Chuẩn IEEE 802.15.4 là một chuẩn truyền thông không dây cho các ứng dụng công suất thấp và tốc độ dữ liệu thấp. Tiêu chuẩn này đã được phát triển cho mạng cá nhân (PAN) bởi nhóm làm việc trong Viện kỹ thuật điện và điện tử (IEEE). Chuẩn IEEE 802.15.4 có tốc độ dữ liệu tối đa là 250.000 bit/s và công suất đầu ra tối đa 1mW. Các thiết bị IEEE 802.15.4 có một phạm vi phủ sóng hẹp trong vài chục mét. Điểm chính trong các đặc điểm kỹ thuật của chuẩn IEEE 802.15.4 là cho phép các bộ thu phát chi phí thấp và ít phức tạp, điều này đã làm cho chuẩn IEEE 802.15.4 phổ biến với mạng cảm biến không dây. Nhiều công ty sản xuất các thiết bị tuân thủ theo chuẩn IEEE 802.15.4.
Bởi sự có mặt khắp nơi của chuẩn IEEE 802.15.4 và sự sẵn có của các bộ thu phát vô tuyến tương thích với IEEE 802.15.4, nên gần đây rất nhiều ngăn xếp vô tuyến công suất thấp đã được xây dựng trên chuẩn IEEE 802.15.4 như là: WirelessHART, ISA100a, IPv6 và ZigBee.
Kích thước tối đa gói tin trong chuẩn IEEE 802.15.4 là 127 byte. Các gói tin có kích thước nhỏ bởi vì chuẩn IEEE 802.15.4 được sử dụng cho các thiết bị với tốc độ dữ liệu thấp. Do lớp MAC thêm vào phần tiêu đề cho các gói tin nên lượng dữ
liệu dành sẵn cho giao thức lớp trên hoặc lớp ứng dụng vào khoảng từ 86 đến 116 byte. Do vậy, các giao thức ở lớp trên thường thêm vào các cơ chế phân mảnh các phần dữ liệu lớn hơn thành nhiều khung theo chuẩn 802.15.4.
Lớp vật lý xác định tần số vô tuyến vật lý, kỹ thuật điều chế và mã hóa tín hiệu. Chuẩn IEEE 802.15.4 hoạt động trên 3 băng tần số vô tuyến được cấp phép miễn phí. Bởi những quy định khác nhau về tần số vô tuyến, nên tần số được cấp phép ở các nước trên thế giới cũng khác nhau. Tại Hoa Kỳ, chuẩn IEEE 802.15.4 sử dụng băng tần 902-982MHz. Tại châu Âu, chuẩn IEEE 802.15.4 sử dụng băng tần 868-868.8MHz. Các nước còn lại thế giới, chuẩn IEEE 802.15.4 sử dụng băng tần 2400-2483.5MHz.
Chuẩn IEEE 802.15.4 định nghĩa 26 kênh hoạt động khác nhau. Trong mỗi băng tần có quy định một số kênh như được chỉ ra trong hình 1.7. Channel 0 được quy định chỉ ở châu Âu và nằm trên băng tần 868MHz. Các kênh từ 1-10 được quy định chỉ ở Hoa Kỳ trên băng tần 902-982MHz. Khoảng cách giữa các kênh là 2MHz. Các kênh từ 11-26 được quy định trên băng tần 2,4 GHz. Khoảng cách giữa các kênh là 5MHz.
Hình 1.7: Chuẩn IEEE 802.15.4 quy định 26 kênh vô tuyến vật lý [8].
Chuẩn IEEE 802.15.4 sử dụng hai loại điều chế vô tuyến tùy thuộc vào tần số kênh. Các kênh từ 0-10 sử dụng khoá dịch pha nhị phân (BPSK), trong khi đó
các kênh từ 11-26 sử dụng khoá dịch pha vuông góc (QPSK). Trên tất cả các kênh, chuẩn IEEE 802.15.4 sử dụng điều chế trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS).
Giống như kỹ thuật điều chế, tốc độ bit là phụ thuộc vào kênh vô tuyến. Tốc độ bit của kênh là 0 là 20.000 bit/s. Đối với các kênh từ 1-10, tốc độ bit là 40.000 bit/s và cho các kênh 11-26 tốc độ bit là 250.000 bit/s.
Hình 1. 8: Các kênh 11-24 IEEE 802.15.4 chồng chéo lên các kênh 802.11. Kênh 25 và 26 không được bao bọc bởi các kênh 802.11. Khi các kênh 1, 6 và 11 của 802.11
được sử dụng, hai kênh 15 và 20 của 802.15.4 không bị ảnh hưởng bởi 802.11. Các kênh vô tuyến IEEE 802.15.4 trong băng tần 2.4GHz chia sẻ tần số vô tuyến của chúng với chuẩn IEEE 802.11 (WiFi) và có một sự chồng lấn với các kênh 802.11. Bởi vì chuẩn IEEE 802.11 có một công suất đầu ra cao hơn nên lưu lượng theo chuẩn 802.11 làm nhiễu lưu lượng theo chuẩn 802.15.4. Hình 1.8 cho thấy sự chồng lấn giữa chuẩn 802.15.4 và chuẩn 802.11. Tất cả kênh theo chuẩn 802.15.4 ngoại trừ kênh 25 và 26 được bao bọc bởi các kênh theo chuẩn 802.11. Khi các kênh 1, 6 và 11 của chuẩn 802.11 được sử dụng thì có 2 kênh của chuẩn 802.15.4 (là kênh 15 và 20) không thấy sự can nhiễu từ lưu lượng của chuẩn 802.11.