微功率无线-国网标准

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1、微功率无线,网络结构图,微功率无线协议结构图,物理层 负责射频通讯所需的调制编码等方法 MAC层 负责CSMA-CA/TDMA机制 网络层 负责组网、路由、数据传输、应用维护,微功率无线主要内容,物理层主要内容,物理层主要功能 物理层主要参数 物理层通用无线标准 物理层协议格式 物理层服务,物理层主要功能,无线收发器控制 当前工作信道能量检测 适用于载波监听多路访问和冲突避让的空闲信道评估 信道频率选择 数据发送接收,当前工作信道能量检测,当前工作信道能量检测 无线能量检测(ED) 国网标准中，只描述该方式；具体参见“空闲信道评估” 载波检测(CS) 能量载波混合检测,载波监听多路访问/冲突避

2、让,载波监听多路访问 一种允许多个设备在同一信道发送信号的协议，其中的设备监听其它设备是否忙碌，只有在线路空闲时才发送。 在此种访问方式下，网络中的所有用户共享传输介质。,载波监听多路访问/冲突避让,冲突避让 基于载波监听多路访问 送出数据前，监听媒体状态，等没有人使用媒体，维持一段时间后，再等待一段随机的时间后依然没有人使用，才送出数据。 送出数据前，先送一段小小的请求传送报文(RTS : Request to Send)给目标端，等待目标端回应 CTS: Clear to Send 报文后，才开始传送。 利用RTS-CTS握手(handshake)程序，确保接下来传送资料时，不会被碰撞。,

3、物理层主要参数,工作频率范围 471MHz486MHz 调试方式 GFSK 白化编码 调制频率偏差 255kHz 信道带宽 小于100kHz,物理层主要参数,码流发送顺序 低位在前，低字节在前 信道分配 共33组信道：0-用于组网维护；其他用于抄表等应用。具体见备注 信道切换时间 应500us 发送功率 不大于50mW 带外杂散辐射 参见微功率（短距离）无线电设备的技术要求,物理层通用无线标准,发射器占用周期 传输数据时，发送器占用空中信道时间应500毫秒 空中码元速率 为10kbps，误差0.05% 接收灵敏度 应小于106db 接收抗干扰抑制 为24db,物理层通用无线标准,收发切换时间

4、应500us 发射中心频率容差 范围应20ppm 接收信号强度指示器 RSSI测量值(1 byte)表示出RF信号场强，-120dBm -40dBm；误差容限3dB。 空闲信道评估 RSSI超过RSSI门限（-96dBm）,则表示信道为忙。,物理层协议格式,SHR 前导码域 80字节，其顺序为：010101B 帧分隔符 0xF3 0x98,物理层协议格式,PHR 帧长 PSDU长度+3 信道索引 信道组号2+信道号 标准识别号 为01；0299保留 头校验 1字节，PHR前3字节异或运算结果,物理层协议格式,PSDU 数据；最大长度为252 (字节) FCS 2个字节，CRC-ITU序列。 C

5、RC-ITU产生多项式为 G(X)=1+X5+X12+X16,物理层服务,PLME 管理实体 PD-SAP 数据处理服务接口 RF-SAP 无线数据服务接口,QA,返回,MAC主要内容,MAC层一般要求和定义 MAC层协议帧格式 MAC层服务,MAC层一般要求和定义,信道访问协议 MAC层算法 网络维护 帧发送接收,信道访问协议,超帧结构 以信标帧的传输为边界 信标帧用于与已连接设备之间保持同步、网络的节点定位和测量。 描述超帧结构 时隙长度、超帧包含的时隙数等参数，由中心节点设定；时隙长度由硬件配置，时隙数由网络规模决定。 中心节点发起信标帧，其他子节点再生信标帧 仅用于广播形式的传输或对广

6、播的单播回复 如果设备在某种情况下被分配到同一时隙，需采用CSMA-CA算法与其他设备竞争信道。,信道访问协议,超帧时序 子节点同时维护中心节点发送信标帧的超帧计时，以及自己信标帧的超帧计时。,信道访问协议,信标帧 MAC层产生，由中心节点首发信标帧，其他设备转发；使用物理层专用组网信道。 信标帧格式 MAC帧头 MAC载荷,信道访问协议,信标帧 信标帧格式 MAC载荷 信标轮次 信标转发时时隙循环的次序 信标标识 由中心节点随机产生的、用于广播信标时区别信标的标识,信道访问协议,信标帧的发送和接收 信标帧的发送 中心节点的MLME收到原语MLME-NETWORK-FORMATION-BECO

7、N.request构建并发送信标帧。 信标帧寻址域的PanID为0xFFFF 目标地址设置为广播地址(0xFFFFFFFFFFFF) 源地址设置为中心节点 信标帧构建完成后发送,信道访问协议,信标帧的发送和接收 信标帧的接收 子节点接收信标帧 获取源地址、中心节点PanID，添加进自己的邻居表 记录场强信号和信标帧的信标标识 子节点判断是否已经转发本次信标帧（通过比较信标载荷、子节点已记录的中心节点的PanID和信标标识） 完全相同：已转发过，节点终止本次处理。 不同：再生信标帧，如层次号和信标轮次都不大于最大值，则在指定时隙和信标轮次发出信标帧。否则，终止转发。,信道访问协议,信标帧的发送和

8、接收 信标帧的接收 中心节点收到信标帧(在发送信标帧后) 信标帧的MAC源地址添加到邻居表 记录收到信标帧的场强信息 不再转发信标帧,信道访问协议,PanID冲突 中心节点收到信标帧，信标帧中PanID等于自身的PanID；但地址值不为自身地址。 子节点收到信标帧，信标帧中PanID等于已入网节点的PanID；但地址值不为节点地址，也不为中心节点地址。 子节点不予中心节点关联,信道访问协议,PanID冲突处理 中心节点发现PanID冲突 MLME向邻近高层发布原语MLME-PAN-LOSS.indication,重新换算出新的PanID值并向已关联子节点发送PanID修改命令。 子节点发现Pa

9、nID冲突 保持原来的工作配置，响应接收的信标帧并转发一个子节点的信标帧 待中心节点的配置命令后，修改新的工作配置。,信道访问协议,信道扫描 能量检测信道扫描 获得被要求扫描信道的平均能量。 SanType设置为ED扫描 扫描期间，丢弃所有通过PHY数据服务接收的帧。 在接收8个字节的时长内 (8 8 (1/空中比特率)，进行12次扫描；去除最高、最低求平均得ED值,信道访问协议,信道扫描 被动信道扫描 节点在指定信道上搜索自己通信范围内可以接收到的帧 SanType设置为被动扫描 每个信道扫描时间不能大于aChannelScanDuration,信道访问协议,信道扫描 被动信道扫描 接收信标

10、帧 信标帧中的信息被记录到PAN描述符结构中，通过原语 MLME-BEACON-NOTIFICATION.indication递交给网络层。 接收数据帧 通过原语MCPS-DATA.indication传递给网络层 接收MAC命令帧 根据不同命令种类作出相应操作，并将结果通过对应confirm原语发送给网络层,MAC层算法,TDMA 组网时，定位时隙，按时隙转发组网信标帧 时隙定义 分配给一个子节点设备发送信标帧的固定时间 子节点时隙定位算法 计算序列数：i=mod(MID,m) 子节点在进行传输时，等到节点自身的时隙后，先随机等待Tr，再在Tc时间内判断是否有时隙碰撞；如果没有，则进行传输；

11、如有，子节点等待下一个时隙，重复该过程。,MAC层算法,CSMA-CA 组网后访问信道 数据帧和MAC命令帧之前需要使用CSMA-CA，确认帧不需要。 NB 当前帧发送过程，使用CSMA-CA算法执行次数 BE 退避指数,网络维护,路径信息收集 路径收集命令 由邻近上层发起 中心节点构建MAC层网络维护请求命令帧 重构MAC命令帧 添加收到该帧的场强信息 中心节点为该命令帧的目标节点时，将收集到信息传送至邻近上层 终止路径信息收集,帧发送接收,发送 每产生一个数据帧或MAC命令帧，复制macDSN值到帧头的帧序号域中，再macDSN加1。 帧通过非时隙型CSMA-CA算法传送。 MAC通过数据

12、发送请求原语传递数据到物理层发送，并等待物理层发送确认信息。,帧发送接收,接收 MAC层需要对接收帧过滤，有效帧才递交上层。 满足下列条件，否则MAC层丢弃相应的帧。 帧控制域的帧类型子域没有非法类型值。 帧控制域的帧版本子域为当前兼容的版本值。 根据帧控制域目标地址模式子域的值，帧头中的 目 标 地址，应与自身对应模式的地址一致或等于广播地址。 寻址域中的PanID与macPANID相等或为0xFFFF。,帧发送接收,接收 有效帧处理 信标帧 帧在MAC子层被处理，通过MLME-BEACON-NOTIFY.indication原语将信息传递给网络层。 数据帧 通过MCPS-DATA.indi

13、cation原语将该帧传递给网络层。 MAC命令帧 帧在MAC子层被处理，将处理结果通过相应的confirm原语传递给网络层。,帧发送接收,确认 帧控制域中的确认请求子域 “0”:不要求接收设备发送确认帧 “1”:要求接收设备发送确认帧 把接收的数据帧或MAC命令帧中序号域的内容复制到相应确认帧的序号域中，使事物发起方知道哪个帧的确认。 在macAckWaitDuration时限内，未收到相同DSN的确认帧，需要启动重传；最多重传aMaxFrameRetries次，如果重发aMaxFrameRetries次，仍未收到确认帧，则MAC层判断发送失败，上报通讯失败。,帧发送接收,帧传输结果 数据发

14、送成功 数据帧丢失 确认帧丢失,MAC主要内容,MAC层一般要求和定义 MAC层协议帧格式 MAC层服务,MAC层协议帧格式,MAC层协议通用帧格式 MAC帧头 MAC帧载,MAC层协议帧格式,MAC帧头 帧控制域 帧类型 000：信标帧 001：数据帧 010：确认帧 011：命令帧 安全使能子域 安全功能是否开启,MAC层协议帧格式,帧挂起子域 当前数据帧是否还有后续帧 确认请求子域 接收方接收到帧后是否需要应答 网络号压缩子域 帧中是否存在PanID，国网标准中恒为“1” 帧序列号压缩子域 帧中是否有帧序列号，国网标准中恒为“1” 扩展信息域指示子域 帧是否扩展信息域,MAC层协议帧格式

15、,目标地址模式子域 00、01：保留 10：目标地址长度为2字节 11：目标地址长度为6字节 帧版本子域：国网标准恒为“00” 00：版本1 01：版本2 10：版本3 11：版本4 源地址模式子域 同“目标地址模式子域”,MAC层协议帧格式,帧序号域 寻址域 网络号子域 目标地址子域 源地址子域 扩展信息域 扩展信息域长度子域 厂家标识 帧头扩展信息数据 载荷扩展信息域数据,MAC层协议帧格式,帧载荷域 载荷域的长度可变 如帧控制域中的安全子域为1，则有效载荷部分的数据受到安全组件的保护,MAC层协议帧格式,确认帧 见图,MAC层协议帧格式,数据帧 与通用帧格式一致 信标帧 见“MAC层一般

16、要求和定义”,MAC层协议帧格式,MAC命令帧 命令标识 0x01：网络维护请求 0x02：网络维护响应,MAC层协议帧格式,网络维护请求帧载荷 路径节点数n 当前路径所拥有的节点数 路径索引子域 中继列表中下一个中继节点的索引 源地址 中心节点地址,MAC层协议帧格式,目标地址 维护请求路径的未梢节点的地址 下行场强信息 中心节点到一级中继节点之间的传输为第1跳 从最后一级中继节点到目标节点之间的传输称为第 n-1 跳,MAC层协议帧格式,网络维护响应帧载荷 源地址 维护请求的末梢节点地址 目标地址 中心节点的地址,MAC主要内容,MAC层一般要求和定义 MAC层协议帧格式 MAC层服务,MAC层服务,MAC层服务 管理实体接口 MLME-SAP 数据服务接口 MCPS-SAP,MAC层服务,MAC层数据服务原语 MCPS-DATA.request 请求传输一个MAC协议数据单元到另外一个设备 MCPS-DATA.confirm 报告传输一个MAC协议数据单元请求的结果。 MCPS-DATA.indication 向网络层发布MAC层收到的数据。,