ZIGBEE幀結(jié)構(gòu)

1、ZIGBEE幀結(jié)構(gòu)在ZigBee技術(shù)中，每一個協(xié)議層都增加了各自的幀頭和幀尾在PAN網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中定義了4種幀結(jié)構(gòu)：信標幀主協(xié)調(diào)器用來發(fā)送信標的幀；數(shù)據(jù)幀用于所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸?；確認幀/應答幀用于確認成功接收的幀；MAC命令幀用于處理所有MAC層對等實體間的控制傳輸。1. 信標幀信標幀由主協(xié)調(diào)器的MAC層生成，并向網(wǎng)絡中的所有從設備發(fā)送，以保證各從設備與主協(xié)調(diào)器同步，使網(wǎng)絡運行的成本最低，即采用信標網(wǎng)絡通信，可減少從設備的功耗，保證正常的通信。幀結(jié)構(gòu)如下圖所示： MHR是MAC層幀頭；MSDU是MAC層服務數(shù)據(jù)單元，表示MAC層載荷；MFR是MAC層幀尾。其中，MSDU包括超幀格式、未處理事務地址格

2、式、地址列表能及信標載荷；MHR包括MAC幀的控制字段、信標序列碼(BSN)以及尋址信息；MFR中包含16位幀校驗序列(FCS)。這三部分MHR、MSDU、MFR共同構(gòu)成了MAC層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(MPDU)。MAC層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(MPDU)被發(fā)送到物理層(PHY)時，它便成為了物理層服務數(shù)據(jù)單元(PSDU)。如果在PSDU前面加上物理層幀頭(PHR)和同步幀頭(SHR)便可構(gòu)成物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PPDU)。其中，SHR包括前同步幀序列和幀起始定界符(SFD)；PHR包含有PSDU長度的信息。使用前同步碼序列的目的是使從設備與主協(xié)調(diào)器達到符號同步。SHR、PHR、PSDU共同構(gòu)成了物理層的信標包

3、(PPDU)。通過上述過程，最終在PHY層就形成了網(wǎng)絡信標幀。2. 數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀由應用層發(fā)起，在ZigBee設備之間進行數(shù)據(jù)傳輸時，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)由應用層生成，經(jīng)過逐層數(shù)據(jù)處理后發(fā)送給MAC層，形成MAC層服務數(shù)據(jù)單元(MSDU)。通過添加MAC層幀頭MHR和幀尾MFR，形成完整的MAC數(shù)據(jù)幀MPDU。MAC的數(shù)據(jù)幀作為物理層載荷(PSDU)發(fā)送到物理層。在PSDU前面，加上同步幀頭(SHR)和物理層幀頭(PHR)。同信標幀一樣，前同步碼序列和數(shù)據(jù)SFD能夠使接收設備與發(fā)送設備達到符號同步。SHR、PHR、PSDU共同構(gòu)成了物理層的數(shù)據(jù)包(PPDU)。幀結(jié)構(gòu)如下圖所示：3. 確認幀/應答幀在通信接

4、收設備中，為保證通信的可靠性，通常要求接收設備在接收到正確的幀信息后，向發(fā)送設備返回一個確認信息。以向發(fā)送設備表示已經(jīng)正確地接收到相應的信息。接收設備將接收到的信息經(jīng)PHY層和MAC層后，由MAC層經(jīng)糾錯解碼后，恢復發(fā)送端的數(shù)據(jù)，如沒有檢查出數(shù)據(jù)的錯誤，則由MAC層生成一個確認幀，發(fā)送回發(fā)送端。幀結(jié)構(gòu)如下：MAC層的確認幀由一個MHR和一個MFR構(gòu)成，MHR和MFR共同構(gòu)成了MAC層的確認幀（MPDU）。MPDU作為物理層確認幀載荷（PSDU）發(fā)送到物理層，在PSDU前面加上SHR和PHR。SHR、PHR、PSDU共同構(gòu)成了物理層的確認包（PPDU）。4. MAC命令幀MAC命令幀由MAC子層

5、發(fā)起。在ZigBee網(wǎng)絡中，為了對設備的工作狀態(tài)進行控制，同網(wǎng)絡中的其他設備進行通信，控制命令由應用層產(chǎn)生，在MAC層根據(jù)命令的類型，生成的MAC層命令幀。幀結(jié)構(gòu)如下圖所示：包含命令類型字段和命令數(shù)據(jù)的MSDU叫作命令載荷。同其他幀一樣，在MSDU前面，加上幀頭MHR，在其結(jié)尾后面，加上幀尾MFR。MHR、MSDU、MFR共同構(gòu)成了MAC層命令幀(MPDU)。MPDU作為物理層載荷發(fā)送到物理層，在PSDU前加上SHR和PHR。SHR、PHR、PSDU共同構(gòu)成了物理層命令包(PPDU)。注：1、同步頭SHR:包括幀引導序列，接下來是幀開始界定符（SFD）。在規(guī)范中，幀引導序列定義為四個字節(jié)的0x

6、00。SFD是一個字節(jié)，設置為0Xa.2、幀控制域格式：3、FCS的表達式是：G(s)=x16+x12+x5+1網(wǎng)絡建立過程：入網(wǎng)前 路由器 路由器在入網(wǎng)之前，一直發(fā)送信標請求幀，它的作用是，讓在它附近的所有具備介紹人資格的節(jié)點，都回復信標幀，這些返回的信標幀被這個想要加入的無線模塊拿到，通過這些信標幀，選出最佳介紹人節(jié)點，請求加入。 終端 它在入網(wǎng)前的行為和下載了路由器代碼模塊在入網(wǎng)前行為是一樣的。 協(xié)調(diào)器 發(fā)送了一幀信標請求幀，發(fā)送這一幀也會得到周圍具備介紹人資格的節(jié)點回復信標幀，但是協(xié)調(diào)器拿到這些信標幀，用來判斷周圍的環(huán)境情況，為創(chuàng)建網(wǎng)絡做準備。 當協(xié)調(diào)器創(chuàng)建成功以后，就會發(fā)送一個數(shù)據(jù)幀

7、，這個幀里面可以看到協(xié)調(diào)器的地址0x0000,PANID,可以把這個幀叫做網(wǎng)絡連接狀態(tài)幀。 從入網(wǎng)到穩(wěn)定工作 路由器1、協(xié)調(diào)器發(fā)出的網(wǎng)絡連接狀態(tài)幀，表明協(xié)調(diào)器穩(wěn)定工作，與路由器入網(wǎng)無關2 路由器模塊發(fā)出的信標請求幀，用于發(fā)現(xiàn)周圍的網(wǎng)絡，請求加入3、協(xié)調(diào)器模塊發(fā)出的信標請求幀，路由器模塊在拿到這個幀之后，可以得到協(xié)調(diào)器模塊相對于它自己的信號強度，判斷是不是最佳介紹人。 4-5 6-7 重復2-3的過程補充： 在Zigbee網(wǎng)絡里，如果一個模塊發(fā)出的射頻幀，非常明確的指定接收目標節(jié)點的地址，那么目標節(jié)點在接收到這個幀以后，硬件會自動回復一個ACK，表明已經(jīng)收到了。 TI在CC2530出廠的時候在f

8、lash上固話一個8個字節(jié)編號唯一的值，這個值是這顆芯片的物理地址，又叫MAC地址，或叫IEEE地址，3種說法說的都是一回事。 8 是路由器模塊發(fā)給協(xié)調(diào)模塊，這個幀的作用是，在前面路由器模塊收到了協(xié)調(diào)器模塊的信標幀，通過信標幀判斷協(xié)調(diào)器是當前路由器模塊的最佳介紹人，路由器模塊發(fā)送這一幀是告訴協(xié)調(diào)器，你是我當前的最佳介紹人，請你從當我入網(wǎng)的介紹人，介紹我入網(wǎng)，并且在這個幀攜帶了自己MAC,這個MAC地址是介紹人模塊（協(xié)調(diào)器模塊）給被介紹人模塊（路由器模塊）分配網(wǎng)絡的地址的依據(jù)。 9 是協(xié)調(diào)器模塊硬件回復給路由器模塊的ACK，表明我已經(jīng)收到了你發(fā)過來的幀 10 是路由器模塊發(fā)給協(xié)調(diào)器模塊的幀，請求

9、協(xié)調(diào)器，把你根據(jù)我前面發(fā)給你的MAC地址給我分配的網(wǎng)絡地址現(xiàn)在發(fā)給我。是一個數(shù)據(jù)請求幀。 11 協(xié)調(diào)器回復給路由器的ACK表明收到了路由器發(fā)過來的幀 12 協(xié)調(diào)器把為路由器分配好的網(wǎng)絡地址發(fā)給路由器。而這個幀需要非常明確的發(fā)給路由器模塊，但是路由器模塊還不知道自己的網(wǎng)絡地址是多少，所有在指定目標地址的時候用MAC地址 13 在路由器模塊根據(jù)自己的MAC地址收到了協(xié)調(diào)器發(fā)過來分配給自己的網(wǎng)絡地址，硬件自己回復ACK，表明已經(jīng)收到了， 14 入網(wǎng)宣告，告訴當前網(wǎng)絡里所有的節(jié)點，我入網(wǎng)了，我的網(wǎng)絡地址是0xE9EB。 15 是協(xié)調(diào)器模塊在收到了路由器模塊發(fā)的入網(wǎng)宣告幀以后，轉(zhuǎn)發(fā)的幀。 16 17是協(xié)

10、調(diào)器模塊和路由器模塊在工作穩(wěn)定時，發(fā)出的網(wǎng)絡連接狀態(tài)幀。 協(xié)調(diào)器和路由器在入網(wǎng)后，穩(wěn)定工作時的行為是，每隔一段時間發(fā)一次網(wǎng)絡連接狀態(tài)幀，默認是15S 終端 入網(wǎng)過程，終端的入網(wǎng)過程和路由器入網(wǎng)的過程，所有的行為都是一樣的 終端.psd 16 終端節(jié)點發(fā)送給它的父節(jié)點協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)請求幀，為了告訴它的父節(jié)點，我還在線。 17 協(xié)調(diào)器在收到終端發(fā)來的幀，硬件自動回復的ACK（1）如果協(xié)調(diào)器的ZDAPP_CONFIG_PANID設置為OxFFFF，則協(xié)調(diào)器將產(chǎn)生一個隨機的PANID。（2）如果協(xié)調(diào)器的ZDAPP_CONFIG_PANID設置為非OxFFFF，則協(xié)調(diào)器根據(jù)自身的IEEE地址或ZDAPP_CONFIG_PANID值隨機產(chǎn)生PANID。（3）如果協(xié)調(diào)器的PANID設為小于等于Ox3FFF的有效值，