MAC子层：无线通信协议的关键

MAC子层用来处理所有对物理层的访问，并负责完成以下任务：

（1）如果设备是网络协调器，那么就需要产生网络信标。

（2）同步信标。

（3）支持个人区域网络的关联和去关联。

（4）支持设备安全规范。

（5）执行信道接入的CSMA／CA机制。

（6）处理和维护GTS机制。

（7）提供对等MAC子层实体间的可靠连接。

1）MAC子层服务规范

MAC子层为业务相关的汇聚子层（Service Specific Convergence Sublayer，SSCS）和物理层提供接口。MAC子层在概念上提供介质访问控制层管理实体（MLME），负责实现用于调用MAC子层管理功能的管理服务接口。MLME还负责维护属于MAC子层的管理对象数据库，该数据库被称为MAC子层的个人区域网络信息库（PAN Information Base，PIB）。MAC子层的组件和接口如图6－9所示。

图6－9　IEEE 802.15.4标准的MAC子层组件接口

MAC子层提供如下两种服务，分别通过两个服务接入点进行访问：

（1）MAC数据服务，它通过MAC公用部分子层（MCPS）的数据服务接入点（MCPSSAP）进行访问。

（2）MAC管理服务，通过介质访问控制层管理实体的数据服务接入点（MLME－SAP）进行访问。

以上两个服务通过PD－SAP和PLME－SAP接口，组成业务相关的汇聚子层和物理层之间的接口。除了这些外部接口，在介质访问控制层管理实体和MAC公用部分子层之间还存在一个内部接口，介质访问控制层管理实体可以通过它使用MAC子层的数据服务。

2）MAC子层的帧结构

MAC子层的每一个帧包含以下基本组成部分：

①帧头（MHR），包含帧控制、序列号、地址信息；

②可变长的MAC负载，包含对应帧类型的信息，确认帧不包含负载；

③帧尾（MFR），包含帧检验序列（FCS）。

（1）MAC子层的通用帧结构

MAC子层的通用帧结构包括帧头、MAC负载和帧尾。帧头的域都以固定的顺序出现，不过寻址域不一定要在所有帧都出现。一般的MAC子层帧结构如表6－4所示。

表6－4　IEEE 802.15.4标准的MAC子层的通用帧结构(www.xing528.com)

①帧控制域的长度是16位，包含帧类型定义、寻址和其他控制标志等。

②序列号域的长度是8位，为每个帧提供唯一的序列标识。

③目标PAN标识域的长度是16位，内容是指定接收方的唯一PAN标识。

④根据寻址域中指定的寻址模式，目标地址域的长度可以是16位或者64位，内容是指定接收方的地址。

⑤源PAN标识域的长度是16位，内容是发送帧设备的唯一PAN标识。

⑥根据寻址域中指定的寻址模式，源地址域的长度可以是16位或者64位，内容是发送帧的设备地址。

⑦帧负载域长度可变，根据不同的帧类型其内容各不相同。

⑧FCS域的长度是16位，包含一个16位的帧校验序列ITU－TCRC。

（2）不同类型的MAC帧

表6－5、表6－6、表6－7和表6－8分别是4种类型帧的结构，即MAC子层的信标帧、数据帧、确认帧和命令帧的结构。

表6－5　MAC子层的信标帧结构

表6－6　MAC子层的数据帧结构

表6－7　MAC子层的确认帧结构

表6－8　MAC子层的命令帧结构

3）MAC子层的功能描述

表6－9列出了MAC子层定义的命令帧的内容。全功能设备（FFD）必须能够传输和接收所有的命令帧，而精简功能设备（RFD）则不用。表中说明了哪些命令是RFD必须支持的。注意MAC命令传输只发生在信标网络的CAP中或者非信标网络中。

表6－9　MAC子层定义的命令帧