ZigBee协议的研究+文献综述(6)
在个人操作空间(personal operating space，POS)内，两个或更多的设备可以构成一个WPAN。然而在一个网络中应当至少包含一个FFD作为PAN协调器。
2.1.2 超帧结构
IEEE 802.15.4 LR WPAN标准允许使用超帧结构。在一个超帧结构中，网络协调器在预定的时间间隔内发送的超帧信标，此时间间隔可以短至15毫秒长245秒。超帧被分成16个相等的时隙，并具有与超帧的持续时间无关。
超帧结构（super frame structure)在IEEE 802．15．4 LR-WPAN是属于选择使用的部分。由网络协调器(coordinator)字段定义格式，而超帧边界的结构的大小是由一个超帧结构中信标设定，超帧结构包括在网络信标16的大小相同的时隙[17]。做通信网络中的任何设备在竞争激烈的访问周期（contention access period，CAP）的使用slotted CSMA/ CA机制做渠道竞争。
超帧结构如图2.1所示。可以看到图中，信标帧为第一个时隙。如果协调不希望使用的超帧结构，它可以关闭的信标帧的发送。信标帧的传输主要是用于使从设备中各种同步和协调器，以确定PAN和一个超帧结构的描述。如果任何一组都希望两个信标之间的沟通访问（争访问期间，CAP）的竞争中，就需要使用时隙CSMA.CA机制竞争与其他设备通信。
图2.1 无GTS的超帧结构
说明：在第1个时隙是用于传输的信标帧，后面的15个时隙是一个争用接入期（CAP），16个时隙组成的一个超帧结构。最后一个插槽也发送信标帧，但属于下一个超帧结构。
在一些应用中需要求低延迟或者应满足一定的数据带宽，在这些情况下，可以通过使用超帧中的部分时隙。这部分被称为安全插槽（Guaranteed Time Slot，GTS）。超帧结构中，有竞争力的访问期间（CAP）的自由竞争期间(Contention．FreePeriod，CFP)，它由保障时隙(GTS)构成，在正常情况下，最多达七个安全插槽。在超帧结构，必须保证有足够的CAP空间，以提供有竞争力的接入到网络中的设备。
任何设各的信息传输必须在下一个GTS开始前或者CFP结束前完成。带有GTS的超帧结构如图2.2所示。
图2.2 带有GTS的超帧结构
2.2 ZigBee技术概述
ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术[3]，ZigBee技术的命名主要来自于人们对蜜蜂采蜜过程的观察，蜜蜂在采蜜过程中，跳着优美的舞蹈，其舞蹈轨迹像“Z”的形状，其蜜蜂自身体积小，所需要的能量小，又能传送所采集的花粉，因此，人们用ZigBee技术来代表具有成本低、体积小、能量消耗小和传输速率低的无线通信技术，中文译名通常称为“紫蜂”或“智蜂”技术[4]。其PHY层和MAC层协议为IEEE 802.15. 4协议标准，网络层由ZigBee技术联盟制定，应用层的开发应用根据用户自己的应用需要，对其进行开发利用，因此该技术能够为用户提供机动、灵活的组网方式。
根据IEEE 802.15 . 4标准协议，ZigBee的工作频段分为3个频段，这3个工作频段相距较大，而目在各频段上的信道数目不同，因而，在该项技术标准中，各频段上的调制方式和传输速率不同它们分别为868 MHz、915 MHz和2. 4 GHz，其中2.4GHz频段上，分为16个信道，该频段为全球通用的工业、科学、医学(ISM: Industrial Scientific and Medical)频段，该频段为免付费、免申请的无线电频段，在该频段上，数据传输速率为250kbps;另外两个频段为915 /868 MHz，其相应的信道个数分别为10个信道和1个信道，传输速率分别为40khps和20khps。
2.3 ZigBee协议栈
2.3.1 ZigBee协议体系结构
ZigBee协议栈在IEEE 802.15.4协议的PHY层和MAC子层规范之上建立的。它实现了应用层(Application layer，APL)和网络层(Network layer，NWK)。在应用层内提供应用支持子层(Application support sub—layer，APS)和ZigBee设备对象(ZigBee Device Object，ZDO)。用户自定义的应用对象加入在应用框架中。其体系结构如图2.3所示。
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