zigbee中的CSMA-CA载波检测多路访问-碰撞避免和信标（Beacon）VS非信标（Nonbeacon）网络

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我是靠谱客的博主仁爱黑猫，最近开发中收集的这篇文章主要介绍zigbee中的CSMA-CA载波检测多路访问-碰撞避免和信标（Beacon）VS非信标（Nonbeacon）网络，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

摘自：zigbee葵花宝典

1 CSMA-CA载波检测多路访问-碰撞避免
IEEE 802.15.4使用一种简单的方法来让多个设备使用同一个频率信道，它使用的访问机制是载波检测多路访问碰撞避免（CSMA-CA）。在CSMA-CA中，任何时候一个设备想要发送信息，都要先执行一条空闲信道评估（CCA）指令来确保该信道没有被其他设备所使用，然后它才开始发送信号。判定一个信道是否空闲可以通过测量频带中的频谱能量或者检测工作中信号的类型。
当某设备计划传输一个信号时，它首先进入接收模式来检测和评估目标信道内信号的能量等级，这个任务被称作能量检测（ED）。在ED中，接收器不会去解码信号，并且只评估信号能量等级。如果信道中已经存在一个信号，那么ED判断不出这是否是一个IEEE 802.15.4信号。
另一种判定信道是否空闲的方法是载波检测（CS）。和ED相比，在CS中，工作中信号的类型是确定的，如果这个信号是一个IEEE 802.15.4信号，那么该设备可能会被判定为忙碌，即使信号的能量低于用户定义的门限值。
如果信道不空闲，设备将在一段随机的时间间隔内返回不断重新检测，直到信道变为空闲或者到达用户定义的最大重新检测次数。

2 信标（Beacon）VS非信标（Nonbeacon）网络
信道访问的方式有两种：基于竞争和免于竞争。在基于竞争的信道访问中，所有想在同一频率信道传输信息的设备都使用CSMA-CA机制，谁先发现信道空闲谁就先进行传输。在免于竞争方式中，PAN coordinator为特殊设备留出一个时隙，这个时隙叫做GTS（Guarantee Time Slot），因此，有GTS的设备可以在GTS期间开始发送信息，而不需要使用CSMA-CA机制。
为了提供一个GTS，PAN coordinator需要确保所有的设备都是同步的，Beacon有具体的格式，是一个用来同步网络中节点时钟的消息。Beacon的帧格式在1.14.2.1.1小节有具体的讨论。coordinator可以选择发送Beacon信号来同步与其相连的设备。这就叫做beacon-enabled PAN。使用beacon的一个缺点就是所有网络中的设备必须定期唤醒，确定beacon、同步它们的时钟、继续休眠。这就意味着网络中的一些设备被唤醒过来只是为了进行同步，而不执行任何其他任务。因此，在一个beacon-enabled网络中，设备的电池寿命通常少于nonbeacon的网络。
PAN coordinator不传输beacon的网络被称作nonbeacon网络，而nonbeacon网络没有GTS和免于竞争时段，因为其设备不能相互同步。nonbeacon网络中电池的寿命要明显优于beacon-enabled网络，因为在nonbeacon网络中，设备被唤醒的次数较少。

总结一下:zigbee中的数据发送前，都需要进行空闲信道评估（CCA）。

信标桢：

信标帧：

在Zigbee中信标帧是实现网络中设备的同步工作和休眠。
信标帧在整个网络中的作用：

建立PAN主协调器：选择性能更优的设备作为PAN主协调器
步骤：
1：PAN主协调器将自身设置成一个簇标示符（CID）位0的簇头（CLH）
2.选择一个没有使用的PAN标示符
3.向邻近的其他设备以广播方式发送信标帧
4.收到信标帧的候选PAN设备回复（请求在簇头中加入该网络）
5.PAN主协调器判断是否允许该候选设备加入
6.如果允许，主协调器将候选协调器认作“子节点”，候选协调器将主协调器认为“父节点”
重复以上过程，建立PAN网络

帧结构：
PAN网络共有4种帧结构：
信标帧——主协调器用来发送信标的帧
数据帧——用于所有数据传送的帧
确认帧——用于确认成功接收的帧
MAC层命令帧——用于处理所有MAC层对等体间的控制传输。

在Zigbee中信标帧是实现网络中设备的同步工作和休眠的，这个信标针是由协调器发出的，一旦节点收到信标帧后就按协调器规定的加入网络

，并按协调器规定的时间间隔发送接收数据。有时信标帧可能是一个公共时间时隔，在这个间隔中接收到信标帧的设备可以一起竞争加入网络

与协调器进行通信。