計算機網路報告題目： 802.15.4 Physical layer

班級：晶片三甲姓名：王柏鈞學號： 49737038指導老師：林瑞源老師

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目錄• 簡介• 概述• 協議結構• IEEE 802.15.4 物理層• IEEE 802.15.4 其它介紹• IEEE 802.15.4 通道劃分

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簡介• IEEE 802.15.4-2006 是標準規定的物理層和

媒體訪問控制 (MAC) 的低速率無線個人區域網絡（ LR - WPAN ）的一標準。由該 IEEE 802.15 工作組。依據 ZigBee 的基礎， WirelessHART 和 MiWi 規範，每個進一步嘗試發展以不被那些標準蓋住的高層提供完整網絡解決方案。另外，它可用於6LoWPAN(IPv6 的在低功率的無線區域網絡 ) 的互聯網協議和標準，建立嵌入式無線上網。

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概述 1

• IEEE 標準 802.15.4 打算提供一種無線個人區域網路 (WPAN) 基本類型的更低網路層，重點是設備之間的低成本，無所不在的低速聯繫（和其他形成對比，更多方法向最終用戶，例如 :Wi-Fi ）。

• 重點是非常低的成本通信設備與附近幾乎沒有任何基礎設施，打算利用這個來降低功耗。

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概述 2

• 基本框架設想一個 10 米長的通信範圍與傳輸速率為 250kbit/s 。折衷合理的有利於更完全嵌入式設備和更低的功率需求，通過定義不是一個，而是多個物理層。

• 較低的傳輸速率為 20 和 40 kbit / s 的最早定義，與 100 kbit / s 的速率目前還在修訂。

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概述 3

• 甚至考慮降低利率所產生的效果與電力消耗。如前所述，確定的主要特點 802.15.4 WPAN 的重要性是實現極低的生產和經營成本，技術簡單，沒有犧牲靈活性或者一般原則。

• 802.15.4 在媒體接入控制層中加入了關聯和分離功能，以達到支援自配置的目的。自配置不僅能自動建立起一個星狀網，而且還允許創建自配置的對等網。在關聯過程中可以實現各種配置。 ( 靈活又方便 )

• 重要功能包括適宜的時段保證即時預訂 ( 有保證時隙 (GTS)數

據傳輸 ) ，碰撞規避的 CSMA / CA 和綜合保障安全通信。設備也包括動力管理功能，如鏈路質量和能量檢測。

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802.15.4 在數據傳輸中提供了三級安全性。

• 第一級實際是無安全性模式，對於某種應用，如果安全性並不重要或者上層已經提供足夠的安全保護，器件就可以選擇這種模式來轉移數據。對於第二級安全性，器件可以使用接入控制清單 (ACL) 來防止非法器件獲取數據，在這一級不採取加密措施。第三級安全性在數據轉移中採用屬於進階加密標準 (AES) 的對稱密碼。

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協議結構• 設備被設想在一個理念簡單的無線網路上

方彼此相互作用。• 網路層的定義基於 OSI模型，雖然只有低

層次的標準中定義，與高層的相互作用目的，可使用 IEEE 802.2 邏輯鏈路控制子層透過一個會合子層訪問 MAC 。

• 實現可能依賴於外部設備或純粹的嵌入式，自我運轉的設備。

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協議結構圖

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IEEE 802.15.4 物理層• 物理層 (PHY) 最後提供數據傳輸服務，以及

物理層次管理實體的界面 ，給每個層次管理功能提供出入口和維護有關個人區域網絡信息的數據庫。

• 因此， PHY管理物理射頻 收發器 ，並執行頻道、能量、訊號選擇管理功能。

• 它運行在以下三種沒有執照 (免許可證 ) 的頻段： 868MHz 、 915MHz 和 2.4GHz• 802.15.4 工作在工業科學醫療 (ISM)頻段

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IEEE 802.15.4 物理層• 2006年修訂的最大數據傳輸速率提高了

868/915 MHz頻段，能支援 100 和 250 kbit / s 。

• 不斷的定義四個不同的物理層調變的方法。 其中三個保存 DSSS(直序展頻 ) 的方法：在868/915MHz頻段，使用二進制或偏移正交相移鍵控 (PSK:相移鍵控 ) ，在 2450MHz頻段，使用後者。 另一種方法，選用 868/915MHz 層用結合二元鍵控和幅度鍵控 (ASK) （因此基於並行，而不是連續的展頻， PSSS ）。 支援 868/915 MHz 動態切換的物理層是可能的。

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IEEE 802.15.4 其它

• 除了這三個頻段， IEEE802.15.4c研究小組正在考慮新開 314-316 MHz ， 430-434 MHz和 779-787 MHz頻段在中國。

• 在 IEEE 802.15 工作組 . 4D 是修訂現有標準 802.15.4-2006 以支援新的 950-956 MHz頻段在日本。

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IEEE 802.15.4 其它

• 2007 年 8月， IEEE 802.15.4a釋放擴充了四個物理層可在 2006年較早版本的六個，其中包括物理層採用直接序列超寬帶 （ UWB ）和另一個使用線性調頻展頻 （ CSS ）的。 超寬帶物理層的頻率分配在三個範圍：1 GHz 以下， 3 至 5 GHz 和 6 至 10千兆赫。 CSS 的 PHY 是分配在 2450MHz頻譜 ISM頻帶。

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IEEE 802.15.4 其它

• 2009 年 4 月 IEEE 802.15.4c 和 IEEE 802.15.4d釋放擴充現有的物理層與幾個額外的物理層：一為 780MHz頻段使用 O-QPSK 或的MPSK ，另一種使用 GFSK 的 950MHz 或BPSK 。

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IEEE 802.15.4 的頻寬和資料速度

PHY(MHZ) 頻帶Frequency band (MHZ)

參數傳播 Spreading parameters

數據參數 Data parameters

芯片速度chip rate(kchip/s)

調變modulation

Bit rate(kb/s)

符號率symbol rate(ksymbols/s)

symbols

868/915 868-868.6 300 BPSK 20 20 Binary

902-928 600 BPSK 40 40 Binart

2450 2400-2483.5

2000 O-QPSK 250 62.5 16-ary Orthogonal

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IEEE 802.15.4 物理層通道IEEE 802.15.4 物理層在三個頻段上共劃分了

27個通道，通道編號 k 為 0 ～ 26 。2450MHz頻段上劃分了 16 個通

道， 915MHz頻段有 10 個通道， 868MHz頻段只有 1 個通道。

27 個通道的中心頻率和對應的通道編號定義如下：

•fc=868.3MHz k=0•fc=[906+2(k-1)]MHz k=1,2,… ， 10•fc=[2405+5(k-11)]MHz k=11,12,… ， 26

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參考資料來源

• 華亨科技 http://www.ie.ksu.edu.tw/data/zigbee%E5%AE%9A%E4%BD%8D/%E6%89%8B%E5%86%8A/IEEE%20802.15.4%E6%A8%99%E6%BA%96%E5%92%8CZigBee%E5%8D%94%E5%AE%9A%E8%A6%8F%E7%AF%84.pdf投影片第 15頁的表格內容參考 華亨科技

• Wikipedia(維基百科 ) 1.http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.15.4-2006

2.http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=zh-TW&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/ZigBee&prev=/search%3Fq%3D802.15%2Bwiki%26hl%3Dzh-TW%26biw%3D1280%26bih%3D831&rurl=translate.google.com.tw&usg=ALkJrhhu9jXZUFAl_Icsz1yxZHlSWt5zeQ3. http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=zh-TW&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/6LoWPAN&prev=/search%3Fq%3D802.15%2Bwiki%26hl%3Dzh-TW%26biw%3D1280%26bih%3D831&rurl=translate.google.com.tw&usg=ALkJrhhHJRz0L-2Gb1a4NIsEGaYc_T9Tsw4. http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=zh-TW&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Amplitude-shift_keying&prev=/search%3Fq%3D802.15%2Bwiki%26hl%3Dzh-TW%26biw%3D1280%26bih%3D831&rurl=translate.google.com.tw&usg=ALkJrhiiQl3hKGzsDhnqFXgM_9_WBVZYRQ

• Hudong 互動百科 http://www.hudong.com/wiki/802.15.4

• Google翻譯

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