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  • ZigBee学习笔记

    1. 中国目前可以使用的ISM频率是433MHz和2.4GHz。

    2. 除了ISM频带以外,在中国整个低于135kHz的频段,也都是可以使用的免费频段。

    3. IEEE 802.15.4(ZigBee)在工业科学医疗(ISM)频段定义了两个工作频段,即2.4GHz频段和868/915MHz频段。

    4. 在2.4GHz频段有16个速率为250 kb/s 的信道

    5. 2.4GHz是全球通用的ISM频段

    6. 典型的短距离无线系统由一个无线发射器和一个无线接收器组成。

    7. 5种短程无线连接技术正在成为业界谈论的焦点,它们分别是ZigBee、无线局域网(Wi-Fi)、蓝牙、超宽频和近距离无线传输(NFC)

    8. IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议,所以ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了标准化。

    9. 每个协调器可连接多达255个节点

    10. ZigBee协议栈紧凑简单,具体实现要求很低,只要8位处理器再配上4KB ROM和64 KB RAM等,就可以满足其最低需要

    11. 网络层将采用基于Ad Hoc技术的路由协议

    12. ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台

    13. ZigBee网络主要是为自动化控制数据传输建立的,而移动通信网主要是为语音通信建立的

    14. 每个ZigBee网络节点(FFD和RFD)可以支持多达31个的传感器和受控设备,每一个传感器和受控设备可以有8种不同的接口方式

    15. ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能,加密算法采用通用的AES-128。

    16. 整个无线局域网定义了9种服务:5种服务属于分配系统的任务,分别为连接、结束连接、分配、集成、再联接;4种服务属于站点的任务,分别为鉴权、结束鉴权、隐私、MAC数据传输。

    17. IEEE 802.11规范规定了3种物理层介质:红外线、光波和ISM 2.4~2.4835 GHz频段的无线电波。

    18. 蓝牙系统一般由无线单元、链路控制单元、链路管理单元和蓝牙软件单元4个功能单元组成

    19. 蓝牙系统采用CVSD语音编码,可在高误码率下使用。

    20. 一个“蓝牙”单元最多同时可以与7个其他的“蓝牙”单元通信

    21. 无线网络的传输技术主要分为射频技术和红外线技术两种

    22. 数据链路层一般又划分为逻辑链路控制层(LLC)与媒体访问控制层(MAC)

    23. IEEE 802.11有3种物理层规范:红外线、直接序列扩频和跳频扩频

    24. DSSS局域网是采用伪随机编码的方式将数据调制后,在很宽的频率范围内进行传输

    25. FHSS局域网使载波在一个频率范围内按伪随机序列控制方式进行跳变

    26. IEEE 802.11标准规定的帧结构分为前导码、帧头和数据块3部分。前导码分为同步码和特征码两部分。帧头分为信息码、服务码、长度指示和CRC校验4部分。数据块长度从48位到16Kb

    27. CSMA/CD的检测是通过对电缆中电压的变化来测得的

    28. CSMA/CA使用空气作为传输介质

    29. CSMA/CA采用了3种检测信道空闲的方式:能量检测、载波检测和能量载波混合检测。

    30. 一个无线网卡主要包括NIC单元和扩频通信两个组成部分,其中扩频通信机由天线、射频单元、中频单元和扩频解频单元4部分组成。

    31. 扩频通信机与IEEE 802.11中的物理层建立了对应关系,实现无线电信号的接收与发送。

    32. 无线网络的连接方式有很多种,最基本的有星状连接、串状连接和网状连接3种连接方式

    33. 网状连接方式中的每一个节点都有无线微处理器

    34. 结构化网络由无线访问点、无线工作站以及分布式系统构成

    35. 2.4GHz物理层在2.4~2.4834GHz之间支持16个信道,为12~27号信道,每个信道的频带带宽达5MHz,易于满足发射和接收滤波器的设计要求。

    36. 2.4GHz物理层提供的传输速率是250kb/s

    37. 2.4GHz物理层采用基于DSSS方法的十六进制准正交调制技术。4位二进制数组成16个符号,共有16个准正交32位码片的伪噪声序列,每一个符号表示一个序列。

    38. MAC帧被称为MAC协议数据单元,它由帧头、业务数据单元、帧尾组成,一个完整的MAC帧的长度不会超过127字节

    39. MAC帧具有4种不同的帧形式,即信标帧、数据帧、确认帧和命令帧。

    40. 多址的形式包括IEEE标准64位和短地址8位。

    41. 介质访问层(MAC)规范定义了在同一区域工作的多个802.15.4无线电信号如何共享空中通道

    42. 一般ZigBee设备的耗电量极低,发射功率可以控制在1mW以内,两节普通的五号电池可以支持系统终端工作3个月到一年的时间

    43. 802.15.4仅仅定义了实体层和介质访问层

    44. 由于ZigBee使用的是开放频段,已有多种无线通信技术使用,因此为避免被干扰,各个频段均采用直接序列扩频技术

    45. 2.4GHz频段采用较高阶的QPSK调制技术以达到250kb/s的速率,并缩短工作时间,以降低功率消耗

    46. 在MAC层上,主要沿用WLAN中的802.11系列标准的CSMA/CA方式,以提高系统兼容性。

    47. 在非工作模式下,ZigBee节点处于休眠模式。

    48. ZigBee的媒体接入控制层采用了talk-when-ready的碰撞避免机制。

    49. 若没有得到确认信息的回复就表示发生了碰撞,将再传一次

    50. ZigBee中采用了与CSMA/CD相类似的CSMA/CA协议,当其中一个站点要发送信息时,首先监听系统信道空闲期间是否长于某一帧的间隔:若是,立即发送;否则暂不发送,继续监听

    51. 路由技术是移动节点通信的基础,也是移动自组织网络的关键技术之一。ZigBee

    52. 每个独立的网络都有一个唯一的标识符,即网络号(PAN标识符)

    53. 每个网络中都有唯一的一个协调器

    53. 在星状网络中,所有的节点只能与协调器进行通信,而在网状网络中,全功能节点之间是可以相互通信的,半功能节点只与就近的全功能节点进行通信

    54. ZigBee路由和协调器需要对路由表进行维护。

    55. AES中的数据分组长度只采用Rijndael中的128位

    56. 一个16位MAC定时器(Timer2),用来为IEEE 802.15.4的CSMA/CA算法提供定时以及为IEEE 802.15.4的MAC层提供定时。

    57. 经过位-符号转换得到符号数据,将其进行扩展,即将每个符号数据映射成一个32位的伪随机序列,就是符号-码片转换

    58. 扩展后的码元序列通过采用半正弦脉冲形式的O-QPSK调制方法,将符号数据信号调制到载波信号上

    59. 物理层的数据格式是在MAC层的数据格式前加上物理头以及同步头两部分构成的。

    60. MAC层的数据格式包括MAC头、MAC载荷以及MFR三大部分

    61. MAC头由帧控制、序列码和寻址信息组成。

    62. CSMA/CA控制处理器可向CPU产生中断请求,并通过MAC定时器的溢出事件来接口MAC定时器。

    63. CAMA/CA控制处理器允许CPU向无线部分发出控制命令从而控制无线操作

    64. 在ZigBee设备中,在帧定界符检测后,才考虑接收物理层协议数据单元

    65. 物理层的个人网络信息库(PIB)的属性phyCCAMode表示所选择的清洁信道评估的工作模式。

    66. 能量检测阈值最多超出协议标准接收机灵敏度10dB。

    67. 清洁信道评估的检测时间为8个符号周期。

    68. 直接序列扩频技术将窄带信息信号扩展成宽带噪声信号

    69. DSSS直接利用具有高码率的扩频码系列,采用各种调制方式在发射端中扩展信号的频谱,而在接收端,用相同的扩频码序去进行解码,把扩展后的扩频信号还原成原始的信息。

    70. 直接序列扩频技术通过将射频载波和伪随机数字信号有效地相乘来执行数据处理

    71. 将射频信号替换成一个与噪声信号频谱相同的、但带宽很宽的信号。

    72. 扩展主频中包含的能量构成了扩频信号90%以上的总能量。

    73. 直扩系统一般采用相干解调解扩,其调制方式多采用BPSK、DPSK、QPSK、MPSK等调制方式

    74. 跳频多采用非相干解调,采用的解调方式多为FSK或ASK。

    75. 直扩系统利用了频率和相位的信息,性能优于跳频。

    76. 扩频通信提高了频带的利用率。

    77.众多用户只要配对使用自己的扩频编码,就可以互不干扰地同时使用同一频率通信,从而实现了频率复用,使拥挤的频谱得到充分利用。

    78. 在发射机端,通过使用伪随机噪声码片序列,将窄带调制信号的带宽扩大

    79. 一个直扩系统在扩频、解扩过程中,干扰信号将同时被扩展,因而大大减小了干扰的影响。

    80. 处理增益还取决于所用的伪随机噪声序列中的码片数

    81. 标准的DSSS接收机用一个相关器自动选择幅度最多的折射波,并与之锁定同步,这样可以把多径干扰大大地降低。

    82. 由于无线产品的适配器不易检测信道是否存在冲突,因而802.15定义了CSMA/CA。

    83. 为了系统更加稳固,802.15.4还提供了带确认帧ACK的CSMA/CA。

    84. 想要传输的节点设备会通过CSMA/CA机制来竞争传输媒体的使用权。

    85. 若信道在经过4次的后退延迟时间后仍为忙,则放弃此次的传送,以避免过大开销。

    86. 自动增益控制、信道过滤、解调在数字域完成以获得高精确度及空间利用率。

    87. 无线数据传输、路由算法、网络拓扑等都是各种函数的组合、代码组合。

    88. 每个服务实体通过一个服务接入点(SAP)为其上层提供服务接口

    89. IPv6与IEEE 802.15.4结合是传感器网络的发展趋势。

    90. 一个IEEE 802.15.4可以根据ISM频段、可用性、拥挤状况和数据速率在27个信道中选择一个工作信道。

    91. 每种数据符号被映射成32位伪噪声码片(CHIP)

    92. 连续的伪噪声CHIP序列被调制到载波上

    93. IEEE 802.15.4 MAC层提供两种服务:MAC层数据服务和MAC层管理服务。

    94. 管理服务通过MAC层管理实体服务接入点访问高层,MAC层数据服务使MAC层协议数据单元的收发可以通过物理层数据服务

    95. ZigBee的网络层主要用于ZigBee网络的组网连接、数据管理以及网络安全等

    96. 低速率的无线个域网允许使用超帧结构。

    97. 超帧的格式由传感器网络的协调器定义,超帧被分为16个大小相等的时隙,由协调器发送

    98. 每个超帧之间由网络信标分隔

    99. 信标帧在超帧的第1个时隙被传输

    100. 信标可用来使接入的设备同步,区分个域网,描述超帧结构

    101. 任何想要在竞争接入时段通信的设备都要使用有时隙的载波监听多址接入/冲突避免机制。

    102. 所有的传输要在下一个信标到来之前结束

    103. 超帧结构有活跃和非活跃两部分。在非活跃部分,协调器将不与网络联系,进入低能模式。

    104. GTS由无竞争时段组成,它总是紧跟着CAP,在活跃的超帧尾部

    105. 所有基于竞争的传输都要在CFP开始前结束,GTS的传输也要确保在下个GTS开始前结束。

    106. 2,4GHz的物理层通过采用16相调制技术,能够提供250kb/s的传输速率

    107. 2.4GHz频段定义了16个信道,信道间隔为5MHz。

    108. 较大的信道间隔有助于简化收发滤波器的设计

    109. 最小抗干扰水平是邻近信道抗干扰电平,为0dB,交替信道抗干扰电平为30dB

    110. 物理层通过射频固件和射频硬件提供了一个从MAC层到物理层无线信道的接口。

    111. 在物理层中存在数据服务接入点物理层管理实体服务的接入点

    112. ZigBee物理层数据包由同步包头、物理层包头和物理层净荷3部分组成。

    113. 物理层净荷部分含有MAC层数据包,净荷部分的最大长度是127字节。

    114. IEEE 802系列标准把数据链路层分成逻辑链路控制和MAC两个子层。

    115. LLC子层的主要功能是进行数据包的分段与重组,以及确保数据包按顺序传输

    116. MAC子层与LLC子层的接口中用于管理目的的原语仅有26条,相对于蓝牙技术的131条原语和32个事件而言,IEEE 802.15.4 MAC子层的复杂度很低,不需要高速处理器

    117. 地址域采用的寻址方式可以是64位的IEEE MAC地址或者8位的ZigBee地址。

    118. IEEE 802.15.4的MAC子层定义了4种帧类型:广播帧、数据帧、确认帧和MAC命令帧

    119. MAC子层帧尾含有采用16位CRC算法计算出来的帧校验序列,用于接收方判断该数据包是否正确,从而决定是否采用ARQ进行差错恢复

    120. 数据帧和MAC命令帧的帧头包含帧控制域,指示收到的帧是否需要确认,如果需要确认,并且已经通过了CRC校验,接收方将立即发送确认帧,若发送方在一定时间内收不到确认帧,将自动重传该帧,这就是MAC子层可靠传输的基本过程

    121. 在对等网状方式的网格中,没有中心设备的控制,也没有广播信道和广播信息,而是使用标准的CSMA/CA信道接入算法接入网络。

    122. 端点之间的通信是通过称之为簇的数据结构实现的。

    123. 端点0用于整个ZigBee设备的配置和管理,应用程序可以通过端点0与ZigBee堆栈的其他层通信,从而实现对这些层的初始化和配置

    124. 端点255用于向所有端点的广播。

    125. 所有端点都使用应用支持子层(APS)提供的服务。

    126. ZigBee星状网络不支持ZigBee路由器。

    127. 帧控制域包括帧类型、协议版本、发现路由、安全和保留位。

    128. 网络层的地址域IEEE 802.15.4协议中的MAC层16位短地址相同。

    129. 路由开销用来收集当路由命令帧穿梭于网络链路时的成本。

    130. 网络层帧报头中目的地址为回到响应路由请求的发起端路由的第一跳的网络地址

    131. NLME所支持的NLME-SAP接口原语包括网络发现、网络形成、允许设备连接、路由器的初始化、设备同网络的连接等。

    132. 协调器听过NIME-NETWORK-FORMATION.request原语来启动一个新的网络的建立过程。

    133. 设备网络层通过发送扫描类型参数设置为能量检测扫描的MLME-SCAN.request原语到MAC层进行信道能量检测扫描

    134. 如果网络层管理实体找不到适合的信道,就将终止建网过程,并向应用层发出启动失败信息

    135. 如果网络层管理实体找到了适合的信道,则将为新网络选择一个PAN标识符。

    136. PermitDuration的有效范围为0x00~0xFF,表示ZigBee协调器允许连接的时间。

    137. 在信标网络中,通过网络层向MAC层发送NLME-SYNC.request原语,使得设备与它的父设备的下一个信标同步,并跟踪其信标。

    138. 在一个非信标网络中,NLME-SYNC.request原语将会引起网络使用NLME-POLL.request原语对其父设备进行轮询。

    139. 一旦接收到帧消息,网络层数据实体会检查控制域中的安全子域的值。

    140. 如果设备具有路由选择能力,则建立一个路由选择表入口和路由搜索表入口

    141. 在接收到路由请求命令帧后,设备将判断其是否具有路由选择能力

    142. ZigBee广播传输用来广播除路由请求命令帧以外的各网络层的数据和命令数据帧。

    143. ZigBee应用层框架包括应用支持层、ZigBee设备对象和制造商所定义的应用对象。

    144. 利用网络分析仪可以很清楚地看出每一帧数据在每一层的数据情况,从而有利于调试。

    145. 网络协调器给节点分配网络地址

    146. 测试包括:①无线测试 ②跑表 ③串口测试 ④时钟测试 ⑤随机数测试 ⑥加密解密测试 ⑦直接存储测试 ⑧电源测试

    147. MAC帧的长度应该小于127字节

    148. 端点0用于整个ZigBee设备的配置和管理;端点255用于向所有端点的广播

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