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分类: 嵌入式

2014-06-26 10:06:46

原文地址:ZigBee网络中的帧结构 作者:frankzfz

   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——————用于确认成功接收的帧
  • MAC层命令帧————用于处理所有MAC层对等实体间的控制传输
   物理层以下所描述的包结构以比特表示,为实际在物理媒体上所发送的数据。
1.   信标帧
   在信标网络中,信标由主协调器的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,信标帧的结构如下图:
                     图1 信标帧结构示意图  
   通常设备中的MAC层服务数据单元(MSDU)包括超帧格式,未处理事务地址格式 地址列表能及信标载荷。如果在MSDU前面,加上MAC层帧头(MHR),在MSDU结尾后面,加上帧尾(MFR),则MHR MSDU和MFR共同构成了MAC层信标帧(即MAC层协议数据单元—MPDU),其中,MHR包括MAC帧的控制字段。信标序列码(BSN)以及寻址信息;MFR包含16位帧校验序列(FCS)。
    在MAC层生成的MAC层信标作为物理层信标包的载荷(PSDU)发送到物理层。同样,在PSDU前面,需要加上一个同步帧头(SHR)和一个物理层帧头(PHR),其中,SHR包括前同步帧序列和帧起始定界符(SFD);在PHR中,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,因此,SHR PHR以及PSDU共同构成了物理层的信标包(PPDU)。
  通过上述过程,最终在PHY层就形成了网络信标帧,一个帧信号在MAC层和PHY层分别都要加上所对应层的帧头和帧尾,最后 在PHY层形成相应的帧信号。
 
2.   数据帧
在ZigBee设备之间进行数据传输时,传输的数据由应用 层生成,经数据处理后,发送给MAC层,作为MAC层的数据载荷(MSDU),并在MSDU前面加上一个MAC层帧头MHR,在其结尾后面,加上一个MAC层帧尾MFR. 其中,MHR包括帧控制。序列码以及寻址信息,MFR为16位FCS码,这样由MHR MSDU和MFR共同构成了MAC层数据帧(MPDU).
  MAC的数据帧作为物理层载荷(PSDU)发送到物理层。在PSDU前面,加上一个SHR和一个PHR。其中,SHR包括前同步码序列和SFD;PHR包含PSDU的长度信息。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 和PSDU共同构成了物理层的数据包(PPDU).
图2 数据帧示意图
 
3.   确认帧
   在通信接收设备中,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MACnfc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,发送回发送端其帧结构
   MAC层的确认帧由一个MHR和一个MFR构成,其中,MHR包括MAC帧控制字段和数据序列码字段,MFR由16位FCS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。其中,SHR包括前同步码序列和SFD字段;PHR包含PSDU长度的信息。SHR PHR以及PSDU共同构成了物理层的确认包(PPDU).
 
图3 确认帧示意图
4.   MAC层命令帧
   在ZigBee设备中,为了控制设备的工作状态,同网络中的其他设备进行通信,根据应用的实际需要,对设备进行控制,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,
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,加上一个帧头MHR,在其结尾后面,加上一个帧尾MFR,其中,MHR包括MAC层帧控制。数据序列码以及寻址信息字段,MFR由16位FCS构成,MHRMSDU和MFR共同构成了MAC层命令帧(MPDU)。
   MPDU作为物理层命令帧 发送到物理层,PSDU前加上一个SHR和一个PHR,其中,SHR包括前同步码序列和SFD字段,PHR包含了PSDU长度的信息,前同步码字段序列能够使接收机达到符号同步。SHR PHR 和PSDU共同构成了物理层命令包(PPDU).
 
图4 MAC命令帧示意图
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