低功耗无线传感网络中的TSCH

为了更好的了解TSCH，首先要了解两个概念，时间同步和通道跳频网格网络。

这里写目录标题

低功耗无线传感网络中的TSCH
1.时间同步
2. 通道跳频网格网络
- 2.1 跳频
- 2.2 TSCH
3.相关协议标准

1.时间同步

时间同步：不同节点有自己的本地时钟所计数的时间，也就是说每个节点的时间不是统一的。每个节点有不同程度的时钟漂移而造成时间偏差，所以在进行通信的时候就需要进行多节点的时间同步（单次或周期性地）。
网络时间同步机制，典型的是客户端“要时间”，服务器发一次时间，客户端接收到时间同步信息后，根据自身时间和一些传播时间的参数得出要修正的时间。

2. 通道跳频网格网络

2.1 跳频

首先了解一下跳频，与传统的无线电通信不同，跳频(FH)定义了一种通过快速改变载波频率来发送无线电信号的方法，跳频的概念如下图所示。如果将整个频带和持续时间划分为二维网格，那么在任何给定的时隙，将会使用不同的频率子带进行通信。

跳频模式的随机性相当于增加了另一个只能在发送器和接收器之间解码的安全层，使其具有较高的抗窄带干扰能力和较强的抗恶意拦截和封锁的能力。此外，跳频信号相互干扰小，可以和其他传统通信共享带宽，实现更高的频谱效率。

2.2 TSCH

时间同步通道跳频（TSCH）网格网络跨整个多跳网络实现严格的时间同步，严密协调通信及频道的使用。在TSCH网络中，所有节点都采用共同的时间标准，整个网络的时间标准准确度在数十微秒以内。相邻节点之间交换时间偏移信息，以保持时间同步。网络通信被安排到多个时隙中，在这些时隙中，每个数据包的发送和接收都排定了时间，每个时隙都足够长（例如8ms）以供发送节点唤醒，发送数据包并接收来自接收节点的链路层确认信号。TSCH网络的流量传送可以动态的安排，这就实现了成对通道跳频，完整路径和频率多样性，也实现了低功耗数据包和高可用性占空比。

在TSCH网络中，每个数据包交换通道都会跳频了，以避开不可避免的RF干扰和多径衰落。此外不同设备对之间的多次数据传送可以在不同的通道上同时发生，这增大了网络带宽。

采用TSCH后，允许节点在排定的通信间隙以超低功耗休眠。每个设备都仅在发送数据包或等待来自相邻设备可能发送数据包时，才进入工作模式。

因为每个节点都知道的排定唤醒时间，所以所有节点都可以随时用来转发相邻节点的信息。因此TSCH网络常常达到<1%的占空比，同时能够保持网络完全可用，并且没有网络内数据包碰撞问题。

3.相关协议标准

在网络技术中，标准发挥着重要作用，因为最终用户拥护基于标准开发的解决方案。一项技术如果由重要标准化组织开发并核准，用户就有信心使用。

若干标准化组织为物联网制定了标准，同时纳入公认的时间同步化通道跳频网格网络的技术。

今天的互联网使用的大多数协议都是由互联网工程任务组(IETF)制定的，该标准化组织的CoRE工作组已经制定了应用层协议CoAP(Constrained Application Protocol)。CoAP在UDP协议之上运行，而且非常容易转换到HTTP，以使无线传感器节点实现类似网络的互动。

6LoWPAN工作组制定了一个IP适配层协议，该协议将IP数据包的大型头标压缩成小型无线帧或数据包，使传感器节点能够通过IP地址单独寻址。尽管这些上层协议实现了类似网络的互动以及与互联网的集成，但是决定无线传感器网络通信质量的是这些上层协议之下的那些协议层。

IETF制定的标准一般运行在遵循IEEE802.15.4标准的无线芯片上。IEEE802.15.4在数据传送速率(250kbps)、范围(10m～100m)、功耗(发送或接收时为5mA～20mA)和数据包大小(高达127字节)之间进行权衡。这种权衡使IEEE802.15.4非常适用于低功耗网格网络技术，因此该标准已经成为这类网络链接技术的事实标准。

2012年，IEEE公布了可运行在IEEE802.15.4兼容型无线电上的新介质访问标准IEEE802.15.4e。使用了时隙通道跳频(TSCH)模式以实现精确的时隙同步和RF通道跳频。

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