備考-課件精簡版

無線網(wǎng)絡(luò)按覆蓋范圍的分類結(jié)果無線個域網(wǎng)WPAN,WirelessPersonalAreaNetworks無線局域網(wǎng)WLAN,WirelessLocalAreaNetworks無線城域網(wǎng)WMAN,WirelessMetropolitanAreaNetworks無線廣域網(wǎng)WWAN,WirelessWideAreaNetworks移動自組織網(wǎng)絡(luò)MANET,MobileadhocNetworksIEEE802.15802.15.1兼容BlueTooth技術(shù)802.15.2WLAN與WPAN共存性802.15.3高數(shù)據(jù)傳輸率的WPAN802.15.3a物理層為超寬帶802.15.3c物理層為毫米波802.15.4低數(shù)據(jù)傳輸率的WPAN（Zigbee）802.15.4a物理層為超寬帶802.15.4b低速家用無線網(wǎng)技術(shù)802.15.5網(wǎng)狀網(wǎng)WPAN技術(shù)IEEE802.15各工作組的任務(wù)ZigBee信標(biāo)的凈荷包括協(xié)議標(biāo)識、協(xié)議棧子集（特性集）、協(xié)議版本、路由器接受標(biāo)志、設(shè)備深度、末端設(shè)備接受標(biāo)志、擴展PAN標(biāo)識、信標(biāo)時間偏移、網(wǎng)絡(luò)更新標(biāo)識等。協(xié)議標(biāo)識（protocolID）：標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，0x00表示使用ZigBee網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。協(xié)議棧子集（stackprofile）：指定了對協(xié)議棧各可選特性的選擇以及參數(shù)范圍。協(xié)議版本（nwkcProtocolVersion）：目前有ZigBee2004、ZigBee2006和ZigBee2007

3個版本，分別對應(yīng)取值為0x00、0x01、0x02。路由器接受標(biāo)志和末端設(shè)備接受標(biāo)志：分別表示是否接受路由器設(shè)備和末端設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)。設(shè)備深度：表示信標(biāo)發(fā)送設(shè)備在樹形拓?fù)渲械纳疃?，?x00表示是做為樹根的協(xié)調(diào)器，在網(wǎng)狀拓?fù)洚?dāng)中，這個參數(shù)意義不大。ZigBee協(xié)議的版本類型ZigBee技術(shù)的特點1.低功耗由于ZigBee的傳輸速率低,發(fā)射功率僅為1mW,而且采用了休眠模式,功耗低，因此ZigBee設(shè)備非常省電。據(jù)估算,ZigBee設(shè)備僅靠兩節(jié)5號電池就可以維持長達(dá)6個月到2年左右的使用時間。2.低成本由于ZigBee模塊的復(fù)雜度不高，ZigBee協(xié)議免專利費，再加之使用的頻段無需付費，所以它的成本較低。

ZigBee技術(shù)的特點:

低功耗、低成本、時延短、網(wǎng)絡(luò)容量大、可靠、安全3.時延短通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短,典型的搜索設(shè)備時延30ms,休眠激活的時延是15ms。相比較,藍(lán)牙需要3～10s、WiFi需要3s。4.網(wǎng)絡(luò)容量大一個星型結(jié)構(gòu)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個從設(shè)備和一個主設(shè)備,一個區(qū)域內(nèi)可以同時存在最多100個ZigBee網(wǎng)絡(luò),而且網(wǎng)絡(luò)組成靈活。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)中可有65000（255^2=65025）多個節(jié)點。

ZigBee技術(shù)的特點:

低功耗、低成本、時延短、網(wǎng)絡(luò)容量大、可靠、安全5.可靠采取了碰撞避免策略,同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙,避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式,每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。如果傳輸過程中出現(xiàn)問題可進行重發(fā)。6.安全ZigBee提供了基于循環(huán)冗余校驗(CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能；支持鑒權(quán)和認(rèn)證,采用了AES-128的加密算法,各個應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。

ZigBee技術(shù)的特點:

低功耗、低成本、時延短、網(wǎng)絡(luò)容量大、可靠、安全IEEE802.15.4的工作頻段、信道、傳輸速率工作頻段歐洲：868MHz868~868.60.6MHz北美：915MHz902~92826MHz全球：2.4GHz2.4~2.483583.5MHz

工作頻段使用范圍數(shù)據(jù)傳輸速率信道數(shù)2.4GHz2.4~2.4835全世界250kbps16868MHz868~868.6歐洲20kbps1915MHz902~928北美40kbps10IEEE802.15.4的工作頻段、信道、傳輸速率共27個物理信道，信道編號從0到26：915MHz2MHz中心頻率：906,908,…，9242.4GHz5MHz中心頻率：2405,2410，…，2480現(xiàn)在市場上應(yīng)用大多數(shù)是2.4GHz頻段服務(wù)數(shù)據(jù)單元和協(xié)議數(shù)據(jù)單元兩種數(shù)據(jù)單元：服務(wù)數(shù)據(jù)單元——SDU：ServiceDataUnit進入每個子層未被處理的數(shù)據(jù)稱為服務(wù)數(shù)據(jù)單元協(xié)議數(shù)據(jù)單元——PDU：ProtocolDataUnit經(jīng)過子層處理后形成特定格式的數(shù)據(jù)被稱為協(xié)議數(shù)據(jù)單元物理層幀結(jié)構(gòu)中各字段的意義PPDU報文數(shù)據(jù)同步頭(SHR)：用于數(shù)據(jù)流同步物理層報頭(PHR)：含有幀長度信息凈荷：承載MAC幀數(shù)據(jù)右邊表格，記??！物理層幀結(jié)構(gòu)中各字段的意義同步頭(SHR)：包含前導(dǎo)字段和幀起始符。前導(dǎo)字段：長度為32bit都是“0”，進行碼片同步和符號同步。幀起始符：表明了同步頭的結(jié)尾以及真正的物理層幀頭的開始，長度為1字節(jié)，從低位到高位分別設(shè)置為“1,1,1,0,0,1,0,1”，可以用于幀同步，即找到物理層幀真正的起始位置。物理層幀結(jié)構(gòu)中各字段的意義物理層幀頭1字節(jié)，其中低7bit用于表示物理層幀的長度，剩下1bit預(yù)留位；物理層凈荷即物理層服務(wù)數(shù)據(jù)單元PSDU，最大為127字節(jié)；整個物理層幀又稱為物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PPDU）IEEE802.15.4各頻段的調(diào)制方式物理層幀形成之后會按照發(fā)送順序（從低位到高位，從左往右）進行發(fā)射端的基帶處理；3個頻段采用不同的調(diào)制方式：868\915MHz：差分編碼→比特碼片變換→BPSK調(diào)制2.4GHz：比特符號變換→符號碼片變換→O-QPSK調(diào)制2.4GHz的調(diào)制方式將數(shù)據(jù)每個字節(jié)的低四位與高四位分別映射組成數(shù)據(jù)符號；每種數(shù)據(jù)符號又被映射成32位偽隨機噪聲數(shù)據(jù)碼片；數(shù)據(jù)碼片序列采用半正弦脈沖波形的偏移四相移相鍵控技術(shù)(O-QPSK)調(diào)制。IEEE802.15.4中的四種原語類型四種類型的原語①Request：請求原語用于上層向本層請求指定的服務(wù)。②Confirm：確認(rèn)原語本層用于響應(yīng)上層發(fā)出的請求原語。③Indication：指示原語由本層發(fā)給上層用來指示本層的某一內(nèi)部事件。④Response：響應(yīng)原語用于上層響應(yīng)本層發(fā)出的指示原語。本文中原語遵循了“SAP名稱-原語功能．原語類型”的書寫規(guī)則。如：“MLME-ASSOCIATE．request”表示MLME-SAP上提供的關(guān)聯(lián)請求原語。IEEE802.15.4物理層數(shù)據(jù)收發(fā)的原語過程數(shù)據(jù)收發(fā)相關(guān)原語PD-DATA.request的參數(shù)包括要發(fā)送的數(shù)據(jù)的長度psduLength(必須小于等于127字節(jié))要發(fā)送的數(shù)據(jù)psdu。圖物理層數(shù)據(jù)收發(fā)過程右圖，記??！PD-DATA.confirm參數(shù)只有一個發(fā)送數(shù)據(jù)的狀態(tài)statusSUCCESS（ox07）發(fā)送成功BUSY-TX（0x02）發(fā)送時發(fā)射機正在發(fā)送RX-ON（0x06）接收機正打開（接收時不能發(fā)送）TRX-OFF（0x08）發(fā)送時收發(fā)機正關(guān)閉后3種均是失敗狀態(tài)，發(fā)射機丟棄要發(fā)送的數(shù)據(jù)；PD-DATA.indication的參數(shù)包括接收數(shù)據(jù)的長度psduLength接收到的數(shù)據(jù)psdu接收數(shù)據(jù)鏈路的質(zhì)量ppduLinkQuality(即后面物理層測量要講到的LQIIEEE802.15.4物理層數(shù)據(jù)收發(fā)的原語過程物理層的三種測量物理層的測量主要是為了給高層協(xié)議操作提供參考依據(jù)，包括對接收數(shù)據(jù)信號質(zhì)量的測量信道的能量水平檢測空閑信道評估空閑信道評估的3種方式空閑信道評估過程MAC層通過PLME-CCA.request原語要求物理層對信道進行空閑評估，該原語不帶有任何參數(shù)；物理層進行空閑信道評估后，通過PLME-CCA.confirm原語把結(jié)果返回給MAC層，該原語的參數(shù)為信道狀態(tài)值status表示信道是忙BUSY還是空閑IDLE，或者表示收發(fā)機為關(guān)閉TRX-OFF狀態(tài)而無法進行信道評估。圖物理層空閑信道評估空閑信道評估的3種方式對信道的空閑狀態(tài)進行評估，可以采用3種不同的方式：方式1：只檢測能量，如果檢測信道的能量超過所設(shè)定的門限值就認(rèn)為該信道忙，該門限值至少超過接收機靈敏度10dB；方式2：僅檢測信道中是否存在遵循IEEE802.15.4的信號，即如果檢測到就認(rèn)為該信道忙；方式3：既檢測能量，又檢測信道是否存在遵循IEEE802.15.4的信號，如果檢測到IEEE802.15.4的信號，并且其能量超過所設(shè)定的門限時，則認(rèn)為該信道忙。具體采用哪種方式根據(jù)物理層屬性phyCCAMode的值決定，該值從1~3分別表示第一到第三種方式。無論哪種方式，信道評估的檢測時間持續(xù)8個符號時隙。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備類型

（從不同層劃分）及其功能（從物理實現(xiàn)角度）IEEE802.15.4中定義了兩種類型的設(shè)備全功能設(shè)備（FFD，F(xiàn)ullFunctionDevice）和縮減功能設(shè)備（RFD，ReducedFunctionDevice）。兩個FFD之間、FFD和RFD之間可以互相通信，而兩個RFD之間不能直接通信，必須通過FFD進行中轉(zhuǎn)。之所以要規(guī)定兩種設(shè)備類型，主要是考慮盡量降低整個網(wǎng)絡(luò)的成本。網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中部分設(shè)備的功能是比較強的，如要負(fù)責(zé)一些網(wǎng)絡(luò)維護的工作，但如果所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都支持這么強的功能，就會增加整個網(wǎng)絡(luò)的成本，而實際上很多設(shè)備并不需要那些比較強的功能，它們只需要實現(xiàn)最基本的功能，這樣就能大大降低整個網(wǎng)絡(luò)的成本，特別是當(dāng)這類基本設(shè)備的數(shù)量比較大的時候。（從網(wǎng)絡(luò)組成的角度）IEEE802.15.4定義了3種設(shè)備：PAN協(xié)調(diào)器（PANCoordinator）、協(xié)調(diào)器（Coordinator）和設(shè)備（Device）；PAN協(xié)調(diào)器在整個網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中是唯一的，它一般是建立網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，功能最強大、成本最高；協(xié)調(diào)器在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中可能有很多個，要承擔(dān)一些網(wǎng)絡(luò)維護的功能，成本居中；PAN協(xié)調(diào)器是特殊的協(xié)調(diào)器，以后如果沒有區(qū)分，那么協(xié)調(diào)器也包括PAN協(xié)調(diào)器；設(shè)備是網(wǎng)絡(luò)的末端節(jié)點，一般是最簡單、成本最低的設(shè)備；RFD只能做為設(shè)備，而FFD可以做為3種設(shè)備當(dāng)中任意一種；ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備類型

（從不同層劃分）及其功能WPANZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型ZigBee支持的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问接腥N：星型拓?fù)洌⊿tar）樹型拓?fù)洌═ree）網(wǎng)狀拓?fù)洌∕esh）在星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，PAN協(xié)調(diào)器作為唯一的中心控制節(jié)點，其他設(shè)備都只跟PAN協(xié)調(diào)器進行直接通信；在Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，除了RFD之外，其他設(shè)備之間可能可以互相進行通信，不一定需要通過PAN協(xié)調(diào)器進行通信；設(shè)備的兩種地址及其優(yōu)缺點MAC地址是MAC層通信當(dāng)中表示設(shè)備的標(biāo)識，它用于MAC層的通信。MAC層規(guī)定兩種地址短地址（shortaddress）：臨時分配的地址，即設(shè)備加入到網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中才會分配的地址，長度為16比特，短地址在MAC層中用屬性macShortAddress來記錄；擴展地址（extendedaddress）：一般是一個長期固定的地址，設(shè)備出廠的時候就已經(jīng)固化，一直伴隨設(shè)備直至它壽命結(jié)束都不會更改，在MAC層是用一個常數(shù)aExtendedAddress來表示的，長度為64比特，又稱“IEEE地址”，它是全球唯一的地址，根據(jù)它可以唯一區(qū)分不同的設(shè)備，因此需要有相關(guān)的部門對它進行統(tǒng)一的分配，通常廠家會申請一段地址空間，然后生產(chǎn)出來的設(shè)備的擴展地址從所分配的地址空間當(dāng)中選擇。類比：學(xué)號與身份證號設(shè)備的兩種地址及其優(yōu)缺點擴展地址的優(yōu)缺點優(yōu)點：可以唯一區(qū)分不同的設(shè)備。缺點：開銷太大。源和目的兩個地址占用16字節(jié)，相對于所攜帶的信息可能有些長，即使相對于127字節(jié)的物理層最大凈荷也是一筆不小的開銷（約13%的信息量）。短地址的優(yōu)缺點優(yōu)點：開銷小。源和目的兩個地址占用4字節(jié)，可以節(jié)省12字節(jié)的開銷。缺點：會引起地址沖突的問題。16比特最多有65536種取值，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點比較多的時候，地址沖突的問題就會顯現(xiàn)出來。如果是源地址沖突，那么目的節(jié)點不知道是哪個節(jié)點給它發(fā)送數(shù)據(jù)，如果是目的地址沖突，那么源節(jié)點可能把數(shù)據(jù)發(fā)送到錯誤的目的節(jié)點；MAC層幀結(jié)構(gòu)中各字段的意義幀頭（Header）由幀控制域(framecontrol)、幀序列號(sequencenumber)和地址域(addressingfields)組成。負(fù)載（Payload）長度可變，具體內(nèi)容由幀類型決定。幀尾（Footer）是幀頭和負(fù)載數(shù)據(jù)的16位循環(huán)冗余碼校驗(CRC)序列。MAC層幀MAC層的數(shù)據(jù)幀封裝在物理層幀當(dāng)中發(fā)送，而接收到的物理層幀經(jīng)過解封裝后會得到MAC層數(shù)據(jù)幀。MAC層幀控制域中各字段的意義幀控制域包含了基本的幀信息，長度為16bit：比特0~2是幀類型（FrameType）：0b000、0b001、0b010、0b011分別表示信標(biāo)幀、數(shù)據(jù)幀、應(yīng)答幀、命令幀，其他值預(yù)留。比特3是安全使能標(biāo)志（SecurityEnabled），1表示對該幀使用安全機制，0表示不使用安全機制。比特4是后續(xù)幀控制位（FramePending），1表示后續(xù)還有更多的數(shù)據(jù)幀要發(fā)送給接收設(shè)備，0表示沒有。比特5是應(yīng)答標(biāo)志（AckRequest），1表示該幀需要應(yīng)答，0表示該幀不需要應(yīng)答。比特6是PAN標(biāo)識壓縮標(biāo)識（PANIDCompression）1表示采取PAN標(biāo)識壓縮模式，表明當(dāng)前幀是在同一PAN范圍內(nèi)，只需要目的地址與源地址，而不需源PAN標(biāo)識符；0表示不采用PAN標(biāo)識壓縮模式，表明當(dāng)前幀是不在同一PAN范圍內(nèi)，不僅需要目的地址與源地址，源PAN標(biāo)識符與目的PAN標(biāo)識符均需要。MAC層幀控制域中各字段的意義比特10與比特11表示目的地址模式00表示不存在PAN標(biāo)識和地址域；01是預(yù)留值；10表示后面的地址域為16位短地址；11表示地址域為64位擴展地址。比特12和比特13表示該幀的版本0x00表示與2003版本兼容；0x01表示該幀為2006版本。比特14與比特15表示源地址模式00表示不存在PAN標(biāo)識和地址域；01是預(yù)留值；10表示后面的地址域為16位短地址；11表示地址域為64位擴展地址。MAC層幀控制域中各字段的意義設(shè)備在MAC層需要維護的兩個序列號設(shè)備需要維護兩個序列號一個用于信標(biāo)的序列號BSN，BSN用MAC層屬性macBSN來記錄。一個用于數(shù)據(jù)幀、命令幀和應(yīng)答幀的序列號DSN，DSN用MAC層屬性macDSN來記錄。每發(fā)送一個對應(yīng)的幀，DSN或者BSN都會增一，如果超過最大值就變成全零值。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中各層的幀類型MAC層的四種幀信標(biāo)幀：是一種特殊的幀，只能由協(xié)調(diào)器發(fā)送

其MAC凈荷:2字節(jié)的超幀規(guī)格、GTS域、緩存地址域和信標(biāo)規(guī)格。MAC數(shù)據(jù)幀:用于一般的通信過程

其MAC凈荷:全部是數(shù)據(jù)凈荷MAC應(yīng)答幀:用于保證通信的可靠性

其

:不攜帶任何MAC層凈荷MAC命令幀:用于MAC層的維護

其MAC凈荷:①1字節(jié)的命令幀標(biāo)識：表示是哪個命令。②命令凈荷：不同的命令會攜帶不同的凈荷。幾種隨機信道接入技術(shù)隨機信道接入技術(shù)：

設(shè)備通信并不占據(jù)固定的資源，為了安排不同設(shè)備之間對資源的使用，通常通過“競爭”的過程來完成。pureALOHA、S-ALOHA、CSMA(1堅持、p堅持、非堅持)、CSMA-CD、CSMA-CAIEEE802.15.4的MAC層

采用的信道接入技術(shù)固定信道接入技術(shù)：每個設(shè)備的通信都占用確定的信道隨機信道接入技術(shù)：設(shè)備通信并不占據(jù)固定的資源頻分多址接入FDMA：不同設(shè)備使用不同頻率進行通信時分多址接入TDMA技術(shù)：不同設(shè)備在不同時間進行通信空分多址接入SDMA技術(shù)：不同設(shè)備在不同空間進行通信碼分多址接入CDMA技術(shù)：通過擴頻碼區(qū)分不同設(shè)備的通信截斷的二進制指數(shù)退避算法截斷的二進制指數(shù)退避算法算法規(guī)則(1)當(dāng)?shù)谝淮伟l(fā)生沖突時，設(shè)置沖突計數(shù)k=1；(2)退避等待一個隨機時間，取值為n個時間片；n為{0,1,2,...,2k–1}中的一個隨機數(shù)；(3)當(dāng)再發(fā)送幀時若又發(fā)生沖突，則k=k+1,但若k加到10后便不再增加,仍維持k=10，即k=min[重發(fā)次數(shù)，10]，轉(zhuǎn)(2)；

(4)設(shè)置一個最大重發(fā)次數(shù)16，超過該次數(shù)，則不再重傳，并報告出錯。n的范圍是0至1023（K=10時）。n的實際取值是由每個以太網(wǎng)站點的隨機程序決定的。隨著連續(xù)沖突次數(shù)的增加，可能產(chǎn)生的退避時間范圍將呈指數(shù)增加。規(guī)定最大重發(fā)次數(shù)不超過16次。CSMA-CD無法直接應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)的原因原因：（1）CSMA/CD協(xié)議要求一個站點在發(fā)送本站數(shù)據(jù)的同時，還必須不間斷地檢測信道，但在無線局域網(wǎng)的設(shè)備中要實現(xiàn)這種功能就花費過大。（2）即使我們能夠?qū)崿F(xiàn)碰撞檢測的功能，并且當(dāng)我們在發(fā)送數(shù)據(jù)時檢測到信道是空閑的，在接收端仍然有可能發(fā)生碰撞，如隱終端問題。（3）即使我們能夠?qū)崿F(xiàn)碰撞檢測的功能，并且當(dāng)我們在發(fā)送數(shù)據(jù)時檢測到信道是忙的，但是實際情況是在接收端根本不會發(fā)生碰撞，如暴露終端問題。超幀中幾個概念信標(biāo)間隔（BeaconInterval，BI）超幀持續(xù)時間（SuperframeDuration，SD）超幀活躍期（ActivePeriod）超幀非活躍期（InactivePeriod）競爭接入時期（ContentionAccessPeriod，CAP）非競爭接入時期（ContentionFreePeriod，CFP）時隙（TimeSlot，TS）保證時隙（GuaranteedTimeSlot，GTS）概念之間的關(guān)系信標(biāo)間隔=超幀活躍期+超幀非活躍期超幀持續(xù)時間=超幀活躍期超幀活躍期=競爭接入時期+非競爭接入時期超幀活躍期=16×TS非競爭接入時期=ΣGTSiGTS=n×TS(n=1,…,15？)超幀中

各種概念

之間的關(guān)系非信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中信標(biāo)的發(fā)送方式802.15.4MAC層非信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)如果信標(biāo)周期變成無限長，那么超幀的結(jié)構(gòu)就沒有作用了，MAC層也支持這種沒有超幀結(jié)構(gòu)的信道接入方式。此時，信標(biāo)并不是周期性地發(fā)送，而是采取按需發(fā)送的方式，即受到信標(biāo)請求的時候才發(fā)送信標(biāo)。此時BO=15，SO的值沒有意義，稱這種非周期發(fā)送信標(biāo)、沒有超幀結(jié)構(gòu)的信道接入方式為“非信標(biāo)方式”；將采用非信標(biāo)方式的網(wǎng)絡(luò)稱為“非信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)”；注意：此時實際上還是有信標(biāo)的，只不過不是周期性發(fā)送的。①②非信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中信標(biāo)的發(fā)送方式802.15.4MAC層非信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)由于沒有超幀結(jié)構(gòu)，因此沒有活躍期和非活躍期之分，也沒有GTS。在非信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，所有信息發(fā)送的信道接入采取CSMA-CA的方式，包括對信標(biāo)請求響應(yīng)發(fā)送的信標(biāo)，也是以CSMA-CA的方式發(fā)送。值得注意的是：與支持超幀結(jié)構(gòu)的信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)相比，非信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的CSMA-CA算法略有區(qū)別：在信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中采用基于時隙的CSMA-CA算法；

在非信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中采用非時隙的CSMA-CA算法；③GTS申請和分配過程GTS請求命令幀格式CommandFrameIdentifier，指示命令幀類型。GTSCharacteristic，指示GTS特性。GTSLength：請求的GTS長度，占多少個超幀時隙。GTSDirection：GTS的方向，“1”表示從PAN協(xié)調(diào)器到設(shè)備，“0”表示從設(shè)備到PAN協(xié)調(diào)器。CharacteristicsType：命令類型指示是申請分配GTS還是申請刪除GTS，“1”表示分配，“0”表示刪除。①②③GTS分配（1）設(shè)備向PAN協(xié)調(diào)器發(fā)送GTS請求命令幀。（2）PAN協(xié)調(diào)器判斷是否要分配GTS，若PAN決定分配GTS，則在信標(biāo)幀中攜帶所分配的GTS信息。（3）設(shè)備通過監(jiān)聽信標(biāo)，來判斷GTS請求是否成功。GTS申請和分配過程GTS的刪除方式GTS刪除①設(shè)備向PAN協(xié)調(diào)器發(fā)送GTS請求命令，請求刪除GTS。將命令類型（CharacteristicType）設(shè)置為“0”。②PAN協(xié)調(diào)器在信標(biāo)幀中指示刪除某個設(shè)備的GTS。協(xié)調(diào)器將GTS的開始時隙設(shè)置為0b0000。③長期沒有收到數(shù)據(jù)，PAN協(xié)調(diào)器自動刪除GTS。對于發(fā)送GTS，PAN協(xié)調(diào)器在連續(xù)2n個超幀沒有收到設(shè)備的數(shù)據(jù)，就認(rèn)為GTS過期。對于接收GTS，PAN協(xié)調(diào)器在連續(xù)2n個超幀沒有收到設(shè)備的應(yīng)答，就認(rèn)為GTS過期。n的取值：BO為0-8時，n=28-BO；BO為9-14時，n=1。MAC層的四種掃描MAC層所定義的4種掃描是：能量掃描、主動掃描、被動掃描和孤立節(jié)點掃描；無論是哪種掃描，都會在一個或者一系列信道上進行，掃描的過程是從最低序號信道起依次掃描，直到最高序號信道。在掃描期間，設(shè)備暫停信標(biāo)的發(fā)送，并且一般忽略與掃描不相關(guān)的其他幀，直到掃描完畢才恢復(fù)正常。MAC層的四種掃描

能量掃描目的是檢測所掃描信道上的能量情況。信道上的能量可能包括PAN當(dāng)中正常通信的信號能量，或者是其他的干擾噪聲；可為后續(xù)操作奠定基礎(chǔ)。能量掃描的過程對于每個信道進行持續(xù)的能量檢測，持續(xù)的時間由原語當(dāng)中參數(shù)規(guī)定。能量掃描結(jié)束之后得到所掃描的一系列信道的能量值。MAC層的四種掃描

主動掃描和被動掃描目的都是通過監(jiān)聽信標(biāo)檢測到協(xié)調(diào)器的存在，用于加入網(wǎng)絡(luò)。主動掃描中設(shè)備會主動地發(fā)送信標(biāo)請求命令（BeaconRequest），然后再監(jiān)聽信標(biāo)；非信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的PAN協(xié)調(diào)器收到請求后，返回一個信標(biāo)；信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的PAN協(xié)調(diào)器忽略該請求，依然周期發(fā)送信標(biāo)。被動掃描中設(shè)備不會主動發(fā)送信標(biāo)請求命令，一直處于監(jiān)聽信標(biāo)的狀態(tài)。掃描的持續(xù)時間也是由原語當(dāng)中參數(shù)決定的。掃描結(jié)束后會得到一系列信標(biāo)當(dāng)中的協(xié)調(diào)器信息。MAC層的四種掃描

孤立節(jié)點掃描目的是設(shè)備跟協(xié)調(diào)器失去聯(lián)系的時候可以重新加入網(wǎng)絡(luò)。孤立節(jié)點發(fā)送孤立節(jié)點通告命令（Orphannotification），而協(xié)調(diào)器收到后回復(fù)一個協(xié)調(diào)器重設(shè)置命令（Coordinatorrealignment），當(dāng)設(shè)備收到協(xié)調(diào)器重設(shè)置命令之后就結(jié)束掃描的過程。MAC層設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)過程①設(shè)備高層向MAC層發(fā)送MLME-ASSOCIATE.request原語開始連接的過程。②設(shè)備MAC層向協(xié)調(diào)器發(fā)送連接請求命令。③協(xié)調(diào)器MAC層收到連接請求命令之后回1個應(yīng)答，并向高層發(fā)送MLME-ASSOCIATE.indication原語表示收到了連接請求命令。指示原語包括請求設(shè)備的64位地址、能力信息等參數(shù)。④協(xié)調(diào)器高層決定是否要接納新設(shè)備的連接請求。如根據(jù)自身的存儲空間大小，因為它要存儲子節(jié)點的一些信息。MAC層設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)過程⑤無論是否接納，都會通過MLME-ASSOCIATE.response原語讓MAC層向接入設(shè)備發(fā)送連接響應(yīng)命令到請求設(shè)備，命令當(dāng)中攜帶：分配給新連接設(shè)備的16位地址：如果連接請求命令能力信息域當(dāng)中沒有要求協(xié)調(diào)器分配地址，則表明設(shè)備希望使用64位地址進行通信，那么連接響應(yīng)分配地址域設(shè)置為0xfffe；如果協(xié)調(diào)器不接納設(shè)備，那么分配地址域設(shè)置為0xffff。連接狀態(tài)：表示連接操作是否成功0x00表示連接成功，0x01表示網(wǎng)絡(luò)容量已滿，0x02表示不允許接入網(wǎng)絡(luò)。不過連接響應(yīng)命令不會直接發(fā)送給設(shè)備，而是需要設(shè)備先發(fā)數(shù)據(jù)請求（設(shè)備可能沒準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)），然后協(xié)調(diào)器再把連接響應(yīng)命令發(fā)送出去。MAC層設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)過程⑥收到連接響應(yīng)命令之后，設(shè)備通過MLME-ASSOCIATE.confirm原語通知高層。原語包括連接短地址、連接狀態(tài)、安全等級等參數(shù)。通過上述過程，設(shè)備完成了加入網(wǎng)絡(luò)的連接過程，設(shè)備也分配得到一個通信地址。在信標(biāo)和非信標(biāo)方式下，

協(xié)調(diào)器到設(shè)備的數(shù)據(jù)發(fā)送過程信標(biāo)模式下CAP中協(xié)調(diào)器在信標(biāo)的PendingAddressFields域中指示有數(shù)據(jù)需要接收的一系列設(shè)備。PendingAddressSpecification0-2比特：未處理短地址數(shù)目4-6比特：未處理擴展地址數(shù)目AddressList：列出有未處理數(shù)據(jù)設(shè)備的地址最多7個，若超過7個，其他暫時緩存。設(shè)備收到信標(biāo)后可判斷有無數(shù)據(jù)需要接收。若有，可向協(xié)調(diào)器發(fā)出數(shù)據(jù)請求。在非GTS方式下，協(xié)調(diào)器給設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)一般采取間接發(fā)送的方式。在非信標(biāo)模式下設(shè)備直接向發(fā)送請求命令，詢問是否有需要接收的數(shù)據(jù)。協(xié)調(diào)器有兩種應(yīng)答方式（根據(jù)自身處理能力）若協(xié)調(diào)器處理速度很快：先檢查是否有相應(yīng)數(shù)據(jù)若無數(shù)據(jù)，則將“幀未處理”位設(shè)為“0”；若有數(shù)據(jù)，則將“幀未處理”位設(shè)為“1”，并將數(shù)據(jù)幀發(fā)出。若協(xié)調(diào)器處理速度很慢：先告知設(shè)備有數(shù)據(jù)需要接收，之后檢查實際有無數(shù)據(jù)若有則將數(shù)據(jù)幀發(fā)出；若無則發(fā)送一個不帶凈荷的數(shù)據(jù)幀。在信標(biāo)和非信標(biāo)方式下，

協(xié)調(diào)器到設(shè)備的數(shù)據(jù)發(fā)送過程網(wǎng)絡(luò)層幀結(jié)構(gòu)（NPDU格式）幀控制域目的地址和源地址半徑域：限定網(wǎng)絡(luò)層幀的發(fā)送范圍，其初始值由高層決定，每經(jīng)過一跳

其值減去1，當(dāng)值為0時就不再對幀進行轉(zhuǎn)發(fā)。序列號：記錄兩個節(jié)點之間傳輸?shù)膸膫€數(shù)目的IEEE地址和源IEEE地址（命令幀中出現(xiàn)，用于地址沖突檢測）組播控制域（只出現(xiàn)在組播幀中）源路由子幀域（采用源路由方式時才出現(xiàn)）網(wǎng)絡(luò)層凈荷網(wǎng)絡(luò)層幀結(jié)構(gòu)中各字段的意義幀控制域：比特0和1表示幀類型：0b00和0b01分別表示數(shù)據(jù)幀和命令幀。比特2~5表示協(xié)議版本：該值與網(wǎng)絡(luò)層常數(shù)nwkcProtocolVersion相同。比特6和7表示路由發(fā)現(xiàn)選項：0x00表示抑制路由發(fā)現(xiàn)：使用已有路由項發(fā)送數(shù)據(jù)，但如果沒有路由記錄也不會進行路由發(fā)現(xiàn)，會導(dǎo)致數(shù)據(jù)發(fā)送失敗。0x01表示允許路由發(fā)現(xiàn)：在沒有路由記錄的時候會發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)過程。0x02表示強制路由發(fā)現(xiàn)：即使有路由記錄也會發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)過程。比特8是組播標(biāo)準(zhǔn)：1和0分別表示是組播幀，還是單播或者廣播幀。比特9是安全標(biāo)志：表明是否使用網(wǎng)絡(luò)層安全機制。比特10是源路由標(biāo)志：表示是否使用源路由機制。比特11和12分別表示是否攜帶目的和源IEEE地址。網(wǎng)絡(luò)層幀結(jié)構(gòu)中幀控制域各字段的意義協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)的過程協(xié)調(diào)器的信道選擇過程①在（應(yīng)用層指定的）信道范圍內(nèi)進行能量掃描。通過在各個信道上進行監(jiān)聽，獲取各個信道能量水平：這個能量可以看做是各個信道上的干擾，可以通過一個門限比較，能量水平低于門限值得認(rèn)為干擾水平可以接受；②（依照干擾水平從低到高的順序）在各個可接受的信道上進行主動掃描。主要目的是探測已存在的網(wǎng)絡(luò)。③在已存在網(wǎng)絡(luò)最少的信道上建立網(wǎng)絡(luò)。如果幾個信道上現(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)數(shù)都一樣少，那么就會在干擾水平最低的信道上建立。④確定工作信道之后，設(shè)備進一步設(shè)置其余的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，包括PAN標(biāo)識、網(wǎng)絡(luò)地址、擴展PAN標(biāo)識等。設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)的幾種方式及其比較加入網(wǎng)絡(luò)的方式有多種：通過連接加入網(wǎng)絡(luò)重新加入網(wǎng)絡(luò)孤立節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)通過預(yù)先配置加入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)的幾種方式及其比較通過連接加入網(wǎng)絡(luò)PANID、網(wǎng)絡(luò)地址、父節(jié)點都未定。過程：發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、選擇要加入的網(wǎng)絡(luò)、選擇父節(jié)點、MAC層關(guān)聯(lián)、父節(jié)點分配地址。重新加入網(wǎng)絡(luò)PANID確定、網(wǎng)絡(luò)地址未定、父節(jié)點未定。過程：查找特定網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)層重新加入、父節(jié)點分配地址。通過配置加入網(wǎng)絡(luò)父節(jié)點行為；PANID確定、網(wǎng)絡(luò)地址確定、父節(jié)點確定。過程：在父節(jié)點中直接配置子節(jié)點信息。孤立點加入網(wǎng)絡(luò)PANID確定、網(wǎng)絡(luò)地址確定、父節(jié)點確定。過程：查找原來的父節(jié)點、父節(jié)點告知原來的網(wǎng)絡(luò)地址。比較樹形編址方式中的三個參數(shù)樹形編址是ZigBee當(dāng)中默認(rèn)的地址分配機制（nwkAddrAlloc=0x00）樹形地址分配方式中的三個參數(shù)子節(jié)點最大數(shù)目，nwkMaxChildren(Cm)子節(jié)點當(dāng)中路由器的最大數(shù)目，nwkMaxRouters(Rm)網(wǎng)絡(luò)最大深度，nwkMaxDepth(Lm)協(xié)調(diào)器的深度為0，而其他節(jié)點的深度由父節(jié)點的深度決定，即子節(jié)點的深度為父節(jié)點的深度加1。樹形編址方式中的地址分配方式基本原則：路由器子節(jié)點地址在前，末端子節(jié)點地址在后。路由器子節(jié)點假設(shè)當(dāng)前節(jié)點的地址為A0，第一個新加入的路由器子節(jié)點的地址就是A0+1；以后每次新加入一個路由器子節(jié)點，都會以Cskip(d)為增量來分配網(wǎng)絡(luò)地址。假設(shè)Rn是第n個加入的路由器子節(jié)點，則Rn的地址為：

ARn=A0+Cskip(d)×(Rn-1)+11≤Rn≤Rm末端子節(jié)點根據(jù)新加入末端子節(jié)點的順序連續(xù)分配地址。設(shè)En是第n個加入的終端子節(jié)點，那么En的地址為：

AEn=A0+Cskip(d)×Rm+En1≤En≤(Cm-Rm)樹路由中節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀的方式數(shù)據(jù)包沿著樹的路徑傳遞，它依賴于樹形編址。在路由的時候就按照樹的父子節(jié)點來查找，即Cluster-Tree算法。其中，節(jié)點直接通過數(shù)據(jù)包中的目的節(jié)點地址來計算下一跳的地址。通常的做法是將其簡化為上行路由或者下行路由。上行路由：下一跳為當(dāng)前節(jié)點的父節(jié)點。下行路由：下一跳為當(dāng)前節(jié)點的子節(jié)點。ZigBee網(wǎng)絡(luò)的樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中每一個父節(jié)點可以同時有多個子節(jié)點；但是一個子節(jié)點卻只能有一個父節(jié)點。ZigBee中鏈路代價的計算方式1、最簡單是用跳數(shù)來衡量：即認(rèn)為從源節(jié)點到目的節(jié)點數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)最少的路徑是最佳的。但是有時候這個想法不一定正確。2、ZigBee中綜合考慮跳數(shù)和傳輸成功率。路徑的代價是每一跳代價的和，每一跳的代價是一個0~7之間的整數(shù)。可以看到，傳輸成功概率代價不會高于跳數(shù)代價。3、路由器可能統(tǒng)計以往發(fā)送數(shù)據(jù)的成功率來確定路由代價；也可以通過其他方法估計，如根據(jù)鏈路質(zhì)量LQI，MAC層給網(wǎng)絡(luò)層提供LQI的測量參數(shù)，網(wǎng)絡(luò)層根據(jù)LQI的值直接估計出路由代價。（路由代價）路由表中各項的意義路由表（每項所包含的）信息目的地址：單播網(wǎng)絡(luò)地址或者組播地址。對于樹路由，該域保存父節(jié)點地址。下一跳地址：到目的節(jié)點的下一跳節(jié)點地址。狀態(tài)：該路由項的狀態(tài)。0x0~0x4分別表示當(dāng)前有效(ACTIVE)、正在進行路由發(fā)現(xiàn)(DISCOVERY_UNDERWAY)、路由發(fā)現(xiàn)失敗(DISCOVERY_FAILED)、非活躍(INACTIVE)、正在驗證有效性(VALIDATION_UNDERWAY)等狀態(tài)。路由發(fā)現(xiàn)表中各項的意義路由發(fā)現(xiàn)表（每項所包含的）信息路由請求ID：路由請求命令序列號，每次發(fā)起新的路由請求序列號增加1。源地址：發(fā)起路由請求的設(shè)備地址。發(fā)送節(jié)點地址：對應(yīng)最低代價路徑的發(fā)送路由請求命令的節(jié)點。上一跳地址前向代價：從源節(jié)點到本節(jié)點累積的路徑代價。剩余代價：從本節(jié)點到目的節(jié)點累積的路徑代價。過期時間：表項有效時間，初始值為nwkcRouteDiscoveryTime。AODV路由建立過程AODV是反應(yīng)式路由協(xié)議當(dāng)向目的節(jié)點發(fā)送包時，源節(jié)點才在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)起路由查找過程，找到相應(yīng)的路由。（on-demand，按需）應(yīng)用層的三個組成部分應(yīng)用層可以分為三塊應(yīng)用支持子層ZigBee設(shè)備對象類比：操作系統(tǒng)應(yīng)用框架類比：應(yīng)用軟件APS幀結(jié)構(gòu)中各字段的意義APS幀頭（ZigBee2007版本）幀控制域目的端點號組地址簇標(biāo)識子集標(biāo)識源端點號APS序號擴展幀頭APS凈荷目的端點號只有在發(fā)送模式為單播或者廣播的時候攜帶。組地址只有在組播的情況下攜帶。簇標(biāo)識和子集標(biāo)識只有在數(shù)據(jù)幀或者應(yīng)答幀當(dāng)中攜帶。APS幀控制域中各字段的意義幀控制域比特位0~1標(biāo)識幀的類型：0b00表示數(shù)據(jù)幀；0b01表示命令幀；0b10表示應(yīng)答幀；0b11預(yù)留。比特位2~3表示數(shù)據(jù)發(fā)送方式：0b00表示單播；0b01在2004和2006版本中表示間接尋址，2007版本中為預(yù)留值；0b10表示廣播；0b11表示組播。APS幀控制域中各字段的意義幀控制域比特位4表示應(yīng)答幀的格式：1表示針對APS命令幀的應(yīng)答（目的端點號、簇標(biāo)識、子集標(biāo)識、源端點號等都不需要攜帶;0表示針對APS數(shù)據(jù)幀的應(yīng)答（這些域都需要攜帶）。比特5表示是否使用安全機制。比特6表示是否需要應(yīng)答：1表示需要。比特7表示是否攜帶擴展幀頭，用于分片機制:該位在2004和2006版本當(dāng)中是預(yù)留位；在2007版本當(dāng)中引入的。綁定的兩種情況綁定的兩種情況：源綁定：指把綁定表存儲在源節(jié)點本身。在綁定發(fā)送的過程中，在應(yīng)用層數(shù)據(jù)原語APSDE-DATA當(dāng)中不指明目的地址和