ZigBee短距离无线通信网络组网技术研究(11)
图4.3 调制、扩频
所有PPDU中的二进制数据都要进行编码，每个字节的低四位(b。，b。，b：，b3)映射为一个数据符号，高四位(b。，b。，b。，b7)映射为下一个数据符号。PPDU的每个每个字节通过调制和扩频处理后进行传输，从前导码域开始到PSDU的最后一个字节结束。每个符号都被映射为32位码片的伪随机噪声序列(PN序列)，所以码片序列代表了数据符号，它使用半正弦脉冲波形的O-QPSK调制到载波上，偶数字码片被调制到I相位载波上，奇数字码片被调制到Q相位载波上。码片速率(名义上是2．OMchip／s)是符号速率的32倍(因为32位码片序列代表一个数据符号)。在每个符号周期中，最低位码片首先被传输，最高位码片最后被传输。
其中，信道能量检测(ED)是在IEEE802．15．4信道带宽内接收信号能量的一种估计，主要测量目标信道中接收信号的功率强度，实际上所测得的是有效信号功率和噪声信号功率之和。链路质量指示(LQI)用于描述接收到的数据分组的强度或质量，链路质量要对信号进行解码，生成的是信噪比指示，提供接收数据帧时的无线信号强度和质量信息，测量通过接收机ED、信噪比估计或者混合使用这两种方法来进行。空闲信道评估判断的是当前信道是否处于空闲状态，从而决定是否发送当前数据帧。
在IEEE802．15．4中有以下三种模式来进行空闲信道的评估[19]：
(1)CCA模式1：能量高于门限值。在检测到能量高于ED门限值时，CCA就报告媒介忙；
(2)CCA模式2：仅仅载波侦听，在检测到一个已调制或扩频的信号时，CCA就报告媒体忙，这个信号的能量可能高于或低于ED门限值；
(3)CCA模式3：能量高于门限值的载波侦听，当检测一个能量高于ED门限值的调制和扩频信号时，CCA就报告媒介忙。
5 ZigBee MAC层关键技术研究
IEEE802．15．4-2003MAC子层控制使用CSMA—CA机制接入到无线信道。它的
职责包括传输信标帧、保持同步和提供可靠的传输机制。
ZigBeeMAC子层主要负责处理以下一些任务：
(1)产生网络信标(如果设备是协调器)；
(2)同信标保持同步；
(3)支持PAN的连接和断开连接；
(4)支持设备的安全性；
(5)信道接入采用CSMA—CA接入机制；
(6)处理和文护GTS机制；
(7)在对等的MAC实体之间提供一个可靠的通信链路。
5.1 MAC子层服务规范和分组格式
MAC子层包括一个管理实体(MAC层管理实体，MLME)，这个实体通过调用层管理功能来提供服务接口，同时，MLME负责文护MAC子层个人区域网信息数据库(PIB)。
MAC层提供两种服务，MAC层数据服务(通过MAC公共部分子层数据接入点(McPS—SAP)接入)和MAC层管理服务(其通过MLME服务接入点(MLME-SAP)接入)，如图5.1所示[11]。
图5.1 MAC层参考模型
MAC帧由以下基本部分组成：
(1)MAC帧头MHR，包括帧控制域、序列号和地址信息；
(2)MAC净载荷(可变长度)，包含的信息指定了帧的类型，应答帧不包含净载荷域；
(3)MFR，包含一个帧校验序列(FCS)。
一般的MAC帧的格式如图5.2所示：
图5.2 MPDU分组格式
帧控制域为两个字节，包含帧的类型，地址域和其他控制标志部分。帧控制域的格式如表5.1所示：
表5.1 帧控制域格式
比特0-2 3 4 5 6 7-9 10-11 12-13 14-15
帧类型 安全使能域 待发送域 ACK 内部PAN 保留 目的地址模式 保留 源地址模式