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IEEE 802.15.4 特性及介紹

z 拓樸架構中,可選擇使用點對點(Peer to Peer)、星狀(Star)或者是叢集樹狀

(Cluster Tree)。

z 使用低能量消耗,並且具有極短的執行週期。

在 IEEE 802.15.4 的網路中,其規格定義了兩種裝置:精簡功能型裝置(Reduced Function Device,RFD)、全功能型裝置(Full Function Device,FFD)。全功能型 裝置除了可以與全功能型裝置溝通外,也可以與精簡功能型裝置通訊,扮演協調的角 色;而精簡功能型裝置就只能夠和全功能型裝置作通訊。數個裝置可以構成一個網路,

我們稱此為個人區域網路(Personal Area Network,PAN),其中內部每個成員都依 照無線個人區域網路(WPAN)的通訊協定進行資料交換。在每個個人區域網路中至少 要有一個全功能型裝置作為個人區域網路之協調者(PAN Coordinator)。在 IEEE 802.15.4 的網路拓樸中可以根據不同應用需求分為兩類:星狀拓樸(Star Topology)

以及點對點拓樸(Peer-to-Peer Topology)。

星狀拓樸如圖 2.4 所示,主要由一個協調者和其他裝置所組成,此協調者又稱做

圖 2.4 星狀拓樸

另外一種為點對點拓樸,圖 2.5,主要有一個協調者,和其他裝置(包含精簡功能 型裝置以及全功能型裝置)所組成。而其中非協調者的全功能裝置,可以跟協調者做通 訊,也能夠對在其訊號範圍內的其他裝置溝通,不過精簡功能型裝置則只能和全功能型 裝置連結,而點對點的拓樸也可以相互連結擴展成更複雜的拓樸方式運作,例如網狀網 路拓樸(Mesh Networking Topology)、叢集式網路拓樸(Cluster Networking Topology),並且節點透過多重跳躍的方式傳送資料。

圖 2.5 點對點拓樸

在通訊方面,802.15.4 是應用類似 CSMA/CA 的競爭溝通,而其中可以分類為無信 標 網 路 ( Non Beacon-enabled Network ) 與 有 信 標 網 路 ( Beacon-enabled Network);在無信標網路的通訊上,協調者恆處於聆聽的狀態,當裝置要回傳資訊時 則會先彼此競爭,等通知協調者後,再傳送資料給協調者。而有信標網路中,則含有超 級訊框(Superframe)的架構,其固定將包含信標及超級訊框分為 16 個時槽,超級訊

框持續時間(Superframe Duration)與信標間距(Beacon Interval)依照協調者使用 信標級數(Beacon Order,BO)及超級訊框級數(Superframe Order,SO)來控制,

而彼此關係是 0≦SO≦BO≦14,如此可限制超級訊框持續時間會小於等於信標間距;協 調者發送信標,除了用作同步化外,也包含網路相關資訊等;超級訊框以有無使用保證 時槽(Guaranteed Time Slots,GTS)來區別,有保證時槽的超級訊框可分成兩部分,

一是競爭存取週期(Contention Access Period,CAP),另一是無競爭週期(Contention Free Period,CFP),而無保證時槽的超級訊框則全都是 CAP。

而在資料傳輸模式中,802.15.4 分成三種類型:

Device Coordinator Network

Device

In a beacon-enabled network In a non beacon-enabled network

圖 2.6 資料傳輸模式(裝置→協調者)

給他,若有則裝置先以非時槽型 CSMA/CA 機制競爭媒介使用權,接著發送 Data request 訊框給協調者,詢問協調者有無暫存這筆資料。

Coordinator Network

Device Coordinator Network

Device

In a beacon-enabled network In a non beacon-enabled network Data

在形成 ZigBee 網路時,網路中的全功能型裝置(FFD)會先互相競爭為協調者角 色,當裝置決定成為協調者時,協調者首先會搜尋所有的頻道以決定出一個適當的工作 頻道,然後協調者會做初始化程序,接著開始廣播信標(Beacon) 訊框傳送給其它尚 未加入網路的裝置,而當裝置接收到信標(Beacon)訊框時,開始執行結合程序

(Association)成為該感測網路中的路由器(Router)或終端裝置(End device),

此時已加入該網路的裝置會被給定一組網路識別碼,作為資料傳輸之位址。若裝置成為

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