在
PAN网络中,协调器可以使用超帧结构来限定设备对信道的访问时间。通过发送信标帧就能实现超帧限定。
“超帧”这个概念在
GSM移动通信系统里。GSM的一个超帧长度为6.12s,其中包含51个复帧;一个复帧长度为120ms,其中包含26个帧。
在IEEE802.15.4中,可以选用以超帧为周期组织LR-WPAN网络内设备间的通信。每个超帧都以网络协调器发出信标帧(beacon)为始,在这个信标帧中包含了超帧将持续的时间以及对这段时间的分配等信息。网络中的普通设备接收到超帧开始时的信标帧后,就可以根据其中的内容安排自己的任务,例如进入休眠状态直到这个超帧结束。
超帧将通信时间划分为活跃和不活跃两个部分。在不活跃器件,PAN网络中的设备不会相互通信,从而可以进入休眠状态以节省能量。超帧的活跃期间划分为三个阶段:信标帧发送时段、竞争访问时段(contention access period,CAP)和非竞争访问时段(contention-free period,CFP)。超帧的活跃部分被划分为16个等长的时槽,每个时槽的长度、竞争访问时段包含的时槽数等参数,都由协调器设定,并通过超帧开始时发出的信标帧广播到整个网络。
在超帧的竞争访问时段,IEEE802.15.4网络设备使用带时槽的CSMA-CA访问机制,并且任何通信都必须在竞争访问时段结束前完成。在非竞争时段,协调器根据上一个超帧期间PAN网络中设备申请GTS的情况,将非竞争时段划分称为若干个GTS。每个GTS由若干个时槽组成,时槽数目在设备申请GTS时指定。如果申请成功,申请设备就拥有了它指定的时槽数目。第一个GTS由
时槽11-13构成,第二个GTS由时槽14,15构成。每个GTS中的时槽都指定分配给了时槽申请设备,因而不需要竞争信道。IEEE802.15.4标准要求任何通信都必须在自己分配的GTS内完成。
超帧中规定非竞争时段必须跟在竞争时段后面。竞争时段的功能包括网络设备可以自由收发数据,域内设备向协调者申请GTS时段,新设备加入当前PAN网络等。非竞争阶段由协调者指定的设备发送或者接收数据包。如果某个设备在非竞争阶段一直处在接收状态,那么拥有GTS使用权的设备就可以在GTS阶段直接向该设备发送消息。