cấu trúc siêu khung:
Có hai phƣơng thức truy cập kênh : dựa trên cạnh tranh và không cạnh tranh. Trong truy cập kênh dựa trên cạnh tranh, tất cả các thiết bị muốn truyền trên cùng một kênh vật lý sử dụng phƣơng thức CSMA-CA và thiết bị nào đầu tiên mà tìm đƣợc kênh rỗi sẽ chiếm đƣợc quyền sử dụng kênh. Trong phƣơng 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 đƣợc gọi là khe thời gian đƣợc đảm bảoGTS. Vì vậy, một thiết bị với một GTS đƣợc cấp phát có thể truyền trong GTS đó mà không sử dụng phƣơng thức CSMA-CA. Để cung cấp 1 GTS, bộ điều phối PAN cần đảm bảo rằng tất cả các thiết bị trong mạng đƣợc đồng bộ. bản tin cột mốc là một bản tin với một định dạng riêng đƣợc sử dụng để đồng bộ đồng hồ của các nút trong mạng. Nó đƣợc phát theo chu kì xác định trƣớc. Một bộ điều phối sẽ tùy chọn gửi hay không các tín hiệu cột mốc để đồng bộ các thiết bị gắn với nó. Đây đƣợc gọi là PAN sử dụng cột mốc. Nhƣợc điểm của phƣơng thức này là các thiết bị trong mạng sẽ phải kích hoạt theo chu kì, nghe bản tin cột mốc, đồng bộ đồng hồ và đi vào trạng thái công suất thấp – sleep mode. Hay nói cách khác, sẽ có rất nhiều thiết bị kích hoạt chỉ để đồng bộ mà không thực hiện bất kì một tác vụ nào khác. Vì vậy thời lƣợng sử dụng pin của các thiết bị trong mạng sử dụng cột mốc thƣờng ngắn hơn trong mạng không sử dụng cốt mốc.
Một mạng mà bộ điều phối PAN không truyền các bản tin cột mốc đƣợc gọi là non-
beacon network. Một mạng nhƣ vậy không có các GTS và vì vậy không có các chu kỳ
không cạnh tranh bởi vì các thiết bị không đƣợc đồng bộ với nhau.
Một trong những ƣu điểm của việc sử dụng cột mốc trong mạng đó là tận dụng đƣợc các GTS. Các khung cột mốc là các khung MAC chứa thông tin đánh mốc nhƣ khoảng thời gian giữa các cột mốc, số các GTS, các tham số liên quan đến điều khiển mạng.
Hình 2.6. cấu trúc siêu khung.
Trong hoạt động sử dụng cột mốc, mạng sử dụng một cấu trúc siêu khung. Một siêu khung nhƣ trong hình 2.6 đƣợc 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 truy cập cạnh tranh CAP(Contention Access Period) , khoảng thời gian không cạnh tranh CFP(Contention-Free Period), và khoảng không kích hoạt (inactive period).
Trong khoảng thời gian truy cập cạnh tranh CAP, tất cả các thiết bị muốn truyền cần sử dụng phƣơng thức CSMA-CA để giành quyền sử dụng kênh tần số. Kênh tần số là sẵn dùng cho tất cả các thiết bị trong cùng mạng. Thiết bị giành đƣợc 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 việc giành quyền sử dụng kênh tần số bằng CSMA-CA. Đây là phƣơng thức truy cập kênh thích hợp nhất đối với một phần lớn các thiết bị trong một mạng lớn. Các khung điều khiển của MAC phải đƣợc truyền trong CAP. Tuy nhiên, mạng sẽ không đảm bảo rằng bất cứ một thiết bị nào đều có thể sử dụng một kênh tần số ngay khi nó cần sử dụng trong CAP.
Ngƣợc lại trong CFP, các GTS đặc biệt đƣợc dành cho một số thiết bị đặc biệt sử dụng, và vì vậy những thiết bị này không cần sử dụng CSMA-CA để truy cập kênh. Đây là một tùy chọn tuyệt vời cho những ứng dụng yêu cầu trễ thấp mà thiết bị không muốn đợi một khoảng thời gian ngẫu nhiên và có thể rất lâu cho đến khi kênh rỗi. Trong CFP không cho phép sử dụng CSMA-CA.
Khoảng CAP và CFP gộp lại đƣợc 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 có một khoảng không kích hoạt. Trong khoảng này cho phép thiết bị hoạt động ở chế độ công suất thấp – ở đó thiết bị có thể ngắt khối thu phát để tiết kiệm điện năng.
Cấu trúc của một siêu khung đƣợc xây dựng bởi bộ điều phối và đƣợc cấu hình bởi lớp mạng sử dụng primitive MLME-Start.request. Khoảng thời gian giữa 2 cột mốc liên
Đồ án tốt nghiệp Chương 2: Chồng giao thức Zigbee/IEEE 802.15.4
tiếp BI(Beacon Interval) đƣợc xác định bởi 2 giá trị : thuộc tính macBeaconOrder(BO) và hằng số aBaseSuperframeDuration sử dụng phƣơng trình:
Ví dụ, với aBaseSuperframeDuration bằng 960 ký hiệu và macBeaconOrder là 2, thì khoảng BI sẽ là 3840 kí hiệu. macBeaconOrder có giá trị nằm từ 0 cho đến 14 trong mạng sử dụng cột mốc, nếu giá trị của nó là 15 thì mạng đƣợc xem nhƣ là không sử dụng cột mốc, và vì vậy không có siêu khung đƣợc sử dụng.
Tƣơng tự, độ dài của khoảng tích cực trong siêu khung , kí hiệu là SD(Superframe Duaration) đƣợc tính toán theo công thức:
Với SO là viết tắt của thuộc tính macSuperframeOrder. Giá trị của SO luôn nhỏ hơn hoặc bằng BO.
Trong mạng không sử dụng cột mốc, bộ điều phối không truyền các khung cột mốc trừ khi nó nhận đƣợc một khung lệnh yêu cầu cột mốc từ một thiết bị trong mạng. Yêu cầu khung cột mốc đƣợc sử dụng bởi thiết bị để tìm kiếm bộ điều phối. Bộ điều phối PAN trong mạng không sử dụng cột mốc sẽ thiết lập thuộc tính macSuperframeOrder là 15. 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 và tiêu chí để bộ điều phối PAN đánh giá một GTS là hết hạn đối với một thiết bị đó là khoảng thời gian không sử dụng GTS dành cho thiết bị đó bằng một số nguyên lần của 2 lần độ dài siêu khung. Giá trị của số nguyên lần(n) này phụ thuộc vào macBeaconOrder:
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.
Hình 2.7. IFS trong 2 kịch bản.