IEEE802154协议MAC层介绍.docx

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1、1.1.1超帧结构低速无线个域网允许可选择性的运用超帧(SUPerfram0)结构.超帧的格式由怖调器确定。在运用超帧结构的模式下，协渊器会依据设置周期性的发送信标帧(beacon),而超帧正是由网络中的信标帧划分的，中间的区域称为竞争接入期(CAP,contentionaccessperiod),如图1.1所示。假如协调器不须要运用超帧结构,它可以停止发送信标帧，信标帧可以用来识别个域网,同步个域网中的设.描述超帧结构等.图1.l不包含GTSS的超帧结构针对网络负荷较低的状况或要求特定传输带宽的状况，协调器可以从超帧中划分出一部分时间，特地为这样的传输昱求服务,被划分Hl的时间称为保证时I(

2、GTSs.Guaranteedtimeslots),一个超帧中保证时隙的集合称为非竞争接入(CFP.contention-freeperiod).它往往冢跟在竞争接入期的后面，如图1.2所示。保证时隙传输模式也是可选的，由一般设备向个域网协调器中消，l调器会依据当前的资源状况赐予答复，并通过信标帧将下一个拉帧的结构广播到网络中”竞争接入期中的数据传输必需在非竞争接入期起先之前结束：同样，非竞争接入期中每个保证时隙里的数据传输也要在下一个保证时隙起先之前或非竞争接入期的终点之前结束.图1.2包含GlSS的超帧结构超帕往往被分为活跃期(active)和非活跃期(inactive)。在活跃期.协调器

3、负货组织维持该网络,个域网中的各设备间可以进行数据通信：而在非活跃期中，个域网协调器和一般设条可以进入低功耗模式，个域网中各设备不进行数据传输.一个完整的超帧结构如图1.3所示，图13完整的超帧结构描述超帧结构的G为BO(BeaconOrder)和SOCSuperframeOrder)其中,Bo确定发送信标帧的周期,也即一个超模的长度BKbeaconinterval),见(l.D：SO确定个超帧中活跃期持续的时向.即SD(SUPerframeduration).见(1.2).其中，HBaSeSUPerframeDUratiOn为960SymbOIs”依据协议的规定，BO的取值范围为。到14,当

4、BO为15时，表示不运用超做结构：SO的取之范用也是0到14,但必需保证SO不大于BO,当So等于BO时，表示该超帧中不包含非活跃期，BI=UBaseSuperframeDUraliOnX2,0BO14(1.1)SI)=aBaseSuperframeDuration2,0SOBO14(1.2)1.1.2MAC层帧结构和帧分类IEEE802.15.4MAC层帧结构的设计是以用最低困难度实现在多噪声无线信道环境下的率常数据传输为目标的。年个MAC子层的帕翔包含幢头、负致和帧足三部分.帧头潴分由帧累制信息、帧序列号和地址侑息组成,MAC子层的负我部分长度可变，负载的详细内容由帧类型确定.顿尾部分是帧

5、头和负载数据的16位CRC校验序列.在MAC了层中设备地址有两种格式：16位(两个字节)的短地址和64位(8个字节)的扩展地址,16位短地址是设备及个域网协调器关联时由协调器安排的个域网内局部地址：64位扩展地址则是全球唯一地址，在设备进入网络之前就安排好了”16位短地址只能保证在个域网内部是唯一的,所以在运用16位短地址通信时为婴组含16位的个域网网络标识符4行点:义”两种地址类型地址信息的长度是不同Octets214/102variablevariablevariable2FramecontrolSequencenumberAddrCSSingfieldSuperframeSpecific

6、ationGTSfieldPendingAddressfieldBeaconpayloadFCS网MACpayload,*ttHl)-IkMikfftH2):r.rr.76用干m校长的.所以MAC柏头的长度也是可变的.一个数据帧运用哪种地址类型由帧限制字段标识。IEEE802.15.4协议共定义了四种类型的帧:信标帧，数据帧,确认帧和MAC吩咐帧.1)信标帧图1.4信标顿格式信标帧的负软数据单元可分为四部分：超帧描述字段、GTS安排字段、侍转发数据目标地址字段和信标帧负载数据，SuperframeSDeCifiCation:借标帧中超帧描述字段规定fi亥超帕的持续时间,活跃期持续时间以及竞争接

7、入期持续时间等信息。GTSfield:GTS安排字段将非竞争接入期划分为若个GTS,并把每个GTS详细安样给相应设备,PendingAddressfield:转发数据目标地址列出了及个域网协调器保存的数据相对应的设备地址一个设备假如发觉自己的地址出现在待转发数据目标地址字段里，则表明协调器存有属于该设备的数据，所以它就会向为调器发出恳求传送数据的UAC吩咐帧.BeaConPayIoad;信标帧负毂数据为上层协议供应数据传输接口。例如在运用平安机制的时候,这个负我域将依据被通信设备设定的平安通信协议填入相应的信息。在不运用超领结构的网络里，协调器在其他设备的恳求下也会发送信标帧,此时信标帧的功掂

8、足协助协调器向设备传输数据,整个帧只有待转发数据目标地址字段有意义。2）数据帧Octets210/20/2/80/20/2/8variable2FrameControlSequenceNumberDestinationPANJdentifierDestinationAddressSourcePANIdentifierSourceAddressDTPayloadFrameCheckSequenceMACHeaderMACPayloadMACFooter图1.5数据帧格式数据帧用来传输上层传到MAC子层的数据，它的负载字段包含上层须要传送的数据.数据负载传送至MAC子层时,被称为MAC服务数据总元

9、。它的首尾被分别附加头信息和尾信息后，就构成了MAC帧.MAC帧件送至物理层后，就成为了物理帧的负收,该负载在物理层被“包装”，其首部增加了同步信息和帧长度字段.同步信息包括用于同步的前导码等,帕长度字段运用一个字节的低7位标识MAC帕的长度，所以MC帧的长我不会超过127个字节.3)确认帧Octets212FrnnleControlSequenceNumberFrameCheckSequenceMACHeaderMACFooter图1.6确认帧格式假如1设备收到目的地址为其自身的数据帧或MC吩咐帧，并且帧的限制信息字段的确认恳求位械置1.则设法须要回应一个确认帕，确认帧的序列号应当及被确认帧

10、的序列号相同，负我长度为零.确认候紧接着被确认帧发送，不须要运用CSMAYA机制竞争信道，4)WAC吩咐帧Octets214-201variable2FrameControlSequenceNumberAddressingFieldCoirfliandFrameIdentifierCommandPayloadFrameCheckSequenceMACHeaderMSIKlMACFooter图1.7MAC帧格式MAC吩咐帧用于组建个域网，传输同步数据等。目前定义好的吩咐帧主要完成三方面的功能：把设备关联到个域网,及协调器交换数据，安排GTS。吩咐帧在格式上和其他类型的物没有太多的区分，只是帧限制

11、字段的帧类型位有所不同。1. 1.3数据传输模式依据IEEE802.15.4协议，低速无线个域网中存在着三种数据传愉方式：设备发送数据给协调器、协调器发送数据给设备和时等设备之间的数据传输,在星形拓扑结构的网络中只存在着前两种数据传输方式，这是因为数据只在协调器和设备之间交换，设备之间的数据传输也要通过协调器来转发：而在点对点里拓扑结构网络中，三种数据传输方式都存在.同时，依据超帧结构存在及否，低速无线个域网的通信模式又可以分为信标使能通信和信标不使能通信.1) 设备发送数据给协刑器在信标使能通信中,当设备要向协调器发送数据时,设饴必需先接收协诩器向网络中的广播的信标帕，当收到信标帧后，设备可

12、以和协调器及网络中的其它设备在超恸上保持同步。然后设符可以适用SlOttedCS皿-CA竞争信道资源，向协询器发送数据帧.当协谢胜利接收到数据帧后，协调器可以选择发送确认帧(ACK)给设备，发送确认核时不须要通过CSMA-CA去竞争信道资源,而是紧聚若在数据顿之后发送。当设备胜利收到确认帧后，本次通信结束，整个过程如图1.4所示。图1.8信标使能模式中设备向协诩器发送数据在信标不使能通信模式中当设备要向协调器发送数据时设各可以干脆运用UnsloltcdCSMA-CA竞争信道资源，向协调器发送数据帧.当协调器胜利接收到数据帧后，协调战也可以选择发送确认帧(AQo给设备。确认恢不须要通过CS胴-C

13、A去竞争信道资源，而是紫姬在数据帧之后发送.当设备胜利接收到确认帧后，本次通信结束.整个过程如图1.5所示。图1.9信标不使俄模式中设备向协调器发送数据以上的传输方式又称为干脆传愉模式(direct),2) 为调器发送数据给设省在信标使能模式通信中，当协谢器要向设备发送数据时,协调洪会将该信息保存在信标帧中向整个网络广播，设备会周期性的接收网络中的协调战发送的信标帧,当设备从信标帧中得知有自身要接受的数据时，设备将通过slottedCSMA-CA竞争信道资源发送MAC吩咐帕恳求接收数据。当协调器胜利接收到该恳求接收数据吩咐帧后，协调俄可以选择发送确认帧给设备。然后协调器可以通过SlOttedC

14、SMA-CA竞争信道资源发送数据给设笛。设备通过发送确认帧来保障这次通信胜利，当协调跳收到确认帧时，本次通信结束.整个过程如图1.6所示。图1.10信标使能模式中协询向设备发送数据在信标不是他通信模式中，当协陶器要向设品发送数据时，协调器将先保存数据等待设备恳求,设备会定期的通过UUSIoltedCSMA-CA竞争信道资源传输UAC吩咐帧恳求接收数据，协两器胜利接收到该恳求接收数据的吩咐帧后可以发送确认帧确认，假如的确有该设备将要接受的数据，协调器将通过UnSlottedCSMAYR竞争信道资源发送数据帧给设备：线如没有，协调战会发送负载为空的数据帧给设备，表示没有该设备要接受的数据。设需通过发送确认帧来保障这次通信胜利，当协谢接收到确认帧后，本次通信结束。整个过程如图1.7所示.Rl1.11信标不使能桢式中协调器向设需发送数据以上的传输方式又称为间接传输模式，