ZigBee短距离无线通信网络组网技术研究(13)
帧控制域 序列号 FCS
MHR MFR
MAC命令帧净载荷域由命令标识符和具体的命令参数组成，在ZigBee网络中对设备的工作状态进行控制。MAC命令帧的格式表5.7所示：
表5.7 MAC 命令帧格式
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帧控制域 序列号 地址域 命令帧标识符 命令净载荷 FCS
MHR MAC净载荷 MFR
5.2 超帧结构
在建立ZigBee网络的时候，网络协调器会根据能量检测(ED)的结果选择一个状态良好的信道作为PAN的通信信道。加入这个网络的所有设备都将在这个频率上进行通信，无线通信资源将被多个设备所共享。ZigBee规范使用两种方法来控制设备对无线资源的争用，以保证通信的顺利进行，分别是基于竞争的机制和基于非竞争的机制。前者使用载波侦听多路访问／冲突避免机制(CSMA—CA)访问信道，后者由网络协调器通过保护时隙(GTS)来实现。
所谓超帧即是将多个帧组合在一起的情况。ZigBee规范中允许选择性的使用超帧结构。超帧由网络协调器定义并发起。一个超帧由16个大小相等的时隙构成，其中第一个时隙为PAN信标帧。信标帧的主要功能是使各从设备与网络协调器同步，识别PAN以及对超帧本身的结构进行描述。后15个时隙用于从设备接入。接入时隙又可以分为竞争接入期(CAP)和非竞争接入期(CFP)，CFP在CAP之后，并且CFP不是必需的。任何从设备如果想在竞争接入期间通信，就需要使用载波侦听多路访问／冲突避免(CSMA—CA)机制。非竞争期的接入由网络协调器进行统一安排，用于满足要求通信延迟小，数据传输率高的应用。非竞争时隙由若干保护时隙(GTS)构成，每个保护时隙至少占用一个时隙。但为了保证有足够多的竞争接入期，为其它网络设备和其它希望接入网络的新设备提供竞争接入的机会，PAN网络协调器最多可分配7个GTS时隙。超帧结构包括活动期(Active Period)和睡眠期(Inactive Period)。在睡眠期，协调器不会同PAN发生信息交换，它会进入一个低功耗模式。
6 ZigBee 网络层关键技术研究
ZigBee的网络层是由ZigBee联盟定义的，是ZigBee协议栈的核心。ZigBee网络层的责任包括加入和离开一个网络所用到的机制、应用帧安全机制和他们的目的地路由帧机制。ZigBee网络支持星状网，树状网和网状网三种网络拓扑结构。
ZigBee网络层(NWK)位于介质访问控制子层(MAC)和应用层(APL)之间，主要负责以下一些任务：
(1)加入和离开网络；
(2)帧的安全机制管理；
(3)根据路由发送帧到目的地址；
(4)发现和文护路由；
(6)发现单跳邻居节点和文护邻居节点信息。
6.1 网络子层服务规范和分组格式
ZigBee网络层是为了能确保正确地操作IEEE802．15．4-2003MAC子层和为应用层提供服务接口。ZigBee网络层包括两个服务实体：数据服务实体和管理服务实体，网络层数据实体(NLDE)通过连接SAP(NLDE-SAP)为数据传输服务，网络层管理实体(NLME)通过相连的SAP(NLME-SAP)提供管理服务[21]。网络管理实体利用NLDE完成它的一些管理事物，同时它也文护管理对象数据库即网络信息数据库(PIB)。NWK层参考模型如图6.1所示：
图6.1 网络层参考模型
每个网络层帧(NPDU)包含以下的基本元素： ．
(1)一个NWK帧头，它由帧控制域，地址域和序列信息域组成；
(2)一个NWK净载荷，长度可变，它包含了指定帧类型的信息。