1.1.1超幀結構

低速無線個域網允許可選擇性的使用超幀（superframe）結構。超幀的格式由協調器決定。在使用超幀結構的模式下，協調器會根據設置周期性的發送信標幀（beacon），而超幀正是由網絡中的信標幀劃分的，中間的區域稱為競爭接入期（CAP，contentionaccess period），如圖1.1所示。如果協調器不需要使用超幀結構，它可以停止發送信標幀。信標幀可以用來識別個域網，同步個域網中的設備，描述超幀結構等。

圖1.1 不包含GTSs的超幀結構

針對網絡負荷較低的情況或要求特定傳輸帶寬的情況，協調器可以從超幀中劃分出一部分時間，專門為這樣的傳輸請求服務。被劃分出的時間稱為保證時隙（GTSs．Guaranteed time slots）。一個超幀中保證時隙的集合稱為非競爭接入（CFP，contention-free period），它往往緊跟在競爭接入期的后面，如圖1.2所示。保證時隙傳輸模式也是可選的，由普通設備向個域網協調器申請，協調器會根據當前的資源狀況給予答復，并通過信標幀將下一個超幀的結構廣播到網絡中。競爭接入期中的數據傳輸必須在非競爭接入期開始之前結束：同樣，非競爭接入期中每個保證時隙里的數據傳輸也要在下一個保證時隙開始之前或非競爭接入期的終點之前結束。

圖1.2 包含GTSs的超幀結構

超幀往往被分為活躍期（active）和非活躍期（inactive）。在活躍期，協調器負責組織維持該網絡，個域網中的各設備間可以進行數據通信；而在非活躍期中，個域網協調器和普通設備可以進入低功耗模式，個域網中各設備不進行數據傳輸。一個完整的超幀結構如圖1.3所示。

圖1.3 完整的超幀結構

描述超幀結構的量為BO（Beacon Order）和SO（Superframe Order）。其中，BO決定發送信標幀的周期，也即一個超幀的長度BI（beacon interval），見（1.1）；SO決定一個超幀中活躍期持續的時間，即SD（superframe duration），見（1.2）。其中，aBaseSuperframeDuration為960 symbols。根據協議的規定，BO的取值范圍為0到14，當BO為15時，表示不使用超幀結構；SO的取之范圍也是0到14，但必須保證SO不大于BO，當SO等于BO時，表示該超幀中不包含非活躍期。

1.1.2 MAC層幀結構和幀分類

IEEE 802．15．4 MAC層幀結構的設計是以用最低復雜度實現在多噪聲無線信道環境下的可靠數據傳輸為目標的。每個MAC子層的幀都包含幀頭、負載和幀尾三部分。幀頭部分由幀控制信息、幀序列號和地址信息組成。MAC子層的負載部分長度可變，負載的具體內容由幀類型決定。幀尾部分是幀頭和負載數據的16位CRC校驗序列。

在MAC子層中設備地址有兩種格式：16位（兩個字節）的短地址和64位（8個字節）的擴展地址。16位短地址是設備與個域網協調器關聯時，由協調器分配的個域網內局部地址；64位擴展地址則是全球唯一地址，在設備進入網絡之前就分配好了。16位短地址只能保證在個域網內部是唯一的，所以在使用16位短地址通信時需要結合16位的個域網網絡標識符才有意義。兩種地址類型地址信息的長度是不同的，所以MAC幀頭的長度也是可變的。一個數據幀使用哪種地址類型由幀控制字段標識。

IEEE 802．15．4協議共定義了四種類型的幀：信標幀，數據幀，確認幀和MAC命令幀。

圖1.4 信標幀格式