IEEE.802.15.4网络协议栈MAC子层

IEEE.802.15.4 网络协议栈-MAC 子层 在 IEEE 802 系列标准中，OSI 参考模型的数据链路层进一步划分为MAC 和 LLC 两个子层。MAC 子层使用物理层提供的服务实现设备之间的数据帧传输，而LLC 在 MAC 子层的基础上，在设备间提供面向连接和非连接的服务。 MAC 子层提供两种服务：MAC 层数据服务和MAC 层管理服务（MAC sublayer management entity, MLME） 。 前者保证MAC 协议数据单元在物理层数据服务中的正确收发，后者维护一个存储MAC 子层协议状态相关信息的数据库。 MAC 子层主要功能包括下面六个方面： （ 1）协调器产生并发送信标帧，普通设备根据协调器的信标帧与协议器同步； （ 2）支持PAN 网络的关联（association）和取消关联（disassociation）操作； （ 3）支持无线信道通信安全； （ 4）使用CSMA-CA 机制访问信道； （ 5）支持时槽保障（guaranteed time slot, GTS）机制； （ 6）支持不同设备的MAC 层间可靠传输。 关联操作是指一个设备在加入一个特定网络时，向协调器注册以及身份认证的过程。LR-WPAN 网络中的设备有可能从一个网络切换到另一个网络，这时就需要进行关联和取消关联操作。 时槽保障机制和时分复用（time division multiple access, TDMA）机制相似，但它可以动态地为有收发请求的设备分配时槽。使用时槽保障机制需要设备间的时间同步，IEEE 802.15.4 中的时间同步通过下面介绍的“超帧”机制实现。 1．超帧 在 IEEE 802.15.4 中， 可以选用以超帧为周期组织LR-WPAN 网络内设备间的通信。每个超帧都以网络协调器发出信标帧（ beacon） 为始，在这个信标帧中包含了超帧将持续的时间以及对这段时间的分配等信息。网络中普通设备接收到超帧开始时的信标帧后，就可以根据其中的内容安排自己的任务，例如进入休眠状态直到这个超帧结束。 超帧将通信时间划分为活跃和不活跃两个部分。在不活跃期间，PAN 网络中的设备不会相互通信，从而可以进入休眠状态以节省能量。超帧有活跃期间划分为三个阶段：信标帧发送时段、竞争访问时段（contention access period, CAP）和非竞争访问时段（contention-free period, CEP）。超帧的活跃部分被划分为16 个等长的时槽，每个时槽的长度、竞争访问时段包含的时槽数等参数，都由协调器设定，并通过超帧开始时发出的信标帧广播到整个网络。 在超帧的竞争访问时段，IEEE 802.15.4 网络设备使用带时槽的CSMA-CA ...