beacon enabled) và cấu trúc siêu khung
Một điểm lợi của mạng sử dụng hoa tiêu (Beacon enabled) là có khoảng thời gian bảo vệ (guaranteed time slots – GTS). Khung beacon là khung MAC bao gồm thông tin beacon như là khoảng thời gian giữa những beacon và số lượng GTS. Định dạng khung beacon được cho trong hình 2.9.
Trong truy cập kênh dựa trên cạnh tranh, tất cả các thiết bị muốn truyền trên cùng một kênh vật lý sử dụng phương thức CSMA-CA và thiết bị nào đầu tiên mà tìm được kênh rỗi sẽ chiếm được quyền sử dụng kênh. Trong phương thức không cạnh tranh, bộ điều phối PAN sẽ chỉ định một khe thời gian riêng cho một thiết bị cụ thể. Thời gian này được gọi là GTS. Vì vậy, một thiết bị với một GTS được cấp phát có thể truyền trong GTS đó mà không sử dụng CSMA-CA.
Để cung cấp 1 GTS, PAN coordinator cần đảm bảo rằng tất cả các thiết bị trong mạng được đồng bộ và việc này được thực hiện thông qua beacon.
Trong một mạng beacon-enabled, bất cứ một coordinator nào có thể tùy chọn phát beacon và tạo định dạng khung của chính nó. Nhược điểm của phương thức này là các thiết bị trong mạng sẽ phải kích hoạt theo chu kì, nghe beacon, đồng bộ đồng hồ và đi vào trạng thái ngủ – sleep mode. Như vậy có khả năng các thiết bị kích hoạt chỉ để đồng bộ mà không thực hiện bất kì một tác vụ nào khác. Vì vậy thời lượng sử dụng pin của các thiết bị trong mạng beacon-enabled thường ngắn hơn trong mạng non-beacon enabled.
Một mạng mà PAN coordinator chỉ phát beacon khi nó nhận được lệnh yêu cầu beacon từ một thiết bị trong mạng của nó, mạng này được gọi là non-beacon network. Một mạng như vậy không có các GTS và vì vậy không có các chu kỳ không cạnh tranh bởi vì các thiết bị không được đồng bộ với nhau.
Trong hoạt động sử dụng beacon, mạng sử dụng một cấu trúc siêu khung. Một siêu khung như trong hình 2.9 được giới hạn bởi 2 khung cột mốc. Việc sử dụng cấu trúc siêu khung là tùy chọn trong chuẩn 802.15.4. Có 3 loại khoảng thời gian trong siêu khung: khoảng thời gian xung đột CAP (Contention Access Period) , khoảng thời gian rảnh rỗi CFP(Contention-Free Period), và khoảng không kích hoạt (inactive period).
Hình 2-22 Cấu trúc siêu khung.
Trong CAP, tất cả các thiết bị muốn phát cần sử dụng phương thức CSMA-CA để giành quyền kênh tần số. Kênh tần số là sẵn dùng cho tất cả các thiết bị trong cùng mạng. Thiết bị giành được quyền sử dụng kênh sẽ chiếm nó cho đến khi quá trình truyền hiện thời của nó hoàn thành. Nếu thiết bị thấy rằng kênh đang bận, nó sẽ ngừng một khoảng thời gian ngẫu nhiên, sau đó thử lại. Đây là kĩ thuật truy cập kênh thích hợp nhất đối với một phần lớn các thiết bị trong một mạng lớn. Các khung lệnh của MAC phải được truyền trong CAP.
Trong CFP, các GTS đặc biệt được dành cho một số thiết bị đặc biệt và vì vậy những thiết bị này không cần sử dụng CSMA-CA để truy cập kênh. Đây là một tùy chọn lớn cho những ứng dụng yêu cầu trễ thấp mà thiết bị không muốn đợi một khoảng thời gian ngẫu nhiên và có thể dài cho đến khi kênh rỗi. Trong CFP không cho phép sử dụng CSMA-CA.
Kết hợp CAP và CFP được gọi là khoảng hoạt động(active period). Khoảng này gồm 16 khe thời gian bằng nhau. Khung cột mốc luôn bắt đầu ở khe đầu tiên. Có thể có lên tới 7 GTS trong CFP. Mỗi GTS có thể chiếm nhiều khe thời gian.
Trong một siêu khung có thể tùy chọn khoảng không kích hoạt. Kkhoảng này cho phép thiết bị đi vào chế độ tiết kiệm năng lượng, coordinator có thể ngắt khối thu phát để tiết kiệm năng lượng. Cấu trúc của một siêu khung được định nghĩa bởi coordinator và được cấu hình bởi lớp mạng sử dụng primitive MLME-Start.request. Khoảng thời gian giữa 2 cột mốc liên tiếp BI(Beacon Interval) được xác định bởi 2 giá trị : thuộc tính macBeaconOrder(BO) và hằng số
aBaseSuperframeDuration sử dụng phương trình: (Công thức 2.2)
Ví dụ, với aBaseSuperframeDuration bằng 960 ký hiệu và macBeaconOrder là 2, thì khoảng BI sẽ là 3840 kí hiệu. macBeaconOrder có giá trị từ 0 - 14 trong mạng sử dụng cột mốc, nếu giá trị của nó là 15 thì mạng được xem như là không sử dụng cột mốc, và vì vậy không có siêu khung được sử dụng.
Tương tự, độ dài của khoảng tích cực trong siêu khung , kí hiệu là SD (Superframe Duaration) được tính toán theo công thức:
(Công thức 2.3)
Với SO là viết tắt của thuộc tính macSuperframeOrder. Giá trị của SO luôn nhỏ hơn hoặc bằng BO.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2. Các công nghệ vô tuyến sử dụng trong mạng Mesh vô tuyến
Nếu một thiết bị không sử dụng GTS của nó trong một khoảng thời gian kéo dài, GTS của nó sẽ hết hạn và bộ điều phối có thể gán GTS đó cho một thiết bị khác, khoảng thời gian không sử dụng GTS bằng một số nguyên lần của 2 lần độ dài siêu khung. Giá trị của số nguyên lần (n) này phụ thuộc vào macBeaconOrder:
(Công thức 2.4)
Ví dụ nếu một thiết bị với macBeaconOrder = 7 mà không sử dụng GTS của nó trong 4 siêu khung liên tiếp, GTS của nó sẽ hết hạn.