基于zigbee的车辆数据采集传感器的研究.doc

 图2.6 Zigbee协议栈结构 Fig2.6 Zigbee protocol stack structure 与服务与服务原语不同，协议定义了网络对等层之间的帧格式、意义和交换方式，各层实体利用协议来实现服务，对于帧在网络各层之间的传输，当从下层向上层传输时，每层都会在传输的帧中附加上反映本层相关信息的数据，分别成为帧的首部和尾部。而从下层向上层传 输时，各层将附加信息去掉。以下是ZigBee各层帧结构示意图： （1）物理层 按分层的网络体系结构，每一层都要在发送的数据上附加上自己的协议信息，以形成协议数据单元[11]。物理层协议数据单元（PPDU）又称物理层数据包，其格式如表2.2所示。 表2.1物理层帧结构 Table2.1 Physical layer frame structure 4字节 1字节 1字节 可变 前同步码 帧定界符 帧长度 保留位1位 PSDU 同步包头 物理层包头 物理层载荷 由于发送端按一定的是延发送连续的位流，而接收端必须在时间上保持与发送端相同才能正确的接收数据，这称为同步。同步又分为位同步和帧同步；位同步的功能是实现位的锁定，而帧同步时实现数据包的定界和识别。采用发送同步包头的方法引导接收端与发送端实现同步，同步包头由4字节的前同步码和1字节的帧定界。 （2）MAC层 一个完整的MAC层帧由帧首部，帧载荷（数据）和帧尾3部分组成。其中帧首部又由若干个域按一定的顺序排列，但并不是所有的帧中都包含有全部的域。MAC层帧结构如表2.3所示。由图可见，帧首部有帧控制域，序列号，地址域等，其中地址域又包含目的PAN标识符，目的地址，源PAN标识符和源地址等。 表2.2MAC层帧结构 Table2.2 MAC layer frame structure 2字节 1字节 0/2字节 0/2/8字节 0/2字节 0/2/8字节 可变 2字节 帧控制 序列号 目的PAN标识符 目的地址 源PAN标识符 源地址 帧载荷 FCS 地址域 MHR(MAC层帧首部) MAC Payload(MAC载荷) MFR(帧尾) ZigBee的MAC层有4种不同的帧：信标帧，数据帧，确认帧和命令帧。 信标帧：在使用信标的网络中，网络协调器周期性的发送信标，表示一个超帧的开始，信标中包含了PAN的基本信息，其总体结构与MAC层帧相同。 数据帧：数据帧中包含目的地址子域或源地址子域，取决于帧控制域的配置，帧序列号应为当前macDSN的值，数据帧载荷子域的内容是上层要求MAC层传输的数据。 确认帧：确认帧仅包含控制域，序列号和校验码。 命令帧：设备通过发送命令与协调建立连接。 （3）网络层 网络层帧是网络层的协议数据单元（NPDU），它由下列两部分组成： 网络帧首部，包含帧控制，地址和序列信息等； 长度可变的帧载荷，即帧所传送的信息； 下图是网络帧通用结构： 表2.3网络帧通用结构 Table2.3 General structure of the network frame 2字节 2字节 2字节 0/1字节 0/1字节 可变长 帧控制域 目的地址 源地址 广播半径域 广播序列号 帧载荷 路由域 网络层首部 网络层的有效载荷 帧控制域包含了帧的类型，地址，序列号以及其他一些信息。其结构如图2.5所示 表2.4 网络帧控制域结构 Table2.4 Control field structure of network frame 0-1 2-5 6-7 8 9 10-15 帧类型 协议版本 发现路由 保留 安全性 保留 （4）应用层 APS帧（APDU）由以下两部分组成： APS首部，包含帧控制及地址信息； APS帧载荷，即帧传输的有效数据，其长度可变。 APS帧的结构如表2.6所示 表2.5APS帧结构 Table2.5 Structure of APS frame 1字节 0/1字节 0/1字节 0/2字节 0/1字节 可变 帧控制域 目的端点 簇标识符 模板标识符 源端点 帧载荷 帧地址域 APS首部 APS载荷 由上图可以看出，APS首部由帧控制域和地址域组成。其中地址域的各子域根据具体情况不同可以不存在。帧控制域的长度为1字节，包含了有关帧类型，寻址，标志等信息。 2.3.2 ZigBee网络中的设备 根据设备功能的不同，IEEE 802.15.4把zigbee网络中的节点设备分为两种： 简化功能设备（Reduced Function Device，RFD）：一些功能简单的设备，仅能与FFD通信彼此之间不能直接通信,，无法作为网络的协调器或路由器。 FFD可以提供信息双向传输与FFD、RFD通信，而RFD只能FFD通信，