2024年5月8日发(作者：笃怀)
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Ｍ ＮｏＬ０ＧＹ ０ＦＴＥＬＥｃｏＭＭＵＮｌ洲０Ｎｓ
用超宽带（ＵＷＢ）技术，实现在２．４ＧＨｚ频带上，数据
最大以５５Ｍｂｉｔ／ｓ的速率在１０ ｍ以内传输。该工作组
下面下设３个子工作组，其中ＴＧ３ａ工作组处于
ｗｉｔｈｄｒａｗ状态；ＴＧ３ｂ工作组主要是对８０２．２５．３—２００３
进行ＭＡＣ层增强，改进ＭＡＣ的实现和互操作性，目
前该组已经发布８０２．１ ５．３ｂ一２００５标准；ＴＧ３ｃ工作组
主要对８０２．２５．３—２００３的物理层进行了扩充，规定了
一
２ ８０２．１５．４技术分析
８０２．１５．４主要对低速无线个域网的底层无线通
信协议进行研究和标准化，具体来说主要集中在对
物理层和ＭＡＣ层的技术和相关机制的研究上。随着
物联网的发展，要求感知设备具有低功耗、低成本、
种物理层可选的毫米波规范，工作在豁免频段５７
安全性等特点，以满足大规模部署的需要，而
ＧＨｚ一６４ ＧＨｚ，速率可达１ Ｇｂｉｔ／ｓ，目前该组已经发布
８０２．１５．３ｃ一２００９标准。
（４）ＴＧ４：低速无线个域网组
该工作组负责制订８０２．１５．４标准。主要研究低
速ＷＰＡＮ物理层和ＭＡＣ技术。该标准把低能量消
耗、低速率传输、低成本作为重点目标，旨在为个人
或者家庭范围内不同设备之间的低速互联提供统一
标准。本文将在下面详细介绍其主要技术和标准进
展情况。
（５）ＴＧ５：ＭＥＳＨ网络组
该工作组负责制订８０２．１５．５标准，研究ＷＰＡＮ
的无线网状网（ＭＥＳＨ）组网。该标准旨在研究提供
ＭＥＳＨ组网的ＷＰＡＮ的物理层与ＭＡＣ层的必要的
机制。在本标准中，ＭＥＳＨ网络有两种组网方式：全
网状拓扑和部分网状拓扑。在全网状拓扑结构中，每
一
个节点直接与其他任何一个节点相连；在部分网
状拓扑结构中，只有部分节点与其他所有节点相连，
而其他节点则只是与交换较多数据的节点相连。
８０２．１５．５标准主要涉及的问题包括：碰撞避免的信
标调度策略、路由算法、分布式安全问题、能效操作
模式、对于网状节点和网状ＰＡＮ移动性的支持等。
（６）ＴＧ６：无线体域网组
该工作组负责制订８０２．１５．６标准。主要针对医
疗、消费电子等人体通信环境制定底层无线标准协
议。应用在人体外近距离范围或者人体内，支持高可
靠性、低功耗、高数据速率和低干扰的应用场景需
求，数据速率１０ Ｍｂｉｔ／ｓ，面向娱乐和医疗业务。
（７）ＴＧ７：可见光通信工作组
该工作组负责制订８０２．１５．６标准。主要对可见
光通信的物理层和ＭＡＣ层进行标准化工作。
８０２．１５．４恰恰满足了这一需求，因此近年来迅速得
到业界的关注。下面对８０２．１５．４的主要技术特点进
行简单的介绍。
２．１安全性技术
为了保障数据在传输过程中的安全以及保证数
据不被重复接收和伪造，８０２．１５．４—２００６中提供以下
三种机制来保证数据的安全性。
・
数据加密：保证数据在传输过程中的安全，避
免数据被恶意攻击者得到。
・
数据完整性保护：保证数据在传输的过程中不
被恶意第三方修改。
・
重放保护：用于检测信息是否被重复收到，如
果重复收到，则进行丢弃。
８０２．１５．４—２００６中安全保护分为四种不同方式。
・
第一种方式：不提供安全保护；
・
第二种方式：只提供数据加密保护；
・
第三种方式：只进行数据完整性保护；
・
第四种方式：同时提供数据加密和数据完整性
保护。
数据加密和数据完整性保护主要通过ＡＥＳ算
法的ＣＣＭ＊模式来实现。ＡＥＳ算法是美国标准与技
术研究院制定的新的高级加密算法，用来代替以前
的ＤＥＳ算法，为对称密匙加密中最流行的算法。它
具有多种不同的模式，下面介绍以下这几种模式。
（１）ＣＢＣ—ＭＡＣ模式：ＣＢＣ—ＭＡＣ称为ＡＥＳ加密
分组链信息鉴别码，主要完成完整性保护。它主要通
过块加密，计算报文，生成完整性编码，产生ＭＡＣ
值。
（２）计数器ＣＴＲ模式：计数模式（ＣＴＲ模式）主
…
ＺＯｌｌ 虽筻 壁一 竖。
ｆ技术广角………………………．
●ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｐａｎ０ｒａｍａ
要用于对数据进行加密。它是对一系列输入数据块
（称为计数）进行加密，产生一系列的输出块，输出块
与明文异或得到密文。
（３）ＣＣＭ模式：ＡＥＳ—ＣＣＭ （ＡＥＳ—ＣＴＲ和
ＣＢＣ—ＭＡＣ的缩写），ＣＣＭ模式同时具有加密和完整
性服务，其中加密服务有计数器模式ＣＴＲ提供，而
完整性服务有ＣＢＣ—ＭＡＣ算法提供，结合了ＣＢＣ和
计数器模型两者的优点。
（４）ＣＣＭ＊模式：ＣＣＭ＊为ＣＣＭ模式的扩展，包
括了所有ＣＣＭ的功能，同时考虑到ＣＣＭ只能同时
进行加密和完整性保护，因此ＣＣＭ＊对此进行了扩
展，能提供只加密和只保证完整性的功能，增加了算
法的灵活性。这也是为什么在８０２．１５．４—２００３中安全
性保护提供ＣＢＣ—ＭＡＣ／ＣＴＲ／ＣＣＭ三种ＡＥＳ模式，而
在８０２．１５．４—２００６只需要使用ＣＣＭ＊一种模式，主要
是因为ＣＣＭ＊已经能够实现ＣＢＣ／ＣＴＲ／ＣＣＭ三种模
式的功能合集。
在８０２．１５．４—２００６中ＭＡＣ层根据上层提供的
数据加密操作信息对数据进行相应的操作，通过
ＣＣＭ＊实现对数据的加密和完整性保护；而重放保
护是则通过在安全头域中的ｆｌａｍｅ ｃｏｕｎｔｅｒ字段进行
保护，在每发送一个加密数据包时，ｌｆａｍｅ ｃｏｕｎｔｅｒ字
段值就加一。
２．２低功耗技术
８０２．１５．４设备通常被称为低功耗设备，那么它
如何实现其设备的低功耗，下面我们来介绍一下
８０２．１ ５．４—２００６实现设备低功耗的几种方式。
（１）８０２．１５．４覆盖范围较小，主要提供短距离通
信，一般通信范围为几米到几十米，所以需要的发射
功率较小。因为发射功率随着距离的增加呈指数级
增长，而发射功率是整个无线节点耗电量最大的部
分，所以发射功率低从根本上决定了８０２．１５．４是一
个低功耗协议。
８０２．１５．４的发射功率一般建议在一３ｄ ｂｍ一１０
ｄｂｍ之间。实际发射功率的使用一方面要看设备的
覆盖范围；另外一方面还要符合当地无线电管理规
定。
忍 … ………………一
（２）ＭＡｃ层中采用超帧。８０２．１５．４中引入了超帧
的概念，超帧的引人能够使设备的功耗进一步降低，
具体原因在于：超帧将设备的发射时间分为了ａｃｔｉｖｅ
阶段和ｉｎａｃｔｉｖｅ阶段，两个阶段的持续时间由参数
ＢＯ（ｂｅａｃｏｎ ｏｒｄｅｒ）和ＳＯ（ｓｕｐｅｒｆｒａｍｅ ｏｒｄｅｒ）来决定；在
ｉｎａｃｔｉｖｅ阶段，节点设备可以根据自身情况关闭发射
和接受设备，直到下一个ａｃｔｉｖｅ阶段到来再打开收
发设备，这样就减少了收发设备的活动时间从而大
大的减少了设备的功耗。
在超帧中，ＰＡＮ协调器节点首先发出一个信标
帧，在信标帧中，会告诉其他节点协调器节点是否有
数据待发送、ＣＡＰ和ＧＴＰ时间分配以及哪些节点分
配了ＧＴＰ时隙等。根据信标帧中的信息，节点可以
根据自身的情况打开或关闭收发信机。例如，如果节
点从信标帧中得到节点协调器无数据发送给节点，
也没有给其分配ＧＴＰ时隙且节点本身又无数据发
送，这时节点就可以关闭自己的收发信机，进入休眠
状态。
在超帧的ＣＡＰ阶段采用基于时隙的ＣＳＭＡ—ＣＡ
竞争机制，当节点竞争失败后，需要回退一段时间，
在这段时间内，阶段无需发送或监听信道，这样就节
省了节点的功率。
（３）８０２．１５．４主要提供低速率的数据传输，同时
传输数据量也比较少，因此收发时间较短，这样也决
定节点的低功耗。
２．３抗干扰技术
由于８０２．１５．４工作在ＩＳＭ频段，尤其是
在２．４ＧＨｚ，将与ＷｉＦｉ、蓝牙等工作在相同的频段，故
需要考虑抗干扰特性，以保证通信质量。
８０２．１５．４—２００６通过以下机制来保证其通信质量，尽
量免受其他技术或设备的干扰。
（１）动态信道选择
ＰＡＮ协调器在创建新的ＰＡＮ网络时，首先扫描
所有信道的能量，选择符合能量要求的信道；在此基
础上进一步进行主动扫描。根据主动扫描的结果，选
择一个信道条件好的信道作为工作信道来创建新的
ＰＡＮ。这将可以减少同频ＰＡＮ的数量，降低潜在的
……………………
Ｍ Ｎｏ啪ｙ０Ｆ ＴＥＬＥｃ０ＭＭ ＵＮｌ Ｎｓ
干扰。如在工作过程中协调器上层应用发现正在使
用的信道出现干扰源致使信道的质量变得比较差，
可以启动信道扫描选择一个新的信道。
通过信道的能量扫描可以降低同频ＷｉＦｉ、蓝牙
３．２ ＴＧ４ｂ工作组
该工作组主要是对８０２．１５．４—２００３版本进行修
改完善，修正了原标准中的歧义性、减少了不必要的
复杂性、增加了安全密钥使用的灵活性，同时考虑新
的可利用的频率等等。目前该工作组已经结束，发布
了相关规范８０２．１５．４—２００６．
等的工作影响，因为如果在此信道其他通信模式较
强，那么信道的能量则会较高，当高于某个门限时，
８０２．１５．４的ＭＡＣ层将会将此信道排除在选择范围
之外，不会将其选为工作信道。
（２）空闲信道评估
在物理层中使用ＣＳＭＡ—ＣＡ中提供ＣＣＡ的能
力，来判断信道是否空闲，如果信道被其他设备占
用，则节点会退避一段时间，选择其他信道。
目前有三种空闲信道评估模式。
・
判断无线信道的信号能力。若信号能量低于某
一
门限值，则认为信道空闲
・
判断无线信道特征。这个特征主要包括两个方
面，即扩频信号和载波频率，如果当前信道被
８０２．１５．４定义的设备占用，则返回信遭 。
・
综合前两种方式，同时检测信号强度和信号特
征，给出信道空闲判断，可以是上述两个值“与”或者
是“或”逻辑来判断。即：
ＥＤ高于门限且有８０２．１５．４设备占用，则信道忙；
ＥＤ高于门限或有８０２．１５．４设备占用，则信道忙。
３ ８０２．１５．４工作组情况及标准化
进展
８０２．１５．４工作组下主要分为９个子工作组，下
面将分别介绍其研究范围和标准进展情况。
３。１ ＴＧ４ａ工作组
该工作组主要是对８０２．１５。４—２００６物理层进行
扩充，规定了两种物理层可选的规范：超宽带
（ｕｗＢ）和ｃｈｉｒｐ扩频（ｃｓｓ）。目前该工作组已经结
束，发布相关规范８０２．１５．４ａ一２００７。８０２．１５．４ａ主要提
供了精确定位，增大了数据传输速率范围，同时降低
的功率消耗。
３．３ ＴＧ４ｃ工作组
该工作组主要是对８０２．１５．４—２００６的物理层进
行扩充。根据中国无线电管理规定，定义了用于
７７９—７８７ＭＨｚ频段的ＭＰｓＫ ＰＨＹ和Ｏ—ＱＰＳＫ ＰＨＹ
的ＷＰＡＮ规范。目前该工作组已经结束，发布了相
关规范８０２．１５．４ｃ一２００９。
３．４ ＴＧ４ｄ工作组
该工作组主要是对８０２．１５．４—２００６的物理层进
行扩充，为日本新分配的频段９５０ＭＨｚ一９５６ＭＨｚ定
义物理层及相应的ＭＡＣ。目前该工作组已经结束，
发布相关规范８０２．１５．４ｄ一２００９。
３．５ ＴＧ４ｅ工作组
该工作组主要是对８０２．１５．４—２００６的ＭＡＣ层
进行增强，以更好的支持工业市场和与中国的
ＷＰＡＮ标准相兼容。ＭＡＣ层主要对跳频提高抗干扰
性、灵活资源分配、低时延、Ｐ２Ｐ、非对称密钥的支持
等进行了增强。目前标准的草稿已完成，进入
ｓｐｏｎｓｏｒ ｂａｌｌｏｔ ｐｒｏｃｅｓｓ投票修改阶段，在２０１ １年８月
完成一轮投票，具体投票结果目前还没有公布。
３．６ ＴＧ４ｆ工作组
该工作组为ＲＦＩＤ工作组，主要对８０２．１ ５．４—２００６
的物理层和ＭＡＣ层进行扩充和增强。该工作组定义
了新的物理层支持ＵＷＢ技术，并对ＭＡＣ进行了增
强，已支持主动ＲＦＩＤ系统双向和位置确定的应用。
目前该工作组已完成ｌｅｔｔｅｒ ｂａｌｌｏｔ ｐｒｏｃｅｓｓ进入到
ｓｐｏｎｓｏｒ ｂａｌｌｏｔ ｐｒｏｃｅｓｓ投票修改阶段。
３．７ ＴＧ４ｇ工作组
该工作组为智能应用网络工作组，主要是对
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ＩＩｌ技术广角………………………．
■ｅｃｈｎＯｌＯｇｙ Ｐａｎｏｉｒａ：ｌｍａ
８０２．１５．４物理层的增强，目的是提供一个全球标准，
网等技术。８０２．１５主要对近距离无线通信技术进行
以便大规模过程控制应用，如智能电网应用等。目前
研究和标准化工作，满足当今物联网底层数据通信
的需求，因此越来越受到大家的关注。 呵
该工作组处于ｌｅｔｔｅｒ ｂａｌｌｏｔ ｐｒｏｃｅｓｓ投票阶段。
３．８ ＴＧ４ｊ工作组
参考文献
ｆ１１ ＩＥＥＥ．ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１５．４—２００３ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ
该工作组主要对８０２．１５．４的物理层进行扩充，
制定符合ＦＣＣ ＭＢＡＮ规定的２３６０ ＭＨｚ一２４００ ＭＨｚ
上的物理层增强技术，并相应的修改ＭＡＣ层以支持
新的物理层。２０１ １年３月该工作组对技术需求已经
达成共识，开始技术方案征集工作。
３．９ ＴＧ４ｋ工作组
（ＭＡＣ）ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ（ＰＨＹ）Ｓｐｅｃｉｉｆｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｌｏｗ－Ｒａｔｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ
Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＬＲ－ＷＰＡＮｓ）［Ｓ］，２００３．
【２Ｊ ＩＥＥＥ．ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１５．４—２００６ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ
（ＭＡＣ）ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ（ＰＨＹ）Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｌｏｗ－Ｒａｔｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ
Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＬＲ－ＷＰＡＮｓ）．【Ｓ］，２００６．
［３】ＩＥＥＥ．ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１５．４ａ－２００７ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ
（ＭＡＣ）ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ（ＰＨＹ）Ｓｐｅｃｉｉｆｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｏｗ－ＲａｔＬｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ
Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＬＲ—ＷＰＡＮｓ）Ａｍｅｎｄｍｅｎｔ １：Ａｄｄ Ａｈｅｒｎａｔｅ
该工作组主要对８０２．１ ５．４的物理层进行扩充，面
向基础设施监控和Ｅｎｄｐｏｉｎｔ节能应用。目前该工作
组已完成应用场景和需求阶段，开始征集技术方案。
ＰＨＹｓ．ＩＳ］，２００７．
１４］ＩＥＥＥ．ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１５．４ｃ一２００９ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ
（ＭＡＣ）ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ（ＰＨＹ）Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｌｏｗ－Ｒａｔｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ
Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＬＲ－ＷＰＡＮｓ、Ａｍｅｎｄｍｅｎｔ ２：Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ Ｐｈｙｓｉｃａｌ
Ｌａｙｅｒ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｔｏ ｓｕｐｐｏｒｔ ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ ３１４—３１６ ＭＨｚ，
４结语
随着物联网的快速发展，感知延伸层的技术越
来越受到业界的关注，尤其是小范围内数据通信、组
（上接第４７贞）
・
４３０－４３４ＭＨｚ，ａｎｄ ７７９—７８７ ＭＨｚ ｂａｎｄｓ．【Ｓ】，２００９．
［５】ＩＥＥＥ．ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１５．４ｄ－２００９ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ
（ＭＡＣ）ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ（ＰＨＹ）Ｓｐｅｃｉｉｆｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｌｏｗ－Ｒａｔｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ
Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＬＲ－ＷＰＡＮｓ、Ａｍｅｎｄｍｅｎｔ ３：Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ Ｐｈｙｓｉｃａｌ
ａｙｅｒＬ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｔｏ ｓｕｐｐｏｒｔ ｔｈｅ Ｊａｐａｎｅｓｅ ９５０ ＭＨｚ ｂａｎｄｓ．［Ｓｌ，２００９．
ＴＤＭ ＰＯＮ的范畴。随着Ｇ．９８７系列标准的稳定，
Ｇ．９８５：１００ Ｍｂｉｔ／ｓ点到点基于以太网的光接人
ＸＧＰＯＮ的标准化内容已经接近尾声，而且进一步提
升ＴＤＭ ＰＯＮ的速率已经受到器件成本的制约。后
系统（１ ００ Ｍｂｉｔ／ｓ ｐｏｉｎｔ—ｔｏ—ｐｏｉｎｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｂａｓｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ
ａｃｃｅｓｓ ｓｙｓｔｅｍ）；
・
续来讲，光接人技术将转向非ＴＤＭ ＰＯＮ的ＮＧ—
ＰＯＮ２领域，例如采用ＷＤＭ技术的ＰＯＮ系统的标
准化的工作。鉴于目前ＸＧＰＯＮ的速率已经超出了
实际的需要，新类型的ＰＯＮ系统的标准化不是一个
特别迫切的工作。
Ｇ．９８６：１０００ Ｍｂｉｆｓ点到点基于以太网的光接
人系统（１ Ｇｂｉｄｓ ｐｏｉｎｔ—ｔｏ—ｐｏｉｎｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ—ｂａｓｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ
ａｃｃｅｓｓ ｓｙｓｔｅｍ）；
・
Ｇ．９８７：１０吉比特无源光网络系统：定义、术语
和缩略语［１ ０一Ｇｉｇａｂｉｔ—ｃａｐａｂｌｅ ｐａｓｓｉｖｅ ｏｐｔｉｃｌａ ｎｅｔｗｏｒｋ
（ＸＧ—ＰＯＮ）ｓｙｓｔｅｍｓ：Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｓ，ａｂｂｒｅｖｉａｔｉｏｎｓ，ａｎｄ
ａｃｒｏｎｙｍｓ］；
・
４结语
纵观ＩＴＵ—Ｔ ＳＧ１５在接入技术ｌ０余年标准化的
Ｇ．９８７．１一Ｇ．９８７．３：１０Ｇ无源光网络［１０ Ｇｉｇａ—
ｂｉｔ—ｃａｐａｂｌｅ ｐａｓｓｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＸＧ—ＰＯＮ）］；
・
历程，可以看出是一个接入网技术的演进历程，也可
以说是一个逐渐的光进铜退的历程。铜线技术从用
于几公里距离的ＡＤＳＬ发展到用于几百米距离的
Ｇ．９８８：０ＮＵ管理和控制接口规范［ＯＮＵ ｍａｎ—
ａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ（ＯＭＣＩ）ｓｐｅｃｉｉｆｃａｔｉｏｎ］。
３．２ Ｑ２／１ ５下一步的研究方向
ＶＤＳＬ，再到最后聚焦到家庭内部联网。而光接人技
从窄带ＰＯＮ一直到ＸＧＰＯＮ，从技术上讲都是
术从一开始的曲高和寡到目前逐渐接进千家万户，
这是技术发展的必然趋势。 嘧
０ ！… ｌｌ
2024年5月8日发(作者：笃怀)
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Ｍ ＮｏＬ０ＧＹ ０ＦＴＥＬＥｃｏＭＭＵＮｌ洲０Ｎｓ
用超宽带（ＵＷＢ）技术，实现在２．４ＧＨｚ频带上，数据
最大以５５Ｍｂｉｔ／ｓ的速率在１０ ｍ以内传输。该工作组
下面下设３个子工作组，其中ＴＧ３ａ工作组处于
ｗｉｔｈｄｒａｗ状态；ＴＧ３ｂ工作组主要是对８０２．２５．３—２００３
进行ＭＡＣ层增强，改进ＭＡＣ的实现和互操作性，目
前该组已经发布８０２．１ ５．３ｂ一２００５标准；ＴＧ３ｃ工作组
主要对８０２．２５．３—２００３的物理层进行了扩充，规定了
一
２ ８０２．１５．４技术分析
８０２．１５．４主要对低速无线个域网的底层无线通
信协议进行研究和标准化，具体来说主要集中在对
物理层和ＭＡＣ层的技术和相关机制的研究上。随着
物联网的发展，要求感知设备具有低功耗、低成本、
种物理层可选的毫米波规范，工作在豁免频段５７
安全性等特点，以满足大规模部署的需要，而
ＧＨｚ一６４ ＧＨｚ，速率可达１ Ｇｂｉｔ／ｓ，目前该组已经发布
８０２．１５．３ｃ一２００９标准。
（４）ＴＧ４：低速无线个域网组
该工作组负责制订８０２．１５．４标准。主要研究低
速ＷＰＡＮ物理层和ＭＡＣ技术。该标准把低能量消
耗、低速率传输、低成本作为重点目标，旨在为个人
或者家庭范围内不同设备之间的低速互联提供统一
标准。本文将在下面详细介绍其主要技术和标准进
展情况。
（５）ＴＧ５：ＭＥＳＨ网络组
该工作组负责制订８０２．１５．５标准，研究ＷＰＡＮ
的无线网状网（ＭＥＳＨ）组网。该标准旨在研究提供
ＭＥＳＨ组网的ＷＰＡＮ的物理层与ＭＡＣ层的必要的
机制。在本标准中，ＭＥＳＨ网络有两种组网方式：全
网状拓扑和部分网状拓扑。在全网状拓扑结构中，每
一
个节点直接与其他任何一个节点相连；在部分网
状拓扑结构中，只有部分节点与其他所有节点相连，
而其他节点则只是与交换较多数据的节点相连。
８０２．１５．５标准主要涉及的问题包括：碰撞避免的信
标调度策略、路由算法、分布式安全问题、能效操作
模式、对于网状节点和网状ＰＡＮ移动性的支持等。
（６）ＴＧ６：无线体域网组
该工作组负责制订８０２．１５．６标准。主要针对医
疗、消费电子等人体通信环境制定底层无线标准协
议。应用在人体外近距离范围或者人体内，支持高可
靠性、低功耗、高数据速率和低干扰的应用场景需
求，数据速率１０ Ｍｂｉｔ／ｓ，面向娱乐和医疗业务。
（７）ＴＧ７：可见光通信工作组
该工作组负责制订８０２．１５．６标准。主要对可见
光通信的物理层和ＭＡＣ层进行标准化工作。
８０２．１５．４恰恰满足了这一需求，因此近年来迅速得
到业界的关注。下面对８０２．１５．４的主要技术特点进
行简单的介绍。
２．１安全性技术
为了保障数据在传输过程中的安全以及保证数
据不被重复接收和伪造，８０２．１５．４—２００６中提供以下
三种机制来保证数据的安全性。
・
数据加密：保证数据在传输过程中的安全，避
免数据被恶意攻击者得到。
・
数据完整性保护：保证数据在传输的过程中不
被恶意第三方修改。
・
重放保护：用于检测信息是否被重复收到，如
果重复收到，则进行丢弃。
８０２．１５．４—２００６中安全保护分为四种不同方式。
・
第一种方式：不提供安全保护；
・
第二种方式：只提供数据加密保护；
・
第三种方式：只进行数据完整性保护；
・
第四种方式：同时提供数据加密和数据完整性
保护。
数据加密和数据完整性保护主要通过ＡＥＳ算
法的ＣＣＭ＊模式来实现。ＡＥＳ算法是美国标准与技
术研究院制定的新的高级加密算法，用来代替以前
的ＤＥＳ算法，为对称密匙加密中最流行的算法。它
具有多种不同的模式，下面介绍以下这几种模式。
（１）ＣＢＣ—ＭＡＣ模式：ＣＢＣ—ＭＡＣ称为ＡＥＳ加密
分组链信息鉴别码，主要完成完整性保护。它主要通
过块加密，计算报文，生成完整性编码，产生ＭＡＣ
值。
（２）计数器ＣＴＲ模式：计数模式（ＣＴＲ模式）主
…
ＺＯｌｌ 虽筻 壁一 竖。
ｆ技术广角………………………．
●ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｐａｎ０ｒａｍａ
要用于对数据进行加密。它是对一系列输入数据块
（称为计数）进行加密，产生一系列的输出块，输出块
与明文异或得到密文。
（３）ＣＣＭ模式：ＡＥＳ—ＣＣＭ （ＡＥＳ—ＣＴＲ和
ＣＢＣ—ＭＡＣ的缩写），ＣＣＭ模式同时具有加密和完整
性服务，其中加密服务有计数器模式ＣＴＲ提供，而
完整性服务有ＣＢＣ—ＭＡＣ算法提供，结合了ＣＢＣ和
计数器模型两者的优点。
（４）ＣＣＭ＊模式：ＣＣＭ＊为ＣＣＭ模式的扩展，包
括了所有ＣＣＭ的功能，同时考虑到ＣＣＭ只能同时
进行加密和完整性保护，因此ＣＣＭ＊对此进行了扩
展，能提供只加密和只保证完整性的功能，增加了算
法的灵活性。这也是为什么在８０２．１５．４—２００３中安全
性保护提供ＣＢＣ—ＭＡＣ／ＣＴＲ／ＣＣＭ三种ＡＥＳ模式，而
在８０２．１５．４—２００６只需要使用ＣＣＭ＊一种模式，主要
是因为ＣＣＭ＊已经能够实现ＣＢＣ／ＣＴＲ／ＣＣＭ三种模
式的功能合集。
在８０２．１５．４—２００６中ＭＡＣ层根据上层提供的
数据加密操作信息对数据进行相应的操作，通过
ＣＣＭ＊实现对数据的加密和完整性保护；而重放保
护是则通过在安全头域中的ｆｌａｍｅ ｃｏｕｎｔｅｒ字段进行
保护，在每发送一个加密数据包时，ｌｆａｍｅ ｃｏｕｎｔｅｒ字
段值就加一。
２．２低功耗技术
８０２．１５．４设备通常被称为低功耗设备，那么它
如何实现其设备的低功耗，下面我们来介绍一下
８０２．１ ５．４—２００６实现设备低功耗的几种方式。
（１）８０２．１５．４覆盖范围较小，主要提供短距离通
信，一般通信范围为几米到几十米，所以需要的发射
功率较小。因为发射功率随着距离的增加呈指数级
增长，而发射功率是整个无线节点耗电量最大的部
分，所以发射功率低从根本上决定了８０２．１５．４是一
个低功耗协议。
８０２．１５．４的发射功率一般建议在一３ｄ ｂｍ一１０
ｄｂｍ之间。实际发射功率的使用一方面要看设备的
覆盖范围；另外一方面还要符合当地无线电管理规
定。
忍 … ………………一
（２）ＭＡｃ层中采用超帧。８０２．１５．４中引入了超帧
的概念，超帧的引人能够使设备的功耗进一步降低，
具体原因在于：超帧将设备的发射时间分为了ａｃｔｉｖｅ
阶段和ｉｎａｃｔｉｖｅ阶段，两个阶段的持续时间由参数
ＢＯ（ｂｅａｃｏｎ ｏｒｄｅｒ）和ＳＯ（ｓｕｐｅｒｆｒａｍｅ ｏｒｄｅｒ）来决定；在
ｉｎａｃｔｉｖｅ阶段，节点设备可以根据自身情况关闭发射
和接受设备，直到下一个ａｃｔｉｖｅ阶段到来再打开收
发设备，这样就减少了收发设备的活动时间从而大
大的减少了设备的功耗。
在超帧中，ＰＡＮ协调器节点首先发出一个信标
帧，在信标帧中，会告诉其他节点协调器节点是否有
数据待发送、ＣＡＰ和ＧＴＰ时间分配以及哪些节点分
配了ＧＴＰ时隙等。根据信标帧中的信息，节点可以
根据自身的情况打开或关闭收发信机。例如，如果节
点从信标帧中得到节点协调器无数据发送给节点，
也没有给其分配ＧＴＰ时隙且节点本身又无数据发
送，这时节点就可以关闭自己的收发信机，进入休眠
状态。
在超帧的ＣＡＰ阶段采用基于时隙的ＣＳＭＡ—ＣＡ
竞争机制，当节点竞争失败后，需要回退一段时间，
在这段时间内，阶段无需发送或监听信道，这样就节
省了节点的功率。
（３）８０２．１５．４主要提供低速率的数据传输，同时
传输数据量也比较少，因此收发时间较短，这样也决
定节点的低功耗。
２．３抗干扰技术
由于８０２．１５．４工作在ＩＳＭ频段，尤其是
在２．４ＧＨｚ，将与ＷｉＦｉ、蓝牙等工作在相同的频段，故
需要考虑抗干扰特性，以保证通信质量。
８０２．１５．４—２００６通过以下机制来保证其通信质量，尽
量免受其他技术或设备的干扰。
（１）动态信道选择
ＰＡＮ协调器在创建新的ＰＡＮ网络时，首先扫描
所有信道的能量，选择符合能量要求的信道；在此基
础上进一步进行主动扫描。根据主动扫描的结果，选
择一个信道条件好的信道作为工作信道来创建新的
ＰＡＮ。这将可以减少同频ＰＡＮ的数量，降低潜在的
……………………
Ｍ Ｎｏ啪ｙ０Ｆ ＴＥＬＥｃ０ＭＭ ＵＮｌ Ｎｓ
干扰。如在工作过程中协调器上层应用发现正在使
用的信道出现干扰源致使信道的质量变得比较差，
可以启动信道扫描选择一个新的信道。
通过信道的能量扫描可以降低同频ＷｉＦｉ、蓝牙
３．２ ＴＧ４ｂ工作组
该工作组主要是对８０２．１５．４—２００３版本进行修
改完善，修正了原标准中的歧义性、减少了不必要的
复杂性、增加了安全密钥使用的灵活性，同时考虑新
的可利用的频率等等。目前该工作组已经结束，发布
了相关规范８０２．１５．４—２００６．
等的工作影响，因为如果在此信道其他通信模式较
强，那么信道的能量则会较高，当高于某个门限时，
８０２．１５．４的ＭＡＣ层将会将此信道排除在选择范围
之外，不会将其选为工作信道。
（２）空闲信道评估
在物理层中使用ＣＳＭＡ—ＣＡ中提供ＣＣＡ的能
力，来判断信道是否空闲，如果信道被其他设备占
用，则节点会退避一段时间，选择其他信道。
目前有三种空闲信道评估模式。
・
判断无线信道的信号能力。若信号能量低于某
一
门限值，则认为信道空闲
・
判断无线信道特征。这个特征主要包括两个方
面，即扩频信号和载波频率，如果当前信道被
８０２．１５．４定义的设备占用，则返回信遭 。
・
综合前两种方式，同时检测信号强度和信号特
征，给出信道空闲判断，可以是上述两个值“与”或者
是“或”逻辑来判断。即：
ＥＤ高于门限且有８０２．１５．４设备占用，则信道忙；
ＥＤ高于门限或有８０２．１５．４设备占用，则信道忙。
３ ８０２．１５．４工作组情况及标准化
进展
８０２．１５．４工作组下主要分为９个子工作组，下
面将分别介绍其研究范围和标准进展情况。
３。１ ＴＧ４ａ工作组
该工作组主要是对８０２．１５。４—２００６物理层进行
扩充，规定了两种物理层可选的规范：超宽带
（ｕｗＢ）和ｃｈｉｒｐ扩频（ｃｓｓ）。目前该工作组已经结
束，发布相关规范８０２．１５．４ａ一２００７。８０２．１５．４ａ主要提
供了精确定位，增大了数据传输速率范围，同时降低
的功率消耗。
３．３ ＴＧ４ｃ工作组
该工作组主要是对８０２．１５．４—２００６的物理层进
行扩充。根据中国无线电管理规定，定义了用于
７７９—７８７ＭＨｚ频段的ＭＰｓＫ ＰＨＹ和Ｏ—ＱＰＳＫ ＰＨＹ
的ＷＰＡＮ规范。目前该工作组已经结束，发布了相
关规范８０２．１５．４ｃ一２００９。
３．４ ＴＧ４ｄ工作组
该工作组主要是对８０２．１５．４—２００６的物理层进
行扩充，为日本新分配的频段９５０ＭＨｚ一９５６ＭＨｚ定
义物理层及相应的ＭＡＣ。目前该工作组已经结束，
发布相关规范８０２．１５．４ｄ一２００９。
３．５ ＴＧ４ｅ工作组
该工作组主要是对８０２．１５．４—２００６的ＭＡＣ层
进行增强，以更好的支持工业市场和与中国的
ＷＰＡＮ标准相兼容。ＭＡＣ层主要对跳频提高抗干扰
性、灵活资源分配、低时延、Ｐ２Ｐ、非对称密钥的支持
等进行了增强。目前标准的草稿已完成，进入
ｓｐｏｎｓｏｒ ｂａｌｌｏｔ ｐｒｏｃｅｓｓ投票修改阶段，在２０１ １年８月
完成一轮投票，具体投票结果目前还没有公布。
３．６ ＴＧ４ｆ工作组
该工作组为ＲＦＩＤ工作组，主要对８０２．１ ５．４—２００６
的物理层和ＭＡＣ层进行扩充和增强。该工作组定义
了新的物理层支持ＵＷＢ技术，并对ＭＡＣ进行了增
强，已支持主动ＲＦＩＤ系统双向和位置确定的应用。
目前该工作组已完成ｌｅｔｔｅｒ ｂａｌｌｏｔ ｐｒｏｃｅｓｓ进入到
ｓｐｏｎｓｏｒ ｂａｌｌｏｔ ｐｒｏｃｅｓｓ投票修改阶段。
３．７ ＴＧ４ｇ工作组
该工作组为智能应用网络工作组，主要是对
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ＩＩｌ技术广角………………………．
■ｅｃｈｎＯｌＯｇｙ Ｐａｎｏｉｒａ：ｌｍａ
８０２．１５．４物理层的增强，目的是提供一个全球标准，
网等技术。８０２．１５主要对近距离无线通信技术进行
以便大规模过程控制应用，如智能电网应用等。目前
研究和标准化工作，满足当今物联网底层数据通信
的需求，因此越来越受到大家的关注。 呵
该工作组处于ｌｅｔｔｅｒ ｂａｌｌｏｔ ｐｒｏｃｅｓｓ投票阶段。
３．８ ＴＧ４ｊ工作组
参考文献
ｆ１１ ＩＥＥＥ．ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１５．４—２００３ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ
该工作组主要对８０２．１５．４的物理层进行扩充，
制定符合ＦＣＣ ＭＢＡＮ规定的２３６０ ＭＨｚ一２４００ ＭＨｚ
上的物理层增强技术，并相应的修改ＭＡＣ层以支持
新的物理层。２０１ １年３月该工作组对技术需求已经
达成共识，开始技术方案征集工作。
３．９ ＴＧ４ｋ工作组
（ＭＡＣ）ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ（ＰＨＹ）Ｓｐｅｃｉｉｆｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｌｏｗ－Ｒａｔｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ
Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＬＲ－ＷＰＡＮｓ）［Ｓ］，２００３．
【２Ｊ ＩＥＥＥ．ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１５．４—２００６ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ
（ＭＡＣ）ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ（ＰＨＹ）Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｌｏｗ－Ｒａｔｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ
Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＬＲ－ＷＰＡＮｓ）．【Ｓ］，２００６．
［３】ＩＥＥＥ．ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１５．４ａ－２００７ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ
（ＭＡＣ）ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ（ＰＨＹ）Ｓｐｅｃｉｉｆｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｏｗ－ＲａｔＬｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ
Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＬＲ—ＷＰＡＮｓ）Ａｍｅｎｄｍｅｎｔ １：Ａｄｄ Ａｈｅｒｎａｔｅ
该工作组主要对８０２．１ ５．４的物理层进行扩充，面
向基础设施监控和Ｅｎｄｐｏｉｎｔ节能应用。目前该工作
组已完成应用场景和需求阶段，开始征集技术方案。
ＰＨＹｓ．ＩＳ］，２００７．
１４］ＩＥＥＥ．ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１５．４ｃ一２００９ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ
（ＭＡＣ）ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ（ＰＨＹ）Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｌｏｗ－Ｒａｔｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ
Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＬＲ－ＷＰＡＮｓ、Ａｍｅｎｄｍｅｎｔ ２：Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ Ｐｈｙｓｉｃａｌ
Ｌａｙｅｒ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｔｏ ｓｕｐｐｏｒｔ ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ ３１４—３１６ ＭＨｚ，
４结语
随着物联网的快速发展，感知延伸层的技术越
来越受到业界的关注，尤其是小范围内数据通信、组
（上接第４７贞）
・
４３０－４３４ＭＨｚ，ａｎｄ ７７９—７８７ ＭＨｚ ｂａｎｄｓ．【Ｓ】，２００９．
［５】ＩＥＥＥ．ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１５．４ｄ－２００９ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ
（ＭＡＣ）ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ（ＰＨＹ）Ｓｐｅｃｉｉｆｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｌｏｗ－Ｒａｔｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ
Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＬＲ－ＷＰＡＮｓ、Ａｍｅｎｄｍｅｎｔ ３：Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ Ｐｈｙｓｉｃａｌ
ａｙｅｒＬ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｔｏ ｓｕｐｐｏｒｔ ｔｈｅ Ｊａｐａｎｅｓｅ ９５０ ＭＨｚ ｂａｎｄｓ．［Ｓｌ，２００９．
ＴＤＭ ＰＯＮ的范畴。随着Ｇ．９８７系列标准的稳定，
Ｇ．９８５：１００ Ｍｂｉｔ／ｓ点到点基于以太网的光接人
ＸＧＰＯＮ的标准化内容已经接近尾声，而且进一步提
升ＴＤＭ ＰＯＮ的速率已经受到器件成本的制约。后
系统（１ ００ Ｍｂｉｔ／ｓ ｐｏｉｎｔ—ｔｏ—ｐｏｉｎｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｂａｓｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ
ａｃｃｅｓｓ ｓｙｓｔｅｍ）；
・
续来讲，光接人技术将转向非ＴＤＭ ＰＯＮ的ＮＧ—
ＰＯＮ２领域，例如采用ＷＤＭ技术的ＰＯＮ系统的标
准化的工作。鉴于目前ＸＧＰＯＮ的速率已经超出了
实际的需要，新类型的ＰＯＮ系统的标准化不是一个
特别迫切的工作。
Ｇ．９８６：１０００ Ｍｂｉｆｓ点到点基于以太网的光接
人系统（１ Ｇｂｉｄｓ ｐｏｉｎｔ—ｔｏ—ｐｏｉｎｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ—ｂａｓｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ
ａｃｃｅｓｓ ｓｙｓｔｅｍ）；
・
Ｇ．９８７：１０吉比特无源光网络系统：定义、术语
和缩略语［１ ０一Ｇｉｇａｂｉｔ—ｃａｐａｂｌｅ ｐａｓｓｉｖｅ ｏｐｔｉｃｌａ ｎｅｔｗｏｒｋ
（ＸＧ—ＰＯＮ）ｓｙｓｔｅｍｓ：Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｓ，ａｂｂｒｅｖｉａｔｉｏｎｓ，ａｎｄ
ａｃｒｏｎｙｍｓ］；
・
４结语
纵观ＩＴＵ—Ｔ ＳＧ１５在接入技术ｌ０余年标准化的
Ｇ．９８７．１一Ｇ．９８７．３：１０Ｇ无源光网络［１０ Ｇｉｇａ—
ｂｉｔ—ｃａｐａｂｌｅ ｐａｓｓｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＸＧ—ＰＯＮ）］；
・
历程，可以看出是一个接入网技术的演进历程，也可
以说是一个逐渐的光进铜退的历程。铜线技术从用
于几公里距离的ＡＤＳＬ发展到用于几百米距离的
Ｇ．９８８：０ＮＵ管理和控制接口规范［ＯＮＵ ｍａｎ—
ａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ（ＯＭＣＩ）ｓｐｅｃｉｉｆｃａｔｉｏｎ］。
３．２ Ｑ２／１ ５下一步的研究方向
ＶＤＳＬ，再到最后聚焦到家庭内部联网。而光接人技
从窄带ＰＯＮ一直到ＸＧＰＯＮ，从技术上讲都是
术从一开始的曲高和寡到目前逐渐接进千家万户，
这是技术发展的必然趋势。 嘧
０ ！… ｌｌ