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IEEE 802.15.4是在低速率应用需求背景下产生的低速无线个域网标准,具有低功耗、低数据率、低复杂度、近距离和低成本等特点。它主要支持低速率应用,可以广泛应用于智能家电、工农业控制、建筑物自动化、交互玩具、传感器网络等各个领域,为实现无所不在的网络创造了条件。本文首先分析了无线个域网的发展过程和IEEE 802.15.4协议的发展历程、应用与研究现状,并深入分析和研究了协议的关键技术,包括其协议架构、物理层工作频段与调制方式、物理层和MAC层的主要功能以及协议数据单元格式、CSMA/CA算法的主要参数与流程图和由ZigBee提供的上层技术。在深入理解和掌握了IEEE 802.15.4协议的基础之上,本文给出了基于网络仿真软件OPNET平台的IEEE 802.15.4仿真系统实现。在给出了仿真系统架构和模块之间的接口的基础上,分层描述了各层模块的进程模型与状态设计、定时器设计,并描绘了性能评估要用到的主要流程的消息交互过程。本文在该仿真系统上设计了基于智能家电应用背景的仿真场景,对信标模式下的IEEE 802.15.4星型网络的主要性能参数网络吞吐量、平均延迟和网络生成时间进行了评估,并分析了网络负载、包长度、节点数、占空比和启动间隔时间等因素对这些性能参数的影响。分析显示,包长度为100字节、节点数为10的信标模式下的网络饱和吞吐量约为65%,与IEEE 802.11a的饱和吞吐量比较,说明IEEE 802.15.4协议性能较好。无睡眠期时系统参数信标指数(BO)和超帧指数(SO)的取值,尤其是二者在7~14之间时,对网络吞吐量和平均延迟的影响很小;同等情况下,随着包长度的减小,网络饱和吞吐量和平均延迟均减小。影响网络饱和吞吐量和平均延迟的主要因素是包长度,节点数的影响很小,并且节点数对网络生成时间的影响也在可以接受范围之内,这说明网络可扩展性较好。通过占空比和启动间隔时间对网络生成时间的影响的分析,给出了BO和SO的建议取值范围,用于指导实际应用时的系统参数配置。