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ZigBee之帧结构

JLSXY3000  发表于 2024/1/11 14:23:30      2876 查看 3 回复  [上一主题]  [下一主题]

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EEE 802.15.4/ZigBee帧结构的设计原则为在保证网络在有噪音的信道上以足够健壮性的

传输的基础上将网络的复杂性降到最低。每一后继的协议层都是在其前一层添加或者剥除

了帧头和帧尾而形成,IEEE 802.15.4的MAC层定义了4种基本帧结构。


信标帧:协调器用以传输信标。

数据帧:用于传输数据。

响应帧:用于子确认帧已被成功的接收

MAC命令帧:用子处理所有MAC层对等实体的控制传输。


信标帧

       信标帧MPDU由MAC子层产生。在信标网络中,协调器通过向网络中的所有从设备

发送信标帧,以保证这些设备能够同协调器进行同步(同步工作和同步休眠),以达到网

络功耗最低(非信标模式只允许ZE进行周期性休眠,ZC和所有ZR必须长期处于工作状态)。 

 

       信标帧包含MAC服务数据单元(MSDU)、MAC头部(MHR)和MAC尾部(MFR)三部分。

MSDU包含超帧域、未处理数据地址域、地址列表域、信标净荷域;MHR包含帧控制域、

信标序列号和寻址信息域。MFR包含16bit的帧校验序列。


       当MAC层协议数据单元(MPDU)被发送到物理层(PHY)时,它便成为了物理层服务

数据单元(PSDU)。如果在PSDU前面加上一个物理层帧头(PHR)便可构成物理层协议数据

单元(PPDU)。如果再加上一个同步帧头(SHR),则这个数据包便成为最终在空气中传播的数据包。



MSDU = 超帧域+ 示处理数据地址域 + 地址列表域 + 信标净荷域


MHR = 帧控制域+ 信标序列号 + 寻址信息域


MFR = 16BIT的帧校验序列FCS


MPDU = MHR + MSDU + MFR


MAC协议数据单元= MAC帧头 + MAC服务数据单元 + MAC帧尾


PPDU = PHR + PSDU + PFR


物理层协议数据单元 = 物理层帧头 + 物理层数据单元 + 物理层帧尾


空气中最终传播的数据包= PPDU + 同步帧头SHR 


数据帧

       数据帧由高层(应用层)发起,在ZigBee设备之问进行数据传输的时候,

要传输的数据由应用层生成,经过逐层数据处理后发送给MAC层,形成MAC层服务

数据单元(MSDU)。通过添加MAC层帧头信息和帧尾,便形成了完整的MAC数据帧MPDU。

 

       数据载荷传输到MAC子层就称之为MSDU,在MSDU的前面加上MHR,

后面加上MFR就构成了MAC数据帧,也就是MPDU。其中MFR包含帧控制域、

序列号和寻址信息域。MFR由16bitFCS构成。 

       MPDU传输到物理层后就作为物理层数据静载荷,也就是PSDU。PSDU的前面加上

SHR和PHR就形成了PPDU,其中SHR包含前导序列和SFD域;PHR由PSDU的长度值

(字节表示)组成。


应用层生成要传输的数据——>逐层数据处理——>MSDU——>添加MHR、MFR

——>MPDU——>PSDU——>添加SHR、PHR——>PPDU

SHR = 前导码序列 + SFD域

PHR = PSDU长度值 


响应帧

       应答帧由MAC子层发起。为了保证设备之问通信的可靠性,发送设备通常要求

接收设各在接收到正确的帧信息后返回一个应答帧,向发送设备表示已经正确的接收

了相应的信息。

 

       MAC子层应答帧由MHR和MFR组成。MHR包括MAC帧控制域和数据序列号;

MFR由16bit的FCS组形成。


       MPDU传到物理层就形成物理应答帧的净载荷,即PSDU。在PSDU前面加上

SHR和PHR就形成PPDU。其中SHR由前导码序列和SFD域构成;PHR由PSDU的长度

值域构成。


MAC命令帧

       MAC命令帧由MAC子层发起。在ZigBee网络中,为了对设备的工作状态进行控制,

同网络中的其他设备进行通信,MAC层将根据命令类型生成相应的命令帧。

 

       MSDU由命令类域活命令数据域(命令净荷)构成。在MSDU前面加上MHR,

后面加上MFR就形成MAC命令帧,也就是MPDU。其中,MHR包含MAC帧控制域、

数据序列号和寻址信息域;MFR包含了16bitFCS。接着MPDU传输到物理层形成物

理层命令帧静载荷,也就是PSDU。在PSDU的前面加上SHR和PHR就形成物理层命令风阻,

也就是PPDU其中,SHR包含前导序列(保证接收机和符号同步)和SFD域构成;

PHR包含PSDU的长度值(字节表示)。



MSDU = 命令类型域 + 数据域(命令净载荷)

MHR = MAC帧控制域 + 数据序列号 + 寻址信息域

MFR = 16bitFCS 

MPDU = MHR + MSDU + MFR 


超帧结构

       LR-WPAN标准中允许使用超帧结构。超帧格式由协调器定义。超帧由协调器发

送并受网络信标的限制,而且它还被分为16个大小相同的时隙。超帧的第一个时隙

用来传输信标帧。如果协调器不希望使用超帧结构,它就不发送信标。 

 

       信标在网络中用于设备之间的同步、区分PAN和描述超帧结构。任何设备想要

在两个信标之间的竞争接入期(contention Access period,CAP)进行通信,就必须

同其他设备采用时隙免冲突载波检测多路接入CSMA-CA机制进行竞争,所有的处理

必须在下一个网络信标的到达之前完成。超帧有活动和不活动部分(网络休眠区和

网络活动区)。在不活动部分,协调器与PAN之间不能发生联系,并进入低功耗模式。


       对于应用于低延迟或需要在特定数据带宽的情况下,PAN协调器可以用活动超帧

的一部分来实现,这部分称为保证时隙(Guaranteed Time Slot GTS)。保证时隙

(可有多个)形成了非竞争期(CFP),它始终出现在CAP之后和活动超帧之前。

PAN协调器可分配七个GTS,而每个GTS时间不少于一个时隙。然而CAP的有效

部分应当保留,使基于竞争的其它网络设备和新设备能接入网络。所有基于竞争

的传输应当在CFP开始之前完成,同时每个工作在GTS时期的设备应当确保它的

传输在下一个GTS开始和CFP的结束之前完成。


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  • kxdq

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    kxdq   发表于 2024/1/11 14:32:25

    信标帧:协调器用以传输信标。


    数据帧:用于传输数据。


    响应帧:用于子确认帧已被成功的接收


    MAC命令帧:用子处理所有MAC层对等实体的控制传输。


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    引用 kxdq 2024/1/11 14:32:25 发表于2楼的内容

  • jlly0813

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    jlly0813   发表于 2024/1/11 14:32:55

    感谢分享

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    引用 jlly0813 2024/1/11 14:32:55 发表于3楼的内容

  • lvwei1020

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    lvwei1020   发表于 2024/1/11 14:34:01

    信标在网络中用于设备之间的同步、区分PAN和描述超帧结构。

    4楼 回复本楼

    引用 lvwei1020 2024/1/11 14:34:01 发表于4楼的内容

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