ZigBee网络中的帧结构

   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——————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