第4章无线个域网——zigbee

type

Post

status

Published

date

Jun 24, 2023

一、前言

1.zigbee的设计目标

低速率

低能耗

短距离通信

低复杂度

💡

这些特点与传感器网络需求不谋而合

2.zigbee设备类型

设备类型	特点
FFD(全功能设备)	支持所有拓扑结构、担当PAN协调器、和任何设备通信、实现完整的协议集
RFD(保留功能设备)	在星形网络和树状网络只能做末端设备、不能作为协调器、保留协议集、简单实现

二、zigbee拓扑结构及形成过程

1️⃣星形网络形成过程

FFD激活变成PAN协调器

它选择一个PAN标识符，要跟射频范围内其他网络的标识符不一样

FFD或者RFD加入它的网络

2️⃣对等网络形成过程

每个设备可以和任何设备通信(在射频范围内)

一个设备被任命为PAN协调器

选择未使用PAN标识符，广播信标帧，形成第一个集簇

收到信标帧的设备请求加入

同意加入，新设备作为子设备添加到它的邻居列表

新加入的设备把PAN协调器作为父设备添加到它的领居列表，开始传输周期性信标。

其他候选设备可以通过这个设备加入网络

当满足预定应用程序和网络要求，第一个PAN协调器可以指示设备成为新簇的PAN协调器。

其他设备逐渐连接，形成多簇网络结构。

三、超帧

超帧分成两个时期

active period(分成16个时隙)

inactive period(进入低功耗模式)

信标的作用：

同步连接设备

识别PAN

描述超帧结构

超帧结构：

结构	作用
网络信标	包括网络信息、帧结构、挂起节点消息通知
信标扩展周期	为挂起节点消息保留的空间
竞争期	供使用CSMA/CA的节点访问
保证时隙(免竞争期)	为需要保证带宽的节点预留，免竞争接入

💡

GTS(保证时隙)是一个提供免竞争接入的时期，它专门为需要低时延和特别数据带宽的应用预留。PAN协调器可以将活跃超帧专门用于该应用。PAN协调器可以最多分配7个GTSs,1个GTS可以占多个时隙。所以zigbee的免竞争接入是事先固定分配的，对号入座，不是轮询。

四、Zigbee的CSMA/CA

如下是信标使能(时隙)的CSMA/CA算法流程，其在非时隙的CSMA/CA基础上增加了节能模式。

退避时隙在和信标起点对齐，设备定位下一个退避时隙起点，并且随机退避一个时间。

如果忙就继续退避，如果空闲超过两个连续时隙，就在下一个退避时隙边界开始传输。

上述zigbee的CSMA/CA中，使用到的参数有：

NB 后退次数

CW 连续空闲次数

BE 退避指数

macMAXCSMABackoffs 最大后退次数

macMinBE 最小退避指数

具体过程注意：

要先定义退避次数NB=0,还有空闲次数CW=2,用于后续比较。

退避前检查电池扩展，如果有电池扩展，BE选择在(2，macMINBE)小的，否则就选择macMINBE。

然后退避边界对齐

随机退避(2^BE-1)个时隙

执行帧听

空闲就让空闲次数CW-1，然后再帧听，还空闲CW-1变成了0就可以在下一个退避时隙传数据了。

忙的话，让退避次数NB加1，cw变成2，BE选择(BE+1,AmaxBE)中小的，然后NB跟最大退避次数比较一下，如果没超过继续退避，否则失败。