IEEE 802.15.4 MAC

IEEE 802.15.4 MAC

ใน MAC sublayer จะทำหน้าที่ 2 อย่างคือ MAC data service และ MAC management service โดยมีคุณสมบัติต่างๆดังนี้

- Beacon management

- Channel access

- GTS management

- Frame validation

- Acknowledgement frame delivery

- Association and Disassociation

1. Super Frame Structure

ระบบเนตเวิร์กแบบ LR-WPAN สามารถที่จะเลือกใช้ Super Frame Structure ได้ โดยรูปแบบของ Super Frame จะถูกกำหนดโดย PAN Coodinator

Super Frame จะถูกแบ่งออกเป็น 16 slot ซึ่งในการส่ง Beacon จะส่งไปกับเฟรมแรกของ Super Frame นี้ และหาก Coordinator ไม่ต้องการใช้ Super Frame Structure Coordinator จะไม่ทำการส่ง Beacon มากับเฟรมแรก

Beacon จะใช้ในการ Synchronize กับอุปกรณ์อื่นๆ , ใช้ในการระบุ PAN และ ใช้อธิบายโครงสร้างของ Super Frame

การทำงานโดยใช้ Super Frame นั้นจะมีสองสถนะคือ Active และ Inactive ในการทำงานแบบ Inactive นั้น Coordinator จะไม่ติดต่อกับ PAN และจะปรับตัวเองเข้าสู่ Low-Power mode ส่วนในสถานะ Active นั้นจะถูกแบ่งออกเป็นสองช่วงเวลา คือ Contention Access Period (CAP) และ Contention Free Period (CFP)

Contention Access Period - ในช่วงของ CAP หากมีอุปกรณ์ใดต้องการจะติดต่อสื่อสารในช่วงเวลานี้จะต้องแข่งขันกัน โดยใช้อัลกอรึทึมแบบ Sloted CSMA-CA

Contention Free Period - ส่วนในช่วงของ CFP จะใช้ GTS แทน โดย GTS จะปรากฎอยู่ที่ส่วนท้ายของ Super Frame และจะทำการเรียก CAP ขึ้นมาทำงาน

และหาก PAN ไม่ต้องการที่จะใช้ Super Frame Coordinator จะไม่ทำการส่ง Beacon ไปกับ

Frame และ การสื่อสารทั้งหมด ยกเว้น Acknowledgement Frame จะทำได้โดยใช้อัลกอริทึมแบบ unsloted CSMA-CA และจะไม่มีการใช้ GTSs ด้วย

2 CSMA-CA Algorithm

หาก Super Frame Structure ถูกใช้ใน PAN การสื่อสารจะใช้อัลกอริทึมแบบ sloted CSMA-CA และหาก Beacon ไม่ถูกนำมาใช้ใน PAN จะสื่อสารข้อมูลด้วยอัลกอริทึมแบบ unsloted CSMA-CA ในการเลือกใช้อัลกอริทึมนั้นจะใช้เลาช่วงหนึ่งเรียกว่า Backoff Period

ใน slotted CSMA-CA Backoff Period จะเกี่ยวข้องกับอุปรณ์ทุกตัวใน PAN ซึ่งจะถูกจัดเรียงโดย Superframe Slot ของ PAN Coordinator โดยในแต่ละครั้งที่อุปกรณ์ต้องการจะส่ง Data Frame ในช่วงของ CAP จะต้องทำการกำหนดขอบเขตของ Backoff Period ถัดไปด้วย แต่ใน Unslotted CSMA-CA Backoff period ของอุปกรณ์แต่ละตัวจะไม่มีการติดต่อกับ Backoff Period ของอุปกรณ์อื่น

CSMA-CA Algorithm มีตัวแปรที่เกี่ยวข้องสามตัวคือ

NB(Number) - จำนวนครั้งที่ CSMA-CA Algorithm ต้องใช้เพื่อที่จะ Backoff ในขณะที่กำลังสื่อสารข้อมูลอยู่ซึ่งจะถูกกำหนดเป็น 0 ทุกครั้งที่เริ่มต้นส่งข้อมูล

CW(Contention Window lenght) - จำนวนของ Backoff Period ที่ใช้ในการ clear activity ก่อนที่จะเริ่มการส่งข้อมูลโดยจะกำหนดค่าเริ่มต้นเป็น 2 ในแต่ละครั้ง และจะถูก reset เป็น 2 อีกครั้งเมื่อ channel มีการใช้งานอยู่

BE(Backoff Exponent) - เกี่ยวข้องกับจำนวนครั้งของ Backoff Period ที่อุปกรณ์นั้นจะต้องรอเพื่อที่จะกลับมาใช้ channel อีกครั้ง ขั้นตอนการทำงานของ CSMA-CA แสดงได้ดังรูปต่อไปนี้