一、關于IEEE 802.15工作組
1、概述
1998年3月IEEE 802標準委員會(LMSC)成立了IEEE 802.15工作組(WG,Working Group),該工作組(WG)成立之初叫無線個人網絡研究組,1999年5月改稱為無線個人區域網絡(WPAN,Wireless Personal Area Network)工作組。成立IEEE 802.15工作組的目的,主要是致力于研究WPAN和短距離無線網絡標準化問題。在網絡構成上,WPAN位于整個網絡鏈的末端,用于解決同一地點終端與終端間的連接。個人區域網絡(WPAN)設想將在便攜式和移動計算設備之間產生無線互連,例如PC、外圍設備、蜂窩電話、個人數字助理(PDA)、呼機和消費電子等,該網絡使用這些設備可以在不受其他無線通信干擾的情況下進行相互通信和互操作。WPAN是基于計算機通信的專用網,是在個人操作環境下需要相互通信的裝置構成的一個網絡,無需任何中央管理裝置。對于單個設備而言要求既能提供主控功能又具有從屬功能的能力,除此之外,還要求設備能夠很容易地接入或離開現有網絡。系統要適合運行圖像、MP3和視頻剪輯等多種類型的文件。WPAN所覆蓋的范圍一般在10 m半徑以內。
目前,IEEE 802.15工作組又改名為無線專業網絡(WSN,Wireless Specialty Networks)工作組,其研究范圍進行了調整和擴充。它當然仍包括無線個人區域網絡(WPAN)標準的內容,特別是IEEE 802.15.4,已在全球廣泛部署。它又突出的是開發針對新興物聯網(IoT,Internet of Things)的無線網絡的開放共識標準,使下述這些設備能夠相互通信和互操作,包括移動設備、可穿戴設備、光學無線通信(OWC,Optical Wireless Communications)設備、自動駕駛汽車等。另外是發布具有廣泛市場適用性并有效處理與其他有線和無線網絡解決方案的共存和互操作性問題的標準,推薦的實踐或指南。工作組還致力于成為新技術和新應用的孵化器,并發布了第一個利用THz RF頻段進行數據中心高速無線互連和重新配置的標準。802.15還是第一個制定OWC全球標準的組織。
2、關于下設的任務組
IEEE 802.15工作組(WG)根據要研究的項目下設了不同的任務組(TG,Task Group),且這些TG是在不斷的變化之中,有的早期的TG因完成或終止而關閉或休眠,如IEEE 802.15.1任務組、IEEE 802.15.3任務組、IEEE 802.15.5任務組等,目前活躍的主要是IEEE 802.15.4任務組及其它幾個任務組。IEEE 802.15工作組(WG)曾經下設了十多個任務組(TG),其基本情況詳見下表1-2,包括任務組名稱、研究的內容及目前活躍情況等。
表1-2:IEEE 802.15工作組曾經下設的任務組情況
二、關于IEEE 802.15的系列標準
1、標準的編號
IEEE 802.15的無線個人區域網絡(WPAN)工作組,包括不同的任務組(TG)所研究制定的標準,其標準也都是以編號802.15為根編號。不同的TG制定的標準,后綴相應任務組的編號x(參見表1-2),即IEEE 802.15.x。如TG1的基于藍牙的低速率WPAN標淮編號為IEEE 802.15.1;如TG3的更高速率WPAN(HR-WPAN)標淮編號為IEEE 802.15.3;等等。
另外,各任務組(TG)對于所研究的標準,不同功能要求(如增強、補充等)的標準,或不同版本的修訂案標準,可再用后綴一位或兩位小寫英文字母來標識。如IEEE 802.15.3a或IEEE 802.15.4z等。
一個完整的IEEE 802.15的標準編號還應后綴發布年號,如IEEE 802.15.3-2016、IEEE 802.15.4s-2018,等等。
欲具體了解IEEE 802標準編號規則情況請進入。
2、標準的基本情況
我們知道,IEEE 802.15工作組是研究制定無線個人區域網絡(WPAN)領域的標準,其標準同樣是研究制定的是網絡的媒體訪問控制層(MAC)和物理層(PHY)規范。關于IEEE 802.15標準MAC和PHY規范重點是三個方面:一是基于藍牙的無線個人區域網絡(WPAN)方面,即IEEE 802.15.1系列標準;二是高數據速率無線個人區域網絡(WPAN)方面(HR-WPAN),即IEEE 802.15.3系列規范;三是低數據速率無線個人區域網絡(WPAN)方面(LR-WPAN),即IEEE 802.15.4系列標準。
另外,IEEE 802.15工作組還制定了WPAN相關應用方面的標準,如可在人體(但不僅限于人體)內部或周圍進行操作(BAN,Body Area Networks),這是由TG6所制定的IEEE 802.15.6標準。還有針對對等感知通信(PAC,Peer Aware Communications )的無線個人局域網(WPAN),這是由TG8所制定的IEEE 802.15.8標準。等等。
IEEE 802.15工作組還有其它任務組在制定與802.15相關的其它標準,如共存機制的標準IEEE 802.15.2;WPAN中網狀拓撲功能的IEEE 802.15.5標準;等等。上述的IEEE 802.15標準項目,大多已完成標準的研究與制定工作,其相應的任務組(TG)已處于關閉狀態或進入休眠狀態,目前其基本情況匯總于下表2-2中。IEEE 802.15工作組研究制定了眾多標準,有許多已經撤銷了或廢止了。目前IEEE 802.15工作組正在開發針對新興物聯網(IoT,Internet of Things)的無線網絡的開放共識標準。
表2-2:IEEE 802.15已關閉或進入休眠狀態的標準項目
三、關于IEEE 802.15的相關標準介紹
下述僅簡要介紹802.15.1(藍牙)、802.15.3(HE-WPAN)和802.15.4(HE-WPAN)三個標準。而下附件3整理匯總了IEEE 802.15工作組研究制定的所有標準的更具體的內容介紹,含蓋了目前IEEE已發布過的所有802.15.1~802.15.10系列標準,包括相應標準的范圍和目的介紹、標準的版本和修訂案的介紹、標準的功能及技術介紹等。
附件3:IEEE 802.15的系列標準具體介紹
1、基于藍牙的WPAN標準:IEEE 802.15.1
IEEE 802.15.1標準是由IEEE 802.15工作組與藍牙特別興趣小組(SIG)合作共同完成的。IEEE 802.15.1是用于無線個人網絡的無線媒體訪問控制(MAC)和物理層(PHY)規范。標準的目標在于在個人操作空間(POS,Personal Operating Space)內進行無線通信。藍牙無線系統就是一種最先出現的解決WPAN應用的技術,它的主要特點是功率消耗低,系統小型化且成本低。
源于藍牙v1.1版的IEEE802.15.1標準已于2002年6月14日由IEEE-SA的標準部門批準成為一個正式標淮,即802.15.1-2002,它可以同藍牙v1.1完全兼容。2005年又發布了802.15.1-2002修訂版802.15.1-2005(也稱802.15.1a),僅限于將802.15.1-2002(藍牙規范1.1)和藍牙規范1.2之間的更改合并到802.15.1-2002中。至此,IEEE 802.15.1標準的研究已經關閉,后來這兩個版本的標準也已被撤銷,其新的標準由藍牙特別興趣小組(SIG)開發發布。IEEE 802.15.1標準的更多具體內容介紹詳見附件3中。
欲詳細了解藍牙(Bluetooth)技術的標準情況介紹的請進入。
2、HR-WPAN標準:IEEE 802.15.3
IEEE 802.15.3是針對高速無線個域網(HR-WPAN)制定的無線媒體訪問控制層(MAC)和物理層(PHY)規范。HR-WPAN的主要目標是解決個人空間內各種辦公設備及消費類電子產品之間的無線連接,以實現信息的快速交換、處理、存儲等,其應用場合包括辦公室、家庭。HR-WPAN應屬于超寬帶(UWB)技術的范疇。
欲詳細了解超寬帶(UWB)技術介紹的請進入。
2003年8月IEEE批準了IEEE 802.15.3的第1個版本標準IEEE 802.15.3-2003,后來IEEE 802.15.3任務組又相繼研究推出了802.15.3a、802.15.3b和802.15.3c標準,這些是對IEEE 802.15.3的功能的擴充或技術上的擴展,發布了802.15.3b-2005和802.15.3c-2009標準(802.15.3a未完成)。在2016年發布了第1次修訂版IEEE 802.15.3-2016,代替了802.15.3-2003、802.15.3b-2005和802.15.3c-2009。在2017年又相繼發布了三個對802.15.3-2016的修訂案:802.15.3e、802.15.3d和802.15.3f,是對802.15.3-2016的功能與技術的擴充。IEEE 802.15.3這些標準的版本與修訂案更多具體內容介紹詳見附件3中。
3、LR-WPAN標準:IEEE 802.15.4
IEEE 802.15.4任務組(TG4)成立于2000年12月,是目前802.15工作組中最活躍的任務組,發布的標準最多。IEEE 802.15.4規范是一種經濟、高效、低數據速率(低于250kbit/s)、工作在2.4GHz的無線技術(歐洲868MHz,美國915MHz),用于個域網(WPAN)和對等網狀網絡。支持傳感器、交互式玩具、智能徽章、遠端控制和家用自動化等,不適合傳輸語音,通常連接距離小于100m。這一技術方案的能耗和復雜度都很低,電池壽命可以達到幾個月甚至幾年。802.15.4是ZigBee應用層和網絡層協議的基礎。
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802.15.4標準的第1個版本是發布于2003年10月1日的IEEE 802.15.4-2003,目前在2006年、2011年、2015年和2020年進行了4次修訂。當然,在這些版本之后,針對相應的版本TG4又推出了有關修正案,對相應的版本的功能、技術或應用進行了補充、擴展。這些修正案眾多(目前其編號已由4a到4z),有的正式批準為標準,有的發布的是草案(Draft)。對于這些修正案有的已經被后續修訂版所取代,有的目前仍然有效。IEEE 802.15.4這些眾多標準版本和修訂案的更多具體內容介紹詳見附件3中。
欲進一步了解IEEE 802標準委員會(LMSC)的其它802.x標準情況介紹的請進入。
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