IEEE 802.15.4協議完整中文版 - 5.1.2.1 掃描信道

  本節介紹掃描信道、識別 PAN 標識符衝突、啓動 PAN 網絡的過程。

5.1.2.1 掃描信道

  所有的設備都應該能夠對所規定的一組信道進行被動掃描和孤點掃描。此外,完整功能設備還應該能夠進行能量檢測和主動掃描。上層可以提出對一個信道頁進行掃描的請求。信道頁中包含了一組信道,這些信道由變量 phyChannelsSupported 指定。

  設備通過 MLME-SCAN.request 原語(參考 6.2.10.1 節)開始對信道的掃描。設備以信道號由低到高的順序逐個掃描信道。在掃描期間,設備停止信標傳輸,並且只接受物理層上與正在進行的掃描有關的數據服務的幀。對於 UWB PHY 和 CSS PHY,適用於指定信道的所有先導碼都會被掃描。掃描結束後,(信標使能的 PAN 網絡的)協調器將重新開始信標傳輸。掃描結果通過 MLME-SCAN.confirm 原語(參考 6.2.10.2 節)返回。

5.1.2.1.1 能量檢測(ED)信道掃描

  設備可以通過能量檢測掃描獲得每一個被掃描信道的能量峯值。未來的 PAN 協調器可利用這個信息,在選擇一個最合適的信道後,啓動一個新的 PAN 協調器。在能量檢測掃描期間, MAC層將丟棄所有物理層數據服務傳來的幀信息。

  設備通過 MLME-SCAN.request 原語可以發出對指定的一組信道進行能量檢測掃描的請求,原語中的 ScanType 參數指明能量檢測掃描。對於每一個信道, MLME 首先通過設置相應的 phyCurrentChannelphyCurrentPage 切換到此信道,然後在 [aBaseSuperframeDuration × (2n + 1)] 期間內重複地對信道進行能量檢測,其中 n 表示 MLME-SCAN.request 原語中 ScanDuration 參數的值。對某一信道的掃描結束後,設備需要記住在此期間所獲得的最大的 ED 值,然後再切換到信道列表中的下一個信道繼續掃描。設備應當至少能存儲一個信道 ED 值(譯註:在實現該標準的具體代碼中,可以指定設備最多可以存儲多少個 ED 值)。

  當設備存儲的信道 ED 值的個數達到所指定的最大值,或者所指定的每一個信道都被測量後,能量檢查掃描結束。

5.1.2.1.2 主動掃描和被動掃描

  設備可以通過主動掃描或被動掃描對其無線通信範圍內的協調器進行定位。主動掃描時,設備通過信標請求命令主動從協調器獲取一個信標;被動掃描時,設備不會發生信標請求命令(譯註:而是等待協調器發送的週期性信標)。圖 12 和圖 13 分別描述了主動掃描和被動掃描的消息流程圖。

  在主動/被動掃描期間,MAC 子層將丟棄來自物理層數據服務的所有非信標幀。如果設備接收到了信標幀,但是在該幀的未處理地址列表中包含該設備的地址,那麼該設備就不應該嘗試從該幀中提取未處理的數據。

  在開始主動/被動掃描前,MAC 子層應當臨時存儲 macPANId 的值,並在掃描期間將其設置爲 0xffff。這樣做能使接收濾波器能接收到所有的信標,而不僅僅是它當前所屬 PAN 網絡的信標(參考 5.1.6.2 節)。掃描完成後,MAC 子層應當將 macPANId 的值恢復爲所儲存的掃描前的值。

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圖 12. 主動掃描的消息流程圖

  設備通過 MLME-SCAN.request 原語可以發出對指定的一組信道進行主動/被動掃描的請求,原語中的 ScanType 參數指明主動/被動掃描。對於每一個信道, MLME 首先通過設置相應的 phyCurrentChannelphyCurrentPage 切換到此信道。對於主動掃描,設備需要發送信標請求命令(參考 5.3.7 節)。對於 UWB PHY 和 CSS PHY,設備應當對每個強制的先導碼進行反覆的掃描處理,併合理地設置 phyCurrentCode 的值。當主動掃描時成功地傳輸了信標請求命令後,或被動掃描時切換到某個信道後,設備應當開啓接收器並使之至少持續 [aBaseSuperframeDuration × (2n + 1)],其中 n 表示 MLME-SCAN.request 原語中 ScanDuration 參數的值。在此期間,設備應當拒絕所有的非信標幀,並記錄 PAN 標識符結構體(參考表 17)中所有唯一的信標幀的信息,包括信道信息、先導碼(如果需要)。

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圖 13. 被動掃描的消息流程圖

  如果設備接收到信標幀時,macAutoRequest 的值被設置爲 TRUE,那麼 PAN 描述符結構體的鏈表應當被保存到 MAC 子層中,直到掃描完成。此時,該列表將隨 MLME-SCAN.confirm 原語的 PANDescriptorList 參數被送到上層。設備應當至少能存儲 1 個 PAN 描述符。在掃描某個信道期間,如果接收到的信標幀包含的 PAN 標識符和源地址在此次掃描前不存在,則認爲該信標幀是唯一的。

  如果設備接收到信標幀時,macAutoRequest 的值被設置爲 FALSE,那麼每一個已被記錄的 PAN 描述符將被獨立的 MLME-BEACON-NOTIFY.indication 原語(參考 6.2.4.1 節)送到上層。如果收到的信標幀含有一個或多個字節的有效載荷,PAN 描述符會被 MLME-BEACON-NOTIFY.indication 原語送到上層。一旦掃描完成,設備會向上層發送 MLME-SCAN.confirm 原語,並攜帶一個空的 PANDescriptorList。

  對於 UWB PHY 和 CSS PHY,每個先導碼都會重複執行信標請求。

  如果接收到一個受保護的信標幀,即幀控制字段中的安全使能子字段設置爲 1,設備將對信標幀進行非安全處理,其處理方法如 7.2.3 節中所述。

注:原文是 unsecure,暫時先翻譯爲 非安全,今後再修改。

  信標相應的 PAN 描述符的安全相關元素(表 17)應設置成由非安全處理過程返回的相應參數。如果非安全處理返回的狀態是 SUCCESS,那麼應當將 PAN 描述符中的 SecurityStatus 元素也設置爲 SUCCESS;否則,將其設爲一個錯誤代碼,表示安全處理出錯。

  非安全幀的信息也需要被記錄在 PAN 描述符裏(即使非安全處理返回了一個錯誤代碼)。

  如果信標使能的 PAN 網絡的協調器接收到信標請求命令,它應當忽略這個命令,並像平時一樣,週期性地發送信標。如果非信標使能的 PAN 網絡的協調器接收到信標請求命令,它應當使用非時隙版的 CSMA/CA 算法傳輸一個信標幀。

  當設備對某個特定信道進行主動掃描時,如果 macAutoRequest 爲 TRUE,當設備發現的信標幀的數量等於指定的上限值,或者信道掃描時間達到 5.1.2.1.2 節中描述的全部時間,都將結束對該信道的掃描。如果 macAutoRequest 爲 FALSE,僅當掃描時間滿時纔會結束對該信道的掃描。如果信道的掃描時間沒有達到全部時間,則認爲該信道未被掃描。

  在設備對一組信道掃描的過程中,如果 macAutoRequest 爲 TRUE,當存儲的 PAN 描述符的數目等於指定的上限值,或者該組中每一個信道都被掃描後,則整個掃描過程結束。如果 macAutoRequest 爲 FALSE,只有每一個信道都沒掃描後,整個掃描過程才結束。

5.1.2.1.3 孤立信道掃描

  設備與協調器失去同步後,可以使用管孤立描重定位協調器。在孤立掃描期間, MAC 子層將丟棄所有物理層數據服務發送的非協調器重新連接命令幀的幀。

  設備通過 MLME-SCAN.request 原語可以發出對指定的一組信道進行孤立掃描的請求,原語中的 ScanType 參數指明孤立掃描。對於每一個信道, MLME 首先通過設置相應的 phyCurrentChannelphyCurrentPage 切換到此信道。對於 UWB PHY 和 CSS PHY,還需要設置一個合適的先導碼 phyCurrentCode,併發送 5.3.6 節描述的孤立通知命令。完成孤立通知命令後,設備應當開啓它的接收器,並使之至少持續 macResponseWaitTime。如果設備在這段時間內成功接收到協調器重新連接命令(參考 5.3.8 節),則終止掃描。對於 UWB PHY 和 CSS PHY,如果設備沒有接收到協調器重新連接命令,則還需要對每個先導碼重複執行該過程,直到接收到重新連接命令,或者 PHY 的所有先導碼都被使用了。

  當設備接收到協調器重新連接命令,或者掃描完了所指定的所有信道,則孤立掃描結束。

圖 14 描述了孤立掃描和重新連接的消息流程圖。

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圖 14. 孤立設備重新連接的消息流程圖

  如果協調器接收到了孤立通知命令,其 MLME 將發送 MLME-ORPHAN.indication 原語(參考 6.2.7.1 節)到它的上層。上層將搜索其設備表看是否存在該原語指示的設備。如果上層搜索到該設備的記錄,它應當使用 MLME-ORPHAN.response 原語(參考 6.2.7.2 節)給設備發送一個協調器重新連接命令,並將參數 AssociatedMember 設爲 TRUE、ShortAddress 設爲分配給該設備的短地址。搜索設備和發送協調器重新配置命令的過程應該在macResponseWaitTime 內完成。協調器重新連接命令應當包括它的 PAN 標識符、macPANId、當前信道、信道頁以及孤立設備的短地址。如果上層沒有搜索到該設備的記錄,它應當給 MLME 發送一條 MLME-ORPHAN.response 原語,且將參數 AssociatedMember 設爲 FALSE。

圖 15 描述了協調器給孤立設備發送通知消息的流程圖。

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圖 15. 孤立通知的消息流程圖

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