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文档简介
1、ZIGBEE帧结构在ZigBee技术中,每一个协议层都增加了各自的帧头和帧尾在PAN网络结构中定义了4种帧结构:信标帧主协调器用来发送信标的帧;数据帧用于所有数据传输的帧;确认帧/应答帧用于确认成功接收的帧;MAC命令帧用于处理所有MAC层对等实体间的控制传输。1. 信标帧信标帧由主协调器的MAC层生成,并向网络中的所有从设备发送,以保证各从设备与主协调器同步,使网络运行的成本最低,即采用信标网络通信,可减少从设备的功耗,保证正常的通信。帧结构如下图所示: MHR是MAC层帧头;MSDU是MAC层服务数据单元,表示MAC层载荷;MFR是MAC层帧尾。其中,MSDU包括超帧格式、未处理事务地址格
2、式、地址列表能及信标载荷;MHR包括MAC帧的控制字段、信标序列码(BSN)以及寻址信息;MFR中包含16位帧校验序列(FCS)。这三部分MHR、MSDU、MFR共同构成了MAC层协议数据单元(MPDU)。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前面加上物理层帧头(PHR)和同步帧头(SHR)便可构成物理层协议数据单元(PPDU)。其中,SHR包括前同步帧序列和帧起始定界符(SFD);PHR包含有PSDU长度的信息。使用前同步码序列的目的是使从设备与主协调器达到符号同步。SHR、PHR、PSDU共同构成了物理层的信标包
3、(PPDU)。通过上述过程,最终在PHY层就形成了网络信标帧。2. 数据帧数据帧由应用层发起,在ZigBee设备之间进行数据传输时,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MHR和帧尾MFR,形成完整的MAC数据帧MPDU。MAC的数据帧作为物理层载荷(PSDU)发送到物理层。在PSDU前面,加上同步帧头(SHR)和物理层帧头(PHR)。同信标帧一样,前同步码序列和数据SFD能够使接收设备与发送设备达到符号同步。SHR、PHR、PSDU共同构成了物理层的数据包(PPDU)。帧结构如下图所示:3. 确认帧/应答帧在通信接
4、收设备中,为保证通信的可靠性,通常要求接收设备在接收到正确的帧信息后,向发送设备返回一个确认信息。以向发送设备表示已经正确地接收到相应的信息。接收设备将接收到的信息经PHY层和MAC层后,由MAC层经纠错解码后,恢复发送端的数据,如没有检查出数据的错误,则由MAC层生成一个确认帧,发送回发送端。帧结构如下:MAC层的确认帧由一个MHR和一个MFR构成,MHR和MFR共同构成了MAC层的确认帧(MPDU)。MPDU作为物理层确认帧载荷(PSDU)发送到物理层,在PSDU前面加上SHR和PHR。SHR、PHR、PSDU共同构成了物理层的确认包(PPDU)。4. MAC命令帧MAC命令帧由MAC子层
5、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,控制命令由应用层产生,在MAC层根据命令的类型,生成的MAC层命令帧。帧结构如下图所示:包含命令类型字段和命令数据的MSDU叫作命令载荷。同其他帧一样,在MSDU前面,加上帧头MHR,在其结尾后面,加上帧尾MFR。MHR、MSDU、MFR共同构成了MAC层命令帧(MPDU)。MPDU作为物理层载荷发送到物理层,在PSDU前加上SHR和PHR。SHR、PHR、PSDU共同构成了物理层命令包(PPDU)。注:1、同步头SHR:包括帧引导序列,接下来是帧开始界定符(SFD)。在规范中,帧引导序列定义为四个字节的0x
6、00。SFD是一个字节,设置为0Xa.2、帧控制域格式:3、FCS的表达式是:G(s)=x16+x12+x5+1网络建立过程:入网前 路由器 路由器在入网之前,一直发送信标请求帧,它的作用是,让在它附近的所有具备介绍人资格的节点,都回复信标帧,这些返回的信标帧被这个想要加入的无线模块拿到,通过这些信标帧,选出最佳介绍人节点,请求加入。 终端 它在入网前的行为和下载了路由器代码模块在入网前行为是一样的。 协调器 发送了一帧信标请求帧,发送这一帧也会得到周围具备介绍人资格的节点回复信标帧,但是协调器拿到这些信标帧,用来判断周围的环境情况,为创建网络做准备。 当协调器创建成功以后,就会发送一个数据帧
7、,这个帧里面可以看到协调器的地址0x0000,PANID,可以把这个帧叫做网络连接状态帧。 从入网到稳定工作 路由器1、协调器发出的网络连接状态帧,表明协调器稳定工作,与路由器入网无关2 路由器模块发出的信标请求帧,用于发现周围的网络,请求加入3、协调器模块发出的信标请求帧,路由器模块在拿到这个帧之后,可以得到协调器模块相对于它自己的信号强度,判断是不是最佳介绍人。 4-5 6-7 重复2-3的过程补充: 在Zigbee网络里,如果一个模块发出的射频帧,非常明确的指定接收目标节点的地址,那么目标节点在接收到这个帧以后,硬件会自动回复一个ACK,表明已经收到了。 TI在CC2530出厂的时候在f
8、lash上固话一个8个字节编号唯一的值,这个值是这颗芯片的物理地址,又叫MAC地址,或叫IEEE地址,3种说法说的都是一回事。 8 是路由器模块发给协调模块,这个帧的作用是,在前面路由器模块收到了协调器模块的信标帧,通过信标帧判断协调器是当前路由器模块的最佳介绍人,路由器模块发送这一帧是告诉协调器,你是我当前的最佳介绍人,请你从当我入网的介绍人,介绍我入网,并且在这个帧携带了自己MAC,这个MAC地址是介绍人模块(协调器模块)给被介绍人模块(路由器模块)分配网络的地址的依据。 9 是协调器模块硬件回复给路由器模块的ACK,表明我已经收到了你发过来的帧 10 是路由器模块发给协调器模块的帧,请求
9、协调器,把你根据我前面发给你的MAC地址给我分配的网络地址现在发给我。是一个数据请求帧。 11 协调器回复给路由器的ACK表明收到了路由器发过来的帧 12 协调器把为路由器分配好的网络地址发给路由器。而这个帧需要非常明确的发给路由器模块,但是路由器模块还不知道自己的网络地址是多少,所有在指定目标地址的时候用MAC地址 13 在路由器模块根据自己的MAC地址收到了协调器发过来分配给自己的网络地址,硬件自己回复ACK,表明已经收到了, 14 入网宣告,告诉当前网络里所有的节点,我入网了,我的网络地址是0xE9EB。 15 是协调器模块在收到了路由器模块发的入网宣告帧以后,转发的帧。 16 17是协
10、调器模块和路由器模块在工作稳定时,发出的网络连接状态帧。 协调器和路由器在入网后,稳定工作时的行为是,每隔一段时间发一次网络连接状态帧,默认是15S 终端 入网过程,终端的入网过程和路由器入网的过程,所有的行为都是一样的 终端.psd 16 终端节点发送给它的父节点协调器的数据请求帧,为了告诉它的父节点,我还在线。 17 协调器在收到终端发来的帧,硬件自动回复的ACK(1)如果协调器的ZDAPP_CONFIG_PANID设置为OxFFFF,则协调器将产生一个随机的PANID。(2)如果协调器的ZDAPP_CONFIG_PANID设置为非OxFFFF,则协调器根据自身的IEEE地址或ZDAPP_CONFIG_PANID值随机产生PANID。(3)如果协调器的PANID设为小于等于Ox3FFF的有效值,
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