IEEE 802.15.4技术介绍

IEEE 802.15.4 是一种低成本、低数据速率的无线接入技术，适用于使用电池操作或工作的设备。这描述了低速率无线个域网 (LR-WPAN) 的函数。

特性 ：
1. 标准化与联盟——
它规定了无线个域网 (WPAN) 的低数据速率 PHY 和 MAC 层要求。
IEEE 802.15。协议栈包括——

• 紫蜂
• 6LoWPAN
• ZigBee IP
• ISA100.11a
• 无线 HART
• 线

2.物理层-
该标准支持 ISM 频段中的各种 PHY 选项，范围从 2.4 GHz 到 sub-GHz 频率。 IEEE 802.15.4 支持每秒 20 千比特、每秒 40 千比特、每秒 100 千比特和每秒 250 千比特的数据传输速度。基本结构假定范围为 10 米，数据速率为每秒 250 千比特。为了进一步降低功耗，甚至更低的数据速率也是可能的。 IEEE 802.15.4 规范物理层的射频收发器和信道选择，甚至一些能量和信号管理功能。根据所需的频率范围和数据性能，现在指定了六个 PHY。其中四个采用称为直接序列扩频 (DSSS) 的跳频技术。

3. MAC层——
MAC 层通过确定同一区域中的设备将共享分配的频率来提供到 PHY 通道的链接。数据包的调度和路由也在这一层进行管理。 802.15.4 MAC 层负责许多功能，例如：

• 用于在网络中作为控制器运行的设备的信标。
• 用于在设备的帮助下关联和分离 PAN。
• 设备的安全性。
• 处于对等关系的两个 MAC 设备之间的一致通信。

MAC 层使用几种已建立的帧类型来完成这些功能。在 802.15.4 中，有四种不同类型的 MAC 帧：

• 数据框架
• 信标框架
• 确认框架
• MAC 命令帧

4. 拓扑——
基于 IEEE 802.15.4 的网络可以在星型、对等或网状拓扑中开发。网状网络连接大量节点。这使得原本超出范围的节点能够相互交互，以使用中间节点来中继数据。

5. 安全——
为了数据安全，IEEE 802.15.4 标准采用 128 位密钥长度的高级加密标准 (AES) 作为基本加密技术。为 802.15.4 激活此类安全措施会显着改变帧格式并使用一些有效负载。激活 AES 加密的第一个阶段是使用 802.15.4 标头的帧控制部分中的启用安全性字段。为安全起见，该字段是分配给 1 的单个位。当该位被设置时，通过从其有效负载字段中获取某些字节，在源地址字段之后形成称为辅助安全头的字段。

6. 竞争技术——
IEEE 802.15.4 PHY 和 MAC 层作为在不同物联网访问场景中运行的各种网络配置文件的基础。 DASH7 是一种具有不同 PHY 和 MAC 层的竞争无线电技术。

IEEE 802.15.4

IEEE 802.15.4 的优点：
IEEE 802.15.4 具有以下优点 –

• 便宜的成本
• 电池寿命长，
• 快速安装
• 简单的
• 可扩展协议栈

IEEE 802.15.4 的缺点：
IEEE 802.15.4 的缺点包括：

• IEEE 802.15.4 会导致干扰和多径衰落。
• 不采用跳频方法。
• 无限延迟
• 干扰敏感性

IEEE 802.15.4 的应用：
IEEE 802.15.4 应用 –

• 工业无线传感器网络
• 楼宇和家庭自动化
• 遥控器和互动玩具
• 汽车网络