zigbee-MAC-NWK-Layers网络层物理层简介.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,zigbee_MAC_NWK_Layers网络层物理层简介,IEEE 802.15.4 MAC Layer,分层结构与功能,2.,基于超帧的,mac,层通信,3.MAC,帧结构,MAC Layer,分层结构,MLME,：,MAC,Layer Management,Entity,MAC-PIB,：,MAC,PAN Information Base,MAC,层,Medium Access Control,，即介质访问控制子层。与逻辑链路控制,LLC,组成数据链路层。,负责把物理层的“,0”,、“,1”,比特流组建成帧；提供对共享介质的访问方法；分配,MAC,地址。,802.15.4,的,MAC,层,提供两种服务：,MAC,层数据服务,保证,MAC,协议数据单元在物理层数据服务中的正确收发；,MAC,层管理服务（,MLME,）,维护一个存储,MAC,子层协议状态相关信息的数据库。,MAC Layer,分层结构,802.15.4MAC,层主要功能：,产生,网络信标（如果设备是,协调器,）,使设备与信标,同步（根据协调器的信标帧）,信道接入采用,CSMA-CA,接入机制,处理和维护,GTS,机制,在对等的,MAC,实体之间提供一个可靠的通信链路,支持,设备与,PAN,的连接和,断开连接,（,GTS,，超帧同步分配时槽）,支持设备的安全性,MAC Layer,超帧,超帧结构,(3+1),：,1.,信标帧（,beacon,）：网络协调器发出；超帧将持续的时间及,GTS,的分配,2.,信道竞争周期（,CAP,）：动态调整,3.,信道无竞争周期（,CFP,）：动态调整，信标使能时才存在,4.,不活跃：设备间不通信，休眠以节能,固定有保证时隙（,GTS,）,超帧,MAC Layer,信道竞争周期,:,CSMA-CA,访问机制：,载波侦听多路访问冲突,避免；,you can you up,no can you wait,;,信标使能，同步网络，基于时槽,slot,；非使能，非同步网络，随机时间（无,CFP,无协调器，类似,ad-hoc,）,各设备节点,通过,CSMA/CA,机制来接入信道,，（信标帧,、数据传送应答帧,，,请求应答机制,），处于,信道竞争周期中的所有的数据发送,事务必须,在,CAP,结束之前的一个,完整,帧间间隔内完成。,信道无竞争周期,(,信标使能,),:,协调器,根据,上一个超,帧,PAN,网络,中设备,申请,GTS,的,情况,，将,非竞争时段划分成若干,个,GTS,。,每个,GTS,由,若干个时槽组成，时槽数目在设备,申请,GTS,时,指定。,MAC Layer,各类帧结构,IEEE802.15.4,网络共定义了四种类型的帧：信标帧，数据帧，确认帧和,MAC,命令帧。,帧类型：,由帧头（,MAC header(MHR),）、负载（,MAC payload,）和帧尾（,MAC footer(MFR),）三部分组成。,帧,头,由 帧控制信息,、帧序列号和地址信息组成,。,负载,具有可变长度，具体内容由帧,类型,决定,。,帧,尾,是帧头和负载数据,的,16,位,CRC,校验,序列,帧,结构,设计目标：,用最低复杂度实现在多噪声无线信道环境下的可靠数据传输。,通用结构：,大家应该也有点累了，稍作休息,大家有疑问的，可以询问和交流,8,The Zigbee NWK Layer,结构与功能,2.,节点和网络拓扑类型,3.,网络路由的实现,NWK Layer,结构位置,NWK Layer,结构与功能,ZigBee,的网络层,ISO,制定的网络层：,解决网络间的通信问题，提供路由，即最佳路径,主要,功能,：节点连接,和断开网络里所采用的,机制；传输安全性；设备,之间的路由发现,和维护,和,转交,向,应用层,提供服务接入点（,SAP,），,网络层提供了两个必要的功能服务,实体,网络层数据实体（,NLDE,）,和,网络层管理实体（,NLME,）,NWK Layer,具体功能,网络层数据实体（,NLDE,）,生成,网络层协议数据单元（,NPDU,），网络层数据实体通过增加一个适当的协议头，从应用支持层协议数据单元中生成网络层的数据,单元,指定,拓扑传输路由,，网络层数据实体能够发送一个网络层的协议数据单元到一个合适的设备，该设备可以是最终的目的通信设备，也可能是通信链路中的一个中间通信设备。,网络层管理实体（,NLME,）,配置,一个新的设备。,为保证设备正常工作的需要，设备应该具有足够堆栈，以满足配置的需要。配置选项包括对一个,ZigBee,协调器和连接一个现有网络设备的初始化操作,。,初始化,一个网络,，使之具有建立一个新网络的能力,。,连接,和断开网络,，具有连接或者断开一个网络的能力，以及为建立一个,ZigBee,协调器或者,ZigBee,路由器，具有要求设备同网络断开的能力,。,寻址,。,ZigBee,协调器和,ZigBee,路由器具有为新加入网络的设备分配地址的能力,。,邻居,设备发现,。具有发现记录和汇报有关一跳邻居设备信息的能力,。,路由,发现,。具有发现和记录有效地传送信息的网络路由能力,。,接收,控制,。具有控制设备接收机接收状态的能力，即控制接收机什么时间接收，接收时间的长短，以保证,MAC,层的同步长或者正常接收等。,NWK Layer,节点和拓扑,节点类型,ZigBee,协调,者（,ZC,）,每个,ZigBee,网络必须有一,个,建立初始化,网络,信息配置（路由器）,ZigBee,路由器,(ZR),路由信息管理维护,ZigBee,终端,节点（,ZED,）,a,),向路由传递数据；睡眠和唤醒,网络拓扑结构（,Topology,）,Hierarchical(Tree),Topology,mesh,topology,Star topology,树路由,树型路由机制,包括,配置,树型,地址,和,树,型地址的路由,网络地址分配机制,分布式的地址分配机制，即每个父设备拥有一个有限的网络地址段，从中选择一些地址给子设备,根据,四,个参数,深度,(d),、,最大,深度,(,Lm,),、,最大子节点,数,(Cm),和,最大子路由器,数,(,Rm,),来,计算新节点的,地址,，,寻址,的时候根据地址就能计算出,路径,路由方向,向子节点发送或者向父节点发送。,NWK Layer,NWK Layer,树路由,树,型地址的路由,树路由,NWK Layer,Z-AODV,能量平衡路由,AODV,能量平衡,路由,协议,AODV,(ad-hoc on-demand distance vector,),协议在,DSDV,协议,（,逐,跳路由、序列号、定期广播,机制）基础,上，加入,了,DSR,的,按需路由发现和维护机制,。,与,DSDV,保存完整,的路由表不同的是，,AODV,通过建立按需路由来减少,路由,广播的,次数,;,与,DSR,相比,，,AODV,的好处在于源路由并不需要包括在每一,个数据包中，这样会降低路由协议的开销。,Z-,AODV,能量平衡路由,Z-AODV,算法是针对,AODV,改进。基于路径的能量消耗的路由，考虑到节能、应用方便性等因素，简化了,AODV,的一些特点，但仍保持,AODV,的原始功能。,NWK Layer,路由成本,Z-AODV,能量平衡路由,NWK Layer,mesh,路由,ZigBee,网络中将二者结合，使用,Z-AODV,和分,等级的,树型（,Tree,）路由相结合的混合路由方法，构成网格型,拓扑结构,（,Mesh,）的网络,。,具体实现方法是在数据帧帧头,的,DiscoverRouter,域指定路由,。该域可以是如下三种值：,Mesh,路由,抑制路由,发现,：,原路由,或,tree,路由,使,能路由,发现：,原路由或,Z-AODV,路由算法初始化路由发现,强制,路由,发现：,Z-AODV,路由算法初始化路由发现,源,节点通过广播发送,RREQ,分组，具有路由功能的节点收到此信息后，建立反响路由，并转发,RREQ,分组，并将源节点到此节点的路由开销添加到路由搜索表和,RREQ,中,直到目的,节点收到此,RREQ,，根据,路由开销选择路由开销最少的反向路由，将,RREP,发送给源节点，,中间节点收,到,RREP,也要添加此节点到目的节点的路由开销到路由搜索表和,RREP,中，最终到达源节点。路由搜索表清楚，各个节点路由表建立。,NWK Layer,NWK Layer,mesh,路由流程图,FFD,维护三张路由表：,路由表,：包含此条路由下一跳节点地址，路由状态，目的地址,。,路由搜索表,：在路由表建立过程中存在,。,邻居表,：,保存,一张邻居节点列表，用来存储此节点传输范围内其它节点的信息。,节点交互的分组：,路由,请求分组,路由,应答分组,路由,出错分组,NWK Layer,mesh,路由流程图,通用网络层,帧格式,帧控制域,NWK,帧格式,NWK Layer,