TI-15.4 Stack 的 Frequency-Hopping Mode（跳频模式）学习总结

低功耗无线局域网协议TI-15.4 Frequency-Hopping Mode组网与通信过程

1.跳频模式中设备分为：睡眠终端设备、非睡眠终端设备、PAN协调器(网关)

睡眠终端设备：

这些设备本身不会更改频道，但会跟随收集器频道。应使用短寻址与这些设备进行通信。

非睡眠终端设备：

这些设备可以基于直接哈希信道功能（DH1CF）在多个信道上跳转，也可以根据信道功能配置在固定信道上运行。应使用扩展地址模式与这些设备进行所有通信。

PAN协调器：

可以基于直接哈希信道功能（DH1CF）跳转多个信道，或者基于信道功能配置在固定信道上操作。

2.DH1CF基于节点的扩展地址生成其要跳跃的伪随机跳频序列; 因此，信道的伪随机跳频序列对于每个节点是唯一的。

3.每个节点支持三种通信方式：单播通信、广播通信、异步通信

单播：

每个节点的跳频基于这些节点的单播信道跳变序列（参见图30）。

          

                                                                                     图30. 单播跳频序列

广播：

为了启用广播传输，PAN协调器启动广播时间表（参见图31）。每个其他设备都遵循从PAN协调器接收的广播跳频序列。设备执行单播跳跃直到下一个广播停留时间。然后，设备切换到广播跳频信道达广播停留时间，并在广播停留间隔结束时恢复单播跳频。

                                                                                    图31. 广播信道跳频序列

所有节点在广播停留时间（Broadcast Dell Interval）停留在从PAN协调器接收到的信道等待PAN协调器消息。

广播停留时间可以设置为0以禁用广播传输。

异步：

图37.显示设备偏离跳跃序列并执行此操作。

                                                                                     图37. 异步帧交换

在跳频模式异步通信中，设备在所有使用的信道中发送异步帧。这使得跳频设备能够接收这样的帧，而不管跳频序列如何。因此，异步传输可用于交换信道跳跃信息。此功能在初始网络构建中特别有用。

异步帧交换的目的是在所有可用信道上传输数据（默认= 129）; 因此，异步帧交换可能需要几秒钟才能完成（最坏情况是大约4秒），所以不建议频繁使用。

4.启动睡眠设备和非睡眠设备的顺序是相同的，直到它们加入网络。只有在加入网络后才将MAC PIB（macRxOnWhenIdle）设置为零，才会将睡眠设备配置为睡眠设备。换句话说，睡眠模式操作仅在成功加入网络之后才使用低功率模式进行数据交换。

5.节点加入网络过程

图34和图35分别显示了睡眠设备和非睡眠设备的入网过程。

                                

                                                                                图34. 睡眠跳频设备的连接过程

                              

                                                                       图35. 非睡眠跳频装置的连接程序

（一）阶段一

四种异步消息简要说明：

• PAN Advertisement Solicit （PAS）：
  • 设备使用PAS消息来请求协调器或其他加入的节点发送PA帧。
  • 在接收到PA帧时，加入应用程序可以检测帧中的NetName IE，然后根据该名称来确定是否重置PA定时器。
• PAN Advertisement（PA）：
  • PA帧可以由协调器或加入的节点发送，以通知邻居节点PAN网络的大小，路由成本和PAN网络 ID。
  • 与PA传输相关联的定时器被编程为在接收PAS帧时被重置。
  • 在接收PAS帧时，节点与PA帧的发射机通信（注意跳频序列在PA帧中承载）。
  • 设备可以选择发送PA帧的其中一个源节点作为中继，以执行必须由运行在TI 15.4-Stack上的应用程序实现的身份验证和安全密钥交换协议。TI 15.4-Stack中包含的示例应用程序（Collector和Sensor） 未演示此功能。
• PAN Configuration Solicit（PCS）：
  • 当设备具有网络中使用的组密钥（GMK）时，设备可以请求传输PC帧。
  • PCS消息由节点发送以请求邻居节点或协调器发送PC帧。
• PAN Configuration （PC）：
  • PC消息由协调器或已加入节点基于定时器发送，该定时器必须在接收PCS帧时被重置。
  • PC帧携带广播跳频序列和主动使用的GMK键列表的散列值。
  • 在接收到PC帧时，设备检测到跳频信道交换完成。

（二）阶段二 可选

由于跳频连接过程是静默的，因此PAN协调器无法检测设备是否已成功加入网络。TI 15.4-Stack示例应用程序使用额外的步骤进行网络连接。在PCS向PAN协调器指示设备已成功加入跳频网络之后，使用IEEE 802.15.4规范中描述的MAC层关联过程。

除了通知协调器设备已成功加入网络之外，可选机制还允许PAN协调 器通过设备发送到的关联请求消息的能力信息字段来检测加入节点是否处于睡眠状态或始终处于开启状态。PAN协调员。PAN协调器应用程序需要此可选机制来确定以下内容：

• 是否应用程序必须缓冲消息，直到设备轮询一段配置的时间，以防该消息用于休眠设备
• 是否应用程序必须在生成消息传输请求后立即发送消息OTA

虽然数据交换不需要此步骤（因为在跳频模式下使用EUI地址而不是短地址进行通信），TI建议在使用TI 15.4-Stack的跳频配置的应用中使用此可选过程使协调器应用程序能够构建已加入节点的列表，并检测新加入的设备是否是睡眠设备或是否为永远在线的设备。

请参考：

http://dev.ti.com/tirex/content/simplelink_cc13x0_sdk_2_20_00_38/docs/ti154stack/html/ti154stack/frequency-hopping-mode.html#fig-broadcast-sequence