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ZigBee技术介质接入控制子层

IEEE 802. 15.4/ZigBee的MAC层(数据链路层、介质接入控制层或媒体控制层)的主 要功能是为两个ZigBee设备的MAC层实体之间提供可靠的数据链路,其主要功能包括以 下部分:

(1)通过CSMA-CA机制解决信道访问时的冲突。

(2)发送信标或检测、跟踪信标。

(3)处理和维护保护时隙(GTS)0

(4)连接的建立和断开。

(5)安全机制。

IEEE 802系列标准把数据链路层分成逻辑链路层控制(Logical Link Control, LLC)和 MAC两个子层。LLC子层在IEEE 802. 6标准中定义为802标准系列所共用;而MAC子 层协议则依赖于各自的物理层。IEEE 802. 15. 4的MAC子层支持多种LLC标准,通过业 务相关汇聚子层协议承载IEEE 802. 2协议中第一种类型的LLC标准,同时也允许其他 LLC标准直接使用IEEE 802. 15. 4 MAC子层的服务。LLC子层主要功能是进行数据包 分段与重组以及确保数据包按顺序传输。

MAC子层参考模型

如图4-23所示,IEEE 802. 15.4 MAC子层实现包括设备间无线链路的建立、维护与断开,确认模式的帧传送与接收,信道接入与控制,帧校验与快速自动请求重发(ARQ),预留 时隙管理以及广播信息管理等。MAC子层处理所有物理层无线信道接入。主要功能 如下:

(1)网络协调器产生网络信标。

(2)与信标同步。

(3)支持个域网链路的建立和断开。

(4)为设备的安全提供支持。

(5)信道接入时采用免冲突载波检测多址接入(CSMA-CA)机制。

(6)处理和维护保护时隙(GTS)机制。

(7)在两个对等的MAC实体之间提供一个可靠的通信链路。

两种ZigBee网络拓扑结

MAC子层与LLC子层的接口中用于管理目的的原语仅有26条。相对于Bluetooth技术的131条和32个事件而言,IEEE 802. 15. 4 MAC子层的复杂度很低,不需要高速处理 器,因此降低了成本。

IEEE 802. 15.4 MAC层定义了两种信道接入方法,分别用于两种ZigBee网络拓扑结构中:基于中心控制的星形网络和基于对等操作的网状网络。在星型网络中,中心设备承 担网络的形成与维护、时隙的划分、信道接入控制以及专用带宽分配等功能,其余设备则根 据中心设备的广播信息来决定如何接入和使用信道,这是一种时隙化的载波监听和冲突避 免CSMA/CA信道接入算法。在对等的网络中,没有中心设备控制,也没有广播信道和广播信息,而是使用标准的CSMA/CA信道接入算法接入网络。

两种ZigBee网络拓扑结构中

总线型局域网在MAC层的标准是CSMA/CD,即载波监听多点接入/冲突检测。由于 无线产品的适配器不易检测信道是否存在冲突,因此802. 15定义了一种新的协议,即载波 监听多点接入/冲突避免。一方面,载波侦听,即可查看介质是否空闲;另一方面避免冲突, 通过随机的时间等待,使信号冲突发生的概率最小,当介质被侦听到空闲时,优先发送。