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IEEE 802.15.4 通信协议是短距离无线通信的 IEEE 标准,强调的是省电、简单、成本又低的规格。
该协议支持两种网络拓扑:
一个 802.15.4 网可以容纳最多216个器件。
可使用的频段和信道:
我们使用2.4GHz的频带,数据传输率为250kb/s,信道数为16.
在 IEEE 802.15.4 中,根据设备所具有的通信能力,可分为:
① 与RFD相比,FFD在硬件功能上比较完备,如FFD采用主电源保证充足的能耗,而RFD采用电磁供电。
②在通信功能上,FFD设备与FFD设备之间,以及FFD设备与RFD设备之间都可以通信,而RFD设备之间不能通信,只能与FFD设备通信,或者通过一个FFD设备向外转发数据。
协调器是FFD设备
节点是RFD设备
根据应用的需要可以组织成两种拓扑结构:
在星状结构中,整个网络的形成以及数据的传输由中心的网络协调器集中控制(星状网络以网络协调器为中心),所有设备都只能与网络协调器通信。
星状网络组网过程:
一个FFD设备在第一次被激活后,首先广播查询网络协调器的请求。
如果接收到回应,说明网络中已经存在协调器,再通过一系列认证过程,这个设备就成为这个网络的一个普通设备。
如果没有收到回应,或者认证过程不成功,这个FFD设备就能自己建立网络,并成为这个网络的协调器。
网络协调器为这个网络选择一个唯一的标识符,即 PAN ID
②确定从属关系
协调器确定标识符之后,所有该星状网络中的设备都用这个标识符来规定自己的从属关系。
③设备加入网络
选择一个标识符后,协调器就允许其他设备加入自己的网络,并为这些设备转发数据分组。
星状网络中的两个设备要想通信都要先把数据包发送给协调器,由协调器转发给对方。
不同星状网络之间的设备要想通信,可以通过设置专门的网关完成相互通信。
点对点网络中,任意两个设备只要能够接收到彼此的无线信号,就可以进行通信,不需要其他设备的转发。
但点对点网络中仍然需要一个网络协调器,不过该协调器的功能不再是为其他设备转发数据,而是完成设备注册和访问控制等基本的网络管理功能。
点对点网络组网过程(以簇树网络为例):
在簇树网络中,绝大多数设备是 FFD设备,而 RFD设备总是作为簇树的叶设备加入到网络中。
任意一个 RFD设备都可以充当 RFD协调器或网络协调器,为其他设备提供同步信息。在这些协调器中,只有一个可以充当整个点对点网络的协调器。
①确定协调器——设为簇头
网络协调器首先将自己设为 簇头(Cluster Header, CLH),并将 簇标识符(Cluster Identifier, CID) 设置为 0 ,同时为该簇选择一个未被使用的 PAN标识符,形成网络中第一个簇。
②申请加入,成为簇成员
协调器开始广播信标帧。邻近设备收到信标帧后,就可申请加入该簇。
能否加入成功,由协调器决定。
如果请求被允许,则该设备将作为簇的子设备加入网络协调器的邻居列表。新加入的设备会将簇头作为它的父设备加入到自己的邻居列表中。
以上两步只是一个由单簇构成的最简单簇树。
过多的簇头会增加簇间消息传递的延迟和通信开销。
为了减少延迟和通信开销,簇头可以选择最远的通信设备作为相邻簇的簇头,可以最大限度地缩小不同簇间消息传递的跳数,减少延迟和开销。
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