GB∕T 38618-2020 信息技术 系统间远程通信和信息交换高可靠低时延的无线网络通信协议规范.pdf

书 书 书犐 犆犛 犔 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?犌犅犜 ?犐 狀 犳 狅 狉犿犪 狋 犻 狅 狀狋 犲 犮 犺 狀 狅 犾 狅 犵 狔犜 犲 犾 犲 犮 狅犿犿狌 狀 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀 狊犪 狀 犱犻 狀 犳 狅 狉犿犪 狋 犻 狅 狀犲 狓 犮 犺 犪 狀 犵 犲犫 犲 狋 狑犲 犲 狀狊 狔 狊 狋 犲犿狊犛 狆 犲 犮 犻 犳 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀犳 狅 狉犺 犻 犵 犺狉 犲 犾 犻 犪 犫 犻 犾 犻 狋 狔犪 狀 犱犾 狅狑犾 犪 狋 犲 狀 犮 狔狑 犻 狉 犲 犾 犲 狊 狊狀 犲 狋 狑狅 狉 犽犮 狅犿犿狌 狀 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀狆 狉 狅 狋 狅 犮 狅 犾 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?目次前言范围规范性引用文件术语和定义缩略语概述物理层 概述 操作频率范围 物理层射频要求 物理层服务规范数据链路层 数据链路层参考模型 层 数据链路子层 参考文献 犌犅犜 前言本标准按照 给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由全国信息技术标准化技术委员会（ ）提出并归口。本标准起草单位：重庆邮电大学、中国电子技术标准化研究院、深圳市海思半导体有限公司、上海工业自动化仪表研究院有限公司、浙江中控技术股份有限公司。本标准主要起草人：魏、王平、张弛、姜彤、王英、陆卫军、严冬、卓兰、韩丽、刘培、陈政熙、章维、李彩芹、赵向阳、李强、王嘉宁、裘坤。犌犅犜 信息技术系统间远程通信和信息交换高可靠低时延的无线网络通信协议规范范围本标准规定了高可靠低时延应用场景下无线通信网络的物理层的操作频率范围、射频要求和服务，以及数据链路层参考架构、层功能、精确时间同步、数据链路子层功能及自适应跳信道和确定性调度等。本标准适用于无线网络在工业级现场应用中规划、部署及实施。规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 信息技术系统间远程通信和信息交换局域网和城域网特定要求第 部分：无线局域网媒体访问控制和物理层规范 信息技术系统间远程通信和信息交换局域网和城域网特定要求第 部分：低速无线个域网（）媒体访问控制和物理层规范 工业无线网络规范第部分：用于过程自动化的系统结构与通信规范 局域网和城域网第 部分：低速率无线个域网（ ） ： （ ） 术语和定义 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为了便于使用，以下重复列出了 中的某些术语和定义。 自适应跳频犪 犱 犪 狆 狋 犻 狏 犲犳 狉 犲 狇 狌 犲 狀 犮 狔犺 狅 狆 狆 犻 狀 犵在工业无线网络超帧簇内通信阶段的每个时隙，根据实际的信道状况更换通信信道。 ，定义 自适应频率切换犪 犱 犪 狆 狋 犻 狏 犲犳 狉 犲 狇 狌 犲 狀 犮 狔狊 狑 犻 狋 犮 犺在工业无线网络超帧中，信标阶段和活动期在一个超帧周期内根据实际的信道状况更换通信信道，在不同的超帧周期内使用不同的信道。 ，定义 信标犫 犲 犪 犮 狅 狀在工业无线网络中由接入点或充当父节点的终端节点设备广播节点的帧。注：信标帧用于新的父节点或终端节点加入工业无线网络。犌犅犜 广播犫 狉 狅 犪 犱 犮 犪 狊 狋将包发送给工业无线网络中所有可接收到的节点。 ，定义 信道犮 犺 犪 狀 狀 犲 犾从发送端到接收端传递包的无线射频媒质。 簇犮 犾 狌 狊 狋 犲 狉包括一个父节点和多个终端节点的逻辑节点组。 共存犮 狅 犲 狓 犻 狊 狋 犲 狀 犮 犲一个网络在不被干扰或者不干扰同一环境下的其他网络的情况下具有执行任务的能力。注：这些网络遵循相同或者不同规则。 兼容犮 狅犿狆 犪 狋 犻 犫 犻 犾 犻 狋 狔一个网络具有向其他网络提供服务或者接收来自其他网络服务，并且通过服务互换实现多个网络之间有效运作的能力。 数据链路子层犱 犪 狋 犪犾 犻 狀 犽狊 狌 犫 犾 犪 狔 犲 狉位于层之上，用于处理工业无线网络拓扑、链接和通信资源。 ，定义 终端节点犲 狀 犱狀 狅 犱 犲安装在工业现场，连接或者控制生产过程的设备。 跳频犳 狉 犲 狇 狌 犲 狀 犮 狔犺 狅 狆 狆 犻 狀 犵收发信道切换方法，目的为抗干扰和减少信号衰落。 ，定义 接入点犪 犮 犮 犲 狊 狊狆 狅 犻 狀 狋连接工业无线网络与其他工厂网络的设备。 跳犺 狅 狆工业无线网络中，包在两个相邻节点之间传递的过程，而没有其他节点的参与。注：多跳用于延长传输距离、绕过干扰源和避免阻塞。 互操作犻 狀 狋 犲 狉 狅 狆 犲 狉 犪 犫 犻 犾 犻 狋 狔两个或两个以上的网络彼此交互信息且利用所交互信息的能力。 加入犼 狅 犻 狀 犻 狀 犵工业无线网络节点通过认证，并且允许接入工业无线网络的过程。犌犅犜 链路犾 犻 狀 犽规定了邻近节点间传输帧所需的通信参数。注：包括源地址和目的地址对、时隙、信道、方向和链路类型。 网络管理者狀 犲 狋 狑狅 狉 犽犿犪 狀 犪 犵 犲 狉负责配置网络、分配通信资源、管理路由表、监视和汇报网络性能的逻辑角色。注：在工业无线网络中有且仅有一个网络管理者。 包狆 犪 犮 犽 犲 狋在物理媒体上同时发送的一组有格式的位。 ，定义 父节点狆 犪 狉 犲 狀 狋 狊狀 狅 犱 犲工业无线网络中，负责终端节点的管理和包转发等功能的设备。 超帧狊 狌 狆 犲 狉 犳 狉 犪犿犲周期性重复的时隙集合。注：超帧用于规定周期性通信的收发时间。 时隙狋 犻 犿犲 狊 犾 狅 狋在工业无线网络中交换数据所采用的基本时间单位。注：工业无线网络中的时隙长度是可配置的。 时隙跳频狋 犻 犿犲 狊 犾 狅 狋犺 狅 狆 狆 犻 狀 犵为了避免干扰和衰减，按照一定规律，在每个时隙改变收发频率。 ，定义 缩略语下列缩略语适用于本文件。自适应跳频（ ）自适应频率切换（ ）竞争接入期间（ ）免竞争期（ ）载波侦听多路接入冲突避免（ ）数据链路子层数据实体（ ）数据链路子层数据实体服务访问点（ ）数据链路子层管理实体（ ）数据链路子层管理实体服务访问点（ ）数据链路子层（ ）设备管理应用进程（ ）犌犅犜 确定性同步多信道增强网络（ ）能量检测（ ）全功能设备（ ）频移键控（ ）高斯频移键控（ ）有保障的时隙（ ）低时延确定性网络（ ）链路质量指示符（ ）媒体访问控制（ ）子层数据实体服务访问点（ ）子层管理实体（ ）子层管理实体服务访问点（ ）协议数据单元（ ）多进制相移键控（ ）偏置四相相移键控（ ）个域网（ ）物理层数据服务接入点（ ）物理层（ ） 信息库（ ）物理层管理实体服务接入点（ ）物理协议数据单元（ ）物理层服务数据单元（ ）射频服务接入点（ ）简化功能的设备（ ） 接收信号强度值（ ）服务接入点（ ）帧首定界符（ ）时隙跳频（ ）时隙信道跳变（ ）概述高可靠性仅指网络中通信模块的接收机灵敏度在满足 、 和 规定下误包率小于或等于的状态；低时延是指网络中端到端时延小于或等于 的状态。不涉及高可靠和低时延的细节及其实现。物理层、数据链路层及其接口的概念略图见图。物理层通过访问物理媒体。物理层通过向媒体访问控制层提供数据服务，通过向媒体访问控制层提供管理服务。数据链路层中的媒体访问控制层通过向数据链路子层提供数据服务，通过向数据链路子层提供管理服务。数据链路层中的数据链路子层通过向更高层次提供数据服务，通过向更高层次提供管理服务。图中箭头表示接口。犌犅犜 图物理层、数据链路层及其接口的概念略图物理层 概述高可靠低时延场景下无线网络的物理层基于 构建的物理层和 构建的物理层。相对于 ，增加了 操作中心频率、 操作频段以及相应的调制方式，规定了接收机灵敏度、接收端干扰抑制（相邻信道） 、接收端干扰抑制（非相邻信道非相邻信道） 、接收端，以及同频商用无线网络共存测试。 操作频率范围物理层相应的频段以及对应的调制和扩频方式如表所示，设备应使用表中的调制和扩频方式在一个频段上运行。表不同频带下的参数频带码片（ ）速率 调制方式比特率 符号速率 （可选） （可选） 滤波滤波 犌犅犜 表（续）频带码片（ ）速率 调制方式比特率 符号速率 注： 不适用； 高斯频移键控； 多进制相移键控； 多进制频移键控； 二进制频移键控； 四进制频移键控； 正交频分复用； 偏置四相相移键控。 物理层射频要求 犕犎狕频段射频要求 调制方式 频段模块接收端使用调制方式，的数据速率为 。 接收机灵敏度 频段模块接收机灵敏度应符合： 频段的每个信道内，当接收机灵敏度降至 ）时，误包率不大于。 接收端干扰抑制（相邻信道） 频段模块接收端干扰抑制（相邻信道）应符合：当干扰信号功率升至 ）时，误包率不大于。特定条件为工作信道内的输入功率等于 ），间隔信道对工作信道的干扰信号输入功率相对值至少为）。 接收端干扰抑制（非相邻信道） 频段模块接收端干扰抑制（非相邻信道）应符合：当干扰信号功率升至 ）时，误包率不大于。特定条件为工作信道内的输入功率等于 ），非相邻信道对工作信道的干扰信号输入功率相对值至少为 ）。）为信道功率绝对值单位，计算公式为 （功率值） 。）表征干扰信号功率比工作信道功率的相对值单位，计算公式为 （干扰信号功率工作信道功率） 。犌犅犜 接收端犈犇 频段模块接收端的测试场景应符合基于 构建的较强干扰场景，即存在至少个商用无线网络，且与其中个商用无线网络持续网络连接，进行数据交换。在此场景下 频段的每一个信道的曲线满足左右平移）精度要求，在此范围内呈线性和适度单调。 犕犎狕 犕犎狕频段射频要求 调制方式 频段模块接收端使用调制方式，数据速率为 。 接收机灵敏度 频段模块接收机灵敏度应符合： 频段的每个信道内，接收机灵敏度降至 ）时，误包率不大于。 接收端干扰抑制（相邻信道） 频段模块接收端干扰抑制（相邻信道）应符合：当干扰信号功率升至 ）时，误包率不大于。特定条件为工作信道内的输入功率等于 ），间隔信道对工作信道的干扰信号输入功率相对值至少为）。 接收端干扰抑制（非相邻信道） 频段模块接收端干扰抑制（非相邻信道）应符合：当干扰信号功率升至 ）时，误包率不大于。特定条件为工作信道内的输入功率等于 ），非相邻信道对工作信道的干扰信号输入功率相对值至少为 ）。 接收端犈犇 模块接收端的测试场景应符合基于 构建的较强干扰场景，即存在至少个商用无线网络，且与其中个商用无线网络持续网络连接，进行数据交换。在此场景下 频段的每一个信道的曲线满足左右平移）精度要求，在此范围内呈线性和适度单调。 犕犎狕频段射频要求 调制方式 频段模块接收端使用调制方式，数据速率为 。 接收机灵敏度 频段模块接收机灵敏度应符合： 频段的每个信道内，接收机灵敏度降至 ）时，误包率不大于。 接收端干扰抑制（相邻信道） 频段模块接收端干扰抑制（相邻信道）应符合：当干扰信号功率升至 ）时，误包犌犅犜 率不大于。特定条件为工作信道内的输入功率等于 ），间隔信道对工作信道的干扰信号输入功率相对值至少为）。 接收端干扰抑制（非相邻信道） 频段模块接收端干扰抑制（非相邻信道）应符合：当干扰信号功率升至 ）时，误包率不大于。特定条件为工作信道内的输入功率等于 ），非相邻信道对工作信道的干扰信号输入功率相对值至少为 ）。 接收端犈犇 频段模块接收端的测试场景应符合基于 构建的较强干扰场景，即存在至少个商用无线网络，且与其中个商用无线网络持续网络连接，进行数据交换。在此场景下 模块的每一个信道的曲线满足左右平移）精度要求，在此范围内呈线性和适度单调。 同频商用无线网络共存 共存定义同频商用无线网络共存定义为工作在 频段的高可靠低时延无线网络不受工作在 频段的基于 的无线网络的信道干扰，实现与 无线网络共存。共存测试主要在个不同程度的基于 的无线网络干扰场景下进行。 干扰场景基于 的个无线网络干扰场景：）干扰场景 轻度干扰场景：本干扰场景中，存在个商用 无线网络，与该商用无线网络未进行特意的网络连接，即未构造特意的数据交互干扰；）干扰场景 一般干扰场景：本干扰场景中，存在至少个商用 无线网络，且与其中个商用 无线网络进行特意的间断网络连接，即进行少量的数据交互，未进行持续干扰；）干扰场景 较强干扰场景：本干扰场景中，存在至少个商用 无线网络，且与其中个商用 无线网络进行特意的持续网络连接，即进行持续的数据交互。 同频商用无线网络共存判定 模块与同频商用无线网络共存应符合分别在 无线网络干扰场景、无线网络干扰场景、无线网络干扰场景下， 模块能自动跳到 频段中不受当前无线网络工作信道干扰的信道进行通信，实现与 无线网络共存。 物理层服务规范 物理层参考模型物理层（）服务的参考模型如图所示。物理层定义了两种服务：连接到物理层数据服务接入点（）的数据服务和连接到物理层管理实体服务接入点（）的管理服务。物理层管理实体（）维护一个与物理层犌犅犜 相关的数据组成的物理层管理信息库（ ） 。通过在物理发射信道上收发协议数据单元（） 。图物理层参考模型 物理层数据服务 原语表示形式物理层数据服务接入点支持在点对点层的实体之间传输。表列出了物理层数据服务接入点所支持的物理层数据接入的请求、确认和指示接口，它们的原语表示形式分别是 、 和 ，见 、 和 中定义。表物理层数据服务接入点接口物理层数据服务接入点接口 （请求） （确认） （指示）接口定义见 见 见 犘犇 犇犃犜犃 狉 犲 狇 狌 犲 狊 狋（物理层数据请求） 语义层用 （请求）向本地物理层实体发送一个，即物理层服务数据单元。 的语义如下： （ ， ）表列出了 的参数。表犘犇 犇犃犜犃 狉 犲 狇 狌 犲 狊 狋参数参数名类型取值范围说明 无符号整型 （物理层最大数据包容量）物理层实体发送的字节数 字节物理层实体发送由字节构成的内容犌犅犜 使用场合 由层实体产生，并发送到物理层实体，请求发送一个。 接收响应当物理层实体接收到 后，就会尝试发送一个物理层服务数据单元（） 。此时，如果发射机处于激活状态（即状态） ，物理层将首先构造一个物理层协议数据单元（） ，该单元包含有要发送的，之后发送。在物理层实体完成发送任务后，它将返回一个状态的 。当物理层实体收到 时，设备的收发机如果正处于接收状态（即状态） ，物理层实体将忽略，并返回一个带有状态的 。当物理层收到 时，设备的收发机如果正处于关闭状态（即状态） ，物理层实体将忽略，并返回一个带有状态的 。当物理层收到 时，设备的发射机如果正处于忙状态（即状态） ，物理层实体将忽略，并返回一个带有状态的 。 犘犇 犇犃犜犃 犮 狅 狀 犳 犻 狉犿（物理层数据确认） 语义物理层用 向报告向对等的层实体发送（即）的结果。 的语义如下： （ ）表列出了 的参数。表犘犇 犇犃犜犃 犮 狅 狀 犳 犻 狉犿参数参数参数类型取值范围说明 枚举，或者请求发送一个数据包的结果 产生条件 由物理层实体产生，并将发送给层实体作为 的响应。 将返回一个代表发送请求执行的状态，如果发送数据请求成功地执行，则返回状态为；否则返回一个代表出错的代码，如，或者。 使用场合当层实体收到 之后，就可知发送请求 的结果。如果发送成功，那么 的状态参数就设置为；否则，状态参数设置为错误状态。 接收响应不适用。 犌犅犜 犘犇 犇犃犜犃 犻 狀 犱 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀（物理层数据指示） 语义物理层利用 向本地层实体传送一个（即） 。 的语义如下： （ ， ， ）表列出了 的参数。表犘犇 犇犃犜犃 犻 狀 犱 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀参数参数类型取值范围说明 无符号整型 物理层实体接收包含在中的字节数 字节物理层实体接收由字节组构成的 整型 从的接收过程中测量的 产生条件 由物理层实体产生，用来向层实体发送一个收到的物理层服务数据单元。如果收到的 为或者比 还大，则不产生该原语。 使用场合层收到 之后，层实体即获知了一个的到来。 接收响应不适用。 数据服务时序图给出了数据服务时序关系，时间关系从上往下，从上至下先出现的箭头表示时间在前，后出现的箭头表示时间在后。图图的箭头从上到下的时间先后关系与图一致。当层协议数据单元（）要发往接收设备的层数据实体时，发送设备的层数据实体生成 。发送设备的收到 后，就会尝试发送一个物理层服务数据单元。此时，如果发射机处于激活状态（即状态） ，物理层将首先构造一个，该单元包含有要发送的 ，之后发送物理层协议数据单元。在物理层实体完成发送任务后，它将返回一个状态的 。接收设备的调用 向接收设备的层数据实体汇报收到的数据帧。 犌犅犜 图数据服务时序图 物理层管理服务 原语表示形式物理层管理实体服务接入点允许管理命令在层管理实体和物理层管理实体之间进行传送。表列出了物理层管理实体服务接入点支持的物理层管理实体清除信道评估等五个接入点及它们的请求和确认接口。这个接入点的请求和确认接口在后面各条分别定义。表物理层管理实体各接入点接口物理层管理实体各接入点接口请求确认物理层管理实体清除信道评估接入点接口定义见 见 物理层管理实体能量检测接入点接口定义见 见 物理层管理实体获取信息接入点接口定义见 见 物理层管理实体设置发射机状态接入点接口定义见 见 物理层管理实体设置接入点接口定义见 见 犘犔犕犈 犆犆犃 狉 犲 狇 狌 犲 狊 狋（物理层管理实体清除信道评估请求） 语义 请求物理层管理实体执行清除信道评估。 的语义如下： （ ） 没有相关参数。 使用场合当算法要求进行清除信道评估时， 由层管理实体产生并发送给物理层管理实体。 犌犅犜 接收响应如果物理层管理实体收到 时，接收机处于激活状态，则物理层实体就会立即执行清除信道评估。当物理层完成清除信道评估之后，物理层管理实体将返回一个带有或者 状态的 ，其状态取决于清除信道评估的执行结果。如果收到 时，收发机处于关闭状态（状态）或者发射机处于发射状态（状态） ，物理层管理实体将分别返回带有或者状态的 。 犘犔犕犈 犆犆犃 犮 狅 狀 犳 犻 狉犿（物理层管理实体清除信道评估确认） 语义 报告信道清除评估请求的执行结果。 的语义如下： （ ）表列出了 的参数。表犘犔犕犈 犆犆犃 犮 狅 狀 犳 犻 狉犿参数参数类型取值范围说明 枚举， 执行清除信道评估请求的结果 产生条件 由物理层管理实体产生，并作为对 的响应返回给层管理实体。 将返回一个或者 的状态，以表明清除信道成功，或者的错误代码。 使用场合层管理实体收到 之后，得知请求清除信道评估执行的结果。如果清除信道评估是成功的，状态参数就被设置为或者 。否则，状态参数将表明出错。 接收响应不适用。 物理层管理实体清除信道评估时序图给出了物理层管理实体清除信道评估的时序。 犌犅犜 图物理层管理实体清除信道评估时序图 犘犔犕犈 犈犇 狉 犲 狇 狌 犲 狊 狋（物理层管理实体能量检测请求） 语义 请求物理层管理实体执行能量检测。 的语义如下： （ ） 没有相关参数。 产生条件 由层管理实体产生，并发送给物理层管理实体来请求能量检测。 使用场合 原语由生成并发送给其以请求测量。 接收响应当物理层管理实体收到 时，如果接收机处于激活状态，则物理层执行能量检测。当物理层完成能量检测后，物理层管理实体将返回一个带有 状态的 。如果物理层收到 时，收发机处于关闭状态（状态）或者发射机处于发射状态（状态） ，物理层管理实体将分别返回一个带有或者状态的 。 犘犔犕犈 犈犇 犮 狅 狀 犳 犻 狉犿（物理层管理实体能量检测确认） 语义 向层报告能量检测的结果。 的语义如下： （ ， ）表列出了 的参数。 犌犅犜 表犘犔犕犈 犈犇 犮 狅 狀 犳 犻 狉犿参数参数类型取值范围说明 枚举，执行能量检测请求的结果 整数 当前信道的能量检测等级。如果状态被设置为，这是当前信道的能量检测等级。否则，参数的值将被忽略 产生条件 由物理层管理实体产生，作为对 的响应发送给层管理实体。 将返回一个状态，表明一次成功的能量检测；或者返回一个或错误代码。 使用场合层管理实体收到 之后，就可得到能量检测的结果。如果能量检测是成功的，状态参数就被设置为。否则，状态参数将表明出错。 接收响应不适用。 物理层管理实体能量检测时序图给出了物理层管理实体能量检测时序。图物理层管理实体能量检测时序图 犘犔犕犈 犌犈犜 狉 犲 狇 狌 犲 狊 狋（物理层管理实体获取信息请求） 语义 请求获得有关物理层 属性的信息。 的语义如下： （ ） 犌犅犜 表列出了 的参数。表犘犔犕犈 犌犈犜 狉 犲 狇 狌 犲 狊 狋参数参数类型取值范围说明 枚举见 物理层 属性标识符 产生条件 由层管理实体产生，并发送给物理层管理实体以获得物理层 信息。 使用场合当物理层管理实体收到 之后，尝试在它的数据库中检索所请求的 属性。如果物理层管理实体在它的数据库中没有找到 属性标识符，那么它就会返回一个带有 的状态的 。如果物理层管理实体成功地检索到所请求的物理层 属性，那么将向层返回一个带有状态的 。 接收响应不适用。 犘犔犕犈 犌犈犜 犮 狅 狀 犳 犻 狉犿（物理层管理实体获取信息确认） 语义 向层报告请求物理层 属性信息的结果。 的语义如下： （ ， ， ）表 列出了 的参数。表 犘犔犕犈 犌犈犜 犮 狅 狀 犳 犻 狉犿参数参数类型取值范围说明 枚举， 请求得到物理层 属性信息的结果状态 枚举见 所指定的物理层 属性标识符 多种类型属性确定所得到的物理层 属性值。当状态参数被设置为 时，这个参数长度为 产生条件 由物理层管理实体产生，作为对 的响应返回给层 犌犅犜 管理实体。 将返回一个代表成功获得物理层 属性的状态，或者返回一个代表出错的代码 。 使用场合当层管理实体收到 之后，就可得知物理层 属性请求的执行结果，得到所读取的物理层 属性。如果物理层 属性请求执行成功，则状态参数就被设置为；否则，状态参数将表明出错。 接收响应不适用。 物理层管理实体获取信息时序图给出了物理层管理实体获取信息时序。图物理层管理实体获取信息时序图 犘犔犕犈 犛犈犜 犜犚犡 犛犜犃犜犈 狉 犲 狇 狌 犲 狊 狋（物理层管理实体设置发射机状态请求） 语义 向物理层实体请求改变收发机的内部的工作状态。收发机内部主要分为种状态：）收发机关闭状态（） ；）发射机激活状态（） ；）接收机激活状态（） 。 的语义如下： （ ）表 列出了 的参数。表 犔犕犈 犛犈犜 犜犚犡 犛犜犃犜犈 狉 犲 狇 狌 犲 狊 狋参数参数类型取值范围说明 枚举，给收发机设置新的状态 犌犅犜 产生条件 是由层产生，如果当前接收机的工作状态需要改变时，层通过该请求给物理层管理实体来转换收发机的工作状态。 使用场合当物理层管理实体收到 之后，根据请求的设置状态，将收发机的状态转换到所请求的状态。如果收发机状态转换成功，物理层将向层返回一个带有状态的 ；如果当前收发机的状态已经为所请求的工作状态，则物理层将向层返回一个表明当前工作状态（也就是，或者状态）的 。如果该所请求的工作状态为或者，而物理层正在忙于传送一个，在完成发送后，才能设置改变收发机的工作状态，这时物理层将返回一个带有状态的 。如果该所请求的工作状态为，而物理层处在状态并且已经收到一个有效的帧定界符，在接收完成物理层协议数据单元后，才能设置改变收发机的工作状态，这时物理层将返回一个带有状态的 。如果所请求的工作状态为状态，不管当前收发机工作在什么状态，都将使收发机转变为状态，之后物理层将返回一个带有状态的 。如果被标为状态，不管当前收发机工作在什么状态，都将其状态使转变为状态，之后物理层将返回一个带有状态的 。 接收响应不适用。 犘犔犕犈 犛犈犜 犜犚犡 犛犜犃犜犈 犮 狅 狀 犳 犻 狉犿（物理层管理实体设置发射机状态确认） 语义 向层返回执行设置收发机工作状态请求的结果。 的语义如下： （ ）表 列出了 的参数。表 犘犔犕犈 犛犈犜 犜犚犡 犛犜犃犜犈 犮 狅 狀 犳 犻 狉犿参数参数类型取值范围说明 枚举，设置收发机工作状态的请求结果 产生条件 由物理层管理实体产生，物理层实体根据 的状态尝试改变收发机工作状态之后，向层管理实体返回原语 。 犌犅犜 使用场合当层管理实体收到 之后，就可得知执行 的结果。状态值为表明所要改变的收发机工作状态已经由物理层接受。状态值为，或者，表明收发机已经是 所请求的状态。 接收响应不适用。 物理层管理实体设置发射机状态时序图给出了物理层管理实体设置发射机状态时序。图物理层管理实体设置发射机状态时序图 犘犔犕犈 犛犈犜 狉 犲 狇 狌 犲 狊 狋（物理层管理实体设置请求） 语义 来将所指定的物理层 属性设置为给定的值。 的语义如下： （ ， ）表 列出了 的参数。表 犘犔犕犈 犛犈犜 狉 犲 狇 狌 犲 狊 狋参数参数类型取值范围说明 枚举见 要设置的 属性的标识符 多种类型属性特定要设置的指定的 属性值 产生条件 由层管理实体产生，并发送给物理层管理实体，将所指定的物理层 犌犅犜 属性标识符设置为所规定的物理层 属性。 使用场合物理层收到 之后，物理层管理实体将尝试在它的数据库中对指定的物理层 属性写入给定的值。不是所有的 值都是可设置的。如果 参数指明的属性在数据库中没有找到，物理层管理实体将返回一个带有 状态的 。如果 参数表明的属性值是只读的，物理层管理实体将返回一个带有的 。如果 参数给出的属性值超出了该属性的取值范围，物理层管理实体将返回一个带有 的 。如果请求的物理层 属性被成功写入到数据库中，物理层管理实体将返回一个带有状态的 。 接收响应不适用。 犘犔犕犈 犛犈犜 犮 狅 狀 犳 犻 狉犿（物理层管理实体设置确认） 语义 报告设置 属性的执行结果。 的语义如下： （ ， ）表 列出了 的参数。表 犘犔犕犈 犛犈犜 犮 狅 狀 犳 犻 狉犿参数参数类型取值范围说明 枚举， ， ，请求设置 属性的结果状态 枚举见 所确认 属性标识符 产生条件 由物理层管理实体产生，并作为对 的响应返回给它的层管理实体。 返回一个状态表明被请求的值写入了所要求的物理层 属性，或者返回一个 ， 或者的错误代码。 使用场合层管理实体收到 之后，就得知设置物理层 属性值的请求结果。如果请求的值被写入指定的物理层 属性，状态参数就被设置为。否则，状态参数将表明 犌犅犜 出错。 接收响应不适用。 物理层管理实体设置时序图给出了物理层管理实体设置时序。图物理层管理实体设置时序图数据链路层 数据链路层参考模型数据链路层参考模型如图所示。图中示出的数据链路层协议栈结构，包括层和数据链路子层以及相关的服务接入点（） 。数据链路子层通过数据链路子层数据实体服务访问点（）为更高次层提供数据服务。数据链路子层通过数据链路子层管理实体服务访问点（）为更高次层提供管理服务。层通过子层数据实体服务访问点（）为数据链路子层提供数据服务。层通过子层管理实体服务访问点（）为数据链路子层提供管理服务。图数据链路层参考模型层中的数据服务接口和中的管理服务接口见 的第章。数据链路子层中的数据服务接口和中的管理服务接口见 的第章。 犌犅犜 犕犃犆层 犕犃犆层功能层负责物理无线射频信道的访问以及以下的任务：）如果设备类型为接入点设备或者充当父节点的终端节点设备，负责生成信标帧；）利用信标帧实现网络同步；）支持网络一跳范围内的加入和离开；）支持设备安全功能；）利用实现设备的加入过程；）处理和维护；）层具备相应的信道访问控制功能，以合理分配信道资源；）为对等设备的层之间提供可靠链路；）现场设备对应；）充当父节点的终端节点设备和接入点设备对应。层帧格式支持、。通用帧格式如图 所示。图 犔犔犇犖犕犃犆通用帧格式帧控制字段包含定义帧的子帧类型的信息。帧控制字段格式应如图 所示。图 帧控制字段格式命令帧格式如图 所示。不同类型的低时延命令帧，它们命令帧格式相同，仅在命令帧载荷上不同。图 犔犔犇犖犕犃犆命令帧格式命令帧的字段顺序符合通用帧的顺序。在帧控制字段中，帧类型字段应包含指示帧的值，并且帧类型字段将包含指示命令帧的值。命令帧标识符字段标 犌犅犜 识正在使用的命令。命令帧载荷字段包含命令本身。命令帧载荷字段具有可变长度，并且包含特定且不同于命令帧类型的数据。 精准时间同步 分类时间同步关键技术主要分为广告帧信标帧时间同步方式以及命令帧时间同步等方式。 信标帧时间同步信标帧时间同步是基于广播的单向时间同步，为了减少由时间同步带来的能量开销，在采用 物理层的工业级无线网络中，可利用信标帧来完成时间同步。信标帧时间同步步骤如下：）接入点周期性广播时间同步信标帧给它的邻居父节点，并且将信标发送时间装载到信标帧的指定字段；）父节点在接收信标帧时产生中断，记录本地的信标接收时间；）父节点通过发送和接收得到的时间戳计算本节点时钟与标准时钟的时间偏差，补偿本地时钟，这样就实现了与时间源节点的同步。同样的，在星型网中，父节点周期性的广播信标帧，星型网中的终端节点同样接收信标帧完成同步，这样网络中所有节点都能与自己的时间源同步，最终完成全网的时间同步。 命令帧时间同步为了满足不同工业应用对精度的要求，使时间同步的精度达到毫秒（）甚至几十微秒（）级，高可靠低时延无线网络还可使用专门的时间同步命令帧进行二次同步。时间同步命令帧可由接入点和充当父节点的终端节点周期性的发送： 接入点利用簇间通信时段发送时间同步命令帧，实现网状网络的时间同步； 父节点利用簇内通信时段发送时间同步命令帧，实现星型网络的时间同步。在时间同步命令帧的具体设计上，宜采用以下两种命令帧同步方式：）周期广播同步。时间源节点周期性的发送时间同步命令帧，这种情况与信标帧同步相类似。）点到点按需同步。节点向时间源申请时间同步命令帧。其步骤如下：）节点向时间源节点发出装载发送时间戳犜的同步请求；）时间源节点接收到请求，记录接收到的请求时间犜，并且解析请求中时间信息；）时间源节点在犜时刻发送时间同步命令帧给节点，需同步节点在犜时刻接收到命令帧；需同步节点计算时间偏差值和同步帧传输时间犱由式（）和式（）给出。（犜犜）（犜犜）（）犱（犜犜）（犜犜）（）式（）和式（）中： 时间偏差；犱 同步帧传输时间；犜 节点发送时间；犜 源节点接收请求时间； 犌犅犜 犜 同步命令帧发送时间；犜 命令帧接收时间。）申请同步节点根据计算的时间偏差补偿自己的本地时钟。 多跳网络时间同步补偿 同步补偿在大规模千点级的高可靠低时延无线网络应用中，终端节点发送的数据报文往往需要通过多跳传输才可到达接入点，而时间同步精度误差会随着跳数的增加不断的积累。多跳网络时间同步应进行同步补偿。 拟合频率漂移时间同步误差的来源除了两个设备时钟的初始时间偏差之外，时钟的晶振漂移是最主要的因素。利用多次同步对时钟的晶振频率漂移做线性拟合的算法能对漂移值做补偿。算法建立了一次函数的时钟同步模型如式（）所示。犜犜（）式中：犜 同步帧的接收时间； 晶振频率漂移；犜 发送时间； 原始时间偏差。周期性多次同步可得到多个时间数据点，对这些点进行参数拟合可得到频率漂移和时间偏差值。 统计参数估计时间同步误差的另一个重要来源是同步报文的发送、传输和接收过程中产生的时间延迟，其中包括确定性延时和不确定性延时。为了减小时延误差，利用统计信号处理的方法对时间偏差做参数估计。时钟同步模型如式（）所示。犜犻犳 （犜犻犡犻犱） （）式中：犜犻 第犻次同步节点的同步报文接收时间；犜犻 时间源节点同步报文发送时间；犳 两节点的相对频率漂移； 两节点的原始时间偏差；犱 报文传输时间（确定性延时） ；犡犻 报文传输过程中的随机延时（不确定性延时） 。假设犡犻服从高斯正态分布，进而可通过最大似然估计对时间的偏差做参数估计，得到时间偏移值。 监听同步监听同步用来减小多跳网络同步误差积累。该方法是利用无线信道的广播特性而产生的“监听”效果，处于下一跳的节点可监听广播范围内的本层节点与上一跳的节点之间的同步过程来达到同步的目的。这样就可有效控制和减少同步报文传递的跳数，减少误差积累。 犌犅犜 数据链路子层 数据链路子层功能 功能概述高可靠低时延无线网络的为网络层和层提供服务接口。包括数据链路子层数据实体（）和数据链路子层管理实体（） 。负责提供数据服务接口，用于配置的参数和监视的运作。 共存高可靠低时延无线网络需要考虑与其他工业级无线网络的共存问题，最低限度地保证网络不会因为其他外界因素而出现运行上的干扰问题。在共存问题解决后，可考虑网络的互连问题。即与不同的无线网络相连，提高工业应用的互操作性。 时隙通信时隙通信的关键是帧的传输要在限定的时间内完成，即帧要在规定的时隙内进行传输，不能被延迟。高可靠低时延无线网络中数据链路子层的时隙长度与 协议的时隙长度保持兼容。高可靠低时延无线网络支持可变长时隙。时隙的长度由网络管理者在节点加入网络后进行设置。 超帧高可靠低时延无线网络可有选择性地使用超帧结构，可存在多种超帧，每个超帧在相邻的工作范围内有互不相同的跳信道序列，而且拥有多个时隙，其中每个时隙可被配置为相应链路。超帧格式由网络管理者定义。超帧可分为管理超帧和数据超帧两种：）管理超帧一般用于完成对节点的管理；）数据超帧一般用于配置与用户应用进程有关的通信。超帧由网络信标来限定，并由充当父节点的终端节点发送，第一个时隙为的信标帧。信标帧在每一个超帧的第一个时隙中进行传输。如果主节点不使用超帧结构，那么，它将关掉信标的传输。信标主要用于使各从节点与主协调器同步、识别以及描述超帧的结构。任何从节点如果想在两个信标之间的竞争接入期间（）进行通信，则需要使用具有时隙和冲突载波检测多路接入（）机制同其他节点进行竞争通信，只有在当前时隙获得信道访问权限的节点才能在该时隙内进行发送或接收帧。需要处理的所有事务将在下一个网络信标时隙前处理完成。在免竞争期（） ，数据的传输不使用机制。只要设备分配了，则设备就可在该包含时隙内直接进行数据的传输。为减小节点的功耗，将超帧分为两个部分，即活动部分和静止部分。在静止部分时，主协调器与的节点不发生任何联系，进入一个低功率模式，以达到减小节点功耗的目的。 链路链路包含时间和频率，决定节点如何占用时隙进行数据传输。链路的类型包括发送链路、接收链路以及共享发送链路。其中，在共享发送链路，节点可同时竞争使用该链路发送数据。而在发送链路和接收链路，只能允许指定的节点利用该链路收发数据。 犌犅犜 自适应跳信道 自适应跳信道功能概述在高可靠低时延无线网络中，网络节点应支持自适应跳信道功能。自适应跳信道技术是短距离无线通信网中一种主要的抗干扰技术。高可靠低时延无线网络的信道序列可由网络管理者预先指定，同时可采用种跳信道方式。用户指定跳信道序列和间隔时间等参数后，可由硬件直接完成频率管理，在发送数据时跳到指定的信道上。 自适应跳信道方式高可靠低时延无线网络支持自适应跳信道通信方式，跳信道序列由网络管理者指定。高可靠低时延无线网络支持种跳信道方式，它们分别为自适应频率切换（） 、自适应跳频（）和时隙跳频（） ：）自适应频率切换（） ：在超帧结构中，信标阶段、竞争接入阶段和非竞争接入阶段在不同的超帧周期根据信道质量按照跳信道序列进行更换信道。）自适应跳频（） ：根据超帧每个时隙所在信道的信道质量进行切换信道，信道质量通过误包率进行评估，超过一定的阈值则认为该信道是差的信道，则将该信道从信道列表中屏蔽，并广播全网；当该信道由差状态变为良好状态时，则将该信道从信道列表中恢复，然后通知网络中的设备进行解除。非活动期的簇内通信段采用跳频机制。）时隙跳频（） ：时隙跳频主要应用在超帧的非活动期的 网络通信过程，按照预先设定的跳信道序列，每次新的时隙到来就按照序列切换信道，不管信道的质量是好或差。 自适应跳信道系统自适应跳信道系统在跳信道通信过程中自适应地选择好的信道，实时屏蔽被干扰的信道，拒绝使用曾经用过但传输不成功的信道，从而提高跳信道通信中接收信号的质量。自适应跳信道通信的主要过程一般分为通信链路建立、信道信息采集和通信保持三个阶段：）通信链路建立阶段：建立同步，在保证通信双方时钟同步、帧同步的基础上，确保双方跳信道序列的同步；）信道信息采集阶段：终端节点对信道的误包率、重