基于ZigBee技术的无线数据采集系统 - 图文(7)

数据服务接入点物理层实体—服务接入点物理层管理实体物理层物理层个域网络基本信息无线射频—服务接入点 图2.4 物理层结构模型 Fig.2.4 The PHY layer reference model

物理层协议数据单元（PPDU）由三部分组成：同步头（SHR）允许接收设备同步并锁定比特流；物理层帧头（PHR）包含帧长信息；有效载荷部分是PSDU。

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PPDU的格式如表2.1所示。

表2.1 物理层数据帧结构 Tab.2.1 PHY layer frame structure 4字节 前导码 1字节 帧开始符 1字节 变量 帧长（7位） 预留位（1位） 物理层服务数据单元PSDU 物理层帧头（PHR） 物理层有效载荷 同步头（SHR） 前导码：收发器在接收前导码期间，会根据前导码序列的特征完成片同步和符号同步。

帧开始符：表示一个数据包的开始。

帧长度：表示物理帧负载的长度，因此物理帧负载的长度不会超过127个字节。

PSDU：可变长度的字段，它是物理层要发送的数据，即MPDU。 2、MAC层

IEEE802.15.4标准MAC子层实现包括设备间无线链路的建立、维护和断开，确认模式的帧的传送和接收，信道接入和控制，帧校验与快速自动请求重发，预留时隙管理以及广播信号管理等。MAC子层处理所有物理层无线信道接入，主要功能有：网络协调器产生网络信标；与信标同步；支持个域网（PAN）链路的建立和断开；为设备的安全提供支持；信道接入方式采用载波监听多址接入/冲突避免机制（CSMA/CA）；处理和维护保护时隙（GTS）机制；在两个对等的MAC实体之间提供一个可靠的通信链路。

MAC层在服务协议汇聚层（SSCS）和物理层之间提供了一个接口。MAC层包括一个管理实体，该实体通过一个服务接口可调用MAC层管理功能，该实体还负责维护MAC层固有的管理对象的数据库。从图2.5可以看出，在MAC层两个不同服务的接入点提供了两个不同的MAC层服务：MAC层通过它的公共部分子层服务接入点为它提供数据服务；MAC层通过它的管理实体服务接入点为它提供管理服务。

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MAC公共部分子层-服务接入点（MCPS-SAP）MAC层管理实体-服务接入点（MLME-SAP）MAC层管理实体MAC公共部分子层MAC层个域网络基本信息物理层数据服务接入点（PD-SAP）物理层管理实体-服务接入点（PLME-SAP） 图2.5 MAC层参考模型

Fig.2.5 The MAC layer reference model

MAC帧，即MAC协议数据单元（MPDU），通常包括三个部分：MAC头、MAC有效载荷和MAC尾，具体结构如表2.2所示。MAC头部分由帧控制字段、帧序号字段和地址信息域组成；MAC子层负载长度可变，具体内容由帧类型确定；帧尾是帧头和负载数据的16位循环冗余码校验（CRC）序列。

表2.2 MAC层数据帧结构 Tab.2.2 MAC layer frame structure 字节数：2 1 0/2 目的PAN 帧控制 帧序号 标识码 0/2/8 目的 地址 0/2 源PAN 标识码 0/2/8 源地址 可变长度 帧有效 载荷 2 FCS 地址信息 MAC头（MHR） MAC尾 MAC 有效载荷 （MFR） 3、 网络层

ZigBee网络层的主要功能就是提供一些必要的函数，确保ZigBee的MAC层（IEEE 802.15.4-2003）正常工作，并且为应用层提供合适的服务接口。为了向应用层提供其接口，网络层提供了两个必须的功能服务实体，它们分别为数据服务实体和管理服务实体。网络层数据实体（NLDE）通过网络层数据服务实体服务接入点（NLDE-SAP）提供数据传输服务，网络层管理实体（NLME）通过网络层管理实体服务接入点（NLME-SAP）提供网络管理服务。网络层管理实体利用网络层数据实体完成一些网络的管理工作，并且，网络层管理实体完成对网络信息库（NIB）的维护和管理。

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上层实体NLDE-SAPNLME-SAP网络层数据实体网络层管理实体MCPS-SAPMAC层实体MLME-SAP 图2.6 网络层参考模型

Fig.2.6 The NWK layer reference model

网络层管理实体提供网络管理服务，允许应用于堆栈相互作用。网络层管理实体提供如下服务：

? 配置一个新的设备：为保证设备正常工作的需要，设备应具有足够的

堆栈，以满足配置的需要。配置选项包括对一个ZigBee协调器或者连接一个现有网络设备的初始化的操作。

? 初始化一个网络：使之具有建立一个新网络的能力。

? 连接和断开网络。具有连接或者断开一个网络的能力，以及为建立一

个ZigBee协调器或者路由器，具有要求设备同网络断开的能力。 ? 寻址：ZigBee协调器和路由器具有为新加入网络的设备分配地址的能

力。

? 邻居设备发现：具有发现、记录和汇报有关一跳邻居设备信息的能力。 ? 路由发现：具有发现和记录有效地传送信息的网络路由的能力。 ? 接收控制：具有控制设备接收状态的能力，即控制接收机什么时间接

收、接收时间的长短，以保证MAC层的同步或正常接收等。 网络层数据实体为数据提供服务。在两个或多个设备之间传送数据时，将按照应用协议数据单元（APDU）的格式进行传送，并且这些设备必须在同一个网络中，即在同一个内部个域网中。网络层数据实体提供如下服务：

? 生成网络层协议数据单元（NPDU）：网络层数据实体通过增加一个适

当的协议头，从应用支持层协议数据单元中生成网络层的协议数据单

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