1、微功率无线 网络结构图 中心节点在网子节点游离子节点目标子节点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
2、混合检测 载波监听多路访问/冲突避让?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
3、资料时，不会被碰撞。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 白化GFSK调制信号PPDU 二进制码流物理层主要参数?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?
4、接收抗干扰抑制 为24db 物理层通用无线标准?收发切换时间 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?0 xF3 0 x98 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
5、度为252(字节)?FCS 2个字节，CRC-ITU序列。CRC-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
6、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。时隙时隙时隙时隙时隙时隙时隙时隙时隙信标帧信道访问协议?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
7、接收 信标帧的发送?中心节点的MLME收到原语MLME-NETWORK-FORMATION-BECON.request构建并发送信标帧。信标帧寻址域的PanID为0 xFFFF 目标地址设置为广播地址(0 xFFFFFFFFFFFF)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
8、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.indica
9、tion,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PanID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a
10、ChannelScanDuration 信道访问协议?信道扫描 被动信道扫描?接收信标帧 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
11、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；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 路径收集命令找出3条路径中心节点构建MAC网络维护命令发送子节点解析MAC命令帧载
12、荷是否存在当前子节点的地址？存在丢弃该帧不存在转发重构MAC 命令帧当前子节点是否为目标节点？否发送相应命令帧路由信息调整，构建网络维护响应帧是帧发送接收?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
13、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0 xFFFF。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.indication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
14、，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 数据发送成功 数据帧丢失 确认帧丢失 发送数据帧发送端接收端macAckWaitDuration周期内，收到确认帧？接收数据帧发送确认帧是否已重发aMaxFrameRetries次?未收到否发送成功收到发送失败是帧是否已经接收过？传递给上层丢弃该帧是否MAC主要内容?MAC层一般要求和定义?MAC层协议帧格式?MA
15、C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?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
16、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层一般要求和定义”MAC层协议帧格式?MAC命令帧 命令标识?0 x01：网络维护请求?0 x02：网络
17、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
18、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。MAC层服务?MAC层管理服务原语 MLME-BEACON-NOTIFY?信标帧内相关参数传递到网络层 MLME-GET?网络层从PIB中读取一个属性值 MLME-RESET?网络层请求对MLME完成复位操作 MLME-SET?网络层往PIB中写入一个属性的值 MAC层服务 MLME-SCAN?启动针对给定信道列表的扫描。MLME-N
19、ETWORK-FORMATION-BECON?启动组网信标帧的发送 QA 返回返回 网络层主要内容?网络层一般要求和定义?网络层协议帧格式?网络层服务 网络层一般要求和定义?网络和设备维护?路由?网络层传输和接收 网络和设备维护?组网架构图 中心节点在网子节点游离子节点网络和设备维护?组网 建立一个新网络?只有中心节点可以建立一个新网络。?使用TDMA机制?子节点信标帧处理见ppt第26页?场强收集流程见ppt 第35页?路由见ppt 第67页 网络层指定信道组,请求MAC层确认组网信标参数信道能量级是否都超过可接收级别？通知上层终止该程序超过收到一个信号组的检测结果未超过启动定时器中心节点M
20、AC 层能量检测MLME-SCAN.requestNLME-NETWORK-FORMATION.confirmMLME-NETWORK-FORMATION-BECON.reques 发送组网信标帧组网信标帧发送是否成功？返回信标帧发送结果MLME-NETWORK-FORMATION-BECON.confirm否NLME-NETWORK-FORMATION.confirm被动扫描MLME-SCAN.reques 记录到邻居场强表MLME-BEACON-NOTIFY.indication返回PAN描述符定时器到时；扫描结束临时邻居表是否为空？终止组网是NLME-NETWORK-FORMATION.
21、confirmMLME-SCAN.confirm场强收集；建立路由表组网完成否发送命令帧，配置子节点网络和设备维护?组网 游离节点?全新的子节点?上电后读取所在集抄设备的地址，与节点长地址不相等时，节点清除所有配置参数与状态值，进入游离态；?已入网节点在规定时长内为侦听到所在网络的任何帧(无论是否与本身有关)则进入游离 网络和设备维护?组网 加入一个网络?子节点 在定时器时间内，收到多个入网申请响应帧，则选择到达中心节点最优路径 随机选择非 0信道组，发送入网请求帧定时器时间内，收到入网响应帧？信道组 1，发送入网请求帧信道组已为最大？锁定当前信道组否是是信道组加 1，发送入网请求帧否等待64
22、个时隙时间3分钟内是否收到场强收集或者配置子节点命令？发送就绪帧否是否属于该中心节点管辖范围？入网成功是继续向其他节点，发送入网请求帧否启动定时器网络和设备维护?地址分配机制 中心节点?长地址由集中器配置?短地址固定为0 xAAAA 子节点?上电时向所在集抄设备读取该设备地址，并作为长地址?短地址由中心节点在配置子节点阶段配置 路由?路由表的建立 中心节点?组网时，中心节点已收集到全网节点的场强信息?根据场强信息，由路由算法计算出mwkcCenterMinRoute至nwkcCenterMaxRoute条(中心节点-子节点)的路径，并保存到中心节点的路由表。子节点?中心节点在配置子节点时，将m
23、wkcCenterMinRoute至nwkcCenterMaxRoute条路径下发给子节点，子节点保存在自身的路由表中。路由?路由表刷新 中心节点根据场强信息，重新计算(中心节点-各子节点)路径；更新路由表。子节点的路由信息仅在收到中心节点的配置子节点帧时更新。?中心节点发送配置子节点帧，下发最多nwkcTerminalMaxRoute条路径，路径从优到劣在帧中从前往后排列。路由?路由表的使用 当中心节点有发送传输需求时，从路由表中选择最优路径。中心节点维护路由表中路径的通信成功率。子节点回复时，取帧中路由信息翻转。子节点主动传输时，由应用层查询路由表后指定路径交给网络层。路由?中继 中继转发
24、?单播中继如图 发起源路由帧?从路由表中获取路径?通过路由算法计算出路径 收到帧帧目标地址为本节点地址？网络层接收并处理数据是否路由指示为0？丢弃该帧是帧当前中继地址是否有本节点地址？否修改半径域，并转发路由信息中继索引值大于0？否网络层传输和接收?传输 仅发生在中心节点与子节点之间，不会发生在子节点与子节点之间。?只有那些在网的节点(已完成组网的节点)可以发送网络层数据帧。?网络命令帧根据不同目的，可在相应场景下传输。具体参见 帧包含源地址域、目标地址域、半径域和帧序列号域。ppt 第76页 网络层传输和接收?接收 单播数据帧?单播数据帧，且目标地址与本节点地址相同；帧传递给网络层。?单播且
25、与本节点网络地址不同，中继 每次接收帧时，网络层帧头的半径域减1；若该值为0时，该帧不被传输，但它可以传递给上层或以网络层其他方式处理。网络层命令帧?接收类似于单播数据，帧处理根据命令帧具体规定操作处理。网络层传输和接收?广播通信 使用TDMA机制 节点广播序列号列表?记录每个新广播帧的序号(本节点的和其他节点的)接收处理过程?比对列表中序号 列表中有该序号：表示此帧已处理过，丢弃。列表中未有该序号：?传递给上层?该帧半径域减1后大于0，转发；否则不转发。网络层主要内容?网络层一般要求和定义?网络层协议帧格式?网络层服务 网络层协议帧格式?网络层帧头 包括帧控制、目标地址、源地址、半径、帧序号
26、和路由信息域?帧控制域 路由指示(b7)、保留(b6)、源地址模式(b5-b4)、目标地址模式(b3-b2)、帧类型(b1-b0)?半径域：最大可被转发的次数 网络层协议帧格式?网络层帧头 路由信息域(如图)?中继节点数?中继索引 中继列表中下一个中继节点的索引，取值0 x00 x6?中继列表子域 帧的中继节点地址列表?网络层帧载荷 网络层协议帧格式?帧类型 数据帧?帧类型：00 命令帧?帧类型：01?命令帧载荷 网络命令标识?参见备注，具体命令帧格式参见标准。网络命令帧载荷格式网络层协议帧格式?命令帧使用场景 入网申请帧?处于游离状态的子节点，可在一定的时间间隔发送入网申请请求帧。入网申请响
27、应帧?在网工作状态的子节点，回复游离节点的入网申请帧。游离节点就绪帧?游离子节点收到入网申请响应帧后；选择到达中心节点最优路径，发送游离节点就绪帧。网络层协议帧格式?命令帧使用场景 路由错误帧?节点在无法成功中继网络层数据帧时，“无法成功中继网络层数据帧的节点”作为信源，原网络数据帧的新源作为新宿。场强收集命令帧?用于组网第二阶段，中心节点发起。场强收集应答帧?用于组网第二阶段，子节点应答。网络层协议帧格式?命令帧使用场景 配置子节点命令帧?组网第三阶段，中心节点对各节点进行配置?收到游离节点就绪帧后，对游离子节点进行配置。配置子节点应答帧?子节点对中心节点配置子节点命令帧的应答。网络层主要内容?网络层一般要求和定义?网络层协议帧格式?网络层服务 网络层服务?NLDE 网络层数据实体?NLME 网络层管理实体 QA 返回返回 应用层主要内容 NA
