(高清版)GBT 40783.1-2021 信息技术 系统间远程通信和信息交换 磁域网 第1部分：空中接口

信息技术系统间远程通信和信息交换磁域网第1部分：空中接口 国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会GB/T40783.1—2021 Ⅲ 1 13术语和定义 1 2 2 5 56.2时间元素 5 76.4地址元素 7 8 8 8 8 97.5数据传输 9 97.7MFAN设备状态 9 8.1物理层帧格式 8.2编码和调制 9.1总体描述 9.2帧格式 9.3帧类型 9.4有效载荷格式 2010MAC层功能 26 26 26 29 11空中接口 ⅡGB/T40783.1—2021 32 附录A(资料性)本文件与ISO/IEC15149-1:2014相比的结构变化情况 Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定本文件是GB/T40783《信息技术系统间远程通信和信息交换磁域网》的第1部分。本文件使用重新起草法修改采用ISO/IEC15149-1:2014《信息技术系统间远程通信和信息交换磁域网第1部分：空中接口》。本文件与ISO/IEC15149-1:2014相比在结构上有较多调整，附录A中列出了本文件与ISO/偏移键控调制的信号如图58所示，包络参数在表13中进行了定义”,在ISO/IEC15149-1:2014中对两种调制方式进行了规定，分别是二进制相移键控调制信号。原文中图58及表13是对振幅偏移键控调制信号进行的规定，而原文并未做对应描述，b)修改了ISO/IEC15149-1:2014中表10代码类型的描述，8.4.4.2所给出的是响应确认代码(“Responseconfirmationcode/响应确认码”)的要求，表格中表头“ReceptionconfirmationGB/T40783提供了磁域网(MFAN)内信息通信协议，展的磁域网间信息通信空中接口规范。MFAN支持基于无线通信以及复杂环境下的无线电能传输等——第1部分：空中接口。目的在于确立适用于低载频磁场环境中物理层及媒体访问控制层协议——第2部分：带内无线充电控制协议。目的在于为可以在同一频段内同时进行无线电能传输和——第4部分：安全鉴别协议。目的是为在特殊环境中可靠运行的无线传感网络确立安全鉴别协本文件规定了低载频磁场环境(约300KHz)中无线通信技术的物理层及媒体访问控制层协议本文件支持短距离无线网络中的若干kbit/s的数据传输。该通信方式243路质量控制。磁域网中的设备根据角色被指定为两类元素：磁域网协调器(MFAN-C)和磁域网节点则MFAN-N通过磁场将接收到的数据发送给MFAN-C。MFAN-C通过远距离无线或有线方式将接收到的MFAN-N数据发送到监控中心。-N-N_N-NM个与传感器相连的MFAN-N利用磁场特性将数据传输到外侧的MFAN-C。因此，它可以应用于恶劣坡等。MFAN的另一个应用是地下基础设施管理。如图3所示，传感器节点筑结构的完整性。在图5所示的污染监测中，传感器节点可以检测土壤和水的质量。通过放置在地下4图2地表状态监测图3地下基础设施管理水力图4建筑和桥梁管理5点分为MFAN-C和MFAN-N两种类型，其中MFAN-C用于管理网络，MFAN-N用于与MFAN-C6NN响应N+1N-1在请求周期内，MFAN-C使用有关MFAN-N用法的信息来发送RR数据包，以便MFAN-N在响的MFAN-N的个数，可以将响应周期划分为多个时隙。每个时隙长度根据响应帧和确认的长度而变化。如果MFAN-C调度一个响应周期，则时隙号由所划分的顺序决定。否则时隙号为零。MFAN-C请求的情况下传输数据。此周期一直保持到MFAN-C发送请求包为止。a)请求包在请求周期内传输：在上，接收到RR包的MFAN-N决定在响应期间是否传期间要传输的MFAN-N组。b)响应包在响应周期内传输：MFAN-C选择的MFAN-N可以在响应周期内传输响应包。当要MFAN-C请求的情况下传输数据。76.3.1MFAN配置配置MFAN的物理元素分为MFAN-C和MFAN-N,其中所有MFAN-N都连接到MFAN-C(即一个中央连接设备)。基本元素及节点根据其作用分为MFAN-C和MFAN-N。MFAN-C管理整个MFAN,且每个网络中须有一个MFAN-C。MFAN-C通过发送RR包来管理MFAN-N。MFAN-N应根据MFAN-C的管理发送响应包。MFAN的配置见图7。磁场响应请求响应MFAN-C是管理MFAN的节点，每个网络中只存在一个MFAN-C,它通过RR包管理和控制MFAN-N是驻留在MFAN中的节点(MFAN-C除外),每个网络最多可以存在65519个MFAN-N。它根据MFAN-C传输的RR包来传输响应包。为了识别MFAN-N,MFAN使用诸如MFANID、UID、组ID和节点ID之类的地址MFAN有自己的ID,它将每个网络与其他网络区分开来。该值不应在其他MFAN中复制，只要8116IC制造商代码IC制造商序列号MFAN-N可以根据应用程序进行分组。组ID是网络中已分组的MFAN-N的标识符。MFAN-C组II)内容当选择所有组备用6.4.4节点ID节点ID是用来代替UID来标识节点的标识符，它有一个由MFAN-C分配的16位地址。备用的节点ID见表2。节点II内容备注所有节点当广播或传输所有节点未参与节点MFAN-N的默认I备用MFAN-C通过在请求周期向MFAN-N发送请求包来配置网络。请求包中包含MFANID,用以使MFAN-N识别网络连接。网络的最小周期是指仅存在MFAN-C之时，且只包含请求周期和自发9和MFAN相关联的MFAN-N可以根据MFAN-C的请求或MFAN-N本身与MFAN解关联。MFAN-C可以根据当前网络状态将DaRq数据包发送到MFAN-N进行强制断开。在由于关机或移出网络覆盖范围而自发断开的情况下，MFAN-C可以通当在请求期间MFAN-C向MFAN-N发送DRq数据包时，MFAN-N根据请求的数据类型向MFAN-C发送DRs数据包。MFAN-C收到DRs包后，将DRA包发送给MFAN-N,且当MFAN-N收MFAN释放可分为MFAN-N请求的正常释放和突发状况导致的异常释放。正常释放是指MFAN-C自行决定释放网络，并将DaRq包发送给所有的MFAN-N。网络异常释放是指MFAN-C关待机状态。在待机状态下进行载波检测时，如果MFAN-C接收到来自MFAN-N的数据包(响应或数据包),MFAN-C的状态将进入数据包分析状态。如果接收到的包的目标ID和MFAN-C的节点ID相的目地ID和MFAN-C的节点ID不匹配时，MFAN-C在包生成状态中再生RR包和重新传输数据包图9。中的错误或不匹配(来7.7.2MFAN-N状态激活状态。唤醒序列在7.1中定义。当MFAN-N接收到RR包时，MFAN-N的状态进入包分析状态，且MFAN-N分析接收到的RR包。如果RR包的目标ID与MFAN-NID(组ID和节点ID)相匹配，则MFAN-N状态进入包生成状态，MFAN-N将响应包发送到MFAN-C,随后MFAN-N状态进入待机状态。如果RR包的目标ID与MFAN-NID(组ID和节点ID)在待机状态下进行载波检测时，MFAN-N的状态在MFAN-N接收到自己节点的RA包时进入休眠状态，或者在MFAN-N接收到其他节点的RA包时进入数据包生成状态。而MFAN-N在未分配时N次)后进入包生成状态。但是当分配了时隙数并且在第N+1处的超时时间结束时，状态将进入休态变为包生成状态。然后MFAN-N重新生成响应包并将其转发给MFAN-C,MFAN-N的状态从包生当处于休眠状态时发生系统中断，则MFAN-N进入激活状态。如果MFAN-N从系统接收到数(未配置)包(配置)(配置)(3位)列(2个8位位组)(8位)长度(8位)(8位)(16位)(4位)如图12所示，前导码由两部分组成：8位的唤醒序列[00000000]以及由12位的[000000000000]序列后加一个4位的[1010]序列组成的16位同步序列。唤醒序列仅包含在请求周期的响应请求数据前导码采用8.1.3中定义的类型0的编码方式。唤醒序列采用ASK方式调制，同步序列采用BPSK方式调制。f0000_0000’(8位)‘0000_0000_0000’(12位)(4位)图12前导码格式帧头加在前导码之后，用于传递载荷的相关信息。如图13所示，帧头由24位组成。第0位～第2位表示数据速率和编码。第3位～第10位是载荷载荷数据长度字段。第16位～第23位是帧头校验序列的8位校验码，见表3定义。帧头采用8.1.3.2中定义的类型0的编码方式。(3位)(8位)备用(5位)帧头校验序列(8位)图13帧头格式位内容说明接收到的载荷数据速率和编码方式(见表4)说明载荷数据的8位位组数(不包括帧校验序列)备用帧头校验序列CRC-8校验(见8.1.3.4)依据所使用的数据速率和编码方式，第0位～第2位应按照表4中的取值组合进行设定。类型0~值(b2blb0)类型0类型1类型6备用类型7备用长度。载荷数据长度的范围为从0x00到0xFF。帧头采用一个8位的循环冗余码校验来检测误码。帧头校验序列包含了数据速率和编码、载荷数g(D)=(1+D)(1+D²+D³+D⁴+D⁷)=校验码产生原理图解如图14所示。寄存器初始化全部为0。22DD¹D²D³D⁴DS(0～255字节)帧校验序列(2字节)图15载荷格式载荷根据表5中定义的16位循环冗余码校验来检测误码。帧校验序列只包含可变长度数据信息。其本原多项式为X¹⁶+X¹²+X³+1。寄存器全部初始化为0。帧校验序列通过计算16位循环冗余码多项式16位8.2编码和调制数据‘100数据‘1100图17非归零电平编码的定义g(D)=1+D⁴+D¹⁵其中D是1比特的延迟单元。扰码产生过程图解如图18所示。db按照如下规则产生，‘田’表示模为2的加法运算。扰码寄存器初始化为值0xFFFF。扰码的数据位b通过下式得到：b=s,+d其中s,表示未加扰码的数据位。ddDDDD图18扰码产生过程图解物理层数据速率和编码方式支持表4中的8种类型。在1kbit/s,2kbit/s,4kbit/s或8kbit/s中选择合适的数据速率以及编码方式。载荷的数据速率和编MFAN-C和MFAN-N之间的通信可通过ASK方式调制。如图19所示，经过编码的串行输入数经过编码的串行输入数据映射图19振幅偏移键控图解MFAN-C和MFAN-N之间的通信也可通过BPSK方式调制。如图20所示，经过编码的串行输入数据被转换为二进制相移键控星座图中两个点中的一个。(w,是MFAN的载波频率。)图20二进制相移键控调制图解8.2.4编码和调制过程8.2.4.1前导码编码和调制前导码序列(见8.1.2)采用类型0(见8.2.2)的信号转换。如图21所示，如果存在唤醒序列，采用ASK调制。同步序列采用BPSK调制。图21前导码的编码和调制过程帧头由数据速率和编码，载荷数据长度，5位‘0’序列，帧头校验序列组成。如图22所示，帧头序列采用类型0的信号转换，然后进行二进制相移键控调制。图22帧头编码和调制过程如图23所示，载荷由附加的数据和对该数据进行计算所得的帧校验序列组成，采用类型I(I=0～7)(见8.2.2)对组合结果编码，然后采用二进制相移键控调制(BPSK)。图23载荷编码和调制过程9MAC层帧格式MFAN的MAC帧由帧头和帧体组成。帧头具有MFAN-N之间的数据信息，帧体具有用于MFAN设备之间的数据传输。122212目标节点ID帧校验序列帧头帧体图24MAC层帧格式ID字段由1个8位位组组成，用于标识网络。如图25所示。56帧类型确认策略(原则)备用图25帧控制字段的格式a)帧类型字段由3位组成；有关帧类型的详细信息见9.3。b)确认策略字段由2位组成。在接收帧为确认帧的情况下，它表示收到的确认帧法可用于以1:1或1:N传输的帧，传输不需要确认。2)单一确认：接收帧的目标节点在SIFS之后发送确认帧作为对源节点的响应，该确认策略只能用于1:1传输。3)多重确认：接收帧的目的节点在SIFS之后发送确认帧作为对多个源节点的响应。该确认策略可用于1:N传输。4)数据确认：接收数据帧的目标节点在SIFS之后将数据确认帧作为响应发送给源节点。此确认策略只能用于1:1数据传输。e)协议版本字段由2位组成，无论系统的协议版本如何，大小和位置都是固定的。当前值为0,每次发布新版本时增加1。当一个节点收到一个版本高于它自己的包时，它会在不通知源节于0和255之间的序列号，当序列号达到255时将返回到0。的格式，并且FCS用于检查帧中的错误。有效载荷具有MFAN-C和每个MFAN-N之间的传输数据，长度的变量值介于0和247之间。帧类型值(二进制)内容周期请求关联响应(ARq)、解关联(DaRq),关联状态(ASR(DRq)等响应帧响应关联请求(ARs),解关联(DaRs),关联状态(ASRs),数据传输(DRs)等响应自发表6帧类型值(续)帧类型值(二进制)内容周期确认MFAN-N的响应(RA*)和数据传输(DA)响应，自发*RA包括ARA、DaRA、ASRA等。8111L2帧头长度(-2Lw)请求块1帧检查序列帧体8111L2帧头响应代码长度(=2Lw)响应块1响应块2响应块n帧检查序列响应帧有效载荷帧体帧。如图28所示。88L2帧头帧检查序列载荷包括关于所接收到的响应包的响应确认数据。MFAN-C在接收到响应包后，在响应期间通过在SIFS之后发送RA包来应答MFAN-N。DA帧是关于接收到的数据包的确认帧。MFAN-C应答MFAN-N,该MFAN-N在自发周期内通过SIFS后发送DA包来传输数据包。811L2帧头响应确认块1响应确认块2帧检查序列响应确认帧有效载荷图29响应确认帧格式DA帧由帧头部和帧主体组成。当目标节点ID为0xFFFE时，这表示未加入的节点ID,如图30122218(选项)2目标节点ID帧校验序列帧头帧体图30数据确认帧格式求对所有MFAN-N组作出响应。如图31所示。111L长度(-≥Lw)请求块1请求帧有效载荷中的请求代码如表7所示。类别内容网络备用备用将组IID更改为已加入节点。对加入节点的备用备用备用长度字段由1个8位位组组成，表示请求块的总长度，长度字段值可根据请求块的长度和数量而a)关联请求：ARq的块格式如图32所示，由8个8位位组UID掩码组成。该UID掩码可用于8图32关联请求块格式b)解关联请求：前2个8位位组是DaRq的MFAN-N的节点ID,下1个8位位组是响应期间要使用的时隙号。如果节点ID是0xFFFF,则DaRq被发送到组ID下的所有MFAN-N。DaRq块格式如图33所示。21时隙号c)关联状态请求：前2个8位位组是ASRq的MFAN-N的节点ID。如果节点ID是0xFFFF,向组ID下的所有MFAN-N请求ASRq。ASRq的块格式如图34所示。21时隙号d)数据请求：DRq块格式如图35所示。前2个8位位组是节点ID,下一个8位位组是时隙号，21L时隙号e)组ID设置请求：GSRq块格式如图36所示。前2个8位位组是节点ID,下一个8位位组是时211时隙号1长度(-2Lu)请求块1类别响应代码内容网络备用数据备用备用备用备用a)关联响应：ARs数据由8个8位位组的UID组成，ARs的块格式如图38所示。8图38关联响应块格式b)解关联响应：DaRs数据由8个8位位组的UID组成，DaRs的块格式如图39所示。8图39解关联响应块格式c)关联状态响应：ASRs数据包括8个8位位组的UID和1个8位位组的状态值，ASRs的块格式如图40所示。81状态值如表9所示。表9关联状态检查值值内容备用d)数据响应：DRs的数据由请求数据的L个8位位组组成，DRs的块格式如图41所示。L图41数据响应块格式e)组ID设置响应：GSRs数据由更改组ID的UID的8个8位位组和更改组ID的1个8位位组81图42组ID设置响应块格式9.4.3数据帧数据帧有效载荷包括要传输的数据。数据帧有效载荷由8个8位位组的UID和L个8位位组的数据组成，如图43所示。8L图43数据帧有效载荷格式9.4.4确认帧RA帧有效载荷包含关于接收到的响应包的数据。RA有效载荷格式如图44所示。第一个8位位组是组ID,第二个8位位组是响应确认码，第三个8位位组是长度(L),下一个L是响应确认块。111响应确认代码长度(一2Lu)响应确认块1响应确认块2响应确认块图44确认帧有效载荷格式组ID字段由1个8位位组组成，用于将RR数据包发送到特定组。组ID的详细信息见6.4.3。响应确认代码类型如表10所示。表10响应帧有效载荷响应确认代码类别响应确认代码内容网络UII)传输MFAN-N备用备用备用备用备用a)关联响应确认：ARs确认块格式如图45所示。前8个8位位组是UID,后2个8位位组是分配的节点ID。如果分配的节点ID是0xFFFE,这是未加入节点的地址，则表示ARq已被82图45关联响应确认块格式b)解关联响应确认：DaRs确认块格式如图46所示。前8个8位位组是UID,后2个8位位组是节点ID。如果不准许解除关联，则使用分配的节点ID,如果允许解除关联，则记录未加入的节点ID0xFFFE。82c)关联状态响应确认：ASRs确认块由8个8位位组的UID组成，ASRs确认的块格式如图47所示。8图47关联状态响应确认块格式d)数据响应确认：DRs确认块前2个8位位组是节点ID,下1个8位位组是分配的备用字节，DRs确认块格式如图48所示。21备用e)组ID设置响应确认：GSRs确认的块格式如图49所示。GSRs确认块由8个8位位组的UID和1个8位位组的状态确认值组成，组ID设置状态值如表11所示。81值内容备用在MFAN的MAC层中，为了管理MFAN,考虑了MFAN-N的关联、解除关联和ASC过程。数为了使MFAN-N与MFAN-C通信，MFAN-NMFAN的状态是根据配置了MFAN之后节点的角色来设置的。在这种情况下，如果存在已经配置的在每一个超帧上连续发送ARq包，直到它没有错误地接收到所选MFAN-N的ARA包为止。当关联请求的响应包传输关联请求的响应包传输MFAN-N2的关联响应通过MFAN-C接收MFAN-N1关联完成如图51所示，当请求周期中的MFAN-C将DaRq包发送到与MFAN相关联的MFAN-N时，节点ID0xFFFE,当解除关联被拒绝时，记录分配的节点ID。当MFAN传输解除关联完成传输出错传输如图52所示，当请求期间的MFAN-C向关联的MFAN-N发送ASR将ASRs包发送给MFAN-C。MFAN-C检查并将用于MFAN-N关联状态的ASRA包发送到MFAN。当MFAN-C没有收到ASRs数据包或MFAN-N由于数据包错误而无法接收ASRA数据