IEEE 802.15.4協議完整中文版 - 5.1.1.2 - 5.1.1.4

5.1.1.2 接收超幀和發送超幀的時序

  在信標模式的 PAN 網絡中,普通的協調器(非 PAN 協調器)會維護兩個超幀時序:接收到的從其它協調器發送的超幀;自己發出的超幀。兩者的相對時序由原語 MLME-START.request (參考 5.1.2.4 節)中的參數 StartTime 指定。圖 9 描述了普通協調器發出和收到的超幀之間的關係。

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圖 9. 接收超幀和發送超幀的關係

  如果一個設備從它的協調器接收到一個協調器重組命令幀,且該幀的內容表示協調器將使用一個新的超幀配置,那麼該設備必須確保它自己發出的信標不要把協調器發出的信標覆蓋了。如果新的超幀配置導致接收到的超幀和發送出去的超幀被相互覆蓋了,那麼設備應當立即停止發送信標,並通過原語 MLME-SYNC-LOSS.indication (參考 6.2.13.2 節)向上層發出通知,且將該原語的參數 LossReason 設置爲 SUPERFRAME_OVERLAP。

  在一個 PAN 網絡中,信標命令和超幀命令是相同的。所有的設備只在超幀的活躍部分跟 PAN 互相作用。

5.1.1.3 幀間間隔 IFS

  MAC 子層需要一定的時間來處理由物理層接收到的數據。因此,如果一個設備向連續發送兩幀數據,則在這兩幀之間必須留有一個幀間間隔(IFS)。如果前一幀需要確認,則確認幀和後一幀之間也必須要有一個幀間間隔。幀間間隔的長度依賴於被傳輸的幀的長度。如果幀(即 MPDU)的長度小於等於 aMaxSIFSFrameSize,則幀間間隔爲持續時間爲 macSIFSPeriod 的短幀間間隔(SIFS);如果幀(即 MPDU)的長度大於 aMaxSIFSFrameSize,則幀間間隔爲持續時間爲 macLIFSPeriod 的長幀間間隔(LIFS)。如圖 10 所示。

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圖 10. 幀間間隔

  在 CAP 中, CSMA-CA 算法應該將這些傳輸的具體要求考慮在內。確認幀(tack)的傳輸時序在 5.1.6.3 節和 5.1.6.4.2 節中定義。


  本節專有名詞

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IFS interframe spacing 幀間間隔

5.1.1.4 CSMA/CA 算法

  在競爭接入時期內,設備想要傳輸數據幀或者 MAC 命令幀(確認幀後面可以被快速傳輸的幀除外,參考 5.1.6.3 的時序需求),需要使用 CSMA/CA 算法訪問信道。確認幀、免競爭階段的數據幀、信標模式 PAN 網絡中的信標幀都不需要使用 CSMA/CA 算法。

  在一個 PAN 網絡中,MAC 子層在競爭接入時期訪問信道有兩種 CSMA/CA 算法:時隙版 CSMA/CA 和非時隙版 CSMA/CA。如果 PAN 中使用週期性信標,則採用時序版 CSMA/CA 算法;相反,如果 PAN 中沒有使用週期性信標或者週期性信標不能被定位,則採用非時隙版的 CSMA/CA 算法。這兩種算法都使用一個叫做退避週期的時間單位實現。一個退避週期等於 aUnitBackoffPeriod

  在時隙版 CSMA/CA 中,退避週期的邊界應該與 PAN 協調器的超幀時隙邊界對齊,即退避時間的開始時間與信標幀的開始時間對齊。在時隙版 CSMA/CA 中,MAC 子層必須確保物理層在退避時間的起始邊界開始傳輸數據。在非時隙版 CSMA/CA 中,設備的退避週期與該 PAN 網絡中的其它設備的退避週期不相關。

  設備在進行傳輸時會維護三個變量:NB(Number of Backoff),CW(Content Window)和 BE(BAckoff Exponent)。NB 表示的是當前退避的次數,首次調用 CSMA/CA 機制發送報文時,該值會初始化爲 0,隨着信道接入的失敗,該值會增 1 後重試接入信道發送報文。在超過系統預定義的門限 macMaxCSMABackoffs 時, CSMA/CA 機制宣告報文發送失敗並丟棄此報文。CW 定義的是競爭窗口大小,表示 CSMA/CA 機制要求接入信道發送報文前需要信道連續空閒的檢測次數。CW 初始化爲 2,當信道忙閒檢測爲忙時,CW 將被重新初始化爲2,當信道忙閒檢測爲閒時,該值自減 1, 直至爲 0 時,開始報文發送。CW 只用於時隙版 CSMA/CA 算法。BE 定義的是退避指數,表徵着節點競爭信道時隨機退避範圍的上限值。在非時隙系統、或者 BLE 字段被置爲 0 的時隙系統中,該值被初始化爲 2 和 macMinBE 中的最小值。如果 macMinBE 被設爲 0,CSMA/CA 算法在進行第一次迭代時就不使用衝突避免。

  儘管在 CSMA/CA 算法進行信道忙閒檢測時, 設備的接收器是打開的, 但是設備會丟棄這段時間內接收的所有幀。

  圖 11 描述了 CSMA/CA 算法的流程。如果該算法的最終結果是“Success”,那麼 MAC 層就可以開始傳輸幀。否則,該算法認爲訪問信道失敗。

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圖 11. CSMA/CA 算法

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