2024-01-11
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。
评论3
楼主 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。
楼主 2024/1/11 14:32:55
感谢分享
楼主 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。
