ZigBee之原语、数据传输模式

原语

        ZigBee每一层的服务可以通过简历它下层的服务上的功能，来为它上层，或者子层里的用户来提供服务的。下图说明了原语的感念，它描述了服务层次的关系，以及两个通信的Ｎ层用户和它们相连的N层（子层）对等协议实体之间的关系。

       服务是对在N用户和N蹭之间信息流来指定的。这些信息流是由离散的、瞬间的事件来模拟的，它主要用于提供服务。每个事件由传通原语组层，通过与N用户相连的某一层的SAP从该层传递原语到另一层 ，服务原语通过提供一个特定的服务来传达需要的信息。服务原语是抽象的概念，它仅仅提供了指定的服务，而不指定谁提供服务。此定义独立于其他任何接口。

       层与层之间的原语一般情况下可以分为4种类型：

请求：请求原语从NI用户发送到它的N层，请求发起一个服务。
指示：指示原语从N层到N2用户，指示一个对N2用户有重要意义外部N层事件。这个事件可能与一个远程的服务请求有关，或者由内部事件产生。
响应：响应原语由N2用户向它的N层传递，用来响应上一个由指示原语引起的过程。
确认：确认原语由N层向Nl用户传递，用来传递与前面一个或多个服务请求相关的执行结果。

数据传输模式

        在ZigBee技术中，存在三种数据传输模式：第一种是数据从设备传输到协调器；第二种是数据从协调器传输到设备上；第三种是数据传输在两个对等设备之间。在星形网络中，只有第一种和第二种这两种传输模式，因为数据交互只能在协调器和设备之间进行；而在对等网络中，由于设备之间可以交互数据，故其有三种数据传输模式。

        网络是否支持信标传输决定了其传输类型，使用信标的网络用于低延迟设备的传输，比如PC外围等。网络之间的连接中信标是必不可少的。

信标

        ZigBee/IEEE 802.15.4的网络所有节点都工作在同一个信道上，因此如果邻近的节点同时发送数据就有可能发生冲突。为此MAC层采用了CSMA/CA的技术，简单来说，就是节点在发送数据之前先监听信道，如果信道空闲则可以发送数据，否则就要进行随机的退避，即延迟一段随机时间，然后再进行监听，这个退避的时间是指数增长的，但有一个最大值，即如果上一次退避之后再次监听信道忙，则退避时间要增倍，这样做的原因是如果多次监听信道都忙，有可能表明信道上的数据量大，因此让节点等待更多的时间，避免繁忙的监听。通过这种信道接入技术，所有节点竞争共享同一个信道。在MAC层当中还规定了两种信道接入模式，一种是信标(beacon)模式，另一种是非信标模式。信标模式当中规定了一种“ superframe”的格式，在超帧的开始发送信标帧，里面含有一些时序以及网络的信息，紧接着是竞争接入时期，在这段时间内各节点以竞争方式接入信道，再后面是非竞争接入时期，节点采用时分复用的方式接入信道，然后是非活跃时期，节点进入休眠状态，等待下一个超帧周期的开始又发送信标帧。而非信标模式则比较灵活，节点均以竞争方式接入信道，不需要周期性的发送信标帧。显然，在信标模式当中由于有了周期性的信标，整个网络的所有节点都能进行同步，但这种同步网络的规模不会很大。实际上，在ZigBee当中用得更多的可能是非信标模式。

向协调器传输数据

        在使用信标的网络中，当设备希望传输数据到协调器时，它首先监听网络信标，在监听到信标以后，设备将与超帧结构保持同步。在适当的时候使用时隙CSMA-CA机制想协调器发送数据帧。协调器接收成功后，可发送一个可选应答帧予以回应。整个过程见下图所示。

        当设备在非信标的网络中传输数据时，它采用非CSMA-CA接入机制想协调器传输数据。协调器成功接收后，可发送一个可选应答帧应答，整个过程见下图所示。

协调器传输数据

        在使用信标的网络中，当协调器需要向其他设备传输数据时，网络信标就表明持有待发送的数据。设备周期性监听网络信标，当有消息发送时，设备就使用时隙CSMA-CA机制传输MAC子层请求命令。协调器通过发送可选应答帧予以应答，表示已接受MAC子层请求命令。接着协调器使用时隙CSMA-CA接入机制发送数据帧。设备成功接收后，通过发送数据帧。设备成功接收后，通过发送应答帧予以确认，整个过程见下图所示。

        当协调器在不使用信标的网络中向设备传输数据时，它为适当的设备存储数据，用以连接且发送请求命令。设备使用非时隙CSMA-CA接入机制，并以定义的速率发送MAC子层请求命令来连接协调器。协调器通过发送应答帧以确认成功接受请求命令。当有待发送的数据时，协调器使用时隙CSMA-CA接入机制想设备发送该数据。如果没有数据需要发送，则协调器就发送一个净载荷长度为零的数据帧以表示没有数据发送。设备接收到数据后，通过发送帧予以确认。整个过程如下图所示。

对等数据传输

        在一个对等PAN中，每个设备可在其射频范围内和其他任何设备通信。为提高有效性，想要通信的设备要么不断地接收数据，要么和其他设备保持同步。对子前者，设备使用非时隙CSMA-CA接入机制发送数据；对子后者，要采用另外的方式以获取同步。