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GB／T 42402-2023 信息技术 系统间远程通信和信息交换 6TiSCH网络协议.pdf简介：

GB/T 42402-2023，全称为《信息技术 系统间远程通信和信息交换 6TiSCH网络协议》，是中国制定的一项国家标准，于2023年发布。6TiSCH（Time-Sensitive Networking）是一种专门为工业互联网、物联网等实时性要求高的场景设计的网络协议，它是在IPv6协议栈上扩展的一种时间敏感的通信服务。

6TiSCH网络协议主要关注于提高工业网络中的数据传输可靠性、延迟和带宽的保证。它通过增强网络的时间同步功能，使得数据包能够按照预定义的传输延迟进行发送和接收，这对于工业自动化、远程监控、自动驾驶等对实时性要求极高的场景至关重要。该协议旨在为工业互联网设备提供一个低延迟、高可靠性的通信环境，以支持工业4.0和智能制造的发展。

该标准包括协议设计、实现、测试方法、安全性和互操作性等方面，以确保不同厂家的6TiSCH设备能够在系统间进行远程通信和信息交换，实现标准化和兼容性。它对于推动中国工业互联网的发展，提升工业自动化水平具有重要意义。

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下列术语和定义适用于本文件。

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6TiSCH网络IPv6over theTSCH Mode of IEEE 802.15.4 一种IEEE802.15.4时隙跳频模式的IPv6无线网络。

DB51／T 2693-2020 地理空间政务数据资源目录规范iSCH网络IPv6over theTSCH Modeof IEEE 种IEEE802.15.4时隙跳频模式的IPv6无线网纟

3.14 接入协议joinprotocol 包括身份验证、授权和参数分配，允许待人网节点加人网络的协议。 3.15 时隙跳频timeslottedchannelhopping 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。 [GB/T26790.1—2011,定义3.1.40] 3.16 轨迹track 从6TiSCH源节点到目的节点的有向路径。 3.17 增强信标enhancedbeacon 包含信息元素（而不是超帧规范）的信标，用于描述网络的各种属性。 3.18 信息元素informationelement 媒体访问控制报头末尾由类型一长度一值字段组成，并用于在层或设备之间传递数据的域， 3.19 调度函数schedulingfunction 控制调度单元的动态属性以适应可变流量的动态变化的调度单元管理实体。 3.20 入网代理joinproxy 为待人网节点和人网注册器间连接提供转发的6TiSCH网络节点，

6TiSCH网络融合了IPv6技术与IEEE802.15.4时隙跳频模式通信技术，IPv6技术支持 连接到基于IP的网络，IEEE802.15.4时隙跳频模式可保证链路的确定性。

6TiSCH网络架构如图1所示，6TiSCH网络组成需要考虑下列要求： a）6TiSCH网络从逻辑上包含有一个或多个MESH型LLN子网，这些LLN以时隙跳频模式同 步运行； b）多个6TiSCH网络可通过IPv6骨干网实现互联以及同步，可通过边界路由器接入外部IPv6 网络，利用连接到充当RPL根和/或6LoWPAN6LBR节点的路由注册器，可将6TiSCH网络 通过骨干网连接到更大的外部网络； c）根据6TiSCH网络中各设备在网络运行中承担的逻辑角色： 1）加人6TiSCH网络的无线节点设备； 2）网络互联与管理设备。6LBR为特殊的6TiSCHLLN节点，6LBR充当RPL根节点 6LoWPAN头部压缩终止、连接外部网络的LLN边界路由。6BBR为代表6TiSCH节点 在骨十网上执行代理IPv6ND操作的路由注册器，6BBR在沿骨十网的传感网一侧放置 并对多个无线链路聚合以形成单一多链路子网。多个6BBR通过骨干网彼此同步，以确 保IPv6子网的多个LLN保持紧密同步。PCE以高效和非冲突的方式协调单个链路上 的通信，NME负责远程监控和设备调度以及资源管理，并与PCE交互从而优化受限设备 的交互次数和负载。

6TiSCH网络架构

6TiSCH网络协议栈参考模型符合GB/T9387.1一1998OSI参考模型，采用分层设计架构，但自底 向上只定义PHY层、DLL层、NL层、TL层和AL层。DLL层包括MAC和6top（6TiSCH操作子层） 图2所示为6TiSCH网络协议栈与OSI参考模型的映射关系。 6TiSCH规范了一组支持以集中式或分布式方式实现时隙跳频调度相关的协议，6TiSCH网络 PHY层基于IEEE802.15.4:2020协议，MAC子层基于IEEE802.15.4：2020时隙跳频MAC，NL层混 合6LoWPAN、IPv6、RPL、ICMPv6等协议，TL层采用UDP协议，AL层基于CoAP协议。6top是 6TiSCH中定义的逻辑链路控制子层，为基于IEEE802.15.4时隙跳频模式传输的IPv6数据包提供 适配。 6TiSCH协议栈参考模型给定的协议组件和/或技术选择并不一定最优，针对具体应用，可对协议 组件和/或技术选择进行组合、替换以构建不同解决方案。

图26TiSCH网络协议层与OSI参考模型的映射关系

图3 6TiSCH协议栈结构的概念略图

66TiSCH协议栈组件

TiSCH协议栈基于IEEE802.15.4：2020标准构建

6TiSCH协议栈的PHY层应符合IEEE802.15.4：2020中第10章规定的物理层的一般功能要 HY层执行射频模块开启和关闭、通信信道的选择、链路质量指示以及通过物理媒介发送和接收委

6.1.3物理层服务规范

6.1.3物理层服务规范

6.1.3.1物理层参考模型

图 物理层参考模型以及相关的组件和接口

物理层常数定义了物理层特征，物理层常数在IEEE802.15.4：2020的11.2中规范。这些常数依 更件.在运行期间不能更改

6.1.3.3物理层PIB

6TiSCH协议栈的DLL层基于IEEE802.15.4：2020时隙跳频MAC子层，并对其进行了扩展，定 义了6top子层。 DLL层使用PHY层提供的服务接口，向其用户提供时钟同步、时隙操作、数据传输和系统管理服 务，主要任务是保证6TiSCH节点间的可靠、安全、无误、实时地传输，

6.2.2数据链路层参考模型

数据链路层服务参考模型以及相关的组件和接口如图5所示。

6.2.3.1MAC子层功能要求

6TiSCH网络的MAC子层采用基于时隙帧的时隙跳频机制，支持数据帧无碰撞、实时可靠地发 接收。MAC子层的功能包括信标管理、信道访问、时隙管理、顿验证、带确认的帧发送、发送连 开请求，以及为实现适合于应用程序的安全机制提供服务。

6.2.3.2.1时隙帧

6TiSCH网络通信采用严格时间同步的时隙通信方式。网络中的所有节点都是时间同步的，网络 时间被格式化成时隙，要求每个时隙长度可保证节点间进行一次帧发送和ACK回复。节点应遵循时 分多址方式进行通信。时隙化通信方式减少冲突，节省能量，保证通信确定性。 时隙跳赖网络通信采用时隙顿取代超顿。时隙顿包含对等方之间的已定义的通信周期，与超顿不 同，时隙帧和设备在时隙顿中分配的时隙最初可通过信标进行通信，但是通常在设备加入网络时由上层 协议配置。 时隙帧结构如图6所示，时隙帧是一定数量时隙组成的循环，采用ASN对时隙进行计数。根据时 隙帧长度和ASN：可计算出时隙帧内对应的时隙偏移

时隙顺长度根据不同应用需求调整，根据参与方设备的共享时间自动重复，并且不需要信标来初始 化通信。在特定的时间间隔内，时隙数目决定时隙帧的重复速度，时隙数目越少，则时隙帧长度越短且 时隙帧重复越快，进而可用带宽增加，但功耗也相应增加。 与超帧不同，时隙帧没有信标帧界定帧起始，时隙内的数据收发按照IEEE802.15.4e：2012中 5.1.4.2a.1规定的时隙通信方式进行。

DB34／T 1859-2020标准下载6.2.3.2.2信道跳频

信道跳频是一种抗多径衰落和信道干扰的技术。节点对的通信频率是绝对时隙和信道偏移的 通信频率f由公式（1)计算

f=F[(S+Co)%Cn

F一一表查找函数，表项由可用信道组成，表项长度等于可用信道数目； %一一取余； S一一绝对时隙； Co一一信道偏移； Cn一一可用信道数。 被调度节点对的信道偏移和ASN保持一致，其通信频率相同。在时隙帧下一个周期，节点对的通 信频率随着绝对时隙和信道偏移的改变而改变。选取不同的信道偏移，同一时隙可同时进行多个通信。 信道跳频示例见附录A的A.1。 时隙跳频模式在共享链路上通信时采用CSMA/CA算法进行发送和重传。当共享链路中遇到传 输失败时，CSMA/CA设置BE为最小值，然后MAC子层数据发送以共享链路为单位进行回退，回退 数目为[0，2距一1]区间中的一个随机数。共享链路重传再次失败时，BE加1，直到达到最大回退值。 共享链路重传成功时，BE再次初始化为最小值。当重传次数达到设定门限值，MAC子层停止重传并 通知上层。

6.2.3.2.3时隙跳频通信

时隙跳频通信模型如图7所示，融合了时分多址和频分多址两种方式。网络中所有节点共享相同 时间和信道信息，通信资源以ASN和信道偏移为基础划分，信道偏移按照[0，1，2，依次进行编号 信道偏移最大取值受限于可用信道数目，可采用黑名单将低质量信道进行屏蔽。调度单元（cell)分配给 MAC子层进行单播或广播通信，时隙跳频通信由时隙、信道偏移以及动作属性表征，即安排节点在特 定时隙内的动作，如发送、接收或者睡眠。例如，图7中，在ASN一2内，发送端C与接收端A在信道 完成收发动作，同时发送端B与接收端D在信道15完成收发动作

《道路旅客运输企业等级 JT/T630-2005》图7 时隙跳频通信模型

6.2.3.2.4信道分配与使用矩阵