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802.15.4规范MAC协议详细解析.doc

发布时间：2022-05-29 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.05M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    在 IEEE 802 系列标准中，OSI 参考模型的数据链路层进一步划分为 MAC 和 LLC 两个子层。 MAC 子层使用物理层提供的服务实现设备之间的数据帧传输，而 LLC 在 MAC 子层的基础 上，在设备间提供面向连接和非连接的服务。 MAC 子层提供两种服务：MAC 层数据服务和 MAC 层管理服务（MAC sublayer management entity, MLME）。前者保证 MAC 协议数据单元在物理层数据服务中的正确收发，后者维护 一个存储 MAC 子层协议状态相关信息的数据库。 MAC 子层主要功能包括下面六个方面： （1）协调器产生并发送信标帧，普通设备根据协调器的信标帧与协议器同步； （2）支持 PAN 网络的关联（association）和取消关联（disassociation）操作； （3）支持无线信道通信安全； （4）使用 CSMA-CA 机制访问信道； （5）支持时槽保障（guaranteed time slot, GTS）机制； （6）支持不同设备的 MAC 层间可靠传输。 关联操作是指一个设备在加入一个特定网络时，向协调器注册以及身份认证的过程。 LR-WPAN 网络中的设备有可能从一个网络切换到另一个网络，这时就需要进行关联和取消 关联操作。 时槽保障机制和时分复用（time division multiple access, TDMA）机制相似，但它可以动态 地为有收发请求的设备分配时槽。使用时槽保障机制需要设备间的时间同步，IEEE 802.15.4 中的时间同步通过下面介绍的“超帧”机制实现。 1．超帧 在 IEEE 802.15.4 中，可以选用以超帧为周期组织 LR-WPAN 网络内设备间的通信。每个超 帧都以网络协调器发出信标帧（beacon）为始，在这个信标帧中包含了超帧将持续的时间以 及对这段时间的分配等信息。网络中普通设备接收到超帧开始时的信标帧后，就可以根据其 中的内容安排自己的任务，例如进入休眠状态直到这个超帧结束。 超帧将通信时间划分为活跃和不活跃两个部分。在不活跃期间，PAN 网络中的设备不会相 互通信，从而可以进入休眠状态以节省能量。超帧有活跃期间划分为三个阶段：信标帧发送 时段、竞争访问时段（contention access period, CAP）和非竞争访问时段（contention-free period, CEP）。超帧的活跃部分被划分为 16 个等长的时槽，每个时槽的长度、竞争访问时段包含的 时槽数等参数，都由协调器设定，并通过超帧开始时发出的信标帧广播到整个网络。 在超帧的竞争访问时段，IEEE 802.15.4 网络设备使用带时槽的 CSMA-CA 访问机制，并且 任何通信都必须在竞争访问时段结束前完成。在非竞争时段，协调器根据上一个超帧 PAN 网络中设备申请 GTS 的情况，将非竞争时段划分成若干个 GTS。每个 GTS 由若干个时槽组 成，时槽数目在设备申请 GTS 时指定。如果申请成功，申请设备就拥有了它指定的时槽数 目。每个 GTS 中的时槽都指定分配给了时槽申请设备，因而不需要竞争信道。IEEE 802.15.4 标准要求任何通信都必须在自己分配的 GTS 内完成。 超帧中规定非竞争时段必须跟在竞争时段后面。竞争时段的功能包括网络设备可以自由收发 数据，域内设备向协调者申请 GTS 时段，新设备加入当前 PAN 网络等。非竞争阶段由协调 者指定的设备发送或者接收数据包。如果某个设备在非竞争时段一直处在接收状态，那么拥 有 GTS 使用权的设备就可以在 GTS 阶段直接向该设备发送信息。 2．数据传输模型 LR-WPAN 网络中存在着三种数据传输方式：设备发送数据给协调器、协调器发送数据给设 备、对等设备之间的数据传输。星型拓扑网络中只存在前两种数据传输方式，因为数据只在 协调器和设备之间交换；而在点对点拓扑网络中，三种数据传输方式都存在。 LR-WPAN 网络中，有两种通信模式可供选择：信标使能通信和信标不使能通信。
    在信标使能的网络中，PAN 网络协调器定时广播标帧。信标帧表示超帧的开始。设备之间 通信使用基于时槽的 CSMA-CA 信道访问机制，PAN 网络中的设备都通过协调器发送的信 标帧进行同步。在时槽 CSMA-CA 机制下，每当设备需要发送数据帧或命令帧时，它首先 定位下一个时槽的边界，然后等待随机数目个时槽。等待完毕后，设备开始检测信道状态： 如果信道忙，设备需要重新等待随机数目个时槽，再检查信道状态，重复这个过程直到有空 闲信道出现。在这种机制下，确认帧的发送不需要使用 CSMA-CA 机制，而是紧跟着接收 帧发送回源设备。 在信标不使能的通信网络中，PAN 网络协调器不发送信标帧，各个设备使用非分时槽的 CSMA-CA 机制访问信道。该机制的通信过程如下：每当设备需要发送数据或者发送 MAC 命令时，它首先等候一段随机长的时间，然后开始检测信道状态：如果信道空闲，该设备立 即开始发送数据；如果信道忙，设备需要重复上面的等待一段随机时间和检测信道状态的过 程，直到能够发送数据。在设备接收到数据帧或命令帧而需要回应确认帧的时候，确认帧应 紧跟着接收帧发送，而不使用 CSMA-CA 机制竞争信道。 3．MAC 层帧结构 MAC 层帧结构的设计目标是用最低复杂度实现在多噪声无线信道环境下的可靠数据传输。 每个 MAC 子层的帧都由帧头、负载和帧尾三部分组成。帧头由帧控制信息、帧序列号和地 址信息组成。MAC 子层负载具有可变长度，具体内容由帧类型决定。帧尾是帧头和负载数 据的 16 位 CRC 校验序列。 在 MAC 子层中设备地址有两种格式：16 位（两个字节）的短地址和 64 位（8 个字节）的 扩展地址。16 位短地址是设备与 PAN 网络协调器关联时，由协调器分配的网内局部地址； 64 位扩展地址是全球惟一地址，在设备进入网络之前就分配好了。16 位短地址只能保证在 PAN 网络内部是惟一的，所以在使用 16 位短地址通信时需要结合 16 位的 PAN 网络标识符 才有意义。两种地址类型的地址信息的长度是不同的，从而导致 MAC 帧头的长度也是可变 的。一个数据帧使用哪种地址类型由帧控制字段的内容指示。在帧结构中没有表示帧长度的 字段，这是因为在物理层的帧里面有表示 MAC 帧长度的字段，MAC 负载长度可以通过物 理层帧长和 MAC 帧头的长度计算出来。 IEEE 802.15.4 网络共定义了四种类型的帧：信标帧，数据帧，确认帧和 MAC 命令帧。 1）信标帧 信标帧的负载数据单元由四部分组成：超帧描述字段、GTS 分配字段、待转发数据目标地 址字段和信标帧负载数据。 （1）信标帧中超帧描述字段规定了这个超帧的持续时间，活跃部分持续时间以及竞争访问 时段持续时间等信息。 （2）GTS 分配字段交无竞争时段划分为若干个 GTS，并把每个 GTS 具体分配给了某个设 备。 （3）转发数据目标地址列出了与协调者保存的数据相对应的设备地址。一个设备如果发现 自己的地址出现在待转发数据目标地址字段里，则意味着协调器存有属于它的数据，所以它 就会向协调器发出请求传送数据的 MAC 命令帧。 （4）信标帧负载数据为上层协议提供数据传输接口。例如在使用安全机制的时候，这个负 载域将根据被通信设备设定的安全通信协议填入相应的信息。通常情况下，这个字段可以忽 略。 在信标不使能网络里，协调器在其他设备的请求下也会发送信标帧。此时信标帧的功能是辅 助协调器向设备传输数据，整个帧只有待转发数据目标地址字段有意义。 2）数据帧 数据帧用来传输上层发到 MAC 子层的数据，它的负载字段包含了上层需要传送的数据。数
    据负载传送至 MAC 子层时，被称为 MAC 服务数据单元。它的首尾被分别附加了 MHR 头 信息和 MFR 尾信息后，就构成了 MAC 帧。 MAC 帧传送至物理层后，就成为了物理帧的负载 PSDU。PSDU 在物理层被“包装”，其首 部增加了同步信息 SHR 和帧长度字段 PHR 字段。同步信息 SHR 包括用于同步的前导码和 SFD 字段，它们都是固定值。帧长度字段的 PHR 标识了 MAC 帧的长度，为一个字节长而 且只有其中的低 7 位有效位，所以 MAC 帧的长度不会超过 127 个字节。 3）确认帧 如果设备收到目的地址为其自身的数据帧或 MAC 命令帧，并且帧的控制信息字段的确认请 求位被置 1，设备需要回应一个确认帧。确认帧的序列号应该与被确认帧的序列号相同，并 且负载长度应该为零。确认帧紧接着被确认帧发送，不需要使用 CSMA-CA 机制竞争信道。 4）命令帧 MAC 命令帧用于组建 PAN 网络，传输同步数据等。目前定义好的命令帧有力种类型，主要 完成三方面的功能：把设备关联到 PAN 网络，与协调器交换数据，分配 GTS。命令帧在格 式上和其他类型的帧没有太多的区别，只是帧控制字段的帧类型位有所不同。帧头的帧控制 字段的帧类型为 011B（B 表示二进制数据）表示这是一个命令帧。命令帧的具体功能由帧 的负载数据表示。负载数据是一个变长结构，所有命令帧负载的第一个字节是命令类型字节， 后面的数据针对不同的命令类型有不同的含义。 ４．数据传输和低功耗 在８０２．１５．４中，有三种不同的数据转移：从器件到协调器；从协调器到器件；在对等网络中 从一方到另一方。为了突出低功耗的特点，把数据传输分为以下三种方式： ·直接数据传输：这适用于以上所有三种数据转移。采用无槽载波检测多址与碰撞避免（ＣＳＭＡ－ ＣＡ）或开槽ＣＳＭＡ－ＣＡ的数据传输方法，视使用非信标使能方式还是信标使能方式而定。 ·间接数据传输：这仅适用于从协调器到器件的数据转移。在这种方式中，数据帧由协调器保存在事 务处理列表中，等待相应的器件来提取。通过检查来自协调器的信标帧，器件就能发现在事务处理列 表中是否挂有一个属于它的数据分组。有时，在非信标使能方式中也可能发生间接数据传输。在数据 提取过程中也使用无槽ＣＳＭＡ－ＣＡ或开槽ＣＳＭＡ－ＣＡ。 ·有保证时隙（ＧＴＳ）数据传输：这仅适用于器件与其协调器之间的数据转移，既可以从器件到协 调器，也可以从协调器到器件。在ＧＴＳ数据传输中不需要ＣＳＭＡ－ＣＡ。 低功耗是８０２．１５．４最重要的特点。因为对电池供电的简单器件而言，更换电池的花费往往比 器件本身的成本还要高。在有些应用中，更换电池不仅麻烦，而且实际上是不可行的，例如嵌在汽车 轮胎中的气压传感器或高密度布设的大规模传感器网。所以在８０２．１５．４的数据传输过程中引 入了几种延长器件电池寿命或节省功率的机制。多数机制是基于信标使能的方式，主要是限制器件或 协调器之收发信机的开通时间，或者在无数据传输时使它们处于休眠状态。 IEEE.802.15.4 网络协议栈-MAC 子层 在 IEEE 802 系列标准中，OSI 参考模型的数据链路层进一步划分为 MAC 和 LLC 两个子层。MAC 子层使用物理层提供的服务实现设备之间的数据帧传输，而 LLC 在 MAC 子层的基础上，在设备间提 供面向连接和非连接的服务。 MAC 子层提供两种服务：MAC 层数据服务和 MAC 层管理服务（MAC sublayer management entity, MLME）。前者保证 MAC 协议数据单元在物理层数据服务中的正确收发，后者维护一个存储 MAC 子层 协议状态相关信息的数据库。 MAC 子层主要功能包括下面六个方面： （1）协调器产生并发送信标帧，普通设备根据协调器的信标帧与协议器同步； （2）支持 PAN 网络的关联（association）和取消关联（disassociation）操作；
    （3）支持无线信道通信安全； （4）使用 CSMA-CA 机制访问信道； （5）支持时槽保障（guaranteed time slot, GTS）机制； （6）支持不同设备的 MAC 层间可靠传输。 关联操作是指一个设备在加入一个特定网络时，向协调器注册以及身份认证的过程。LR-WPAN 网络 中的设备有可能从一个网络切换到另一个网络，这时就需要进行关联和取消关联操作。 时槽保障机制和时分复用（time division multiple access, TDMA）机制相似，但它可以动态地为有收 发请求的设备分配时槽。使用时槽保障机制需要设备间的时间同步，IEEE 802.15.4 中的时间同步通 过下面介绍的“超帧”机制实现。 1．超帧 在 IEEE 802.15.4 中，可以选用以超帧为周期组织 LR-WPAN 网络内设备间的通信。每个超帧都以网 络协调器发出信标帧（beacon）为始，在这个信标帧中包含了超帧将持续的时间以及对这段时间的分 配等信息。网络中普通设备接收到超帧开始时的信标帧后，就可以根据其中的内容安排自己的任务， 例如进入休眠状态直到这个超帧结束。 超帧将通信时间划分为活跃和不活跃两个部分。在不活跃期间，PAN 网络中的设备不会相互通信，从 而可以进入休眠状态以节省能量。超帧有活跃期间划分为三个阶段：信标帧发送时段、竞争访问时段 （contention access period, CAP）和非竞争访问时段（contention-free period, CEP）。超帧的活跃部 分被划分为 16 个等长的时槽，每个时槽的长度、竞争访问时段包含的时槽数等参数，都由协调器设 定，并通过超帧开始时发出的信标帧广播到整个网络。 在超帧的竞争访问时段，IEEE 802.15.4 网络设备使用带时槽的 CSMA-CA 访问机制，并且任何通信都 必须在竞争访问时段结束前完成。在非竞争时段，协调器根据上一个超帧 PAN 网络中设备申请 GTS 的情况，将非竞争时段划分成若干个 GTS。每个 GTS 由若干个时槽组成，时槽数目在设备申请 GTS 时指定。如果申请成功，申请设备就拥有了它指定的时槽数目。每个 GTS 中的时槽都指定分配给了 时槽申请设备，因而不需要竞争信道。IEEE 802.15.4 标准要求任何通信都必须在自己分配的 GTS 内 完成。 超帧中规定非竞争时段必须跟在竞争时段后面。竞争时段的功能包括网络设备可以自由收发数据，域 内设备向协调者申请 GTS 时段，新设备加入当前 PAN 网络等。非竞争阶段由协调者指定的设备发送 或者接收数据包。如果某个设备在非竞争时段一直处在接收状态，那么拥有 GTS 使用权的设备就可 以在 GTS 阶段直接向该设备发送信息。 2．数据传输模型 LR-WPAN 网络中存在着三种数据传输方式：设备发送数据给协调器、协调器发送数据给设备、对等 设备之间的数据传输。星型拓扑网络中只存在前两种数据传输方式，因为数据只在协调器和设备之间 交换；而在点对点拓扑网络中，三种数据传输方式都存在。 LR-WPAN 网络中，有两种通信模式可供选择：信标使能通信和信标不使能通信。 在信标使能的网络中，PAN 网络协调器定时广播标帧。信标帧表示超帧的开始。设备之间通信使用基 于时槽的 CSMA-CA 信道访问机制，PAN 网络中的设备都通过协调器发送的信标帧进行同步。在时槽 CSMA-CA 机制下，每当设备需要发送数据帧或命令帧时，它首先定位下一个时槽的边界，然后等待 随机数目个时槽。等待完毕后，设备开始检测信道状态：如果信道忙，设备需要重新等待随机数目个 时槽，再检查信道状态，重复这个过程直到有空闲信道出现。在这种机制下，确认帧的发送不需要使 用 CSMA-CA 机制，而是紧跟着接收帧发送回源设备。 在信标不使能的通信网络中，PAN 网络协调器不发送信标帧，各个设备使用非分时槽的 CSMA-CA 机 制访问信道。该机制的通信过程如下：每当设备需要发送数据或者发送 MAC 命令时，它首先等候一 段随机长的时间，然后开始检测信道状态：如果信道空闲，该设备立即开始发送数据；如果信道忙， 设备需要重复上面的等待一段随机时间和检测信道状态的过程，直到能够发送数据。在设备接收到数
    据帧或命令帧而需要回应确认帧的时候，确认帧应紧跟着接收帧发送，而不使用 CSMA-CA 机制竞争 信道。 3．MAC 层帧结构 MAC 层帧结构的设计目标是用最低复杂度实现在多噪声无线信道环境下的可靠数据传输。每个 MAC 子层的帧都由帧头、负载和帧尾三部分组成。帧头由帧控制信息、帧序列号和地址信息组成。MAC 子层负载具有可变长度，具体内容由帧类型决定。帧尾是帧头和负载数据的 16 位 CRC 校验序列。 在 MAC 子层中设备地址有两种格式：16 位（两个字节）的短地址和 64 位（8 个字节）的扩展地址。 16 位短地址是设备与 PAN 网络协调器关联时，由协调器分配的网内局部地址；64 位扩展地址是全球 惟一地址，在设备进入网络之前就分配好了。16 位短地址只能保证在 PAN 网络内部是惟一的，所以 在使用 16 位短地址通信时需要结合 16 位的 PAN 网络标识符才有意义。两种地址类型的地址信息的 长度是不同的，从而导致 MAC 帧头的长度也是可变的。一个数据帧使用哪种地址类型由帧控制字段 的内容指示。在帧结构中没有表示帧长度的字段，这是因为在物理层的帧里面有表示 MAC 帧长度的 字段，MAC 负载长度可以通过物理层帧长和 MAC 帧头的长度计算出来。 IEEE 802.15.4 网络共定义了四种类型的帧：信标帧，数据帧，确认帧和 MAC 命令帧。 1）信标帧 信标帧的负载数据单元由四部分组成：超帧描述字段、GTS 分配字段、待转发数据目标地址字段和信 标帧负载数据。 （1）信标帧中超帧描述字段规定了这个超帧的持续时间，活跃部分持续时间以及竞争访问时段持续 时间等信息。 （2）GTS 分配字段交无竞争时段划分为若干个 GTS，并把每个 GTS 具体分配给了某个设备。 （3）转发数据目标地址列出了与协调者保存的数据相对应的设备地址。一个设备如果发现自己的地 址出现在待转发数据目标地址字段里，则意味着协调器存有属于它的数据，所以它就会向协调器发出 请求传送数据的 MAC 命令帧。 （4）信标帧负载数据为上层协议提供数据传输接口。例如在使用安全机制的时候，这个负载域将根 据被通信设备设定的安全通信协议填入相应的信息。通常情况下，这个字段可以忽略。 在信标不使能网络里，协调器在其他设备的请求下也会发送信标帧。此时信标帧的功能是辅助协调器 向设备传输数据，整个帧只有待转发数据目标地址字段有意义。 2）数据帧 数据帧用来传输上层发到 MAC 子层的数据，它的负载字段包含了上层需要传送的数据。数据负载传 送至 MAC 子层时，被称为 MAC 服务数据单元。它的首尾被分别附加了 MHR 头信息和 MFR 尾信息后， 就构成了 MAC 帧。 MAC 帧传送至物理层后，就成为了物理帧的负载 PSDU。PSDU 在物理层被“包装”，其首部增加了同 步信息 SHR 和帧长度字段 PHR 字段。同步信息 SHR 包括用于同步的前导码和 SFD 字段，它们都是 固定值。帧长度字段的 PHR 标识了 MAC 帧的长度，为一个字节长而且只有其中的低 7 位有效位，所 以 MAC 帧的长度不会超过 127 个字节。 3）确认帧 如果设备收到目的地址为其自身的数据帧或 MAC 命令帧，并且帧的控制信息字段的确认请求位被置 1，设备需要回应一个确认帧。确认帧的序列号应该与被确认帧的序列号相同，并且负载长度应该为 零。确认帧紧接着被确认帧发送，不需要使用 CSMA-CA 机制竞争信道。 4）命令帧 MAC 命令帧用于组建 PAN 网络，传输同步数据等。目前定义好的命令帧有力种类型，主要完成三方 面的功能：把设备关联到 PAN 网络，与协调器交换数据，分配 GTS。命令帧在格式上和其他类型的 帧没有太多的区别，只是帧控制字段的帧类型位有所不同。帧头的帧控制字段的帧类型为 011B（B 表示二进制数据）表示这是一个命令帧。命令帧的具体功能由帧的负载数据表示。负载数据是一个变
    长结构，所有命令帧负载的第一个字节是命令类型字节，后面的数据针对不同的命令类型有不同的含 义。 IEEE 802.15.4/ZigBee 帧结构 IEEE 802.15.4/ZigBee 帧结构的设计原则为在保证网络在有噪音的信道上以足够健壮性的传输的 基础上将网络的复杂性降到最低。每一后继的协议层都是在其前一层添加或者剥除了帧头和帧尾而形 成，IEEE 802.15.4 的 MAC 层定义了 4 种基本帧结构。 ·信标帧。供协商者使用。 ·数据帧。承载所有的数据。 ·响应帧。确认帧的顺利传送。 ·MAC 命令帧。用来处理 MAC 对等实体之间的控制传送。 另外，IEEE 802.15.4 标准，即 LR-WPAN(低数据率的无线个人网)标准还支持可选的超帧结构。 该超帧结构的格式是由协商者来定义，绑定了网络信标帧，而由协商者来使用的。超帧被划分为 16 个大小相等的时隙，信标帧在每一个超帧的第一个时隙中进行传输，如果协商者不希望使用超帧结构， 它可以关掉信标帧的传输，信标帧可以用来同步网络中的设备，识别 PAN 并且描述超帧结构。在冲 突访问阶段，任何一个设备如果想进行通信，必须与其他设备使用 CSMA-CA 的机制，而且所有的事 务必须在下一个网络信标帧到来前完成。 对于低延迟或者有特殊数据带宽要求的应用，PAN 的协商者可以利用部分活动的超帧结构来做 到，它们被称为确保服务的同步时隙(Guaranteed Time Slot，GTS) ，这些时隙是由信道无竞争周期 （Contention Free Period，CFP）组成。CFP 一般出现在活动的超帧尾端，前面一般跟随着一些信道 竞争访问周期（Contention Access Period，CAP）。一个 PAN 协商者可能包括少于 7 个的 GTS，而每 个 GTS 一般占用不止一个时隙。但是协商者中还必须保留一定的时隙作为其他网络设备访问或者一 个新的设备访问该网络进行相应的通信之用，但是在 CFP 到来之前所有基于竞争的事务必须全部完 成，而且传递 GTS 的每个设备必须保证其事务在下一个 GTS 到来之前和当前 GTS 的 CFP 结束之前完 成。正是由于标准中定义的这种超帧结构，才保证了该协议具有极低的功耗特性。 帧结构 IEEE 802.15.4/ZigBee 帧结构的设计原则是保证网络在有噪音的信道上以足够健壮的传输的同时将网 络的复杂性降到最低。每一后继的协议层都是在其前一层添加或者剥除了帧头和帧尾而形成，IEEE 802.15.4 的 MAC 层定义了 4 种基本帧结构: ● 信标帧，供协商者使用。 ● 数据帧，承载所有的数据。 ● 响应帧，确认帧的顺利传送。 ● MAC 命令帧，用来处理 MAC 对等实体之间的控制传送。 另外，IEEE 802.15.4 标准，即 LR-WPAN(低数据率的无线个人网)标准还支持可选的超帧结构。该超 帧结构的格式是由协商者来定义，绑定了网络信标帧，并由协商者来使用。超帧被划分为 16 个大小 相等的时隙，信标帧在每一个超帧的第一个时隙中进行传输，如果协商者不希望使用超帧结构，可以 关掉信标帧的传输。信标帧可以用来同步网络中的设备，识别 PAN 并且描述超帧结构。在冲突访问 阶段，任何一个设备如果想进行通信，必须与其他设备使用 CSMA-CA 的机制，而且所有的事务必须 在下一个网络信标帧到来前完成。 对于低延迟或者有特殊数据带宽要求的应用，PAN 的协商者可以利用部分活动的超帧结构来做到，它 们被称为确保服务的同步时隙(Guaranteed Time Slot，GTS) ，这些时隙是由信道无竞争周期 （Contention Free Period，CFP）组成。CFP 一般出现在活动的超帧尾端，前面一般跟随着一些信道 竞争访问周期（Contention Access Period，CAP）。一个 PAN 协商者可能包括少于 7 个的 GTS，而每 个 GTS 一般占用不止一个时隙。但是协商者中还必须保留一定的时隙作为其他网络设备访问或者一
    个新的设备访问该网络进行通信之用。正是由于标准中定义的这种超帧结构，才保证了该协议具有极 低的功耗特性。 另外，IEEE 802.15.4 标准，即 LR-WPAN(低数据率的无线个人网)标准还支持可选的超帧结构。该超 帧结构的格式是由协商者来定义，绑定了网络信标帧，并由协商者来使用。超帧被划分为 16 个大小 相等的时隙，信标帧在每一个超帧的第一个时隙中进行传输，如果协商者不希望使用超帧结构，可以 关掉信标帧的传输。信标帧可以用来同步网络中的设备，识别 PAN 并且描述超帧结构。在冲突访问 阶段，任何一个设备如果想进行通信，必须与其他设备使用 CSMA-CA 的机制，而且所有的事务必须 在下一个网络信标帧到来前完成。 对于低延迟或者有特殊数据带宽要求的应用，PAN 的协商者可以利用部分活动的超帧结构来做到，它 们被称为确保服务的同步时隙(Guaranteed Time Slot，GTS) ，这些时隙是由信道无竞争周期 （Contention Free Period，CFP）组成。CFP 一般出现在活动的超帧尾端，前面一般跟随着一些信道 竞争访问周期（Contention Access Period，CAP）。一个 PAN 协商者可能包括少于 7 个的 GTS，而每 个 GTS 一般占用不止一个时隙。但是协商者中还必须保留一定的时隙作为其他网络设备访问或者一 个新的设备访问该网络进行通信之用。正是由于标准中定义的这种超帧结构，才保证了该协议具有极 低的功耗特性。 ZigBee 堆栈容量和 ZigBee 设备 根据 ZigBee 堆栈规定的所有功能和支持，我们很容易推测 ZigBee 堆栈实现需要用到设备中的大量存 储器资源。 不过 ZigBee 规范定义了三种类型的设备，每种都有自己的功能要求：ZigBee 协调器是启动和配置网 络的一种设备。协调器可以保持间接寻址用的绑定表格，支持关联，同时还能设计信任中心和执行其 它活动。一个 ZigBee 网络只允许有一个 ZigBee 协调器。 ZigBee 路由器是一种支持关联的设备，能够将消息转发到其它设备。ZigBee 网格或树型网络可以有 多个 ZigBee 路由器。ZigBee 星型网络不支持 ZigBee 路由器。 ZigBee 端终设备可以执行它的相关功能，并使用 ZigBee 网络到达其它需要与其通信的设备。它的存 储器容量要求最少。 然而需要特别注意的是，网络的特定架构会戏剧性地影响设备所需的资源。NWK 支持的网络拓扑有 星型、树型和网格型。在这几种网络拓扑中，星型网络对资源的要求最低。
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