年就開始了；而CDMA更是起源于第二次世界大戰，高通公司將其引入蜂窩通信技術領域，并早在1995年就實現商用組網。而TD-SCDMA真正意義上的規范起草是在1998年，第一個試驗網組建則已經是2005年了，還只是由高校研究實驗室所實施。
起步較晚和產業鏈的滯后，成為TD-SCDMA被業界詬病的重要原因，中國也為此付出了巨大的代價。即使全球范圍內盈利能力最強的中國移動承擔其建設和運營，也沒有獲得足夠成功，曾經試圖進行的全球化推廣，也舉步維艱。
但這并不妨礙中國通信業在TDD制式和技術領域內取得成就的決心。
2010年，在確定由TD-SCDMA延續的TD-LTE成為第四代國際標準之后，在3G時代感覺彷徨無依、后退無路的中國移動，選擇了大干快上，在4G牌照尚未發放前，就已在全國范圍內，建成了通信史上前所未有的大規模的“試驗網”：多達20萬個基站。
要知道，美國最大的移動通信運營商Verizon，其3G基站總數也只有20萬個左右，其4G網絡建設號稱大手筆，在2013年部署的LTE基站數量，也只有5000個左右。
在這個通信技術標準專利高度分散的時代，通信標準的興衰，看似已經失去以舉國之力支撐其發展的意義。
但事實上，由于電信設備提供商以運營商合同為主要訴求，所以往往正是這種國家主導的機制，成為電信設備市場格局與發展軌跡的決定性因素。
正因如此，我們看到了北電網絡的破產，美國朗訊科技被來自歐洲的阿爾卡特合并，北美電信設備商逐漸失去在全球角逐競技的活力。
同樣失去昔日光芒的，還有日本電信設備商們。因為采取和全世界都不一樣的3G制式，又缺乏如中國市場這般廣闊的容量，使得NEC、富士通、三菱等企業已成往日煙云。
與此同時，來自中國的華為，成為和全球領頭羊愛立信一爭高下的新貴，而同樣來自中國的中興通訊，也逐步打開了全球化局面。
要知道，包括美國（3.15億）、法國（6400萬）、英國（6300萬）、俄羅斯（1.44億）、日本（1.26億）、德國（8500萬）在內，總共也只有不到8億人口，而2013年10月底，中國移動電話總用戶數已然高達12.16億（以號碼計算）。如此龐大的用戶基數，成為中國將TD-LTE這一由中國主導的4G標準打入商業主流，甚至全球主流市場的底氣所在。
篇4
關鍵詞 動環；集中；監控；樞紐
中圖分類號 TP2 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）11-0137-02
1 概述
面對分布各地的核心樞紐機房電源室改為無人值守的實際情況，單純依靠傳統的人工輪巡維護方式已經無法滿足高質量維護的需求。通過動力環境監控系統可以及時發現故障，提示維護人員采取必要的措施解決問題，大大提高了維護質量，成為動力維護一種必要而且有效的手段。
針對鐵通網絡維護集中化工作要求和目前監控手段落后的實際情況，要實現對地市核心通信樞紐機房的動力環境參數進行監控，以實現地市網管由7×24h值守向5×8h值守轉變，因此，需要新建樞紐機房集中化動力設備及環境參數的集中監控系統，對各地市的電源引入、電源設備、各機房溫濕度環境、各機房配電柜引入、空調、蓄電池組等設備的各種參數進行實時監測，記錄和分析相關數據，從而保證網絡的安全穩定運行，達到落實質量戰略，提升管理水平，促進網絡質量提高，支撐網絡運行良好的目的。
2 系統組成與范圍
一般一個地區建設一個三級網絡結構（監控單元SU，區域監控中心SS，地區監控中心SC），河北鐵通全省11個地市分公司，共計57個核心樞紐機房需要納入集中監控系統。監控系統由以下3部分組成如圖1所示。
1）接入層部分：每處樞紐樓作為一個或幾個監控點，包括實現采樣、采集、預處理及接入的設備或器件（包括智能設備接入、非智能設備采集、環境量采集、圖像等）。
2）傳輸層部分：機房（SU）與監控中心（SC或SS）之間的監控系統傳輸網絡必須與業務網絡分離，形成獨立的監控傳輸網絡。傳輸網絡可靈活采用采用既有IP傳輸（MPLS VPN）。
3）業務層部分：省中心采用本地網SC，包括監控所需的軟硬件，地市監控終端（PC），系統與省監控管理中心（PSC）平臺的接口。監控系統內部以及監控系統與監控對象、與其他系統之間接口的定義（A接口、B接口、C接口、D接口）遵循YD/T 1363-2005.1要求。
每個樞紐樓定義為1個或幾個監控單元（SU），安裝1套或幾套采集接入設備和若干傳感器、變送器、采集器、f議轉換器等，用以實現對電源、空調、環境量等監控對象的數據采集，并向監控對象發出控制命令；1臺傳輸接入設備，用以將采集到的數據通過傳輸網絡上傳到監控中心（SC或SS），并接收監控中心發出的命令，傳給采集接入設備。在實際應用中，也可將采集接入功能集成于傳輸接入設備中，或將傳輸上聯功能集成于采集接入設備上。
電源機房要監控全部動力環境參數，電池室、總配室可只監控環境參數，其他機房監控直流電源參數和環境參數。提供GSM短信發送設備，由系統根據告警級別、內容進行自動短信發送。
3 系統性能要求
基站內所有監控系統硬件應能滿足下列工作環境要求：工作溫度：-10℃～+50℃；相對濕度：0%～95%RH（+20℃）；海拔高度：≤2 000m。
系統遙測精度要求為：直流電壓測量相對誤差應≤0.5%，蓄電池2V單體電壓測量絕對誤差應≤5mV，12V單體電池電壓測量絕對誤差應≤20mV，其他電量測量相對誤差應≤2%；非電量測量相對誤差應≤5%，其中當被測溫度≤20℃時，溫度測量絕對誤差應≤1℃。
監控系統硬件可靠性指標MTBF應不低于100 000h，MTTR應小于0.5h，整個系統的MTBF應不低于20 000h。
4 告警的處理
處理告警是集中監控的關鍵環節，處理的快慢直接影響設備安全。當一系列相關聯的告警信息同時（或先后）出現時，只顯示關鍵告警信息（父告警，如市電停電），而將其余關聯告警信息（子告警，如整流器告警、蓄電池電壓低等）進行過濾（不顯示或以提示方式顯示）；被過濾的告警仍可以被查詢、統計，但應作為系統提示性事件處理。當對父告警信息進行確認時，系統能同時對子告警信息進行自動確認；也可選擇只確認父告警，或僅對部分子告警進行確認。當父告警恢復后，子告警通常會自動恢復。
根據告警等級和內容設置，當特定告警發生時，系統可自動撥打預設電話（固定電話、手機等均可），播放語音告警信息。支持GSM/CDMA短信告警功能；可按告警等級和內容、按區域及監控局向、按單個特定告警信號等方式配置短信告警；可自定義短信格式、內容；可接收短信回復確認。
此監控項目實現了河北鐵通全省樞紐機房動環信息監控集中化，進一步提升河北鐵通網絡的集中化和專業化管理水平，釋放的人力資源，提高運營效率。
參考文獻
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[2]中國通信標準化協會.YD/T 1623-2007通信局（站）圖像集中監控系統技術要求[S].北京：中國標準出版社，2007.
[3]中國通信標準化協會.YD/T 1051-2010通信局（站）電源系統總技術要求[S].北京：中國標準出版社，2010.
[4]中國通信標準化協會.YD/T 1363-2005.1～4通信局（站）電源、空調及環境集中監控管理系統[S].北京：中國標準出版社，2005.
篇5
關鍵字:嵌入式;低功耗;網絡協議;無線傳感器網絡
中圖分類號:TP212文獻標識碼:A文章編號:1007-9599 (2010) 09-0000-02
Embedded Low-power Wireless Sensor Network
Yang Yuhong
(Heilongjiang Institute of Architectural Technology,Harbin150000,China)
Abstract:Wireless sensor network is an integration of sensor technology,computer technology and wireless communication technology of the twenty-first century communications network has great value and important research value.Wireless sensor network consists a large number of integrated sensors,data processing unit and the wireless communication module node through self-organization structure,environmental information can be timely and effective manner through the network to transmit to the receiver.As the energy of the node power supply unit with limited and difficult to change,the energy consumption of a wireless sensor network,the core of the problem.There are two ways to solve the problem:One is to increase the energy supply;second is through the low-power design techniques to improve the energy efficiency of the network.However,due to increased energy supply bottlenecks,improve the energy efficiency of the network to extend the network lifetime is the solution to the problem.
Keywords:Embedded;Low-power;Network protocol;Wireless sensor networks
一、研究意義
近年來隨著通信技術、嵌入式計算技術、微機電系統技術和傳感器技術的飛速發展,具有感知能力、計算能力和通信能力的微型傳感器開始出現,這些微型傳感器通過組網構成傳感器網絡。這種傳感器網絡能夠協同實時監測、感知和采集網絡分布區域內的各種環境或監測對象的信息,并對這些信息進行處理,獲得詳盡而準確的信息,傳送給需要這些信息的用戶。無線傳感器網絡在環境與軍事監控,地震與氣候預測、地下、深水以及外層空間探索等許多方面都具有廣闊的應用前景?？梢哉f無線傳感器網絡是信息感知和采集的一場革命,是21世紀最重要的技術之一。
無線傳感器網絡是當前在國際上備受關注的、涉及多學科高度交叉、知識高度集中的前沿熱點研究領域。它綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現代網絡以及無線通信技術、分布式信息處理技術等多種技術領域,通過各類集成化的微型傳感器對目標信息進行實時監測,通過無線通信方式形成一個多跳的自組織網絡系統,目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中感知對象的信息,并發送給終端用戶。人們可以通過傳感器網絡直接感知客觀世界,從而極大地擴展了現有網絡的功能和人類認識世界的能力
二、IEEE802.15.4/ZigBee標準概述
為了滿足低功耗、低成本的無線網絡的要求,任務就是開發一個低數據速率WPAN(LR-WPAN,Low Rate wireless Personal Area Network)標準。無線傳感器網絡的應用目標多種多樣,這要求IEEE 802.15.4標準要非常靈活,應能夠支持個人工作空間中無限多種可能的應用需求。
三、協議架構
ZigBee標準定義了一種網絡協議,這種協議能夠確保無線設備在低成本、低功耗和低數據速率網絡中的互操作性。ZigBee協議棧構建在IEEE 802.15.4標準基礎之上,IEEE 802.15.4標準定義了物理層(PHY)和媒體訪問控制層(MAC),PHY和MAC層定義了射頻以及相鄰的網絡設備之間的通訊標準;ZigBee聯盟則定義了ZigBee協議的網絡層(NWK)、應用層(APL)和安全服務層的標準。ZigBee協議棧的每層為其上層提供一套服務功能:數據實體提供數據傳輸服務,管理實體提供其他服務。每個服務實體和上層之間的接口稱作“服務訪問電(SAP)”,通過SAP交換一組服務原語為上層提供相關的服務功能。
物理層提供兩類服務:物理層數據服務和物理層管理服務。PHY層功能包括無線收發信機的開啟和關閉、能量檢測(ED)、鏈路質量指示(LQI)、信道評估(CCA)和通過物理媒體收發數據包。
MAC層提供MAC層數據服務和MAC層管理服務,其主要功能包括采用CSMA/CA進行信道訪問控制、信標幀發送、同步服務和提供MAC層可靠傳輸機制。
網絡層提供設備加入/退出網絡的機制、幀安全機制、路由發現以及維護機制。ZigBee協調器的網絡層還負責新網絡并為新關聯的設備分配地址。
應用層包括應用支持子層(APS)、ZigBe設備對象(ZDO)以及設備商自定義的應用對象。APS子層負責維護綁定列表,根據設備的服務和需求對設備進行匹配,并在綁定的設備之間傳遞信息。ZDO負責發現網絡中的設備并明確其提供的應用服務。
四、MAC層規范
介質訪問控制(MAC)層是物理層上面的第一層,因此,MAC協議的性能受到物理層的強烈影響。MAC協議的主要任務是解決無線信道的合理共享,通常要保證某些特定的性能或應用相關的性能得到滿足,這包括一些傳統的性能準則,例如延遲、吞吐量和公平性等。而對于WSN網絡來說,能量消耗問題更為重要。
(一)信道訪問機制
1.信道的時段分配。
PAN中的協調器可選用超幀結構來對信道進行劃分。超幀通過發送的信標幀來標定,并且一個超幀可分為活動區和非活動區兩部分。超幀活動區間由三部分構成:信標、競爭訪問機制(CAP)和無競爭周期(CFP)。協調器只在活動區間才和PAN交互信息,而在非活動區間則處于低功耗的睡眠模式。信標幀在時隙0開始時發送,不使用CSMA機制,信標之后就是CAP,如果存在CFP,則CFP緊跟在CAP之后直到活動區間結束。CFP由所分配的GTS構成。除了確認幀和緊跟在數據請求命令確認之后的數據幀外,在CAP內傳輸所有其他幀都需要采用時隙CSMA-CA機制來訪問信道。在CAP內傳輸數據的設備必須保證其事務(包括接收確認幀)在CAP結束前一個幀間隔(IFS)完成,否則事務就需要推遲到下一個超幀的CAP中處理。MAC命令幀總是在CAP內發送的。
2.CSMA-CA算法。
除了緊隨數據請求命令的確認之后能夠馬上發送的幀,在CAP內發送數據幀和MAC命令幀之前都需要使用CSMA-CA算法來訪問信道。信標幀、確認幀和CFP內傳輸的數據幀不需要使用CSMA-CA算法。
在使用信標的PAN中,MAC層采用時隙型CSMA-CA算法在CAP內傳輸數據。相反,如果在不使用信標的PAN中,或在使用信標的PAN中無法定位信標,則MAC層采用非時隙CSMA-CA算法。兩種形式的CSMA-CA算法的時間計算都以“退避周期”作為時間單位,可以理解位將整個CAP時段離散劃分成多個退避周期,然后CSMA-CA里面的所有時間長度都以多少個退避周期來度量。
在時隙CSMA-CA算法中,PAN每個設備退避周期的邊界都應該與PAN協調器超幀時隙的邊界對齊,即每個設備的第一個退避周期的開始位置總是和信標的開始位置對齊的。使用時隙CSMA-CA算法時,MAC層應保證物理層的所有發送開始于退避周期的邊界處;使用非時隙CSMA-CA算法時,PAN中一個設備的退避周期在時間上與任何其他設備的退避周期是不相關的。
為減少沖突以提高整個網絡的吞吐量,有兩種特殊情況是不采用CSMA-CA算法進行發送的,一是應答幀,另一個是緊接在數據請求幀之后的數據幀。它們可以直接發送。
(二)MAC層幀結構
MAC層幀結構的設計目標是在保持低復雜度的前提下實現在噪聲信道上的可靠數據傳輸。所有的MAC幀由以下三部分組成:
幀頭(MHR,MAC header)包括幀控制字段、幀序列號、地址信息域和附加安全頭部。
MCPS-SAP支持在兩個SSCS實體之間的數據傳輸。MAC子層的管理服務主要體現在:PAN的建立與維護、關聯請求與取消、與協調器的同步、數據的間接傳輸、GTS的分配與管理、幀安全及安全套件和MAC子層PIB的維護方面。
五、網絡層規范
ISO定義的開放式系統互連模型指出網絡層:“通過網絡連接在兩個傳輸層實體之間提供函數化的和過程化的方法來實現網絡服務數據單元的交換,使傳輸層實體不必考慮路由和交換問題”。網絡層控制網絡的運作,負責路由數據包,還完成流量控制功能。
(一)網絡層幀格式
一個NWK幀(即NPDU)由兩個基本部分組成:NWK頭和NWK有效負載。NWK頭部分包含幀控制、地址和序號信息;NWK有效負載部分包含的信息因幀類型的不同而不同,它是可變長度的。NWK頭中的字段按固定的順序排列,但不是每個NWK幀都包含完整的地址和序號信息字段。
(二)網絡層功能實現
ZigBee標準確定了ZigBee網絡中的三種設備:ZigBee協調器、ZigBee路由器和ZigBee終端設備。每個網絡都必須包括一臺ZigBee協調器,負責建立并啟動一個網絡,其中包括選擇合適的射頻信道、唯一的網絡標識符等一系列操作。ZigBee路由器作為遠程設備之間的中繼器來進行通信,能夠用來拓展網絡的范圍,負責搜尋網絡路徑在任意兩個設備之間建立端到端的傳輸。ZigBee終端設備作為網絡中的終端節點,負責數據采集。
六、應用層規范簡介
ZigBee應用層有三個組成部分:應用支持(APS)子層、ZigBee設備對象(ZDO)和制造商定義的應用對象。APS子層只要負責以下方面:維護綁定表,從而實現兩個匹配設備之間的需求和服務,以及在兩個綁定的設備之間傳輸信息。ZDO的主要職能包括定義網絡中設備的角色是ZigBee coordinator、ZigBee router還是End device,發現網絡中的設備并且判定這些設備提供何種服務,初始化和相應綁定請求,并保證網絡設備之間的通信安全。
APS通過ZDO和制造商定義的應用對象所使用的通用服務集在NWK層和APL之間提供了接口,其接口功能是通過ZDO和廠商定義的應用對象都可以使用的一組服務來實現的。該服務由兩個實體實現:APS數據實體(APSDE,APS Data Entity)和APS管理實體(APSME,APS Management Entity)。APSDE提供在同一網絡中兩個和多個設備之間的數據傳輸服務。
七、小結
在無線傳感器網絡中,最關鍵的技術是實現節點間的通信。低成本、低功耗、應用簡單的IEEE802.15.4/ZigBee協議的誕生為無線傳感器網絡及大量基于微控制器的應用提供了互聯互通的國際標準,也為這些應用及相關產業的發展提供了一個契機。
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