备考_课件精简版

1、无线网络按覆盖范围的分类结果r 无线个域网无线个域网WPAN, Wireless Personal Area Networks r 无线局域网无线局域网WLAN, Wireless Local Area Networksr 无线城域网无线城域网WMAN, Wireless Metropolitan Area Networksr 无线广域网无线广域网WWAN, Wireless Wide Area Networksr 移动自组织网络移动自组织网络MANET, Mobile ad hoc Networksr IEEE 802.15 802.15.1 兼容BlueTooth技术 802.15.2 W

2、LAN与WPAN共存性 802.15.3 高数据传输率的WPAN 802.15.3a 物理层为超宽带 802.15.3c 物理层为毫米波 802.15.4 低数据传输率的WPAN（Zigbee） 802.15.4a 物理层为超宽带 802.15.4b 低速家用无线网技术802.15.5 网状网WPAN技术IEEE 802.15各工作组的任务r ZigBee信标的净荷信标的净荷包括协议标识、协议栈子集（特性集）、协议版本、路由器接受标志、设备深度、末端设备接受标志、扩展PAN标识、信标时间偏移、网络更新标识等。协议标识（protocol ID）：标识网络层协议，0 x00表示使用ZigBee网络

3、层协议。协议栈子集（stack profile）：指定了对协议栈各可选特性的选择以及参数范围。协议版本（nwkcProtocol Version）：目前有ZigBee2004、ZigBee2006和ZigBee 2007 3个版本，分别对应取值为0 x00、0 x01、0 x02。路由器接受标志和末端设备接受标志：分别表示是否接受路由器设备和末端设备加入网络。设备深度：表示信标发送设备在树形拓扑中的深度，如0 x00表示是做为树根的协调器，在网状拓扑当中，这个参数意义不大。ZigBee协议的版本类型rZigBee技术的特点1. 低功耗由于ZigBee的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且采用了

4、休眠模式,功耗低，因此ZigBee设备非常省电。据估算,ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间。2. 低成本由于ZigBee模块的复杂度不高，ZigBee协议免专利费，再加之使用的频段无需付费，所以它的成本较低。 ZigBee技术的特点特点:低功耗低功耗、低成本低成本、时延短时延短、网络容量大网络容量大、可靠可靠、安全安全3. 时延短通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短,典型的搜索设备时延30ms,休眠激活的时延是15ms。相比较,蓝牙需要310s、WiFi需要3s。4. 网络容量大一个星型结构的ZigBee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备, 一个

5、区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络, 而且网络组成灵活。网状结构的ZigBee网络中可有65000（2552=65025）多个节点。 ZigBee技术的特点特点:低功耗低功耗、低成本低成本、时延短时延短、网络容量大网络容量大、可靠可靠、安全安全5. 可靠采取了碰撞避免策略,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式, 每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可进行重发。6. 安全ZigBee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能；支持鉴权和认证, 采用了AES-128的加密算

6、法,各个应用可以灵活确定其安全属性。 ZigBee技术的特点特点:低功耗低功耗、低成本低成本、时延短时延短、网络容量大网络容量大、可靠可靠、安全安全 IEEE 802.15.4的工作频段、信道、传输速率r工作频段工作频段欧洲：868MHz 868868.6 0.6MHz北美：915MHz 902928 26MHz全球：2.4GHz 2.42.4835 83.5MHz 工作频段工作频段 使用范围使用范围 数据传输速率数据传输速率 信道数信道数 2.4G Hz 2.42.4835 全世界 250kbps 16 868M Hz 868868.6 欧洲 20kbps 1 915M Hz 902928

7、北美 40kbps 10 IEEE 802.15.4的工作频段、信道、传输速率r 共共27个物理信道，信道编号从个物理信道，信道编号从0到到26：915MHz 2MHz 中心频率：906, 908, ， 9242.4GHz 5MHz 中心频率：2405, 2410，2480现在市场上应用大多数是2.4 GHz频段服务数据单元和协议数据单元r两种数据单元：服务数据单元SDU：Service Data Unit进入每个子层未被处理的数据称为服务数据单元协议数据单元PDU：Protocol Data Unit经过子层处理后形成特定格式的数据被称为协议数据单元物理层帧结构中各字段的意义rPPDU报文数

8、据报文数据同步头(SHR)：用于数据流同步物理层报头(PHR)：含有帧长度信息净荷：承载MAC帧数据右边表格，记住！右边表格，记住！物理层帧结构中各字段的意义r 同步头同步头(SHR)：包含前导字段和帧起始符。：包含前导字段和帧起始符。前导字段：长度为32bit都是“0”，进行码片同步和符号同步。帧起始符：表明了同步头的结尾以及真正的物理层帧头的开始，长度为1字节，从低位到高位分别设置为“1,1,1,0, 0,1,0,1”，可以用于帧同步，即找到物理层帧真正的起始位置。物理层帧结构中各字段的意义r 物理层帧头物理层帧头1字节，其中低7bit用于表示物理层帧的长度，剩下1bit预留位；r 物理层

9、净荷物理层净荷即物理层服务数据单元PSDU，最大为127字节；r 整个物理层帧又称为物理层协议数据单元（整个物理层帧又称为物理层协议数据单元（PPDU）IEEE 802.15.4各频段的调制方式r 物理层帧形成之后会按照发送顺序（从低位到高位，从左往右）进行发射端的基带处理；r 3个频段个频段采用不同的调制方式：调制方式：868915MHz：差分编码比特码片变换BPSK调制2.4 GHz：比特符号变换符号码片变换O-QPSK调制r 2.4GHz的调制方式将数据每个字节的低四位与高四位分别映射组成数据符号；每种数据符号又被映射成32位伪随机噪声数据码片；数据码片序列采用半正弦脉冲波形的偏移四相移

10、相键控技术(O-QPSK)调制。IEEE 802.15.4中的四种原语类型r 四种类型的原语四种类型的原语Request：请求原语用于上层向本层请求指定的服务。 Confirm：确认原语本层用于响应上层发出的请求原语。 Indication：指示原语由本层发给上层用来指示本层的某一内部事件。 Response：响应原语用于上层响应本层发出的指示原语。本文中原语遵循了“SAP名称名称-原语功能原语类型原语功能原语类型”的书写规则。如：“MLME-ASSOCIATErequest”表示MLME-SAP上提供的关联请求原语。 IEEE 802.15.4物理层数据收发的原语过程r数据收发相关原语数据收

11、发相关原语PD-DATA.request的参数包括要发送的数据的长度psduLength(必须小于等于127字节)要发送的数据psdu。图图 物理层数据收发过程物理层数据收发过程右图，记住！右图，记住！PD-DATA.confirm参数只有一个发送数据的状态statusSUCCESS（ox07）发送成功BUSY-TX（0 x02）发送时发射机正在发送 RX-ON（0 x06）接收机正打开（接收时不能发送）TRX-OFF（0 x08）发送时收发机正关闭后3种均是失败状态，发射机丢弃要发送的数据；PD-DATA.indication的参数包括接收数据的长度psduLength接收到的数据psdu接

12、收数据链路的质量ppduLinkQuality(即后面物理层测量要讲到的LQIIEEE 802.15.4物理层数据收发的原语过程物理层的三种测量r物理层的测量物理层的测量主要是为了给高层协议操作提供参考依据，包括对接收数据信号质量的测量信道的能量水平检测空闲信道评估空闲信道评估的3种方式r空闲信道评估过程MAC层通过PLME-CCA.request原语要求物理层对信道进行空闲评估，该原语不带有任何参数；物理层进行空闲信道评估后，通过PLME-CCA.confirm原语把结果返回给MAC层，该原语的参数为信道状态值status表示信道是忙BUSY还是空闲IDLE，或者表示收发机为关闭TRX-OF

13、F状态而无法进行信道评估。图图 物理层空闲信道评估物理层空闲信道评估空闲信道评估的3种方式r 对信道的空闲状态进行评估，可以采用对信道的空闲状态进行评估，可以采用3种不同的方式：种不同的方式：方式1：只检测能量，如果检测信道的能量超过所设定的门限值就认为该信道忙，该门限值至少超过接收机灵敏度10dB；方式2：仅检测信道中是否存在遵循IEEE 802.15.4的信号，即如果检测到就认为该信道忙；方式3：既检测能量，又检测信道是否存在遵循IEEE 802.15.4的信号，如果检测到IEEE 802.15.4的信号，并且其能量超过所设定的门限时，则认为该信道忙。r 具体采用哪种方式根据物理层属性ph

14、yCCAMode的值决定，该值从13分别表示第一到第三种方式。无论哪种方式，信道评估的检测时间持续8个符号时隙。ZigBee网络中的设备类型 （从不同层划分）及其功能r （从物理实现角度从物理实现角度）IEEE802.15.4中定义了两种类型的设备中定义了两种类型的设备全功能设备（FFD，Full Function Device）和缩减功能设备（RFD，Reduced Function Device）。两个FFD之间、FFD和RFD之间可以互相通信，而两个RFD之间不能直接通信，必须通过FFD进行中转。r 之所以要规定两种设备类型，主要是考虑尽量降低整个网络的成本尽量降低整个网络的成本。网络当

15、中部分设备的功能是比较强的，如要负责一些网络维护的工作，但如果所有网络设备都支持这么强的功能，就会增加整个网络的成本，而实际上很多设备并不需要那些比较强的功能，它们只需要实现最基本的功能，这样就能大大降低整个网络的成本，特别是当这类基本设备的数量比较大的时候。r （从网络组成的角度从网络组成的角度） IEEE802.15.4定义了定义了3种设备：种设备：PAN协调器协调器（PAN Coordinator）、协调器（）、协调器（Coordinator）和设备）和设备（Device）；）；PAN协调器在整个网络当中是唯一的，它一般是建立网络的设备，功能最强大、成本最高；协调器在网络当中可能有很多个

16、，要承担一些网络维护的功能，成本居中； PAN协调器是特殊的协调器，以后如果没有区分，那么协调器也包括PAN协调器；设备是网络的末端节点，一般是最简单、成本最低的设备；r RFD只能做为设备，而只能做为设备，而FFD可以做为可以做为3种设备当中任意一种；种设备当中任意一种；ZigBee网络中的设备类型 （从不同层划分）及其功能WPANWPANZigBee网络的拓扑结构类型ZigBee支持的网络拓扑形式有三种：支持的网络拓扑形式有三种：r星型拓扑（星型拓扑（Star）r树型拓扑（树型拓扑（Tree）r网状拓扑（网状拓扑（Mesh）r 在星型拓扑结构中，PAN协调器作为唯一的中心控制节点，其他设备

17、都只跟PAN协调器进行直接通信；r 在Mesh拓扑结构中，除了RFD之外，其他设备之间可能可以互相进行通信，不一定需要通过PAN协调器进行通信；设备的两种地址及其优缺点r MAC地址是MAC层通信当中表示设备的标识，它用于MAC层的通信。r MAC层规定两种地址层规定两种地址短地址（short address）：临时分配的地址，即设备加入到网络当中才会分配的地址，长度为16比特，短地址在MAC层中用属性macShortAddress来记录；扩展地址（extended address）：一般是一个长期固定的地址，设备出厂的时候就已经固化，一直伴随设备直至它寿命结束都不会更改，在MAC层是用一个常

18、数aExtendedAddress来表示的，长度为64比特，又称“IEEE 地址”，它是全球唯一的地址，根据它可以唯一区分不同的设备，因此需要有相关的部门对它进行统一的分配，通常厂家会申请一段地址空间，然后生产出来的设备的扩展地址从所分配的地址空间当中选择。类比：学号与身份证号设备的两种地址及其优缺点r 扩展地址的优缺点扩展地址的优缺点优点：可以唯一区分不同的设备。缺点：开销太大。源和目的两个地址占用16字节，相对于所携带的信息可能有些长，即使相对于127字节的物理层最大净荷也是一笔不小的开销（约13%的信息量）。r 短地址的优缺点短地址的优缺点优点：开销小。源和目的两个地址占用4字节，可以节

19、省12字节的开销。缺点：会引起地址冲突的问题。16比特最多有65536种取值，当网络中节点比较多的时候，地址冲突的问题就会显现出来。 如果是源地址冲突，那么目的节点不知道是哪个节点给它发送数据，如果是目的地址冲突，那么源节点可能把数据发送到错误的目的节点；MAC层帧结构中各字段的意义r 帧头（帧头（Header）由帧控制域(frame control)、帧序列号(sequence number)和地址域(addressing fields)组成。r 负载（负载（Payload）长度可变，具体内容由帧类型决定。r 帧尾（帧尾（Footer）是帧头和负载数据的16位循环冗余码校验(CRC)序列。r

20、MAC层帧层帧MAC层的数据帧封装在物理层帧当中发送，而接收到的物理层帧经过解封装后会得到MAC层数据帧。MAC层帧控制域中各字段的意义r 帧控制域帧控制域包含了基本的帧信息，长度为包含了基本的帧信息，长度为16 bit： 比特02是帧类型（Frame Type）：0b000、0b001、0b010、0b011分别表示信标帧、数据帧、应答帧、命令帧，其他值预留。比特3是安全使能标志（Security Enabled），1表示对该帧使用安全机制，0表示不使用安全机制。比特4是后续帧控制位（Frame Pending），1表示后续还有更多的数据帧要发送给接收设备，0表示没有。比特5是应答标志（Ac

21、k Request），1表示该帧需要应答，0表示该帧不需要应答。比特6是PAN标识压缩标识（PAN ID Compression） 1表示采取PAN标识压缩模式，表明当前帧是在同一PAN范围内，只需要目的地址与源地址，而不需源PAN标识符； 0表示不采用PAN标识压缩模式，表明当前帧是不在同一PAN范围内，不仅需要目的地址与源地址，源PAN标识符与目的PAN标识符均需要。MAC层帧控制域中各字段的意义比特10与比特11表示目的地址模式00表示不存在PAN标识和地址域；01是预留值；10表示后面的地址域为16位短地址；11表示地址域为64位扩展地址。比特12和比特13表示该帧的版本0 x00表示

22、与2003版本兼容；0 x01表示该帧为2006版本。比特14与比特15表示源地址模式00表示不存在PAN标识和地址域；01是预留值；10表示后面的地址域为16位短地址；11表示地址域为64位扩展地址。MAC层帧控制域中各字段的意义设备在MAC层需要维护的两个序列号r设备需要维护两个序列号一个用于信标的序列号BSN，BSN 用MAC层属性macBSN来记录。一个用于数据帧、命令帧和应答帧的序列号DSN，DSN用MAC层属性macDSN来记录。r 每发送一个对应的帧，DSN或者BSN都会增一，如果超过最大值就变成全零值。ZigBee网络中各层的帧类型rMAC层的四种帧层的四种帧信标帧 ：是一种特

23、殊的帧，只能由协调器发送 其MAC净荷:2字节的超帧规格、GTS域、缓存地址域和信标规格。MAC数据帧 :用于一般的通信过程 其MAC净荷:全部是数据净荷MAC应答帧 :用于保证通信的可靠性 其 :不携带任何MAC层净荷MAC命令帧 :用于MAC层的维护 其MAC净荷: 1字节的命令帧标识：表示是哪个命令。 命令净荷：不同的命令会携带不同的净荷。几种随机信道接入技术随机信道接入技术随机信道接入技术： 设备通信并不占据固定的资源，为了安排不同设备之间设备通信并不占据固定的资源，为了安排不同设备之间对资源的使用，通常对资源的使用，通常通过通过“竞争竞争”的过程来完成的过程来完成。pure ALOH

24、A、S-ALOHA、CSMA(1坚持、p坚持、非坚持)、CSMA-CD、CSMA-CAIEEE 802.15.4的MAC层 采用的信道接入技术r固定信道接入技术固定信道接入技术：每个设备的通信都占用确定的信道每个设备的通信都占用确定的信道r随机信道接入技术随机信道接入技术：设备通信并不占据固定的资源r频分多址接入频分多址接入FDMA：不同设备使用不同频率进行通信不同设备使用不同频率进行通信r时分多址接入时分多址接入TDMA技术：技术：不同设备在不同时间进行通信不同设备在不同时间进行通信r空分多址接入空分多址接入SDMA技术：技术：不同设备在不同空间进行通信不同设备在不同空间进行通信r码分多址接

25、入码分多址接入CDMA技术：技术：通过扩频码区分不同设备的通信通过扩频码区分不同设备的通信截断的二进制指数退避算法r截断的截断的二进制指数退避算法二进制指数退避算法算法规则 (1) 当第一次发生冲突时，设置冲突计数 k=1；(2) 退避等待一个随机时间，取值为 n 个时间片； n为 0, 1, 2, ., 2k 1中的一个随机数；(3) 当再发送帧时若又发生冲突，则k= k + 1, 但若 k 加到10后便不再增加, 仍维持 k=10，即 k = min 重发次数，10 ，转 (2) ； (4) 设置一个最大重发次数 16，超过该次数，则不再重传，并报告出错。n的范围是0至1023（K=10时

26、）。n的实际取值是由每个以太网站点的随机程序决定的。随着连续冲突次数的增加，可能产生的退避时间范围将呈指数增加。规定最大重发次数不超过16次。 CSMA-CD无法直接应用于无线网络的原因原因：原因：（1）CSMA/CD 协议要求一个站点在发送本站数据的同时，还必须不间断地检测信道，但在无线局域网的设备中要实现这种功能就花费过大。（2）即使我们能够实现碰撞检测的功能，并且当我们在发送数据时检测到信道是空闲的，在接收端仍然有可能发生碰撞，如隐终端问题。（3）即使我们能够实现碰撞检测的功能，并且当我们在发送数据时检测到信道是忙的，但是实际情况是在接收端根本不会发生碰撞，如暴露终端问题。r 超帧中几个

27、概念超帧中几个概念信标间隔（Beacon Interval，BI）超帧持续时间（Superframe Duration，SD）超帧活跃期（Active Period）超帧非活跃期（Inactive Period）竞争接入时期（Contention Access Period，CAP）非竞争接入时期（Contention Free Period，CFP）时隙（Time Slot，TS）保证时隙（Guaranteed Time Slot，GTS）r 概念之间的关系概念之间的关系信标间隔=超帧活跃期+超帧非活跃期超帧持续时间=超帧活跃期超帧活跃期=竞争接入时期+非竞争接入时期超帧活跃期=16TS非竞

28、争接入时期=GTSiGTS=nTS(n=1,15？)超帧中超帧中 各种概念各种概念 之间的关系之间的关系非信标网络中信标的发送方式r 802.15.4MAC层非信标网络层非信标网络如果 信标周期变成无限长，那么超帧的结构就没有作用了，MAC层也支持这种没有超帧结构的信道接入方式。此时，信标并不是周期性地发送，而是采取按需发送的方式，即受到信标请求的时候才发送信标。此时BO=15，SO的值没有意义，称这种非周期发送信标、没有超帧结构的信道接入方式为“非信标方式”；将采用非信标方式的网络称为“非信标网络”；注意：此时实际上还是有信标的，只不过不是周期性发送的。非信标网络中信标的发送方式r 802.

29、15.4MAC层非信标网络层非信标网络由于没有超帧结构，因此没有活跃期和非活跃期之分，也没有GTS。在非信标网络当中，所有信息发送的信道接入采取CSMA-CA的方式，包括对信标请求响应发送的信标，也是以CSMA-CA的方式发送。值得注意的是：与支持超帧结构的信标网络相比，非信标网络的CSMA-CA算法略有区别： 在信标网络中采用基于时隙的CSMA-CA算法； 在非信标网络当中采用非时隙的CSMA-CA算法；GTS申请和分配过程rGTS请求命令帧格式请求命令帧格式Command Frame Identifier，指示命令帧类型。GTS Characteristic，指示GTS特性。GTS Len

30、gth：请求的GTS长度，占多少个超帧时隙。GTS Direction：GTS的方向，“1”表示从PAN协调器到设备，“0”表示从设备到PAN协调器。Characteristics Type：命令类型指示是申请分配GTS还是申请删除GTS，“1”表示分配，“0”表示删除。rGTS分配分配（1）设备向PAN协调器发送GTS请求命令帧。（2）PAN协调器判断是否要分配GTS，若PAN决定分配GTS，则在信标帧中携带所分配的GTS信息。（3）设备通过监听信标，来判断GTS请求是否成功。GTS申请和分配过程GTS的删除方式rGTS删除删除设备向PAN协调器发送GTS请求命令，请求删除GTS。将命令类型

31、（Characteristic Type）设置为“0”。PAN协调器在信标帧中指示删除某个设备的GTS。协调器将GTS的开始时隙设置为0b0000。长期没有收到数据，PAN协调器自动删除GTS。对于发送GTS，PAN协调器在连续2n个超帧没有收到设备的数据，就认为GTS过期。对于接收GTS，PAN协调器在连续2n个超帧没有收到设备的应答，就认为GTS过期。n的取值：BO为0-8时，n=28-BO；BO为9-14时，n=1。MAC层的四种扫描r MAC层所定义的层所定义的4种扫描是：种扫描是：能量扫描、主动扫描、被动扫描和孤立节点扫描；无论是哪种扫描，都会在一个或者一系列信道上进行，扫描的过程是

32、从最低序号信道起依次扫描，直到最高序号信道。在扫描期间，设备暂停信标的发送，并且一般忽略与扫描不相关的其他帧，直到扫描完毕才恢复正常。MAC层的四种扫描r 能量扫描能量扫描目的是检测所扫描信道上的能量情况。信道上的能量可能包括PAN当中正常通信的信号能量，或者是其他的干扰噪声；可为后续操作奠定基础。能量扫描的过程对于每个信道进行持续的能量检测，持续的时间由原语当中参数规定。能量扫描结束之后得到所扫描的一系列信道的能量值。MAC层的四种扫描r 主动扫描和被动扫描主动扫描和被动扫描目的都是通过监听信标检测到协调器的存在，用于加入网络。主动扫描中设备会主动地发送信标请求命令（Beacon Reque

33、st），然后再监听信标；非信标网络的PAN协调器收到请求后，返回一个信标；信标网络的PAN协调器忽略该请求，依然周期发送信标。被动扫描中设备不会主动发送信标请求命令，一直处于监听信标的状态。扫描的持续时间也是由原语当中参数决定的。扫描结束后会得到一系列信标当中的协调器信息。MAC层的四种扫描r 孤立节点扫描孤立节点扫描目的是设备跟协调器失去联系的时候可以重新加入网络。孤立节点发送孤立节点通告命令（Orphan notification），而协调器收到后回复一个协调器重设置命令（Coordinator realignment），当设备收到协调器重设置命令之后就结束扫描的过程。MAC层设备加入网络

34、过程r 设备高层向设备高层向MAC层发送层发送MLME-ASSOCIATE.request原语原语开始开始连接的过程。连接的过程。r 设备设备MAC层向协调器发送层向协调器发送连接请求命令连接请求命令。r 协调器协调器MAC层收到连接请求命令之后回层收到连接请求命令之后回1个应答，并向高层发个应答，并向高层发送送MLME-ASSOCIATE.indication原语原语表示收到了连接请求命令。表示收到了连接请求命令。指示原语包括请求设备的64位地址、能力信息等参数。r 协调器高层决定是否要接纳新设备的连接请求。协调器高层决定是否要接纳新设备的连接请求。如根据自身的存储空间大小，因为它要存储子节

35、点的一些信息。MAC层设备加入网络过程r 无论是否接纳，都会通过无论是否接纳，都会通过MLME-ASSOCIATE.response原语原语让让MAC层向接入设备发送层向接入设备发送连接响应命令连接响应命令到请求设备，命令当中携带：到请求设备，命令当中携带：分配给新连接设备的16位地址：如果连接请求命令能力信息域当中没有要求协调器分配地址，则表明设备希望使用64位地址进行通信，那么连接响应分配地址域设置为0 xfffe；如果协调器不接纳设备，那么分配地址域设置为0 xffff。连接状态：表示连接操作是否成功0 x00表示连接成功，0 x01表示网络容量已满，0 x02表示不允许接入网络。r不过

36、连接响应命令不会直接发送给设备，而是需要设备先发数据请不过连接响应命令不会直接发送给设备，而是需要设备先发数据请求（设备可能没准备好接收数据），然后协调器再把连接响应命令求（设备可能没准备好接收数据），然后协调器再把连接响应命令发送出去。发送出去。MAC层设备加入网络过程r 收到连接响应命令之后，设备通过收到连接响应命令之后，设备通过MLME-ASSOCIATE. confirm原语原语通知高层。通知高层。原语包括连接短地址、连接状态、安全等级等参数。r通过上述过程，设备完成了加入网络的连接过程，设备也分配得通过上述过程，设备完成了加入网络的连接过程，设备也分配得到一个通信地址。到一个通信地址

37、。在信标和非信标方式下， 协调器到设备的数据发送过程r信标模式下信标模式下CAP中中协调器在信标的Pending Address Fields域中指示有数据需要接收的一系列设备。Pending Address Specification0-2比特：未处理短地址数目4-6比特：未处理扩展地址数目Address List：列出有未处理数据设备的地址最多7个，若超过7个，其他暂时缓存。设备收到信标后可判断有无数据需要接收。若有，可向协调器发出数据请求。在非在非GTS方方式下，协调式下，协调器给设备发器给设备发送数据一般送数据一般采取间接发采取间接发送的方式。送的方式。r在非信标模式下在非信标模式下设

38、备直接向发送请求命令，询问是否有需要接收的数据。协调器有两种应答方式（根据自身处理能力）若协调器处理速度很快：先检查是否有相应数据若无数据，则将“帧未处理”位设为“0”；若有数据，则将“帧未处理”位设为“1”，并将数据帧发出。若协调器处理速度很慢：先告知设备有数据需要接收，之后检查实际有无数据若有则将数据帧发出；若无则发送一个不带净荷的数据帧。在信标和非信标方式下， 协调器到设备的数据发送过程r 网络层帧结构（网络层帧结构（NPDU格式）格式）帧控制域目的地址和源地址半径域：限定网络层帧的发送范围，其初始值由高层决定，每经过一跳 其值减去1，当值为0时就不再对帧进行转发。序列号：记录两个节点之

39、间传输的帧的个数目的IEEE地址和源IEEE地址（命令帧中出现，用于地址冲突检测）组播控制域（只出现在组播帧中）源路由子帧域（采用源路由方式时才出现）网络层净荷网络层帧结构中各字段的意义r 帧控制域：帧控制域：比特0和1表示帧类型：0b00和0b01分别表示数据帧和命令帧。比特25表示协议版本：该值与网络层常数nwkcProtocolVersion相同。比特6和7表示路由发现选项： 0 x00表示抑制路由发现：使用已有路由项发送数据，但如果没有路由记录也不会进行路由发现，会导致数据发送失败。 0 x01表示允许路由发现：在没有路由记录的时候会发起路由发现过程。 0 x02表示强制路由发现：即使

40、有路由记录也会发起路由发现过程。比特8是组播标准：1和0分别表示是组播帧，还是单播或者广播帧。比特9是安全标志：表明是否使用网络层安全机制。比特10是源路由标志：表示是否使用源路由机制。比特11和12分别表示是否携带目的和源IEEE地址。网络层帧结构中帧控制域各字段的意义网络层帧结构中帧控制域各字段的意义协调器建立网络的过程r协调器的协调器的信道选择过程信道选择过程在（应用层指定的）信道范围内进行能量扫描。通过在各个信道上进行监听，获取各个信道能量水平：这个能量可以看做是各个信道上的干扰，可以通过一个门限比较，能量水平低于门限值得认为干扰水平可以接受；（依照干扰水平从低到高的顺序）在各个可接受

41、的信道上进行主动扫描。主要目的是探测已存在的网络。在已存在网络最少的信道上建立网络。如果几个信道上现存的网络数都一样少，那么就会在干扰水平最低的信道上建立。确定工作信道之后，设备进一步设置其余的网络参数，包括PAN标识、网络地址、扩展PAN标识等。设备加入网络的几种方式及其比较r加入网络的方式方式有多种：通过连接加入网络重新加入网络孤立节点加入网络通过预先配置加入网络设备加入网络的几种方式及其比较r 通过连接加入网络通过连接加入网络PAN ID、网络地址、父节点都未定。过程：发现网络、选择要加入的网络、选择父节点、MAC层关联、父节点分配地址。r 重新加入网络重新加入网络PAN ID确定、网络

42、地址未定、父节点未定。过程：查找特定网络、网络层重新加入、父节点分配地址。r 通过配置加入网络通过配置加入网络父节点行为；PAN ID确定、网络地址确定、父节点确定。过程：在父节点中直接配置子节点信息。r 孤立点加入网络孤立点加入网络PAN ID确定、网络地址确定、父节点确定。过程：查找原来的父节点、父节点告知原来的网络地址。比较比较树形编址方式中的三个参数r树形编址是ZigBee当中默认的地址分配机制（nwkAddrAlloc=0 x00）r树形地址分配方式中的三个参数三个参数子节点最大数目，nwkMaxChildren (Cm)子节点当中路由器的最大数目，nwkMaxRouters (Rm

43、)网络最大深度，nwkMaxDepth (Lm)协调器的深度为0，而其他节点的深度由父节点的深度决定，即子节点的深度为父节点的深度加1。树形编址方式中的地址分配方式r基本原则：基本原则：路由器子节点地址在前，末端子节点地址在后。路由器子节点地址在前，末端子节点地址在后。路由器子节点假设当前节点的地址为A0，第一个新加入的路由器子节点的地址就是A0+1；以后每次新加入一个路由器子节点，都会以Cskip(d)为增量来分配网络地址。假设Rn是第n个加入的路由器子节点，则Rn的地址为：ARn=A0+ Cskip(d)(Rn-1) + 1 1RnRm末端子节点根据新加入末端子节点的顺序连续分配地址。设E

44、n是第n个加入的终端子节点，那么En的地址为：AEn=A0+ Cskip(d) Rm +En 1 En (Cm- Rm)树路由中节点转发数据帧的方式数据包沿着树的路径传递，它依赖于树形编址。在路由的时候就按照树的父子节点来查找，即Cluster-Tree算法。其中，节点直接通过数据包中的目的节点地址来计算下一跳的地址。通常的做法是将其简化为上行路由或者下行路由。上行路由：下一跳为当前节点的父节点。下行路由：下一跳为当前节点的子节点。r ZigBee网络的树型拓扑结构中每一个父节点可以同时有多个子节点；但是一个子节点却只能有一个父节点。ZigBee中链路代价的计算方式1、最简单是用跳数来衡量最简

45、单是用跳数来衡量：即认为从源节点到目的节点数据包转发次数最少的路径是最佳的。但是有时候这个想法不一定正确。2、ZigBee中综合考虑跳数和传输成功率综合考虑跳数和传输成功率。路径的代价是每一跳代价的和，每一跳的代价是一个07之间的整数。可以看到，传输成功概率代价不会高于跳数代价。3、路由器可能统计以往发送数据的成功率成功率来确定路由代价；也可以通过其他方法估计，如根据链路质量链路质量LQI，MAC层给网络层提供LQI的测量参数，网络层根据LQI的值直接估计出路由代价。（路由代价）路由表中各项的意义r路由表（每项所包含的）信息路由表（每项所包含的）信息目的地址：单播网络地址或者组播地址。对于树路

46、由，该域保存父节点地址。下一跳地址：到目的节点的下一跳节点地址。状态：该路由项的状态。 0 x00 x4分别表示当前有效(ACTIVE)、正在进行路由发现(DISCOVERY_ UNDERWAY)、路由发现失败(DISCOVERY_FAILED)、非活跃(INACTIVE)、正在验证有效性(VALIDATION_UNDERWAY)等状态。路由发现表中各项的意义r路由发现表（每项所包含的）信息路由发现表（每项所包含的）信息路由请求ID：路由请求命令序列号，每次发起新的路由请求序列号增加1。源地址：发起路由请求的设备地址。发送节点地址：对应最低代价路径的发送路由请求命令的节点。上一跳地址前向代价：

47、 从源节点到本节点累积的路径代价。剩余代价：从本节点到目的节点累积的路径代价。过期时间：表项有效时间，初始值为nwkcRouteDiscoveryTime。AODV路由建立过程rAODV是反应式路由协议是反应式路由协议当向目的节点发送包时，源节点才在网络中发起路由查找过程，找到相应的路由。（on-demand，按需）应用层的三个组成部分r 应用层可以分为三块应用层可以分为三块应用支持子层应用支持子层ZigBee设备对象设备对象 类比：操作系统应用框架应用框架 类比：应用软件APS帧结构中各字段的意义r APS帧头帧头（ZigBee2007版本）版本）帧控制域目的端点号组地址簇标识子集标识源端点

48、号APS序号扩展帧头rAPS净荷净荷l目的端点号目的端点号只有在发送模式为单播或者广播的时候携带。只有在发送模式为单播或者广播的时候携带。l组地址组地址只有在组播的情况下携带。只有在组播的情况下携带。l簇标识簇标识和和子集标识子集标识只有在数据帧或者应答帧当中携带。只有在数据帧或者应答帧当中携带。APS帧控制域中各字段的意义r 帧控制域帧控制域比特位01标识帧的类型： 0b00表示数据帧； 0b01表示命令帧； 0b10表示应答帧； 0b11预留。比特位23表示数据发送方式： 0b00表示单播； 0b01在2004和2006版本中表示间接寻址，2007版本中为预留值； 0b10表示广播； 0b

49、11表示组播。APS帧控制域中各字段的意义r 帧控制域帧控制域比特位4表示应答帧的格式： 1表示针对APS命令帧的应答（目的端点号、簇标识、子集标识、源端点号等都不需要携带; 0表示针对APS数据帧的应答（这些域都需要携带）。比特5表示是否使用安全机制。比特6表示是否需要应答： 1表示需要。比特7表示是否携带扩展帧头，用于分片机制: 该位在2004和2006版本当中是预留位； 在2007版本当中引入的。绑定的两种情况r绑定的两种情况：绑定的两种情况：源绑定：指把绑定表存储在源节点本身。在绑定发送的过程中，在应用层数据原语APSDE-DATA当中不指明目的地址和目的端点号，就会在源节点本地查找绑定表，然后获取目的地址和目的端点号。端设备绑定：指把绑定表存储在特定的设备协调器。在绑定发送的时候，需要先把数据包发送到协调器，协调器查找绑定表获取目的地址和目的端点号，然后再把数据包发送到目的节点的特定端点。在这种情况下，数据的发送不是直接从源节点发送到目的节点，而是通过协调器的中转，因此称为间接寻址（indirect addressing），又称为消息反射。应用层最大