2002年，IEEE 802.15 工作組成立, 專門從事WPAN標準化工作。它的任務是開發(fā)一套適用于短程無線通信的標準，通常我們稱之為無線個人局域網(WPANs)。目前，IEEE 802.15 WPAN共擁有4個工作組：
藍牙WPAN工作組 藍牙是無線個人局域網的先驅。在初始階段，IEEE并沒有制定藍牙相關的標準，所以經過一段快速發(fā)展時期后，藍牙很快就有了產品兼容性的問題?，F在，IEEE決定制定行業(yè)標準來開發(fā)能夠相互兼容的藍牙芯片、網絡和產品。


圖1 802.15.4標準的結構

圖2 802.15.4的MAC層數據幀

共存組 為所有工作在2.4GHz頻帶上的無線應用建立一個標準。

高數據率 WPAN工作組 其802.15.3標準適用于高質量要求的多媒體應用領域。

802.15.4工作組 為了滿足低功耗、低成本的無線網絡要求，IEEE標準委員會在2000年12月份正式批準并成立了802.15.4工作組，任務就是開發(fā)一個低數據率的WPAN(LR-WPAN)標準。它具有復雜度低、成本極少、功耗很小的特點，能在低成本設備(固定、便攜或可移動的)之間進行低數據率的傳輸。表1中概括了一些802.15.4的特點。

目前該標準仍處于不斷改善和修訂階段，預計于2003年初推出正式標準。802.15.4無線發(fā)射/接收機及網絡被Motorola、Philips、Eaton、Invensys和Honeywell這些國際通信與工業(yè)控制界巨頭們極力推崇。

IEEE 802.15.4 標準及其技術特點

IEEE 802.15.4 滿足國際標準組織 (ISO)開放系統互連(OSI)參考模式。它包括物理層、介質訪問層、網絡層和高層。圖1是對這些層的描述。

物理層

IEEE 802.15.4 提供兩種物理層的選擇(868/915 MHz和2.4GHz)，物理層與MAC層的協作擴大了網絡應用的范疇。這兩種物理層都采用直接序列擴頻(DSSS)技術，降低數字集成電路的成本，并且都使用相同的包結構，以便低作業(yè)周期、低功耗地運作。2.4G物理層的數據傳輸率為250kb/s,868/915MHz物理層的數據傳輸率分別是20 kbps、40 kbps。
2.4GHz物理層的較高速率主要歸因于一個較好的調制方案：基于DSSS方法(16個狀態(tài))的準正交調制技術。來自PPDU的二進制數據被依次(按字節(jié)從低到高)組成4位二進制數據符號，每種數據符號(對應16狀態(tài)組中的一組)被映射成32位偽噪音CHIP，以便傳輸。然后這個連續(xù)的偽噪音CHIP序列被調制(采用最小移位鍵控方式MSK)到載波上，即采用半正弦脈沖波形的偏移四相移相鍵控(O_QPSK)調制方式。

868/915MHZ物理層使用簡單DSSS方法，每個PPDU數據傳輸位被最大長為15的CHIP序列(m-序列)所擴展。即被多組+1，-1構成的 m-序列編碼，然后使用二進制相移鍵控技術調制這個擴展的位元序列。不同的數據傳輸率適用于不同的場合。舉例如下，868/915MHz物理層的低速率換取了較好的靈敏度(-85dbm/2.4G,-92dbm/868,915MHz)和較大的覆蓋面積，從而減少了覆蓋給定物理區(qū)域所需的節(jié)點數。2.4G物理層的較高速率適用于較高的數據吞吐量、低延時或低作業(yè)周期的場合。

介質訪問層

IEEE 802.15.4 MAC層的特征是：聯合 ，分離，確認幀傳遞，通道訪問機制， 幀確認，保證時隙管理，和信令管理。MAC子層提供兩個服務與高層聯系，即通過兩個服務訪問點(SAP)訪問高層。通過MAC通用部分子層SAP(MCPS-SAP)訪問MAC數據服務,用MAC層管理實體SAP(MLME-SAP)訪問MAC管理服務。這兩個服務為網絡層和物理層提供了一個接口。

靈活的MAC幀結構適應了不同的應用及網絡拓撲的需要，同時也保證了協議的簡潔。MAC幀的通用格式如圖2所示。

幀控制說明了如何看待幀的其余部分及它們包含什么。序列號是傳輸數據幀及確認幀的序號。僅當確認幀的序列號與上次數據傳輸幀的序列號一致時，才能判定數據傳輸業(yè)務成功。幀校驗序列是16位循環(huán)冗余校驗。凈荷(payload)是MAC幀要承載的上層數據。它的字段長度可變。

MAC數據幀被送至物理層，作為物理層幀數據(PPDU)的一部分。

網絡層

網絡層包括邏輯鏈路控制子層。802.2標準定義了LLC,并且通用于諸如802.3,802.11及802.15.1等802系列標準中，而MAC子層與硬件聯系較為緊密，并隨不同的物理層實現而變化。網絡層負責拓撲結構的建立和維護、命名和綁定服務，它們協同完成尋址、路由及安全這些必須的任務。這個標準的網絡層被期望能自己組織和維護。

IEEE 802.4標準支持多種網絡拓撲結構，包括星型和點-點拓撲結構。應用的設計選擇決定了拓撲結構；一些應用，諸如PC外設，適合低延時的星型連接，而對于別的，諸如涉及安全要求領域，適合大面積的點-點拓撲結構。

802.15.4 WPAN具有如下的特點：

可升級 卓越的網絡能力，可對多達254個的網絡設備進行動態(tài)設備尋址。

適應性 與現有控制網絡標準無縫集成。通過網絡協調器(Coordinator)自動建立網絡，采用CSMA-CA方式進行信道存取。
可靠性 為了可靠傳遞,提供全握手協議。

與藍牙的比較
在過去的幾年內，藍牙技術引起了極大的關注。在文章的第一部分已經提到，藍牙被重新定義為802.15.1。大多數了解藍牙的讀者可能會有一個共同的問題：藍牙 (802.15.1)與802.15.4的本質區(qū)別是什么？為什么通信、控制工業(yè)會注重對WPAN的新技術802.15.4的投資？表2回答了這個問題。

從上面兩個表格中的數據可見：
* 802.15.4和藍牙很相似, 二者均用于WPAN。
* 802.15.4適用于傳感器、玩具和家庭自動控制，同時注重于低速數據或短操作時間的控制和通信網絡；藍牙則是在ad-hoc(peer to peer)網絡中擅長便攜式音頻、便攜式屏幕圖表圖象及文件的傳輸。
* 802.15.4 設計特點是能夠合理地優(yōu)化能源的使用。一塊正常電池的使用壽命可以達到2年以上；藍牙的能耗與移動電話類似(需定期充電)；

802.15.4技術的應用和挑戰(zhàn)

產品的方便靈活、易于連接、實用可靠及可繼承延續(xù)是市場的驅動力。IEEE 802.15.4的早期客戶將是高端工業(yè)用戶，這是由于802.15.4主要應用于工業(yè)控制、遠程監(jiān)控和樓宇自動化領域，后期802.15.4的市場將轉向消費者和家庭用戶，主要應用于家庭自動化、安全和交互式玩具，其市場的動力來將自其低造價、小功耗以及便于使用的特點，最終每個 802.15.4發(fā)射接收機的價格將低于5美元。

對于工業(yè)市場領域來說，感應器網絡是主要市場對象。將感應器和802.15.4WPAN設備組合，進行數據收集、處理和分析，就可以決定是否需要或何時需要用戶操作。無線感應器應用實例包括惡劣環(huán)境下的檢測，諸如涉及危險的火和化學物質的現場、監(jiān)測和維護正在旋轉的機器等等。在這些應用上，一個802.15.4WPAN網絡可以極大的降低新感應器網絡的安裝成本并簡化對現有網絡的擴充。

802.15.4 網絡另一個充滿魅力的應用領域是精作農業(yè)。使用自動化的遠程控制網絡的智能設備實現農場經營的信息化和軟件化是精作農業(yè)的新范例。這需要成千上萬個帶傳感器的LR-WPAN設備組成網狀網絡。感應器將收集有關田地的信息，比如土地濕度、氮濃縮量和土壤的PH值等，每個感應器將經過計算的數據傳輸到它相應的LR-WPAN設備，并通過網絡將其返回到一個中央數據采集設備。精作農業(yè)的網絡應用屬802.15.4LR-WPAN的低端應用，僅需通過已部署的網絡設備每天進行少許數據的傳輸。

針對巨大的中國市場和2008年國際奧林匹克運動會，802.15.4技術產品將在中國的環(huán)境監(jiān)測和保護領域發(fā)揮重要的作用。利用該技術可以對污染源，特別是各工廠廢水，廢氣的排放口進行實時監(jiān)測控制，在每個排放口安裝相應感應器，完成樣本的采集、分析和最終的流量測定。就目前的環(huán)境來說，污染源的數量大的驚人, 僅北京地區(qū)的排污口就有幾萬個。

802.15.4 將提供一個低成本的用于數據采集和傳輸的網狀網絡，網絡上每個監(jiān)測點只需在有限的時間內發(fā)送幾個比特的數據，數據流是異步的，并在數據等待時間上限制極小，這些因素利于電池使用壽命的延長。

802.15.4 WPAN應用的挑戰(zhàn)在于它的網絡拓撲結構。由于實際應用需用網狀拓撲結構，所以一些節(jié)點可使用能量感知來獲取生存所需能源，同時充當其他節(jié)點的中繼器，以便轉發(fā)信息到最終目的地。網絡配置也不適合采用手動配置，應該實現自我配置。

802.15.4 的特點決定了它在個體消費者和家庭自動化市場有著巨大的潛能。802.15.4 LR-WPAN技術產品將低成本地替換用戶的有線電子設備，從而提高人們的生活、娛樂質量。之所以成本低，是因為它削減了產品的功能集，同時提高了產品的專用性和使用效率。 潛在的產品類型包括電視、VCRs、 PC 外圍設備和互動玩具和游戲, 應用范圍包括監(jiān)測和控制家庭的安全系統、照明、空調系統和其他設施。在一個家庭內，可安裝這樣的網絡設備多達100~150個，很適合構架一個星型拓撲網絡。結語
正當IEEE802無線工作組把大量精力放在如何提高數據傳輸速率工作的時候，802.15.4工作組已率先把焦點定位在實現低能耗、低成本和低速率網絡設備的連接和目前無線協議還沒定義的應用上。

按照既定計劃，IEEE802.15.4協議將在2003年1月份正式頒布。目前一些通信和控制業(yè)的大公司如美國摩托羅拉公司、菲利普公司、Eaton等已經巨額投資并開發(fā)802.15.4收發(fā)器和網絡設備。赫立訊科技(北京)有限公司正在著手進行將802.15.4技術引進中國的工作。作為一個標準委員會組織成員，赫立訊站在無線領域研發(fā)的前沿，有著很大的優(yōu)勢，能夠將開發(fā)者和用戶的意見充分結合，以尋求一個更好的無線解決方案。