IEEE 802.15.4協議完整中文版 - 5.1.1 信道訪問

5.1.1 信道訪問

  本節描述訪問物理無線信道的機制。

5.1.1.1 超幀結構

  PAN 網絡中的協調器可以使用超幀結構爲它的信道訪問的時間劃分界限。超幀以信標作爲它的邊界線,包含活躍期和非活躍期兩部分。協調器可以在非活躍期進入低功耗(睡眠)模式。

  常量 macBeaconOrdermacSuperframeOrder 的值用來描述一個超幀的結構。MAC PIB 屬性 macBeaconOrder 用於描述協調器發送信標幀的時間間隔。macBeaconOrder 與信標間隔(BI)的關係如下:


BI=aBaseSuperframeDuration*2macBeaconOrder

其中,0 ≤ macBeaconOrder ≤ 14

  如果 macBeaconOrder = 15,除非特殊請求,例如接收到一個信標請求命令,否則協調器將不會發送信標。當 macBeaconOrder = 15 時,macSuperframeOrder 的值將被忽略。

  MAC PIB 屬性 macSuperframeOrder 用於描述超幀中活躍期(包括信標幀)的時間長度。macSuperframeOrder 的值與超幀持續時間(SD)的關係如下:


SD=aBaseSuperframeDuration*2macSuperframeOrder,

其中,0 ≤ macSuperframeOrder ≤ macBeaconOrder ≤ 14

  每個超幀的有效期被分爲 aNumSuperframeSlots 個持續時間爲 2macSuperframeOrder * aBaseSlotDuration 的時隙。活躍期由三部分組成:信標、競爭訪問時期、免競爭時期。信標應該在超幀的第 0 個時隙開始時就傳輸,且不使用 CSMA,直接訪問信道。信標過後緊接着是競爭訪問時間。第 0 個時隙的起始時刻指的是被傳輸的信標的 PPDU 的第一個符號。免競爭時期(如果存在)緊接在競爭接入時間之後,且一直持續到超幀的活躍期的結束。所有被分配的 GTS 都在免競爭時間內。

  MAC 子層應當確保超幀時序的完整性,例如補償時鐘漂移引起的錯誤。

  如果一個 PAN 網絡使用了超幀結構,它就被叫做信標使能的 PAN 網絡。信標使能 PAN 網絡需要將 macBeaconOrder 的值設置爲 [0, 14] 之間,將 macSuperframeOrder 的值設置爲 [0, macBeaconOrder] 之間。

  如果一個 PAN 網絡不使用超幀結構,它就被叫做非信標使能的 PAN 網絡。非信標使能的 PAN 網絡需要將 macBeaconOrdermacSuperframeOrder 的值都設置爲 15。在這種情況下,除非接收到信標請求命令,否則協調器不會傳送信標。除確認幀和緊跟在數據請求命令的確認幀之後的數據幀(參考 5.1.6.3 節)之外,其它所有的傳輸應該使用非時隙版的 CSMA/CA 機制訪問信道。除此之外,該網絡還不允許使用 GTS。

  圖 8 描述了一個超幀的結構。在該圖中,信標間隔 BI 是超幀有效期持續時間 SD 的兩倍,且在免競爭階段包含兩個 GTS。

這裏寫圖片描述

圖 8. 超幀結構的例子

5.1.1.1.1 競爭接入時期(CAP)

  競爭接入時期(CAP)從信標幀結束後將立即開始,且到免競爭時期(CFP)開始前完成。如果不存在 CFP,CAP 則將持續到超幀的有效期。除非需要暫時調整在信標幀中附加的空間,以滿足維護保護時隙的需要(請參考第 5.2.2.1.3 節),否則,CAP 的持續時間應當大於 aMinCAPLength,且並且可動態地縮減或增加信標的長度以適應 CFP 的大小。

  在 CAP 中,除了確認幀和緊跟在迴應數據請求命令的確認幀後面的數據幀(參考 5.1.6.3 節)之外,發送其它所有幀時都需要使用時隙版的 CSMA/CA 機制訪問信道。在 CAP 內,發送的設備應確保其任務(包括任何確認幀的接收)在 CAP 結束前的一個幀間間隔(參考 5.1.1.3 節)時間內完成。如果不能實現這一點,設備將推遲到下一個超幀的 CAP 後再進行傳輸。

  MAC 命令幀總是在 CAP 內發送。

5.1.1.1.2 免競爭時期(CFP)

CFP 開始於緊接着 CAP 之後的時隙邊界,並在超幀的活躍期結束之前完成。如果 PAN 協調器分配了 GTS,則這些被分片的 GTS 將位於 CFP 內,且佔用連續的時隙。因此,CFP 的長度將根據這些 GTS 的總長度來進行增加或縮減。

在 CFP 內,傳輸數據的設備在訪問信道時不需要使用 CSMA/CA 機制,且需要確保其傳輸在它的 GTS 結束前的一個幀間間隔(幀間間隔)內完成。


  本節專有名詞

簡寫 英文全稱 中文全稱
BI beacon interval 信標間隔
SD superframe duration 超幀持續時間
IFS interframe spacing 幀間間隔
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