概述

IEEE802.15.4标准旨在提供一种无线个域网（WPAN）的基本较低网络层，其专注于设备之间的低成本，低速无处不在的通信。它可以与其他方法形成对比，例如Wi-Fi，它提供更多带宽并需要更多功率。重点是附近设备的低成本通信，几乎没有底层基础设施，打算利用它来进一步降低功耗。

基本框架设计了10米通信范围，传输速率为250 kbit / s。通过定义不是一个物理层而是几个物理层，可以通过权衡来支持具有更低功率要求的更多基础嵌入式设备。最初定义了20和40 kbit / s的较低传输速率，在当前版本中添加了100 kbit / s速率。

可以考虑更低的速率，从而对功耗产生影响。如前所述，WPAN中IEEE 802.15.4的主要识别特征是在不牺牲灵活性或通用性的情况下实现极低的制造和运营成本以及技术简单性的重要性。

重要功能包括预留保证时隙（GTS）的实时适用性，通过CSMA/CA实现的冲突避免以及对安全通信的集成支持。设备还包括电源管理功能，如链路质量和能量检测。该标准确实有支持时间和速率敏感应用的规定，因为它能够在纯CSMA/CA或TDMA接入模式下运行。通过标准的GTS功能支持TDMA操作模式。

符合IEEE 802.15.4的设备可以使用三个可能的频带之一进行操作（868/915/2450 MHz）。

（1）支持星型和点对点两种网络拓扑结构；

（2）有16位和64位两种地址格式，其中64位地址是全球惟一的扩展地址；

（3）支持冲突避免的载波多路侦听技术（carrier sense multiple access with collision avoidance, CSMA-CA）；

（4）支持确认（ACK）机制，保证传输可靠性。

网络简介

IEEE 802.15.4网络是指在一个个人工作空间（Personal Operating Space, POS）内使用相同无线信道并通过IEEE 802.15.4标准相互通信的一组设备的集合，又名LR-WPAN网络。在这个网络中，根据设备所具有的通信能力，可以分为 全功能设备（Full Function Device, FFD）和 精简功能设备（Reduced Function Device, RFD）。FFD设备之间以及FFD设备与RFD设备之间都可以通信。RFD设备之间不能直接通信，只能与FFD设备通信，或者通过一个FFD设备向外转发数据。这个与RFD相关联的FFD设备称为该RFD的协调器（coordinator）。RFD设备主要用于简单的控制应用，如灯的开关、被动式红外线传感器等，传输的数据量较少，对传输资源和通信资源占用不多，这样RFD设备可以采用非常廉价的实现方案。

IEEE 802.15.4网络中，有一个称为PAN网络协调器（PAN coordinator）的FFD设备，是LR-WPAN网络中的主控制器。PAN网络协调器（以后简称网络协调器）除了直接参与应用以外，还要完成成员身份管理、链路状态信息管理以及分组转发等任务。

无线通信信道的特征是动态变化的。节点位置或天线方向的微小改变、物体移动等周围环境的变化都有可能引起通信链路信号强度和质量的剧烈变化，因而无线通信的覆盖范围不是确定的。这就造成了LR-WPAN网络中设备的数量以及它们之间关系的动态变化。

拓扑结构

IEEE 802.15.4网络根据应用的需要可以组织成星型网络，也可以组织成点对点网络。在星型结构中，所有设备都与中心设备PAN网络协调器通信。在这种网络中，网络协调器一般使用持续电力系统供电，而其他设备采用电池供电。星型网络适合家庭自动化、个人计算机的外设以及个人健康护理等小范围的室内应用。

与星型网不同，点对点网络只要彼此都在对方的无线辐射范围之内，任何两个设备之都可以直接通信。点对点网络中也需要网络协调器，负责实现管理链路状态信息，认证设备身份等功能。点对点网络模式可以支持ad hoc网络允许通过多跳路由的方式在网络中传输数据。不过一般认为自组织问题由网络层来解决，不在IEEE 802.15.4标准讨论范围之内。点对点网络可以构造更复杂的网络结构，适合于设备分布范围广的应用，比如在工业检测与控制、货物库存跟踪和智能农业等方面有非常好的应用背景。

网络拓扑的形成过程

虽然网络拓扑结构的形成过程属于网络层的功能，但IEEE 802.15.4为形成各种网络拓扑结构提供了充分支持。这部分主要讨论IEEE 802.15.4对形成网络拓扑结构提供的支持，并详细地描述了星型网络和点对点网络的形成过程。